劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：現(xiàn)代變配電監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，對智能變配電設(shè)備進行數(shù)字化信息采集、處理和傳輸，從而實現(xiàn)對變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設(shè)備的遠程監(jiān)控管理，達到配電室的少人或無人值守的目的，提高變配電運行的現(xiàn)代化管理水平。文中以吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為實例，提出基于以太網(wǎng)結(jié)合現(xiàn)場總線的設(shè)計思想并給出了設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：變配電；監(jiān)控系統(tǒng)；以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線

0引言

  變配電系統(tǒng)包括變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分，主要作用是通過變壓器來改變電壓并通過配電設(shè)備向終端用戶分配電能。變配電系統(tǒng)是否能正常運轉(zhuǎn)直接影響整個火車站用電的穩(wěn)定和，因此對變配電系統(tǒng)的工作情況進行實時監(jiān)控和管理具有非常重要的意義?，F(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的智能監(jiān)控系統(tǒng)就是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠程通信技術(shù)，采用遙信、遙控、遙測的方式對變配電系統(tǒng)運行情況進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、交換，完成保護、監(jiān)視、報警及診斷記錄等功能，使工作人員不親臨現(xiàn)場就能掌握整個車站變配電系統(tǒng)工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備故障，快速制定解決方案，縮短停電時間，減少經(jīng)濟損失，并可實現(xiàn)變配電室的無人值守，提高系統(tǒng)可靠性和適應(yīng)性，達到電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理的目的。

1吉林火車站電力系統(tǒng)概況

   吉林火車站，屬于大型旅客車站，建筑等級為二級，主要包括東、西兩站房。供電負荷分三級，級負荷為信號、通信、售檢票和安檢設(shè)備、變電所用電、公共區(qū)照明、應(yīng)急照明、公an監(jiān)控、消防設(shè)備用電等。二級負荷為站房區(qū)照明、自動扶梯、垂直電梯、靜態(tài)標識、排水泵、新風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。三級負荷為廣告照明、景觀照明及其它不屬于二級負荷的用電設(shè)備。全站負荷容量東站房為3 242 kW，西站房為3 206 kW，總用電負荷容量6 448 kW．東、西站房各建座變電所，分別選用2臺1 600 kVA變壓器，兩站各設(shè)個10／0．4 kV變配電室。每個變電所由站場10 kV開閉站引兩路相互獨立的10 kV電源，共計4路。各變電所2路10 kV電源的運行方式為正常時，2路電源分列運行，當(dāng)任路電源故障時，另路均能承擔(dān)全部、二級負荷。

2變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)基本設(shè)計思想

該工程設(shè)計的是10／0．4KV電力變配電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)變配電系統(tǒng)信息的傳輸、交換和管理。

2.1.1單純基于現(xiàn)場總線的變配電監(jiān)控系統(tǒng)的不足

現(xiàn)場總線是種比較流行的工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要采用標準化的全數(shù)字式通信鏈路在現(xiàn)場設(shè)備之間以及現(xiàn)場設(shè)備與自動化系統(tǒng)之問實行雙向、串行、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)。單純基于現(xiàn)場總線的變配電監(jiān)控系統(tǒng)存在著各自動化儀表公司總線標準不，種類繁多，難以實現(xiàn)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的有效集成并且監(jiān)控軟件開放度不高等不足，為此決定將以太網(wǎng)引入變配電監(jiān)控系統(tǒng)來解決這問題。

2.1.2以太網(wǎng)的發(fā)展為在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能性

以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，它具有應(yīng)用廣泛、共享資源能力強、軟硬件資源豐富以及低成本等點。隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，高速以太網(wǎng)的速率已達到或超過100Mb／s，并且交換技術(shù)的引入，使信息在傳輸時可以獨占傳輸媒體帶寬，保證了從源端到目的端快速的點到點連接，從而避免了網(wǎng)絡(luò)沖突。由于變配電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息信息量不大，多達幾十個字節(jié)，因此對網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐量要求不高。

2.1.3融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

盡管現(xiàn)場總線數(shù)量多，標準不統(tǒng)，但由于現(xiàn)場需要監(jiān)控的電力設(shè)備數(shù)量大，實時性強，因此采用現(xiàn)場總線作為底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會更加節(jié)約工程投資，然后在其上層通過相應(yīng)網(wǎng)關(guān)，將現(xiàn)場總線連到以太網(wǎng)上，從而實現(xiàn)多種現(xiàn)場總線的集成，并能很好的與因特網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是電力調(diào)度員通過以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議將信息指令發(fā)給相應(yīng)

網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場總線協(xié)議后發(fā)給相應(yīng)的監(jiān)控儀表。反之，現(xiàn)場監(jiān)控儀表有消息要發(fā)給監(jiān)控終端時，也要由網(wǎng)關(guān)做協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)上傳。

2.2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上設(shè)計思想，對吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由圖可知該變配電監(jiān)控系統(tǒng)共分3層，即系統(tǒng)管理層、通 經(jīng)調(diào)研在整個吉林站除了設(shè)有變配電監(jiān)控系統(tǒng)以外，還有訊管理層和現(xiàn)場監(jiān)控層。

(1)現(xiàn)場監(jiān)控層位于車站現(xiàn)場，主要對安裝在車站現(xiàn)場的各種高壓線路保護單元、各類低壓饋線以及直流屏、信號屏、變壓器溫控器及功率因數(shù)控制器等的工作信息進行數(shù)據(jù)采集和控制，并將采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線協(xié)議傳給上層。該現(xiàn)場總線所采用的傳輸線為12芯光纜。

    (2)通訊管理層主要由放置于東、西站房變配電室的通訊機柜和放置在供電段的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成，它提供了系統(tǒng)管理層到現(xiàn)場監(jiān)控層之間的連接。其中通信機柜里面放置有H3C S3100百兆以太網(wǎng)交換機、通訊管理機、環(huán)網(wǎng)交換機和路由器及協(xié)議轉(zhuǎn)換器，主要完成的功能是收集下層數(shù)據(jù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、上傳數(shù)據(jù)、主備用通道自動切換，以及接收系統(tǒng)管理層的指令下達給終端設(shè)備完成工作；二是診斷所管范圍設(shè)備故障并將故障區(qū)域隔離。如建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)等，都需要與各自監(jiān)控終端進行實時通信。由于通信數(shù)據(jù)量大，監(jiān)控設(shè)備所處環(huán)境復(fù)雜，因此在二層通訊管理層與上層監(jiān)控層之間加入工監(jiān)以太網(wǎng)交換機，型號選為H3C$5500千兆三層以太網(wǎng)交換機，以保證高速可靠的信息傳遞，并可實現(xiàn)資源共享。設(shè)計中在工業(yè)以太網(wǎng)交換機和變配電監(jiān)控系統(tǒng)的管理層之闊的連接線選用超五類非屏蔽雙絞線，傳輸速率可達100 Mb／s．

(3)系統(tǒng)管理層位于監(jiān)控系統(tǒng)高層，由監(jiān)控計算機、打印機等組成，具有遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、報警顯示、故障記錄、圖形顯示以及報表打印等功能。該層設(shè)備放置在供電段的監(jiān)控室，監(jiān)控軟件為利用組態(tài)王開發(fā)的變配電監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

2.3通信協(xié)議

Modbus是目前工業(yè)控制領(lǐng)域中廣泛使用的種協(xié)議，該協(xié)議定義了控制器能識別并使用的消息結(jié)構(gòu)，而并不關(guān)心它們之間采用哪種通信網(wǎng)絡(luò)，它可以實現(xiàn)控制器間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)

和其它設(shè)備之間的通信。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種模式。和Modbus--ASCII相比，Modbus--RTU模式協(xié)議更簡單，傳輸數(shù)據(jù)量大，效率高且傳輸距離長。經(jīng)調(diào)研吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控面積廣，現(xiàn)場監(jiān)控儀表種類多，用途各異，安裝分散，因此為了能更可靠的把分布于車站各處的不同廠商生產(chǎn)的監(jiān)控設(shè)備連入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)集中監(jiān)控，設(shè)計決定采用基于RS485通信接口傳輸?shù)腗odbus—RTU通信協(xié)議，傳輸速率不得小于38400bps．

2.4主要實現(xiàn)監(jiān)控功能

設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)以下監(jiān)控功能：

(1)對于高、低壓設(shè)備通過保護繼電器完成保護、監(jiān)視和控制功能。

(2)檢測運行參數(shù)，采集每個回路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電度量，變壓器運行狀態(tài)和各種告警信息等，為正常運行時的計量管理、事故發(fā)生時的故障原因分析提供數(shù)據(jù)。

(3)監(jiān)視電氣設(shè)備運行狀態(tài)，如高、低壓進線斷路器等各種類型開關(guān)當(dāng)前分、合，測試、投入狀態(tài)，斷路器小車位置，人工操作標志，保護故障信息，如發(fā)現(xiàn)故障自動報警。

(4)對建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進線記錄和統(tǒng)計，包括動力用電和照明用電，對高峰負荷、日用電量、平均用電量等指標進行分析和管理。

(5)對各種電氣設(shè)備的檢修、保養(yǎng)、維護進行管理。

3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型 

3.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護人員，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

3.2系統(tǒng)功能

3.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

3.2.2實時監(jiān)測

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關(guān)故障、告警等信息。

3.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室個設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。

3.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

3.2.5運行報表

查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

3.2.6實時告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

3.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

3.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

3.2.9網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

3.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。 

3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型 

4結(jié)束語

吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了監(jiān)控主機在供電段監(jiān)控室內(nèi)對吉林站東、西站房管轄的所有變配電設(shè)備的監(jiān)控，并可以實現(xiàn)與現(xiàn)場高、低壓配電設(shè)備以及整流配電設(shè)備之間的遙測、遙信。該系統(tǒng)集保護、控制、測量、信號采集、故障告警、諧波分析、電能質(zhì)量管理、負荷控制和運行管理于體，實現(xiàn)了變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設(shè)備分散監(jiān)控、集中管理功能。按照該方案設(shè)計的吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過年的試運行后，整個系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，可靠，達到了預(yù)期的使用目的。目前已通過驗收，正式投入使用。

參考文獻：

[1] 高文逸，戎?。蛪号潆姳O(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建．電工電氣，2009(8)：27—31．

[2] 楊光，楊志杰.基于以太網(wǎng)的火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)[J]． 儀表技術(shù)與傳感器 2013

[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

作者簡介：

劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用