王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】本文中概述電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和作用，通過列舉工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑電力系統(tǒng)運(yùn)行和節(jié)能中的應(yīng)用，以及在推廣和發(fā)展方面需要改進(jìn)的問題。
【關(guān)鍵詞】民用建筑；電力監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)行和節(jié)能中的應(yīng)用
引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增強(qiáng)，城鎮(zhèn)建設(shè)速度不斷加快，智能建筑已經(jīng)從發(fā)達(dá)城市向普通城市發(fā)展推廣，而作為智能建筑的重要組成部分--電力監(jiān)控系統(tǒng)已成為電力系統(tǒng)管理中重要的技術(shù)手段，通過這種智能化管理，提高了電力系統(tǒng)可靠性、安全性和連續(xù)性，同時(shí)便于及時(shí)、全面、快捷的掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行工況，簡便、有效的進(jìn)行用電負(fù)荷變化、電能消耗和電能質(zhì)量分析，提高電能使用效率、節(jié)約用電成本，還能借助電力監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確、快速地判斷故障位置和故障原因。
一、電力監(jiān)控系統(tǒng)概述
電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，具體分為三層：現(xiàn)場設(shè)備層、通訊轉(zhuǎn)換層、系統(tǒng)管理層?，F(xiàn)場設(shè)備層設(shè)置在于電力線路系統(tǒng)中的配電現(xiàn)場，負(fù)責(zé)完成各種電力現(xiàn)場數(shù)據(jù)參數(shù)及信息狀態(tài)的的采集、保護(hù)和控制，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的各類動(dòng)作指令和管理操作；通訊轉(zhuǎn)換層設(shè)置在于電力線路系統(tǒng)中的配電現(xiàn)場，呈分布式布局，相互獨(dú)立，互不影響，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通訊轉(zhuǎn)換以及與系統(tǒng)管理層的數(shù)據(jù)交換。負(fù)責(zé)將現(xiàn)場設(shè)備層的各類電力智能監(jiān)控及第三方設(shè)備通過現(xiàn)場總線形式所采集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)形式的信號，并進(jìn)行組合、配網(wǎng)和轉(zhuǎn)發(fā)；系統(tǒng)管理層設(shè)置在監(jiān)控中心內(nèi)，管理層主機(jī)與通訊轉(zhuǎn)換層各子站間相互通訊，并通過以太網(wǎng)形式進(jìn)行局域網(wǎng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息的交換與管理。
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：1系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理；2電能質(zhì)量監(jiān)視與管理；3事件報(bào)警信息與記錄；4遠(yuǎn)程控制與操作；5歷史數(shù)據(jù)管理與各種報(bào)表打印等。
二、電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑電力系統(tǒng)運(yùn)行和節(jié)能中的應(yīng)用
1.工程實(shí)例
某辦公樓分為主樓、東附屬樓、西附屬樓三個(gè)部分，主樓建筑面積10萬m2,東西附屬樓各1.5萬m2。電力系統(tǒng)分為3個(gè)變配電室，主樓變配電室作為總變配電室，高壓電源采用雙電源進(jìn)線中間設(shè)置母聯(lián)形式，高壓饋出線包含主樓、東西附屬樓高壓電源，共計(jì)8條。主樓配電室低壓配電系統(tǒng)作為獨(dú)立部分，共有4臺(tái)SCB9-2000KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，其中2臺(tái)為主樓照明動(dòng)力用，低壓配電采用兩進(jìn)線一母聯(lián)形式，低壓饋出線90多條。另外2臺(tái)為空調(diào)制冷設(shè)備用，每臺(tái)變壓器及低壓配電系統(tǒng)均與制冷設(shè)備對應(yīng)。東、西附屬樓變配電室各有2臺(tái)SCB9-800KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，低壓配電系統(tǒng)均采用兩進(jìn)線一母聯(lián)形式，低壓饋出線分別為60多條和40多條，主要負(fù)荷以普通照明、動(dòng)力為主。由于變配電室較為分散，距離遠(yuǎn)，而且各建筑功能不同，用電負(fù)荷性質(zhì)不同，因此采用電力監(jiān)控系統(tǒng)對電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，三層結(jié)構(gòu)如下：
(1)系統(tǒng)管理層。將主樓變配電室作為總監(jiān)控中心，東、西附屬樓作為2個(gè)子工作站。各工作站電力監(jiān)控系統(tǒng)采用電力專用監(jiān)控軟件、Windows2003/XP中文版操作系統(tǒng)、SQLserver2005數(shù)據(jù)庫作為服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫。與第三方通訊支持DDE方式、OPC方式、ODBC接口，支持與樓控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
(2)通訊轉(zhuǎn)換層。主通訊網(wǎng)采用100MTCP/IP光纖以太網(wǎng)，子工作站通過OPC轉(zhuǎn)發(fā)接口接入TCP/IP以太網(wǎng)與主樓監(jiān)控中心系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)區(qū)域配電室現(xiàn)場數(shù)據(jù)交換，方便值班人員查看電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為提高數(shù)據(jù)交換速度以及通訊的穩(wěn)定性和可靠性，該系統(tǒng)采用IEEE802.3(TCP/IP)通訊標(biāo)準(zhǔn)，星形結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，5類UTP或Fibercable網(wǎng)線傳輸，傳輸速率達(dá)到100M標(biāo)準(zhǔn)。
(3)現(xiàn)場設(shè)備層。高壓進(jìn)線、高壓母聯(lián)以及低壓進(jìn)線、低壓饋出線等均配置PM800系列電力參數(shù)測試儀及相應(yīng)檢測器件，該設(shè)備不僅可以在現(xiàn)場顯實(shí)時(shí)顯示各種參數(shù)，而且通過RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議傳送到系統(tǒng)管理層。
2.在民用建筑電力系統(tǒng)運(yùn)行中的應(yīng)用價(jià)值
(1)電力監(jiān)控系統(tǒng)相對以往常規(guī)人工管理方式，能及時(shí)、全面的掌握電氣運(yùn)行信息，提高電氣運(yùn)行的安全性、可靠性。比如系統(tǒng)實(shí)時(shí)和定時(shí)采集電氣設(shè)備的模擬量和開關(guān)量；直接讀取各配電所、各條線路檢測器件采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示、統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算和存儲(chǔ)。通過系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控及信息共享，可減少甚至取消子工作站運(yùn)行管理人員，節(jié)省了人工管理的成本。
(2)電力監(jiān)控系統(tǒng)具有報(bào)警及事件管理功能以及網(wǎng)絡(luò)診斷故障功能。方便監(jiān)控中心管理人員全面了解電氣運(yùn)行狀況，準(zhǔn)確、快速的判斷故障位置和查明故障原因，有助電氣維修人員及時(shí)解除故障，提高電氣安全性，可靠性和持續(xù)性。
(3)系統(tǒng)可將歷史數(shù)據(jù)可以通過曲線方式和數(shù)據(jù)表格方式直觀地顯示，用戶可很方便地選擇欲查看回路的歷史數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)的分析，可以對關(guān)鍵回路的電流和功率變化進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)修正和預(yù)測、設(shè)備的運(yùn)行調(diào)配管理。
3.在民用建筑電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用價(jià)值
(1)通過監(jiān)控系統(tǒng)的各用電負(fù)荷電能消耗數(shù)據(jù)和電力參數(shù)分析，可對配電系統(tǒng)內(nèi)各用電負(fù)荷進(jìn)行電能分配、計(jì)量和監(jiān)控，減少三相電流不平衡情況，以避免電能浪費(fèi)的現(xiàn)象。
(2)根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)記錄的各用電負(fù)荷在峰、谷、平時(shí)段電能消耗數(shù)據(jù)分析，合理的采取運(yùn)行方式和周期，減少不必要的設(shè)備添置，減少資金投入，節(jié)約電能。
(3)通過電力參數(shù)的實(shí)時(shí)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能消耗異?，F(xiàn)象，如發(fā)生諧波問題或功率因數(shù)過低的問題，可以采取有效措施進(jìn)行設(shè)備改造或補(bǔ)償，以避免電能過度損耗和設(shè)備老化的問題。
4.電力監(jiān)控系統(tǒng)在推廣應(yīng)用過程需解決和改進(jìn)的問題
(1)應(yīng)用產(chǎn)品及生產(chǎn)廠家較多，且標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范各不相同，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制約電力監(jiān)控系統(tǒng)推廣和發(fā)展。比如制冷機(jī)組自帶電氣控制器件無法與電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊和信息共享，在電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集方面存在不足。
(2)電力監(jiān)控系統(tǒng)投資規(guī)模較大，尤其要求精度高、傳輸速度快的監(jiān)控元器件投資更高，一般說來，電力監(jiān)控在變配電系統(tǒng)投資中占到30%-40%,一些業(yè)主自籌資金，在預(yù)算不足情況下，相應(yīng)減少電力監(jiān)控投資。
(3)用戶對電力監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)知度不高，管理人員業(yè)務(wù)能力和知識(shí)水平不高，系統(tǒng)利用率低，部分用戶僅作為擺設(shè)，忽略了其應(yīng)用價(jià)值，造成認(rèn)識(shí)上的誤解，在系統(tǒng)推廣和發(fā)展上造成障礙。
三、安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
1.概述
針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
2.應(yīng)用場所
適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
3.系統(tǒng)架構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。
4.系統(tǒng)功能
4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。
4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。
4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。
4.4運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備規(guī)定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。
4.5實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
4.6歷史事件查詢：對事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
4.7電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。
4.8用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。
4.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.10電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。
4.11遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
4.13事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。
4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。
4.15APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。
5.系統(tǒng)硬件配置
四、結(jié)束語
電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑中發(fā)揮越來越多的作用，以其出色的電力監(jiān)控功能和節(jié)能效果，特別是與樓宇自控系統(tǒng)的一體化管理，能夠更加節(jié)省人工管理的開支，節(jié)約時(shí)間，操作和查詢更加方便，而且具有更明顯的經(jīng)濟(jì)效益。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電力監(jiān)控系統(tǒng)正在向更高、更深的領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]姜傳超.電力監(jiān)控系統(tǒng)在民用建筑電力系統(tǒng)運(yùn)行和節(jié)能中的應(yīng)用。
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版
