尤章金，王 健，王文生

YOU Zhang-jin, WANG Jian, WANG Wen-sheng

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

北京亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某小區(qū)電力監(jiān)控管理系統(tǒng)是根據(jù)《北京電力公司配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)原則》和《亦莊供電公司配網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃》設(shè)計(jì)、研發(fā)的，該監(jiān)控系統(tǒng)具備上述文件規(guī)定的配網(wǎng)自動(dòng)化所要求的全部功能?？烧嬲龑?shí)現(xiàn)對(duì)10kV開閉站、配電室的智能化監(jiān)控，滿足無人或少人值守的要求。

北京亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某小區(qū)的供電系統(tǒng)由一個(gè)開閉站、五個(gè)配電室和一個(gè)箱式變電站組成。它們分別位于小區(qū)的各處。在小區(qū)與調(diào)度所的光纜尚未敷設(shè)完成前，由小區(qū)開閉站值班室進(jìn)行集中監(jiān)控。最終要求由亦莊供電公司調(diào)度所進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

系統(tǒng)采用分布式配置。自動(dòng)監(jiān)控配電柜及其他變、配電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化專用監(jiān)控單元分別安裝在各配電柜中，其中配電室的主控單元位于聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)。專用電源及通訊設(shè)備安裝在監(jiān)控箱內(nèi)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由主監(jiān)控站、設(shè)在各配電室400V低壓配電柜內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化專用監(jiān)控單元（如400V進(jìn)線柜監(jiān)控單元、400V母聯(lián)柜監(jiān)控單元、400V饋出柜監(jiān)控單元）、10kV環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的10kV環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控單元及其他配套設(shè)備組成。

圖1 分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主監(jiān)控站由主監(jiān)控計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、UPS電源等構(gòu)成，位于開閉站的值班室內(nèi)。主監(jiān)控站計(jì)算機(jī)通過現(xiàn)場總線與開閉站的保護(hù)管理機(jī)、1#配電室的變壓器溫控器及10kV環(huán)網(wǎng)柜、400V配電柜內(nèi)的監(jiān)控單元通信；主監(jiān)控站與2#～5#配電室和6#箱式變壓器間通過光纖環(huán)網(wǎng)通信。在這6個(gè)站點(diǎn)分別設(shè)有工業(yè)級(jí)10/100M自愈光纖交換機(jī)。

主監(jiān)控站計(jì)算機(jī)向上通過以太網(wǎng)按104規(guī)約與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)開閉站、2#～5#配電室和箱變的遙信、遙測和遙控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)按監(jiān)控功能可分為：現(xiàn)場監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和系統(tǒng)管理層。

1.1 現(xiàn)場監(jiān)控層

現(xiàn)場監(jiān)控層采用分布式配置，主要包括：分別配置在各配電室配電柜內(nèi)的各種標(biāo)準(zhǔn)化專用現(xiàn)場監(jiān)控單元、10kV微機(jī)綜保裝置、無功補(bǔ)償控制器、變壓器溫控器、直流屏控制器等?，F(xiàn)場監(jiān)控層原理如圖2所示。圖3和圖4分別是安裝有監(jiān)控單元的400V配電柜和10kV環(huán)網(wǎng)柜的現(xiàn)場照片。

圖2 采用分布式配置的單個(gè)配電室現(xiàn)場監(jiān)控站原理框圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層

網(wǎng)絡(luò)通訊層由串口服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖交換機(jī)及光纜、通訊電纜等組成。主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備之間的通訊和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊。

1.3 系統(tǒng)管理層

系統(tǒng)管理層處于整個(gè)系統(tǒng)的最頂層，即位于開閉站值班室的主監(jiān)控站的高性能工控機(jī)、打印機(jī)、UPS及其他附屬設(shè)備等。其主要任務(wù)是采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、管理、判斷并顯示所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)；并向現(xiàn)場監(jiān)控層設(shè)備發(fā)送遙控命令，以完成相應(yīng)的操作，如分閘、合閘、報(bào)警等。

圖3 安裝有監(jiān)控單元的400V配電柜

圖4 安裝有監(jiān)控單元的10kV環(huán)網(wǎng)柜

另外，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)與智能建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(IBMS)、能源管理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和供電局電力調(diào)度系統(tǒng)等系統(tǒng)的通訊，將變配電設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息上傳，接受并執(zhí)行來自它們的相關(guān)控制指令，如電力調(diào)度系統(tǒng)命令、火災(zāi)強(qiáng)切命令等。

2 系統(tǒng)功能

基于分布式配置的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大且完善，自動(dòng)化程度高。該系統(tǒng)能對(duì)整個(gè)變配電系統(tǒng)進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效、智能化的監(jiān)控管理，通過對(duì)變配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和電能質(zhì)量自動(dòng)進(jìn)行連續(xù)不斷的監(jiān)控管理，極大的提高了變配電系統(tǒng)的供電的質(zhì)量及可靠性，并實(shí)現(xiàn)供電管理的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了無人或少人值守的要求。

系統(tǒng)具有如下基本功能：

1）數(shù)據(jù)采集、處理及動(dòng)態(tài)顯示

系統(tǒng)通過遙信功能采集遠(yuǎn)方開關(guān)的狀態(tài)信號(hào)，如是否合閘，是否儲(chǔ)能等；通過遙測功能主要采集現(xiàn)場設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)。如三相電壓、電流、功率、電能和諧波含量等。所采集的數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶需求進(jìn)行存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)顯示。

2）運(yùn)行監(jiān)視和操作

可多窗口顯示，畫面可縮放，漫游，調(diào)用方便。顯示一次系統(tǒng)接線圖，報(bào)警信息，負(fù)荷曲線圖，負(fù)荷和電壓實(shí)時(shí)和計(jì)劃曲線，系統(tǒng)裝置運(yùn)行狀態(tài)圖和報(bào)警信息等。遙測量越限監(jiān)視，遙信變位報(bào)警，事故信號(hào)及報(bào)警信號(hào)的告警顯示。通過界面，可發(fā)送遙控，遙調(diào)等命令，遠(yuǎn)程開關(guān)分合閘操作，自動(dòng)調(diào)節(jié)與投切。

3） 遠(yuǎn)動(dòng)功能

系統(tǒng)支持就地和遠(yuǎn)方兩種操作方式，即用戶可以在本地就行操作，也可以通過遠(yuǎn)方主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。當(dāng)用戶選擇遠(yuǎn)方操作方式時(shí)，本地操作方式將失效；當(dāng)用戶選擇就地操作方式時(shí)，遠(yuǎn)方操作方式將失效。這種互鎖機(jī)制，有效防止了因誤操作而導(dǎo)致的不良后果。

4）故障應(yīng)急處理、負(fù)荷自動(dòng)管制

當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)線失電故障時(shí)，系統(tǒng)有自投自復(fù)、自投手復(fù)、手動(dòng)和合環(huán)四種應(yīng)急處理方式。而負(fù)荷自動(dòng)管制功能用以防止變壓器超負(fù)荷，可根據(jù)實(shí)際需要選擇是否使用。另外，當(dāng)進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)，合環(huán)選掉功能可防止母聯(lián)電流過大而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

5） 事故報(bào)警和報(bào)警處理

擁有聲，光，色和多媒體語言等多種報(bào)警方式；具備越限，故障等報(bào)警功能；可按動(dòng)作原因，性質(zhì)和報(bào)警級(jí)別等進(jìn)行檢索；提供報(bào)警確認(rèn)，禁止和恢復(fù)等手段。事故報(bào)警可自動(dòng)彈出相關(guān)畫面。報(bào)警和事件信息可長期存檔。

6） 用戶管理，歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表處理

為保證軟件運(yùn)行和數(shù)據(jù)庫操作的安全性，系統(tǒng)提供了用戶管理功能，將用戶分成操作員、系統(tǒng)管理員、工程配置員三個(gè)等級(jí)，不同等級(jí)的用戶操作權(quán)限不同。

按預(yù)設(shè)的周期和方式，自動(dòng)完成歷史數(shù)據(jù)的記錄，分析和存儲(chǔ)。具有自動(dòng)存檔功能，可長期保存所需的重要?dú)v史數(shù)據(jù)。并可通過商用制表軟件(Excel,CrystalReport等)自動(dòng)生成高質(zhì)量任意定義的日，月，年報(bào)表和自由報(bào)表。可對(duì)報(bào)表作直接修改，可定時(shí)或人工打印。

3 智能化電力監(jiān)控管理軟件

JZN03電力監(jiān)控管理軟件，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、圖形界面、報(bào)警、控制、統(tǒng)計(jì)和打印、歷史紀(jì)錄、通訊、自診斷等功能，支持OPC通信和Web Server等功能。用戶界面友好、設(shè)備驅(qū)動(dòng)完善、軟件接口開放，運(yùn)行穩(wěn)定，完全滿足樓控、供配電等系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。

圖5 JZN03電力監(jiān)控管理軟件運(yùn)行界面

為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的管理軟件具有用戶管理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理和動(dòng)態(tài)顯示，事件告警及記錄，歷史數(shù)據(jù)管理，報(bào)表管理，數(shù)據(jù)分析和曲線分析等功能。運(yùn)行界面如圖5所示。

4 分布式配置的智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布式配置的智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)是一種硬件和軟件都已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、產(chǎn)品化的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。它的特點(diǎn)主要有：

1）設(shè)計(jì)選型方便：設(shè)計(jì)師只要根據(jù)配電柜的具體要求，如是進(jìn)線柜、母聯(lián)柜還是饋出柜，若是饋出柜，回路數(shù)是多少即可選定所需監(jiān)控單元的型號(hào)。

2）與目前常用的配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品相比功能更強(qiáng)、更全：如上所述分布式配置的智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有本地/遠(yuǎn)方監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)“四遙”，而且具有其它系統(tǒng)不具備的故障自動(dòng)應(yīng)急處理、負(fù)荷自動(dòng)管制和不停電倒閘功能。這就是采用這套系統(tǒng)后可以真正做到配電室無人值守的原因。

3）系統(tǒng)具有極高的可靠性：為了保證遙控及故障自動(dòng)應(yīng)急處理、負(fù)荷自動(dòng)管制等控制功能的可靠、準(zhǔn)確，該系統(tǒng)的控制器都采用PLC。PLC是按照工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)制造的，它具有極強(qiáng)的抗干擾能力和長期可靠運(yùn)行的能力。

此外，所有的監(jiān)控單元都已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、產(chǎn)品化。不僅可以按正規(guī)的工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)和檢驗(yàn)，還可以在出廠前按實(shí)際系統(tǒng)的要求在仿真系統(tǒng)上進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和試運(yùn)行。從而進(jìn)一步保證了系統(tǒng)硬件和軟件的可靠性。

4）安裝施工方便：各監(jiān)控單元事先由配電柜生產(chǎn)廠按要求安裝在相應(yīng)的配電柜中，在配電柜出廠前完成配線、檢查和調(diào)試。設(shè)備到現(xiàn)場后只需連接通信電纜和電源線等即可，安裝相當(dāng)簡單方便。

5 結(jié)束語

1）本系統(tǒng)于2009年4月完成現(xiàn)場調(diào)試，順利通過用戶驗(yàn)收并投入運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)任何故障，得到用戶好評(píng)。

2）本項(xiàng)目的成功實(shí)施表明：本項(xiàng)目的技術(shù)方案是科學(xué)的、合理的、可行的。

3）本系統(tǒng)采用分布式配置，達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足了用戶需求，并有效降低了設(shè)計(jì)和施工成本。