智能电力监控系统在空管供电保障中的实践与应用

王传宝

（民航华东空管局安徽分局，安徽 合肥 230051）

0 引 言

供电是空管设备运行保障的命脉，通信导航设备的正常运行，依赖于供电的稳定、可靠。随着我国电网的现代化和自动化程度不断提高，供电系统正在向数字化和智能化进一步发展，为了紧跟时代潮流，空管供电系统势必要全面引入智能电子设备来适应发展需要。空管智能供电系统可以广泛应用到设备监控、数据测量、故障报警及远程控制等多个环节，显著提高了配电系统的运维和管理水平。

1 空管供电保障现状和需求

目前，空管供电系统已经具备双路市电冗余、柴油发电机组应急电源、不间断电源UPS及直流电源等较为完善的保障手段，但是运行管理中也面临两个明显问题。一是民航高速发展，各地航管楼、塔台、管制雷达站、甚高频遥控台、ADS-B地面站及导航台等台站的数量和规模不断增大，台站之间距离较远，设备布局分散，如何提高运行保障品质和工作效率，成为当前空管供电保障的新课题；二是无人值守台站越来越多，“减员增效”的同时，需保证这些台站安全可靠、经济高效运转，需实现远程监测和控制。

依托成熟稳定的计算机网络技术和云存储、大数据、人工智能等先进手段，将分散的供电设备连接为一个有机的整体，实现供电系统的集中智能化管理将是近阶段的必然趋势。智能电力监控系统通过采集现场设备和智能电力仪表的数据对设备进行实时、不间断地监控，对监控数据进行分析处理，开发配套数据分析专家系统，减轻人力维护成本的同时，可以提升意外事故的快速反应能力，保障空管供电设备的安全运行。因此，建设适用于空管的智能电力监控系统，无论从运行经济效益还是安全保障来说，都是具有十分重要的现实意义。

2 系统拓扑结构

监控系统主要实现航管楼、塔台、管制雷达站、甚高频遥控台、ADS-B地面站及导航台等台站配电系统的用电监控与电能管理，监控范围包含高压柜、变压器温控仪、低压柜、柴油发电机组、不间断电源UPS及直流电源等。通过油机、UPS等智能设备通信接口或多功能智能电力仪表[1]，系统可采集现场设备或电力仪表的数据，串口服务器对采集数据进行处理，转换为以太网协议，通过TCP/IP通信协议与电力交换机实现数据传输，再上传至电力监控服务器，从而实现监控机房服务器与现场设备的链路连通。电力监控服务器采用双机备份模式，增强系统结构的冗余度，提高系统运行的可靠性，系统拓扑结构如图1所示。

智能电力监控系统采用分布式结构，按功能和区域划分为3层，即现场设备层、网络传输层及主控管理层[2]。

2.1 现场设备层

现场设备层位于供电设备机房现场，主要负责采集现场的各供电系统的运行参数，将数据通过屏蔽双绞线RS485总线传输给串口服务器。一条RS485总线内如果有多套设备，可以采取RS485线串联的方式。该层主要设备包括多功能智能电力仪表、智能断路器、设备自身配置的采样模块及端子等。这些设备装在各系统的一次设备的配电柜（箱）内，如低压配电柜、UPS输入/输出柜等。采用RS485通信接口和MODBUS通信协议，且各套设备相对独立、接线方便，最高传输距离达1 km以上，抗干扰能力强。

图1 智能电力监控系统拓扑结构示意图

2.2 网络传输层

网络传输层位于现场设备层与主控管理层之间，主要负责将采集的各类参数传输至主控管理层的服务器，完成现场设备与值班室监控计算机之间的数据互通。该层主要设备包括串口服务器、交换机及光纤收发器等传输设备。现场设备与串口服务器使用RS485线相连，串口服务器与交换机使用网线相连，串口服务器将MODBUS通信协议转换为TCP/IP通信协议，将现场设备参数通过通信链路传输至服务器。

2.3 主控管理层

主控管理层位于监控机房或值班室，主要负责将设备参数进行进一步分析和处理，通过监控软件进行人机交互。该层主要设备包括供电监控服务器和前置机、打印机、报警音响等。一级航空管制单位的供电监控服务器应采用双机备份模式，提高监控系统冗余度。

3 系统功能

开发智能电力监控系统，通过软件进行设备配置、数据库变量配置及界面设计等，系统提供简单、易用、良好的人机交互界面，实现设备管理、报警管理、数据存储分析、报表功能及台站供电“五遥”等功能。

3.1 用户管理

安全是空管设备运行保障第一准则，供电监控系统承载着重要业务，同样需要保证其系统和运行环境的安全。为了防止外来人员或网络攻击对系统进行随意篡改，软件对系统用户的权限进行了设置，同时可以防止值班员误操作导致系统变化带来风险和损失。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作，如随意修改系统名称、参数变量等。将用户等级由高到低分为开发人员、管理人员、值班人员3个等级，每个等级的用户赋予不同的操作权限.例如，值班员仅有监测权限，管理员和系统工程师添加系统修改权限等。

3.2 遥信功能

配电监测主界面可以分别显示不同台站的高压、低压供电系统电气一次系统图，不同颜色代表该配电系统设备的开、关两种状态，并实时动态刷新。设备通信状态界面可以显示各个数据采集点的连通状态，包含具体的设备个数、地点、IP地址，实时显示所有设备的通信状态并定期刷新。对于突然发生故障或传输中断的部位，系统能够第一时间检测并用颜色标注，值班员发现该故障部位后及时进行处理，以保证系统各个部分通信正常，数据能够定时传输至服务器。

3.3 遥测功能

配电监测为该系统的核心功能，通过此项功能可以查看各设备和供电回路的主要电参量，数据实时刷新，值班员定期进行巡视和监测。监测主要数据包括设备或回路的名称、交流三相电压和电流（直流设备则监测直流电压和电流）、交流电频率、负荷或输出回路电流、有功和无功功率、视在功率及功率因数等。

3.4 遥控功能

由于各台站布局分散，在紧急情况下需要对设备进行远程操作，实现如开关的分合闸、柴油发电机组的启停等，通过监控中心值班员远程操作，实现设备的可靠、持续运行，弥补无人值守台站的缺点。

3.5 遥调功能

遥调主要用于远程调整设备运行参数，在不停机的情况下改善设备运行状态。例如，夏季用电高峰造成电压波动过大，可以通过遥调功能实现变压器的有载调压，实现输出电压趋于稳定。

3.6 遥视功能

视频监控技术已在空管设备保障领域中灵活应用，配合成熟的安防技术，在供电设备机房安装摄像头，将现场监控图像实时传输至监控系统，值班员通过更为直观的图像，更加易于掌握设备运行情况，保障水平的进一步提高。

3.7 运行参数记录

设备运行参数、事件及报警记录均实时存储在系统后台数据库中，如果需要查询某一时间段的记录，只需通过设置查询记录的时间节点，即可立即查询该时间段内某一设备或回路的运行参数记录和报表。主要数据包括交流三相电压和电流、直流电压和电流、交流电频率、有功和无功功率、功率因数、电容补偿及变压器温度等。该功能可以为事件追溯查询提供准确的数据支持，便于分析事件原因。异常的运行参数可以及时提醒值班员对设备进行检查，排除设备潜在的安全隐患。

3.8 负荷电流（回路）曲线

负荷电流（回路）曲线功能是应用某一回路的负荷电流数据，在任一时间段内生成一条负荷电流曲线，利于值班员对该时间段内的负荷变化情况进行分析和记录，及时了解运行负荷的变化，采取相应措施。例如，夏季用电高峰时期，值班员通过负荷曲线发现用电负载明显增多，则可以通过开启备用变压器或者合理调配负载等技术手段，实现用电高峰平稳过度，保障供电系统的安全运行。借助该项功能，用户还可以对负荷的变化趋势进行分析，通过历年来纵向数据比较，判断负荷的变化趋势，进而对系统进行扩容或限容，优化供电系统整体结构。

3.9 报表管理

报表管理是运行参数记录功能的扩展和延续。为了排除繁琐的抄表工作，提高工作效率和数据的准确性，报表管理和打印功能应运而生。报表管理功能可以把用户事先设计好的表格导入系统，把系统中的数据按照逻辑自动填入表格相应位置，代替人工进行“抄表”。本程序还可以根据用户的需要，设定具体时间点录入数据和自动打印。

3.10 事件报警

针对设备和电网各类故障与异常状况，监控系统有效进行监测，并根据逻辑判断异常事件发生的类型，连同事件发生的时间和部位发出一条报警信息，提醒值班员及时进行处理。该报警功能为实时报警，平时在后台自动启动，有报警时弹出告警窗口和发出声音提示。

根据现场采集的数据类型和开关状态量，报警信息分为设备故障、电压和电流超限、频率超限、开关分合闸、柴油发电机组启动和停止、UPS电池逆变供电及变压器温度过高等多种。根据不同设备的不同故障原因，值班员判断故障发生的类型和部位，为做好检修和处置提供参考。

3.11 历史记录查询

通过历史记录查询功能，用户可以查询到过去的事件记录和报警信息。历史记录查询可以按照时间和空间分别进行，既能查询到任一时间段内发生的全部事件和报警信息，也可以查询到某一区域内的设备在过去不同时间段发生的事件和报警信息。事件信息包含系统操作记录、故障记录及通信中断记录等，报警信息包含报警时间、报警部位及报警类型等。

3.12 Web发布

服务器具备Web发布功能，与服务器同处于局域网内的上位机，可以通过浏览器对服务器进行登录和访问，成为工作站。工作站与服务器相比，没有遥控和修改系统的权限，但包含遥信、遥测、遥视全部功能。

4 经济与实用价值

智能电力监控系统的应用可以大大提升运行经济效益和安全保障水平。减少台站人员，降低人力成本；减少台站现场巡检频次，降低维护成本；减少纸质数据抄录保存，降低运行管理成本；远程监视控制，减少应急处置成本。同时，通过对监控数据的分析，制定针对性的设备维护策略，以有效提升设备运行管理水平；通过24 h不间断监控，及时发现各类供电故障，快速高效进行处置，以有效提升安全保障能力。

5 结 论

智能电力监控系统可以对设备进行24 h不间断监测，出现问题立即报警，有效缩短应急处置时间；自动采集数据生成报表，降低人力维护成本，免去人员到现场抄表等繁琐的工作，缓解压力，预防人为笔误等原因造成数据错误的风险；历史数据的记录和存储，便于查找故障时间、故障原因和事后追溯；生成设备参数曲线，进行数据的纵向比较，分析设备运行性能和发展态势，有利于发现设备安全隐患，制定合理的维护检修计划。智能电力监控系统对提升空管供电保障能力和工作效率至关重要，将成为空管供电运行保障不可或缺的一部分，为飞行安全做出更好的服务。