配电工程中智能配电监控系统的应用

郑卢飞

摘要：介绍10/0.4kv配电系统配备智能电力仪表和变配电监控系统，实时采集主回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电气参数和开关信号；通过联网传输到后台，实现对低压配电系统用电状态和能耗的实时监控。同时设置剩余电流型电气火灾监测系统，实时在线监测剩余电流。当达到设定值时，发出预警信号，提醒员工消除隐患。

关键词：变配电监控系统；RS485通讯；能耗监测；漏电火灾报警系统；

1电力监控系统设计

在在主变压器低压进、出线柜、低压母线耦合器柜、市电、发电机开关柜内设置116套三相数字式多功能测控电表，地下一层配电室的发电机进线柜等低压馈线回路，用于测量一次回路的所有三相电量：u、I、P、Q、cosφ、Kwh、kvarh、F等；配电室低压馈线回路设置37台单相数字式多功能测控表，测量一次回路φ、Kwh、kvarh、F等单相u、I、P、Q、cos；并将上述采集的数据通过通信接口上传到配电室旁值班室的监控主机和监控中心，在主机上实时显示，同时记录各种配电参数，为建筑的能源管理提供准确的数据支持。

同时，带并联线圈的开关可以通过系统远程跳闸和控制

电力监控系统采用现场中低压智能监控模块单元实时采集系统数据和故障信号，监控中心集中运行和监控的结构。配电所和中心变电站通过智能监控模块采集的数据直接传输到中心变电站的主机。

整个监控系统分为三个部分：现场采集层、通信层和中心站监控层。

2.1现场采集层

在现场采集层，各变电站的时间数据由现场监控单元采集、分析和处理。可测量的功率参数应包括：电压、电流、功率、功率因数、频率、谐波含量、电度、泄漏电流等，同时应实时监测和上传各回路的断路器状态等参数，以及故障回路、故障时间、，应通过图表观察故障位置和其他参数。监控单元采集的数据和信息通过RS485通信端口连接。LCD屏幕用于显示电源参数和开关状态，Modbus通信协议用于与监控中心主机通信。

2.2通信层

子仪表至串口服务器的通信通道选用屏蔽双绞线，系统在屏蔽双绞线channel®RTU协议中采用标准MODBUS进行数据传输。

从串行端口服务器到中央监控主机，使用专用局域网。串行服务器tcpip协议导出100BaseTX将数据发送至监控中心。

2.3中心站监控层

中心站监控室设有监控服务器，负责采集现场监控模块采集的各种电力参数和故障信号，并通过系统软件进行统一处理、分类、归纳和汇总。实现对系统供配电的集中、全面、实时远程监控，及时、准确地向系统反映各主出线柜的供电质量、事故报警、电能分布等情况并显示，并通过全局考虑下发调度命令，对各配电柜实施同步管理，掌握指尖掌心的全局电源。同时，对位于监控室的高低压配电的各种功率参数进行采集、显示和处理。根据方便的距离，采用RS485总线直接与线控主机通信，

3电源监控系统的主要功能电源监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道完成各电路电源参数的数据采集。对信息进行分析处理，并以报表等多种形式提供给值班员参考，以便值班员能够轻松掌握供电系统的运行状态，包括相关设备的运行状态。3.1数据采集和处理：

实时采集模拟量、开关量、数字量、温度量及各种事件信息。实时数据的统计、分析和计算。实时计算每条线路的功率因数、有功功率和无功功率值；实时计算各条线路有功、无功日、月最大值、最小值、平均值；实时显示各变压器的温度值；每天和每月实时计算各变压器的最高、最低和平均温度；实时显示各高压进线的频率和谐波分析；实时显示和统计各时段各回路的电能值，并对电能数据进行分时计费统计。应根据用户需求提供各种分时计费（峰值、谷值、平均值等）方案和费率类型。实时显示和统计各回路的日、月、年总有功和无功千瓦时；实时显示电容器投切状态和手动/自动状态。

数据采集周期、模式、参数等可由用户在线定义，状态量的变化应先传输。

3.2报警处理

设置报警信号和事故信号，产生不同的声音报警和闪烁，自动推出相应的图片，闪烁和移动相应事故和故障设备的图形，并在窗口中提示事件内容和处理指南。报警信号可在监控主机上手动确认和复位。警报还激活事件打印输出功能。报警信号部分：线路过载、系统自诊断故障、母线电压超限、变压器温度超限等。事故信号部分：保护装置动作、开关位移。

3.3事故回忆显示屏

当保护动作发生时，系统会自动启动相关测量数据记录，以便系统调用事故。您可以随意选择要查看的事故回忆数据。（1） 接线图；（2） 工况图；（3） 条形图；（4） 曲线屏幕。

日程

包括事故信号表、故障信号表、运行信号表和保护整定值表。

3.5系统可用性指数

在完成系统重要功能（重要功能为SCADA、历史数据存储、通信和网络分析）的前提下，系统满足以下性能指标：系统可用性≥ 99.9%; 远程控制执行可靠性≥ 99.99%; 综合保护监测单元和计算机的使用寿命应大于10年。

3.6远程控制跳闸和关闭控制

断路器的远程跳闸和闭合可通过监控主机实现。

3.7远动通信

预留与其他监控系统和企业管理信息网络的接口。

3.8历史数据存储

系统主站设有历史数据库，可设置记录周期，并可保留所有监测量：每天24小时、每月每天、每年每月的统计数据；以及重要事故和运行记录、历史数据的存储时间和在线查询显示，存储时间可以在线修改。全站数据可存储至少三年，也可传输到CD-ROM中长期存储。

3.9保护定值修改

监控主机能显示各线路的保护配置并能对所有保护定值进行设置和修改， 也能对各保护功能进行投退，以适应开关所内保护多种运行方式，修改时必须输入相应密码才能进入。

3.10报表功能

提供功能强大、灵活自如的报表编辑工具。所见即所得并可自动生成。应提供典型报表模板。应支持定时和随机两种打印方式。随机打印是自动记录故障，事故情况下操作时的事件，并响应手动选择的各打印功能；定时打印是专用于定时报表的打印。

3.11生成与修改

开关量输入、遥控量输出定义及修改；人工参数的置入、模拟图及相关图的生成修改；打印报表自动生成及修改。

3.12运行及配电管理功能

系统具有交接班记录、运行记录、操作票管理记录、检修维护记录、技术资料管理记录、设备管理记录、继电保护定值管理记录等功能。

3.13系统自诊断及自恢复

3.14故障录波和谐波分析系统

3.15自动报表邮件

3.16安全性管理

系统软件设置支持多种权限分区和密级设置，为系统管理员、工程师、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，可建立良好的反事故措施。

3.17系统的可用性

系统的设计充分考虑了在整个工程环境中的不同因素，以保证在现场安装调试后立即适用并进入稳定可靠运行，系统年可用率大于99.9%。

3.18系统的可维护性

系统的硬件、软件设备便于维护，各部件都具有自检和联机诊断校验的能力。软件有备份，便于工程师安装启动，应用程序易于扩充，数据库存取为用户程序留有接口并提供二次开发的数据库资料，支持其他大型数据库（如SQL Server），可以向以太网数据库服务器传送实时数据，便于用户自行编制的程序加入系统中运行。

3.19系统的可靠性

系统在工程现场运行具有很高的可靠性，其平均无故障时间MTBF≥50000小时。

3.20系统的容错能力

软、硬件设备具有良好的容错能力，当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错，以及当运行人员或工程师在操作过程中发生一般性错误时，均不影响系统的正常运行。

3.21系统的安全性

正常情况下，硬件和软件设备的运行均不会危及变电站的安全稳定运行和工作人员的安全。

4 漏电火灾报警系统设计

系统在地下一层配电房内的主变低压进出线柜、低压母联柜、市电、发电机切换柜、发电机进线柜、低压馈线柜等需要火灾预警的回路安装火灾漏电预警模块（相应回路三相电缆及零线电缆需穿芯安装漏电流互感器）147块，模块通过串行总线接入值班室监控主机，在监控主机上显示出来。

5漏电火灾报警系统构成

系统由剩余电流式电气火灾监控探测器、监控主机组成，用于实时在线监测剩余电流，达到设定值时，发出预报警信号，提醒工作人员排除故障隐患。

6漏电火灾报警系统主要功能

接收来自剩余电流式电气火灾监控探测器的报警信号，显露故障地址并发出报警提示音，并将故障、操作信号存储记录下来。

具有多级报警功能，能根据漏电电流的大小设置报警级别；

实时在线监测故障点的变化状态，具有“遥测、遥控、遥信、遥调”功能。自动电源切换功能可显示系统电源状态。主电源切断后，自动切换到备用电源。当主电源恢复时，将自动切换到主电源。确保系统电源不间断供电。

实现消防联动功能，接收消防系统24V跳闸信号，并将跳闸信号反馈给消防系统。

系统的自动断电功能可设置为手动断电模式。

该检测器可以接受和显示中央控制站传送的设定参数，除了控制现场操作外，还可以将故障动态和数据信息传送到终端控制台。

监控主机可以采集和处理各分散探测器的电气参数信息，自动分析故障信息，实时记录和显示故障，以及设置的电气线路图和负荷用户文件。

监控主机可以直接控制分散的探测器，监控计算机可以用鼠标点击相应的指令，对分散的探测器进行统一管理、指挥、检测和显示，实现远程调节、远程通信、远程测量和远程控制。可完成系统的监控参数显示、实时记录、事故报告打印、故障状态显示、日常管理、维护管理、人机交互管理等强大功能。探测器可由监控主机提供设定的保护值，并将相关数据和状态信息传输给监控主机。

图形用户界面，操作员可以通过可视图形加文本菜单和联机帮助进行操作。具有全局事件响应功能，用动态图和声音提示系统设备异常。通过事故记录、用户加载文件、故障动作语音提示等，可以在监控主机的用户界面上显示故障状态。

采用分级密码设置，聘用非专业人员操作，避免越权操作，防止非法用户入侵，重要数据需经授权用户反复确认后方可修改。当发生漏电事故时，显示故障类型和语音提示，从而及时准确地指导维护人员对故障进行处理。

监控主机可对分散的探测器集中高度、控制、保护、监视、显示，达到了用电安全管理、控制、保护、分析、记录于一体的信息化管理要求

结束语

随着社会的快速发展，用户对供配电自动化、智能化的要求越来越高。实现无人值守配电室已成为未来配电自动化的发展方向；智能配电自动化系统的实施可以带来巨大的经济效益和社会效益，保证供电安全可靠，改善电能质量，减少人员，提高效率。它还可以提高管理水平、信息管理、计算机/网络管理，提高决策水平。还可以改善用户形象，改变传统的管理和运营模式，实现管理信息化。

参考文献：

[1] 中国建筑工业出版社《建筑电气设计与施工（第二版）》[2] 任致程、周中编著《电力电测数字仪表原理与应用指南》中国电力出版社 2007.4