安科瑞电力监控系统的设计与实际应用

安科瑞虞佳豪

电力监控系统的技术实现

实现原则

实现配电智能化统一管理。系统在构架与配置上考虑配电室智能管控的需求，不仅达到变配电管理方面的技术规范及要求，实现配电智能化远程实时掌控。完成设备数据传送和数据共享，进而完成各系统之间的组网，整体上加强系统稳定性、可靠性、兼容性、拓展性。

电力监控系统采用分为本地后台式和基于互联网的形式。基于某高校的性质，宜采用本地后台式系统进行智能管控管理，系统采用专业组态软件，管控系统采用分层分布开放式结构的实时数据库管理系统，支持Windows操作系统，匹配通讯子系统。该系统可以通过本地监控主机实现全校智能电表、空调、PLC、水表、燃气表、热量/冷量表等仪表的远程集抄和远程控制等功能，具体可根据实际情况分步、分项实施拓展部署。

系统采用现场总线控制和以太网络通信方式。现场通信采用485屏蔽线传送数据，保证了系统通信的抗干扰能力和信息交换速度，并为上级管理系统预留通信接口，进行设备数据传送和数据共享，进而完成各系统之间的组网。整体上加强系统稳定性、可靠性、兼容性、拓展性。以Windows操作系统为平台，按照标准传输规约实现装置与软件之间信息传输

系统架构

管理系统为三层架构，分层分布式。一体化、模块化的应用功能、灵活的系统配置、开放式的软硬件平台、丰富的通信接口协议。

设备间隔层

该层由配电站的高低压设备的终端数据采集管理设备组成，主要为网络多功能电力仪表、高压综保（可扩展空调控制器、远传水表、远传燃气表、热计量流量计等）。根据高低压设备的类型及柜体结构，分别安装在各个高低压开关柜中，可单独实现监测间隔层和控制各类断路器的目标。间隔层的终端数据采集管理设备能够采集高低压等设备内的相关数据参数，通过通信管理机上传并接收操作指令，对设备进行操作。

通信层

通信层是终端数据采集设备与上级管理设备连接的信息桥梁，通过协议转换实现数据的格式的统一，实现设备数据与高速网络的实时互联通信。主要包括：通讯机柜、通信管理机、关电源、以太网交换机及各种通信媒介（屏蔽双绞线、网线）等。

控制层

管理主机：集中管理所管控的所有设备，以图形、图表、图标等多种方式实时反馈各类相关设备的数据参数，实现变配电实时监测和报警、远程控制、能耗数据分析等诸多功能。

控制层为电力管控系统运行管理中心，包括监控主机、通信管理机、操作台，打印机及网络设备等。系统具备与集控中心、上级调度通信的拓展功能。控制层通过本地图像工作站（或互联网图形服务器）实现系统统一管理功能，为用户提供良好的人机交互界面、集中管理需要的本地已监控的全部设备，实时反馈监控信息，实现智能电力监控管理系统的配电实时监测和报警、配电回路智能设备的远程控制、能耗数据分析等功能。

控制层主要包括：管理系统软件、图形工作站、显示器等外设。

设备间隔层的终端数据采集管理设备及实现功能详述

高压柜：采集装置为微机保护测控装置，型号RNP800，采集数量9台，采集内容：三相电压、三相电流、有功、无功、频率、开关状态、报警信号等。实现功能：断路器分、合闸报警信号；速断动作跳闸报警；过流动作跳闸报警；超温报警；超温跳闸报警；接地刀闸信号（如有）；手车工作位置信号（试验位置、工作位置）；断路器位置信号（如有试验位置、工作位置）；机构弹簧储能信号；电压、电流实时曲线、历史曲线分析；通讯异常报警；综保装置异常报警；就地远方信号。

另设置高压柜电力多功能测控仪表，型号为PD1134E，检测数量11台，采集内容：故障、报警信息及电力参数等信息。实现功能：实时监测所有高压柜所需测量的电力数据；历史数据；开关分合闸报警信号；报表。

变压器：采集装置为温控器，型号BWDK-Q201，采集数量4台，采集内容：A、B、C、铁芯线圈实时温度、变压器门状态、报警信号灯。实现功能：A、B、C铁芯线圈实时温度；变压器门状态；风扇启停工作状态；超温报警、跳闸信号。

低压柜：采集装置为电力多功能测控仪表，型号PD1134E，采集数量65台，采集内容：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、电度、分合闸信号。实现功能：实时监测所有低压柜所需测量的电力数据；数据实时曲线、历史曲线分析；开关分合闸报警信号；报表。

直流屏：采集装置为直流电源监控装置，型号ZJK01-IA/G，采集数量一套3台。采集内容：市电电压、充电电流、控母电压、合母电压、放电电流、母线绝缘接地情况、异常报警。实现功能：市电输入监测：电压、电流；控母电压、合母电压监测；负载电流实时监测；母线绝缘接地情况实时监测；充电机运行状态实时监测；直流屏工作状态实时监测：浮充、均充；异常报警实时监测等。

保护测控装置RNP800功能详述

三段定时限过流保护、过流后加速保护（可受复压判据控制）、过负荷保护、过负荷告警、充电保护、反时限过流保护、两段低压保护、过压保护、低周减载、三相多次重合闸、偷跳重合（即不对应重合）、零序过压告警、三段零序过流保护（可受零序电压闭锁）、零序后加速、零序过流告警、两段低压侧零序过流保护、独立的接地选线功能、PT断线、CT断线、控制回路断线、装置失电告警、合闸可检同期、检线路无压、检母线无压或不检、5路非电量保护（重瓦斯、轻瓦斯、高温跳闸、高温告警、压力释放）、4路非电量控制、故障、告警、闭锁、重合闸等事件记录、两套保护定值及保护投退、故障录波。

遥测量：各类电压、各类电流、各类有功、各类无功，功率因数、频率、线路侧同期电压频率、有功电度、无功电度、温度、基波及各次谐波。另有遥信量、遥控量、对时功能、数据掉电保存等多个功能。

电力多功能测控仪表AE+201功能详述

遥测：各类电流电压、有功、无功，频率、功率因数等常用电力参数数据的采集与存储。各低压出线回路的分合闸状态、历史曲线采样、计算和统计低压柜各出线回路，开关分合闸信息、故障及报警信息；日、月、年用电量，可自由生成历史数据和报表。

遥信：不少于6路。遥控：断路器控制开关动作。谐波分析：给出电压电流1～13次谐波的比例数据。

后台监控系统基本功能实现

软件内容包括：应用软件（某型－3000计算机监控系统）、操作系统、SCADA软件、图形显示软件、打印制表软件、内部网络通信软件、实时数据库、历史数据库、绘图软件、与保护及智能设备的接口通信软件。

遥控功能

系统以实时数据库为主控与被控设备的结合点，实时数据库具有各被控设备的控制命令区，各种操作控制命令写入实时数据库，通过通信控制器执行。

遥信功能

遥信分为位置状态遥信和保护信号。位置遥信包括各种开关、刀闸、分状态、开关手车的工作、试验位置状态、变压器分接开关位置、温度检测设备的限位等。保护信号分为事故信号和预告信号。事故信号指使设备停电、停运的信号，预告信号指不影响设备继续运行的非正常信号。正常遥信状态的传送，系统优先传送故障信号和遥信变位信号。

禁止或强制处理

因故信号临时不能正确反映真实状态的遥信点，可进行操作命令，手工设定遥信点的状态，或禁止对遥信点的搜集。数据库中记录数据点手工设置和禁止采集的状态，在主接线图上用不相应的颜色标注。

遥测功能

变电室内测量对象的三相相电压、三相线电压，三相电流，有功功率，无功功率，有功电度，无功电度，功率因数COS和频率，直流屏遥测量，变压器温度等参数数据均传送管理主机。

管理主机的主接线图上可显示上述各类参数，同时数据实时刷新，发生参数遥测量超限，主机报警，系统画面出现报警窗口，并以不同颜色相区别，遥测量恢复后，避免提示，同时颜色复原，上述过程存入系统历史记录。

权限管理

管理主机为管理操作平台，可设定权限进行管理和控制，对各种操作设定权限控制。

信息处理、显示

测控装置和测控仪表将各种的数据及时的传送回管理主机，实现管理主机对各种测控设备运行的监控。元器件、字符、图形等均可与实时数据或“虚遥信/虚遥测”信号关联。如遥信量状态、遥测量得值、装置的通信状态等。

报警

多种报警方式，如灯光、图文、讯响、打印、模拟盘等报警方式，即可独立报警，也可组合报警，报警的发生可在控制层和间隔层同时实现，并可根据管理主机的职责范围有针对性地报警。同时，可分为预告性和事故性报警，根据要求可实现语音报警。

事故

当事故发生时，在显示器上自动推出故障信息窗口，内容包括：故障发生地点、对象、性质、时间及相关故障数据，如短路电流等。画面上的故障设备自动闪烁，按复归键后停止闪烁。

预告

设备故障信号出现时，管理主机画面显示具体内容，包括对象、性质、发生时间及相关预告数据，如越限电压、单相接地等。

参数处理

管理主机收到测控装置和仪表传来的参数，进行计算处理并保存至管理主机系统的分类数据库中。

数据归档和统计报表功能

管理主机设有报表管理平台，保存上述的参数数据、操作状态、报警信息的所有记录，可随时查询分析；管理主机系统具有报表生成工具，根据运行要求自动生成各种报表：日报表、月报表、年报表，同时包括电流、电压、功率、频率、电度及各种代数计算的结果值。各类报表均可打印。

事故追忆记录

系统能够实时数据跟踪分析处理，支持开关量或模拟量，系统保存不少于1个月的事故追忆记录，可以按类别查询、分析和打印。

故障数据记录

当所需保护设备制定的保护事故分段动作时，及时记录事故动作时间、原因和相应模拟量、开关量的状况信息。

故障事件记录

系统设有设备管理程序，监控装置的运行情况及监控装置发回的被控对象的运行情况，报告装置在运行中对检测到的被控对象及装置本身所出现的异常情况或事件的记录。记录故障设备名称、编号、故障的原因和时间及相关的状态信息。

日志管理

自动生成全日志、事故及异常日志、事故跳闸日志、操作日志和维修日志等。系统同时支持人工填写日志功能，系统具有防止伪造人工填写日志的措施。

信息打印功能

所有操作、警报、报表信息均可根据需要（图形打印、报表打印、事件打印）打印出来。

数据查询

通过设置设备或时间在系统中查询各类实时、历史数据，可按时间区间、按系统类别、按报警级别、按间隔方式等。也可按变量列表、数据数值、曲线、模拟图、日志事件，设备报告事件记录、录播故障记录、事故追忆记录等多种方式。系统提供按等多类别查询方式。

自诊断自纠错

管理系统服务器互为热备份，并具有故障自诊断能力。系统具有程序管理器，能对整个系统的运行状况实施监控，当系统软件中有个别模块运行发生故障时，可对其复位。针对监控设备的故障报警信息、故障信息均记录在系统中生成日志文件，并可通过故障查询窗口查询并可及时打印。

执行闭环操作

可设置操作管理权限，只有正确输入操作和监控两种密码及正确的编号后，获权控制操作、修改数据，记录信息。

Acrel-2000Z电力监控系统适用于35kV及以下电压等级的各类变电站，可以帮助用户掌握配电系统的实时运行状态，获取预警、告警等各类事件，实现主要区域的无人值守，提高安全监管水平。针对重庆五桂堂历史文化商业街区项目的要求，系统将完成对专用开闭所、配电房内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能。其中保护、测量等功能通过中、低压智能型保护测控装置和多功能电表来实现，为变电站安全稳定地运行提供了坚实的保障。

历史街区是一个城市的文脉，重庆市五桂堂历史文化商业街区为了在现代化城市的发展进程中找到适合历史街区的发展路径，让老街保持高品质的文化遗产这一核心特质，进行了一系列的整改、建设。为了建筑可以安全可靠的用电，变电站内需要一套系统来进行监测保护，安科瑞推出的Acrel-2000Z电力监控系统，可以控制和管理变电站设备，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供坚实的保障。在该项目中，系统将完成对专用开闭所、配电房内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能。

据悉原五桂堂街是一条上百年的地地道道的涪陵“老街”，北起火神庙（后来的铁器社）西侧，南止天主堂大门前横街尽头，长约200米，宽约2米，该项目建设地点位于重庆市涪陵区敦仁街道望栏桥社区（八角井），占地面积约36225㎡，合约54.3亩。

变电站内设有2个配电室，直接从110kV东门变电站的开闭所引入10kV线路，每个配电室内有4个容量为1000kVA的10kV变0.4kV变压器，变压器1B和2B、3B和4B均为解列独立运行，互为备用(单台变压器运行时，联络开关可合闸；两台同时运行时，联络开关须断开)。其中1#配电室内有6面高压柜、36面低压柜，2#配电室内有6面高压柜、39面低压柜，除开关柜外配电室内还有直流屏、无功补偿控制器、有源滤波等装置。

该项目对电力监控系统的安全管理有较高的要求，安全管理信息简单来说包括用户登陆和注销等信息，还包括系统各级用户权限变更的信息以及其他一些和安全服务相关的信息。针对上述需求，Acrel-2000Z电力监控软件具备分级限权的用户管理功能来满足，除此外其他功能需求如下：

1、系统可以进行图形及报表的生成、修改、打印，可以对数据库进行定义和修改；

2、系统可以发出操作控制命令，并对报警确认、报警点退出/恢复；

3、系统可以查看历史数值以及各项定值；

4、系统应有硬件设备网络拓扑图，能反映所有硬件设备的运行状态；

5、系统具备用户分级管理和用户权限设置功能。

以下是配电室高压部分的电气接线图：

1#配电室

2#配电室

方案配置

本项目为每面高压柜配置AM3SE-I系列微机保护装置以及电压电流数显表。AM3SE-I电流型保护装置的功能有：三段式过流保护（可经低电压闭锁、可经二次谐波闭锁）、反时限过流保护（可经低电压闭锁）、过负荷告警/跳闸、三段式零序过流/反时限过流保护、FC回路配合的过流闭锁功能、零序过压告警/跳闸、过电压告警/跳闸、PT断线告警、低电压告警/跳闸、两段式负序过流保护、负序反时限过流保护、非电量保护、三相一次重合闸、低频减载、后加速过流保护（可经低电压闭锁）、电参量测量、故障录波功能（保护动作时启动）等。

高压柜上图方案如下：

1#配电室高压柜上图方案

2#配电室高压柜上图方案

整个项目硬件产品配置方案如下：

系统整体网络结构分为三层，采用屏蔽双绞线直接将仪表数据接至数据采集器，然后通过网线直接接至监控主机，保障了电力监控监控系统传输的稳定性与实时性。

（1）站控管理层

站控管理层针对电力监控系统的管理人员，包括工控机、显示器、打印机等高性能设备，是人机交互的直接窗口。

（2）网络通讯层

通讯层主要是由采集器、以太网设备及总线网络组成。串口服务器主要功能是监测现场智能仪表；以太网设备及总线网络的主要功能是实现分站与主站之间的数据交互，使配电系统管理集中化、信息化、智能化，不仅提高了配电系统的安全性、可靠性和稳定性，也达到了无人值守的目的。

（3）现场设备层

现场设备层的主要目的就是对配电系统中的各类运行参数做好测量与采集,同时将获取的数据信息传输到监控系统，各类设备应该在不依赖于主控计算机运行情况下，可以保持互相独立完成各自功能。现场设备层主要由智能仪表组成，智能仪表通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器，经通讯服务器到达该配电间监控主机进行组网，实现远程控制。

现场安装

配电室内柜体安装如下图：

软件功能

实时监测

Acrel-2000Z电力监控系统人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

曲线查询

在历史曲线界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、温度等曲线。

电能统计报表

系统同时具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。

历史事件查询

系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。可以按时间、类型和设备进行查询和排序。

用户权限管理

为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

结语

在当今配电设施的应用中，配电的安全性至关重要，本文介绍的Acrel-2000电力监控系统在上述历史文化商业街区中的应用，不但可以实现对配电室供配电回路用电的实时监控，还具有网络通讯功能，可以将数据进行上传转发。该项目中系统软件实时显示配电室内10KV配电进出线回路的运行状态，对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框、报警声音提示；同时生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究；该系统安全、可靠、稳定的运行，为上述历史文化商业街区及时解决用电问题提供了真实可靠的依据。