科研院所配电站智能电力监控系统_黄雨.pdf

科研院所配电站智能电力监控系统黄雨，和增表，傅亮，安允，李乐（中国计量科学研究院，北京 ）摘要：大型科研机构对供电容量和质量都有较高要求。为了满足日渐发展的科研及办公的需要，新建了配电站智能电力监控系统。该系统具有强大的“三遥”功能，可对电力系统进行数据监测、采集和分析，可实现远程倒闸等操作。该系统大幅提升了配电管理水平，使操作更安全、准确、便捷，同时降低了值班电工的工作强度。通过本项目讲述了基于以太网和智能电表的智能电力监控系统的实现、控制结构及功能。关键词：三遥；配电站；智能电力监控；自动化中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：作者简介：黄雨（），硕士，研究方向为工厂自动化、电力自动化。引言中国计量科学研究院是大型科研单位，年用电量约 万，包 括 栋 大 楼、上 千 名 员 工、数 万 台（套）科研设备的用电。原有电力系统只覆盖到院一级的少量的智能电表，计算机只能对这有限的电表采集电量数据。分布在各楼配电间的都是不带通信功能的老式电表，获得数据只能依靠人工现场抄表，实时性差且工作强度大。旧系统以统计电量为主，功能弱，稳定性差，采集数据有限，不能实现“三遥”，无法对配电进行有效管理，难以发现各种故障隐患。为了提高配电运维的管理水平，需要建立一套先进的智能配电站电力监控系统。在对电力系统进行增容改造的同时，搭建了智能化的配电站电力监控系统，配备了指纹打卡机和视频监控系统。系统硬件架构该电力系统包括个 变压器配电站（总配、分配、居民配），个 的楼宇配电间。本文的配电站皆指 变高压配电站（空间大，电柜数量多），配电间皆指 的配电间（每楼一个，一般不超过个电柜，为本楼内各层设备供电）。配电站及配电间都配备多个摄像头，可以随时多角度监测现场情况，及时发现无关人员进入及烟雾等异常情况。总配的建筑面积较大，大厅安置大量电气柜，紧邻大厅的房间作为值班室，监控计算机及大屏都在值班室，如图所示。图值班室监控个 配电站都是双变压器结构，采用并排面对面布局，如图所示。每一排配备直流柜、若干 高压柜（计量柜、变压器柜、进线柜、联络 柜、联 络 隔 离 柜等）、低压柜、并联柜、电容柜等。变压器将来自供电局的 高压降至 传输至低压柜。两台变压器采取冗余方式，正常运行时各自带一排低压柜，当任意一电力自动化电工技术 台变压器因故障或检修停止工作时，另外一台变压器可以自动切换为带全站模式，保障站内所有低压柜的供电。配电站的各低压柜向各楼配电间提供 电源。各楼的配电间分别有一定数目的配电柜。低压系统采用三线五线制。图 配电站现场布局图系统软件架构监控系统采用模式，台计算机作为服务器，另外台作为浏览器。主程序和数据库都在服务器上面；作为浏览器的计算机无需安装程序，只需用 操作系统自带的 即可访问服务器。在本网络节点上的计算机都可以作为浏览器直接访问服务器。任意一台作为浏览器的计算机即使损坏，也不会影响网络上的其他计算机访问服务器，配电站工作不受影响，这种系统架构具有极强的鲁棒性。出于安全考虑，电力监控系统单独成网，与其他网络进行物理隔离，以免受到来自外部网络的攻击。但系统也具有与 通信的能力，可以通过暂时插入 接口的无线网卡连接到 ，开发人员无需来现场，依靠口令即可远程维护和升级服务器的程序。拔掉无线网卡后，系统仍保持与外部网络的物理隔离状态。服务器和浏览器安置在总配电站的值班室。系统总体结构如图所示。图 电力监控系统网络拓扑图软件编程服务器软件主体框架采用 开发，数据库采用开源软件 （开放源码，体积小，速度快，总体拥有成本低），操作系统是 。各配电柜的每一路电路输出都由智能电表监控，可以监测三相电压、三相电流、功率、有功电量、无功电量、各次谐波等数据。智能电表都具备 串口通信，所有智能电表通过 线串连在一起，然后通过串口转以太网设备，连接到高速光纤网络，最后连接到总配服务器。该网络上所有智能电表的数据都可以通过光纤网络传到服务器进行存储（画面浏览时实时数据约每 更新一次，但数据存储到硬盘是间隔 存储一次）。配电站的电柜内安装有 ，可以实现遥控功能，对各个电路进行倒闸操作。实现功能监控软件的核心是对数据进行读取、存储、显示、计算，具体体现在将数据用符合操作习惯的形式自动表现出来，将值班电工从繁琐的、易出错的人工计算和手工操作中解放出来，降低了工作强度的同时又提高了准确性和工作效率。系统采用账号和密码的方式对操作者进行管理。三班倒的各班电工根据不同的用户名和密码登录，对应不同的权限。管理者有最高权限，可设置相关参数，添加或删除值班电工的账号，修改登录密码，查阅所有账号登录情况，编制和修改遥控任务，浏览所有页面信息。值班电工为普通权限，可以浏览大部分信息，在指定时间段内执行遥控任务等。监控系统首页面如图所示。左侧为院区的平面布局图，在图中点击各楼名称可直接进入各楼的配电间画面，例如点击布局图号楼即可打开号楼配电间的系统图（如图所示）。右侧为电力系统的总体情况，包括个 的高压配电站和 座楼的 低压配电间、台 的变压器、个监测点（含智能电表、温湿度计等），画面右下角还显示了当日实时负荷曲线、最高负荷和报警信息。图监控系统首页图配电间低压系统图点击图右上角的“进入功能列表”可以转到如图所示画面，左侧菜单列包括系统的所有功能，部分菜单还有下级菜单。菜单主要包括用户首页、运行监视（包括的图功能列表画面电工技术电力自动化下级菜单有：主接线图监视、回路数据监测、配电设备监测、表计状态监视、表计数据监视、设备检修管理、电气隧道监视）、报警管理、电量统计、数据分析、开关遥控，配电站巡更等。点击某菜单，即可进入相应功能画面。上述所列菜单，基本包括了配电站日常工作所需的所有功能，即查看系统状态（电压、电流、功率等）、分析系统状态（电量统计、负荷分析、系统异常定位）、改变系统状态（分闸、合闸）、故障和报警及处理、指纹考勤巡更等。点击图中“主接线图监视”菜单，展开下级菜单后可显示所有配电站和配电间的名称，点击即可进入相应位置进行查看。例如点击“总配电站”，即进入如图所示的总配 高压系统图。该图可以显示高压系统电路各设备的三相电压和电流等数据，以及各设备的工作状态（抽屉柜拉出与投入、分闸与合闸等状态）。单击左右两侧的箭头，可以逐页浏览该配电站的所有系统图。检查配电系统的高压和低压系统图是配电站工作最重要的内容，可以直观地检查系统是否处于正常工作状态，若某处跳闸了则通过该图可以快速发现和定位。图 总配 高压系统图“数据分析”下的“负荷时比分析”能具体对比分析某电路在不同时间段的负荷情况，如图所示。由此可知，该电路负荷在不同时间段的功率基本稳定，重复性较高，功率从时开始急速上升，时降到低点，上班前和下班后功率大致相当，午餐时段功率稍微降低，功率曲线与考勤及午餐时间可以互相印证。综上所述，可初步判断该电路处于正常状态。此功能简单直观，具有重要的现实意义，可快速帮助值班电工发现电路是否存在耗电异常。图负荷对比分析若相同工况（同为工作日，或同为节假日）两个时间段的曲线差别较大，排除加班等情况，则有可能是出现了漏电，或下班后设备未关闭等异常现象。值班电工可进一步排查 核 实，及 时 处 置 消 除 各 种 隐 患，杜 绝 事 故 的发生。“遥控”功能是电力监控系统的主要功能。在“开关遥控”下面点击“遥控任务编制”即可进入编制遥控任务界面，如图所示。管理者可选择需要合闸或分闸的电路（严格按照配电规程要求的顺序选择，否则可能造成事故），并提前设置好将来执行该操作的时间，值班电工只需在该时间段内输入口令，按启动按钮即可。在执行遥控任务的过程中，系统会严格按预设的顺序操作，并自动根据电闸的反馈状态进行核对，发现异常立即弹窗报警，值班电工接收报警信息可及时处置。之前人工手动操作时，需要对现场大量电路进行分闸、合闸操作，由于数量巨大，值班电工操作强度大。同时倒闸操作需要严格按照一定的先后逻辑关系执行，通常是停电时应从负荷侧到电源侧，送电时应从电源侧到负荷侧。另外电容柜停电时要先分闸，送电时要后合闸。其他设备也要严格按照规程操作。如果值班电工违反上述规则，就可能导致严重事故，造成人身伤亡和设备损失。现场手动操作对值班电工的自身技术能力要求较高，且要求配备双人，一人读操作票和操作，另外一人核查监督。现在改由管理人员预先在计算机编制倒闸操作工艺，可杜绝不规范的操作，值班电工只需在计算机上点击启动按钮即可，使倒闸操作的安全性和可靠性都大为提高。这样只需保证管理人员具备较高的技术能力即可，无需要求数量较多的各班电工也达到同样的高水平，他们只需满足日常操作水平即可。图 遥控任务编制当现场电柜出现异常状况存在可能爆炸等极端风险时，需要立即分闸断电，可在监控室由计算机远程分闸，值班电工无需涉险去现场操作，使其人身安全得到了有效保障。采用智能电力监控系统后，安全性和可靠性都大为提高，风险和劳动强度大幅降低，值班电工大多数时间在干净、整洁，有空调的值班室工作，工作条件大为改善，他们的身心健康得到有力保障，同时每班值班电工降至人，实现了减员增效的目标。进行月度、季度、年度电量消耗统计分析是电力科的重要工作内容。系统改造前各楼配电间都是老式电表，无电力自动化电工技术 通信功能，数据也不能存入计算机，事后无法查阅历史数据。运行人员需要在限定时间去各楼配电间抄录大量数据，自己手动计算，存在时间紧，数据量大，现场抄数易抄错，历史数据没有归档无法溯源，计算强度大、易出错等缺点。改为智能电力监控系统后，可以进入如图 所示的电表读数查询画面，操作员任意选择时间段和所需电路，系统就可以自动生成报表，并导出为 报表，便于后续编辑为自己所需的格式。这在极大提高了工作效率的同时降低了工作强度，现在只需几秒就可完成之前一天的工作。图 电表读数查询配电站巡更是提前发现事故隐患的必要手段，也是值班电工每天必须的工作内容。之前巡更靠值班电工自己手动写巡更记录，此方式主要靠巡更人员的自觉性，存在伪造的可能性，而管理者事后难以监督核查。现在值班电工每天对各楼配电间进行巡视，现场指纹打卡机和摄像头自动将进出配电间的时间及视频保存进计算机，管理者可随时审查每天的巡更情况，有效杜绝了弄虚作假的可能性。如果出现遗漏或时间过短等异常情况，计算机屏幕会及时弹窗提醒当班电工进行巡更。巡更系统会自动统计有异常的巡更人员并记录。管理者不用花大量时间精力逐一核查每天的巡更记录，只需看有异常标记的记录即可，极大地减轻了管理者的负担。结语智能配电站自动化监控系统投入使用后，经过不断磨合和改进，使用方便灵活，获得管理人员和值班电工的一致好评。特别是其强大的数据监测及分析能力，通过对全院所有电路进行分析，对所有的疑似跑冒滴漏的电路都进行了现场检查及处理，消除了隐患，同时耗电量也得到明显下降，效益得到提升。对电能质量有特殊要求的实验室，电力科向其提供所需的电压、电流、谐波等数据，保障科研实验顺利进行。后续还需要继续挖掘系统的潜力，增加功能模块，改进操作体验，做到精细化配电运行和管理，为科研活动提供强有力的电力支撑。参考文献 吴锦炼 配电站房运行维护及管理中国设备工程，（）：陈丹，傅中君，柳益君，等配电站智能综合监控系统设计与实现 实验室研究与探索，（）：李俊民，裴元杰智能配电系统与运维管理智能建筑电气技术，（）：（上接第 页）方勇杰，刘福锁，李碧君大电网失步解列控制研究综述中国电机工程学报，（）：张艳霞，李杰，张帅，等基于广域测量信息的失步中心快速定位方法 电力自动化设备，（）：张毅失步解列装置应用浅析电气开关，（）：肖友强电网失步解列装置配置研究云南电力技术，（）：肖友强，俞秋阳，陈义宣，等异步联网后云南电网失步特性与解列系统方案研究 电力工程技术，（）：郭一忱 考虑暂态稳定性的主动解列策略研究 济南：山东大学，程敏电力系统主动解列控制策略研究杭州：浙江大学，张洪喜，沈军，赵青春，等一种综合判别电力系统失步的新方法电力工程技术，（）：黄方能，周磊，马骞，等不同失步特征下基于就地信息的失步解列配置方案研究 智慧电力，（）：徐琴，邱健，张仕鹏，等异步联网后南方电网区域间失步振荡特性及应对