智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在空管供電保障中的實(shí)踐與應(yīng)用

王傳寶

（民航華東空管局安徽分局，安徽 合肥 230051）

0 引 言

供電是空管設(shè)備運(yùn)行保障的命脈，通信導(dǎo)航設(shè)備的正常運(yùn)行，依賴于供電的穩(wěn)定、可靠。隨著我國(guó)電網(wǎng)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化程度不斷提高，供電系統(tǒng)正在向數(shù)字化和智能化進(jìn)一步發(fā)展，為了緊跟時(shí)代潮流，空管供電系統(tǒng)勢(shì)必要全面引入智能電子設(shè)備來(lái)適應(yīng)發(fā)展需要?？展苤悄芄╇娤到y(tǒng)可以廣泛應(yīng)用到設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)測(cè)量、故障報(bào)警及遠(yuǎn)程控制等多個(gè)環(huán)節(jié)，顯著提高了配電系統(tǒng)的運(yùn)維和管理水平。

1 空管供電保障現(xiàn)狀和需求

目前，空管供電系統(tǒng)已經(jīng)具備雙路市電冗余、柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急電源、不間斷電源UPS及直流電源等較為完善的保障手段，但是運(yùn)行管理中也面臨兩個(gè)明顯問(wèn)題。一是民航高速發(fā)展，各地航管樓、塔臺(tái)、管制雷達(dá)站、甚高頻遙控臺(tái)、ADS-B地面站及導(dǎo)航臺(tái)等臺(tái)站的數(shù)量和規(guī)模不斷增大，臺(tái)站之間距離較遠(yuǎn)，設(shè)備布局分散，如何提高運(yùn)行保障品質(zhì)和工作效率，成為當(dāng)前空管供電保障的新課題；二是無(wú)人值守臺(tái)站越來(lái)越多，“減員增效”的同時(shí)，需保證這些臺(tái)站安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

依托成熟穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)手段，將分散的供電設(shè)備連接為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的集中智能化管理將是近階段的必然趨勢(shì)。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和智能電力儀表的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)、不間斷地監(jiān)控，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，開發(fā)配套數(shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)，減輕人力維護(hù)成本的同時(shí)，可以提升意外事故的快速反應(yīng)能力，保障空管供電設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，建設(shè)適用于空管的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)論從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益還是安全保障來(lái)說(shuō)，都是具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)航管樓、塔臺(tái)、管制雷達(dá)站、甚高頻遙控臺(tái)、ADS-B地面站及導(dǎo)航臺(tái)等臺(tái)站配電系統(tǒng)的用電監(jiān)控與電能管理，監(jiān)控范圍包含高壓柜、變壓器溫控儀、低壓柜、柴油發(fā)電機(jī)組、不間斷電源UPS及直流電源等。通過(guò)油機(jī)、UPS等智能設(shè)備通信接口或多功能智能電力儀表[1]，系統(tǒng)可采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或電力儀表的數(shù)據(jù)，串口服務(wù)器對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議與電力交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，再上傳至電力監(jiān)控服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控機(jī)房服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的鏈路連通。電力監(jiān)控服務(wù)器采用雙機(jī)備份模式，增強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的冗余度，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按功能和區(qū)域劃分為3層，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層及主控管理層[2]。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層位于供電設(shè)備機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)，主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)的各供電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)屏蔽雙絞線RS485總線傳輸給串口服務(wù)器。一條RS485總線內(nèi)如果有多套設(shè)備，可以采取RS485線串聯(lián)的方式。該層主要設(shè)備包括多功能智能電力儀表、智能斷路器、設(shè)備自身配置的采樣模塊及端子等。這些設(shè)備裝在各系統(tǒng)的一次設(shè)備的配電柜（箱）內(nèi)，如低壓配電柜、UPS輸入/輸出柜等。采用RS485通信接口和MODBUS通信協(xié)議，且各套設(shè)備相對(duì)獨(dú)立、接線方便，最高傳輸距離達(dá)1 km以上，抗干擾能力強(qiáng)。

圖1 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與主控管理層之間，主要負(fù)責(zé)將采集的各類參數(shù)傳輸至主控管理層的服務(wù)器，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與值班室監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)互通。該層主要設(shè)備包括串口服務(wù)器、交換機(jī)及光纖收發(fā)器等傳輸設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與串口服務(wù)器使用RS485線相連，串口服務(wù)器與交換機(jī)使用網(wǎng)線相連，串口服務(wù)器將MODBUS通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP通信協(xié)議，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)通過(guò)通信鏈路傳輸至服務(wù)器。

2.3 主控管理層

主控管理層位于監(jiān)控機(jī)房或值班室，主要負(fù)責(zé)將設(shè)備參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理，通過(guò)監(jiān)控軟件進(jìn)行人機(jī)交互。該層主要設(shè)備包括供電監(jiān)控服務(wù)器和前置機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警音響等。一級(jí)航空管制單位的供電監(jiān)控服務(wù)器應(yīng)采用雙機(jī)備份模式，提高監(jiān)控系統(tǒng)冗余度。

3 系統(tǒng)功能

開發(fā)智能電力監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)庫(kù)變量配置及界面設(shè)計(jì)等，系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、易用、良好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、報(bào)表功能及臺(tái)站供電“五遙”等功能。

3.1 用戶管理

安全是空管設(shè)備運(yùn)行保障第一準(zhǔn)則，供電監(jiān)控系統(tǒng)承載著重要業(yè)務(wù)，同樣需要保證其系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境的安全。為了防止外來(lái)人員或網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隨意篡改，軟件對(duì)系統(tǒng)用戶的權(quán)限進(jìn)行了設(shè)置，同時(shí)可以防止值班員誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)變化帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)和損失。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作，如隨意修改系統(tǒng)名稱、參數(shù)變量等。將用戶等級(jí)由高到低分為開發(fā)人員、管理人員、值班人員3個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)的用戶賦予不同的操作權(quán)限.例如，值班員僅有監(jiān)測(cè)權(quán)限，管理員和系統(tǒng)工程師添加系統(tǒng)修改權(quán)限等。

3.2 遙信功能

配電監(jiān)測(cè)主界面可以分別顯示不同臺(tái)站的高壓、低壓供電系統(tǒng)電氣一次系統(tǒng)圖，不同顏色代表該配電系統(tǒng)設(shè)備的開、關(guān)兩種狀態(tài)，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新。設(shè)備通信狀態(tài)界面可以顯示各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的連通狀態(tài)，包含具體的設(shè)備個(gè)數(shù)、地點(diǎn)、IP地址，實(shí)時(shí)顯示所有設(shè)備的通信狀態(tài)并定期刷新。對(duì)于突然發(fā)生故障或傳輸中斷的部位，系統(tǒng)能夠第一時(shí)間檢測(cè)并用顏色標(biāo)注，值班員發(fā)現(xiàn)該故障部位后及時(shí)進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)各個(gè)部分通信正常，數(shù)據(jù)能夠定時(shí)傳輸至服務(wù)器。

3.3 遙測(cè)功能

配電監(jiān)測(cè)為該系統(tǒng)的核心功能，通過(guò)此項(xiàng)功能可以查看各設(shè)備和供電回路的主要電參量，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新，值班員定期進(jìn)行巡視和監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)主要數(shù)據(jù)包括設(shè)備或回路的名稱、交流三相電壓和電流（直流設(shè)備則監(jiān)測(cè)直流電壓和電流）、交流電頻率、負(fù)荷或輸出回路電流、有功和無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù)等。

3.4 遙控功能

由于各臺(tái)站布局分散，在緊急情況下需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)如開關(guān)的分合閘、柴油發(fā)電機(jī)組的啟停等，通過(guò)監(jiān)控中心值班員遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠、持續(xù)運(yùn)行，彌補(bǔ)無(wú)人值守臺(tái)站的缺點(diǎn)。

3.5 遙調(diào)功能

遙調(diào)主要用于遠(yuǎn)程調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，在不停機(jī)的情況下改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。例如，夏季用電高峰造成電壓波動(dòng)過(guò)大，可以通過(guò)遙調(diào)功能實(shí)現(xiàn)變壓器的有載調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)輸出電壓趨于穩(wěn)定。

3.6 遙視功能

視頻監(jiān)控技術(shù)已在空管設(shè)備保障領(lǐng)域中靈活應(yīng)用，配合成熟的安防技術(shù)，在供電設(shè)備機(jī)房安裝攝像頭，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖像實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，值班員通過(guò)更為直觀的圖像，更加易于掌握設(shè)備運(yùn)行情況，保障水平的進(jìn)一步提高。

3.7 運(yùn)行參數(shù)記錄

設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、事件及報(bào)警記錄均實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果需要查詢某一時(shí)間段的記錄，只需通過(guò)設(shè)置查詢記錄的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，即可立即查詢?cè)摃r(shí)間段內(nèi)某一設(shè)備或回路的運(yùn)行參數(shù)記錄和報(bào)表。主要數(shù)據(jù)包括交流三相電壓和電流、直流電壓和電流、交流電頻率、有功和無(wú)功功率、功率因數(shù)、電容補(bǔ)償及變壓器溫度等。該功能可以為事件追溯查詢提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，便于分析事件原因。異常的運(yùn)行參數(shù)可以及時(shí)提醒值班員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，排除設(shè)備潛在的安全隱患。

3.8 負(fù)荷電流（回路）曲線

負(fù)荷電流（回路）曲線功能是應(yīng)用某一回路的負(fù)荷電流數(shù)據(jù)，在任一時(shí)間段內(nèi)生成一條負(fù)荷電流曲線，利于值班員對(duì)該時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷變化情況進(jìn)行分析和記錄，及時(shí)了解運(yùn)行負(fù)荷的變化，采取相應(yīng)措施。例如，夏季用電高峰時(shí)期，值班員通過(guò)負(fù)荷曲線發(fā)現(xiàn)用電負(fù)載明顯增多，則可以通過(guò)開啟備用變壓器或者合理調(diào)配負(fù)載等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)用電高峰平穩(wěn)過(guò)度，保障供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。借助該項(xiàng)功能，用戶還可以對(duì)負(fù)荷的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，通過(guò)歷年來(lái)縱向數(shù)據(jù)比較，判斷負(fù)荷的變化趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容或限容，優(yōu)化供電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。

3.9 報(bào)表管理

報(bào)表管理是運(yùn)行參數(shù)記錄功能的擴(kuò)展和延續(xù)。為了排除繁瑣的抄表工作，提高工作效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，報(bào)表管理和打印功能應(yīng)運(yùn)而生。報(bào)表管理功能可以把用戶事先設(shè)計(jì)好的表格導(dǎo)入系統(tǒng)，把系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照邏輯自動(dòng)填入表格相應(yīng)位置，代替人工進(jìn)行“抄表”。本程序還可以根據(jù)用戶的需要，設(shè)定具體時(shí)間點(diǎn)錄入數(shù)據(jù)和自動(dòng)打印。

3.10 事件報(bào)警

針對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)各類故障與異常狀況，監(jiān)控系統(tǒng)有效進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)邏輯判斷異常事件發(fā)生的類型，連同事件發(fā)生的時(shí)間和部位發(fā)出一條報(bào)警信息，提醒值班員及時(shí)進(jìn)行處理。該報(bào)警功能為實(shí)時(shí)報(bào)警，平時(shí)在后臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)，有報(bào)警時(shí)彈出告警窗口和發(fā)出聲音提示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)類型和開關(guān)狀態(tài)量，報(bào)警信息分為設(shè)備故障、電壓和電流超限、頻率超限、開關(guān)分合閘、柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)和停止、UPS電池逆變供電及變壓器溫度過(guò)高等多種。根據(jù)不同設(shè)備的不同故障原因，值班員判斷故障發(fā)生的類型和部位，為做好檢修和處置提供參考。

3.11 歷史記錄查詢

通過(guò)歷史記錄查詢功能，用戶可以查詢到過(guò)去的事件記錄和報(bào)警信息。歷史記錄查詢可以按照時(shí)間和空間分別進(jìn)行，既能查詢到任一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的全部事件和報(bào)警信息，也可以查詢到某一區(qū)域內(nèi)的設(shè)備在過(guò)去不同時(shí)間段發(fā)生的事件和報(bào)警信息。事件信息包含系統(tǒng)操作記錄、故障記錄及通信中斷記錄等，報(bào)警信息包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警部位及報(bào)警類型等。

3.12 Web發(fā)布

服務(wù)器具備Web發(fā)布功能，與服務(wù)器同處于局域網(wǎng)內(nèi)的上位機(jī)，可以通過(guò)瀏覽器對(duì)服務(wù)器進(jìn)行登錄和訪問(wèn)，成為工作站。工作站與服務(wù)器相比，沒有遙控和修改系統(tǒng)的權(quán)限，但包含遙信、遙測(cè)、遙視全部功能。

4 經(jīng)濟(jì)與實(shí)用價(jià)值

智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益和安全保障水平。減少臺(tái)站人員，降低人力成本；減少臺(tái)站現(xiàn)場(chǎng)巡檢頻次，降低維護(hù)成本；減少紙質(zhì)數(shù)據(jù)抄錄保存，降低運(yùn)行管理成本；遠(yuǎn)程監(jiān)視控制，減少應(yīng)急處置成本。同時(shí)，通過(guò)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析，制定針對(duì)性的設(shè)備維護(hù)策略，以有效提升設(shè)備運(yùn)行管理水平；通過(guò)24 h不間斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類供電故障，快速高效進(jìn)行處置，以有效提升安全保障能力。

5 結(jié) 論

智能電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行24 h不間斷監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問(wèn)題立即報(bào)警，有效縮短應(yīng)急處置時(shí)間；自動(dòng)采集數(shù)據(jù)生成報(bào)表，降低人力維護(hù)成本，免去人員到現(xiàn)場(chǎng)抄表等繁瑣的工作，緩解壓力，預(yù)防人為筆誤等原因造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)；歷史數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)，便于查找故障時(shí)間、故障原因和事后追溯；生成設(shè)備參數(shù)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)的縱向比較，分析設(shè)備運(yùn)行性能和發(fā)展態(tài)勢(shì)，有利于發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患，制定合理的維護(hù)檢修計(jì)劃。智能電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升空管供電保障能力和工作效率至關(guān)重要，將成為空管供電運(yùn)行保障不可或缺的一部分，為飛行安全做出更好的服務(wù)。