【摘要】：基于某大型電廠的分層分布式電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際案例,介紹了發(fā)電廠電能管理系統(tǒng)的開發(fā)情況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能,探討了開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn),實(shí)際證明,系統(tǒng)通用生強(qiáng)、開放性和可維護(hù)性好。

【關(guān)鍵詞】：電能管理；開關(guān)狀態(tài)；在線監(jiān)測

0. 前言

      近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,電力供應(yīng)缺口加大，引發(fā)了新一輪電力建設(shè)高峰。隨著西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)、三峽水利工程等特大型工程的展開,裝機(jī)容量穩(wěn)步增長,輸電容量進(jìn)一步增加;另一方面，廠網(wǎng)分開的實(shí)現(xiàn),使各電廠面臨著來自其它地區(qū)大型電源公司竟價上網(wǎng)的競爭壓力,電廠設(shè)備的管理水平上臺階是保持競爭力的必要條件。電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)提高了發(fā)電廠用電管理的效率,提高了供電質(zhì)量，節(jié)省了大量的人力、物力財(cái)力，其不斷完善是確保競爭力的硬件基礎(chǔ)。特別在設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測方面利用整個設(shè)備或者設(shè)備的某些關(guān)鍵部件的壽命特征,開發(fā)應(yīng)用一種具有特殊用途的系統(tǒng),并通過數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析來預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展的趨勢,使得維護(hù)只在需要時才安排,這樣,適時的維護(hù)能有效地避免因設(shè)備故障產(chǎn)生的意外停電，同時可縮短停電時間,降低維護(hù)費(fèi)用,延長設(shè)備使用壽命,還可避免因維護(hù)中的疏忽而產(chǎn)生的故障。

1.系統(tǒng)開發(fā)及平臺

       電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于西屋 PowerNet電能管理程序開發(fā)軟件推出的，系統(tǒng)操作平臺可建立在 Microsoft WindowsNT/2000/XP的操作系統(tǒng)平臺上，采用開放式TCP/IP結(jié)構(gòu)發(fā)電廠現(xiàn)有的廠內(nèi)局域網(wǎng)也可作為電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的中樞.系統(tǒng)的圖形化界面采用開放的、可擴(kuò)展的人機(jī)界面 InTouch 軟件，允許用戶創(chuàng)建復(fù)雜而強(qiáng)大的操作員界面顯示，同時其分布式報(bào)警子系統(tǒng)很大地提高了信息質(zhì)量系統(tǒng)通過Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫將與電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測有關(guān)的參數(shù)電流、電壓、電能采集數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)、開關(guān)動作次數(shù)等取到管理系統(tǒng)的中間表中，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析,并存于數(shù)據(jù)庫中,可通過廠 MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

       系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)按功能劃分為設(shè)備層和管理層,2 個相對獨(dú)立的層面之間通過通信介質(zhì)采用分層分布式開放結(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)連接,微機(jī)綜合測控、繼電保護(hù)單元分散布置于被控設(shè)備對象.所有控制、保護(hù)、測量、報(bào)警等信號均在就地單元內(nèi)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)現(xiàn)場通信總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī),各就地單元相互獨(dú)立,不相互影響。

2.1 設(shè)備層

      設(shè)備層是由微機(jī)綜合測控、繼電保護(hù)單元組成的INCOM總線數(shù)據(jù)采集層。各功能單元分別實(shí)現(xiàn)開關(guān)配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視,電量采集、存儲、上傳、保護(hù)等功能.各功能單元間通過現(xiàn)場通信總線進(jìn)行連接，總線采用以射頻調(diào)制方式傳輸?shù)?INNCOM 工業(yè)通信協(xié)議.通信介質(zhì)為普通屏蔽雙絞通信電纜,接線不分電壓極性.由于 INCOM 協(xié)議使用的是高頻信號,抗力優(yōu)于傳統(tǒng)采用 RS-485RS-422 等傳送方式的總線系統(tǒng),單條通信電纜的有效傳輸距離達(dá) 3 048 m,并可與動力、控制電纜一起敷設(shè),不需專用的電纜通道，大大減少了聯(lián)網(wǎng)工作的成本和因干擾、衰減等因素造成誤碼的風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)場通信總線直接接入位于管理層的通信主機(jī),并與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。除現(xiàn)場總線的通信方式外,設(shè)備層的功能單元還可通過以太網(wǎng)通信接口直接接入上層的局域網(wǎng)，與網(wǎng)內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

2.2 管理層

      管理層為全部設(shè)備監(jiān)視、測量、控制和管理的中心,由通信主機(jī)、現(xiàn)場或遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)和 TCP/IP 協(xié)議局域網(wǎng)構(gòu)成它包括一個以遠(yuǎn)程電能監(jiān)測和狀態(tài)監(jiān)測為核心的開放式、可視化的操作平臺。設(shè)備監(jiān)測采用 InTouch 圖形化軟件環(huán)境，為監(jiān)控系統(tǒng)提供良好直觀的人機(jī)界面,支持用戶開發(fā)定制的圖形視圖;并依據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，按照不同用戶的個性化要求,動態(tài)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；且其數(shù)據(jù)訪問功能擴(kuò)展到了外部元件/系統(tǒng)、歷史事件處理報(bào)警記錄以及報(bào)告和分析工具。

3.系統(tǒng)功能

3.1能量消耗監(jiān)控

     系統(tǒng)能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)全廠的用電負(fù)荷情況，并采集各用電設(shè)備的電能參數(shù),為用戶提供相應(yīng)的負(fù)荷分析曲線。除電能參數(shù)外,其它電量如電流電壓、頻率功率因數(shù)、大值和小值、諧波等,都能實(shí)時上傳到監(jiān)控中心進(jìn)行顯示和存入數(shù)據(jù)庫，大大減少傳統(tǒng)的抄表和分析的工作量。

3.2電能質(zhì)量分析

     系統(tǒng)對配電系統(tǒng)中的電壓,諧波及功率因數(shù)等反映電能質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,及時對將要出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題發(fā)出報(bào)警。

3.3 運(yùn)行監(jiān)視

     系統(tǒng)的運(yùn)行狀況可通過文字、表格、圖像、聲、光等方式為值班人員及時提供配電系統(tǒng)安全監(jiān)控所需要的全部信息例如用戶的配電系統(tǒng)以彩色圖形顯示在管理計(jì)算機(jī)的屏幕上,包括:配電系統(tǒng)的系統(tǒng)單線圖、配電室的平面布置圖、開關(guān)柜的面板圖等可直觀地顯示開關(guān)柜外形并隨時調(diào)出具體設(shè)備的面板圖,進(jìn)行主單元控制。在單線圖狀態(tài)下可形象實(shí)時地顯示系統(tǒng)中設(shè)備的通,斷狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并在發(fā)生報(bào)警時彈出提示窗口系統(tǒng)配置廠用電高壓斷路器微機(jī)綜合變壓器保護(hù)裝置。電動機(jī)保護(hù)裝置及微機(jī)測量儀表和 PT 柜微機(jī)測量儀表,實(shí)現(xiàn)高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)和電能測量；在汽輪機(jī)控制中心、鍋爐控制中心配電盤上安裝微機(jī)測量儀表實(shí)現(xiàn)電能測量；監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)置于機(jī)組集控室,由運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視；輸出廠用電系統(tǒng)有功電量報(bào)表,通過廠內(nèi)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)電纜,將廠用電系統(tǒng)電量數(shù)據(jù)傳至發(fā)電廠計(jì)算機(jī)中心服務(wù)器,在發(fā)電廠的 Intermet 主頁上瀏覽電量數(shù)據(jù)電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過現(xiàn)場有效的數(shù)據(jù)采集、傳輸和上述靈活的用戶界面為電廠設(shè)備管理人員提供如下運(yùn)行監(jiān)視功能：

       1.報(bào)警按系統(tǒng)實(shí)際需要,通過簡化配置和顯著改進(jìn)報(bào)警處理性能,任何硬件設(shè)備均集成到 InTouch 圖形環(huán)境中并采用分布式報(bào)警子系統(tǒng)很大地提高了信息質(zhì)量。用戶可在某些事件發(fā)生或保護(hù)動作時自動發(fā)出報(bào)警，一般可設(shè)置在以下情況發(fā)出報(bào)警：開關(guān)量突變(如保護(hù)跳閘動作)斷路器位置錯誤模擬量超過整定值等每個報(bào)警均有時間、報(bào)警信息及確認(rèn)狀態(tài)顯示,通過對話框和易于使用的圖形用戶界面可輕松實(shí)施報(bào)警配置。

       2.設(shè)備動作事件記錄.系統(tǒng)中所有動作事件,如繼電保護(hù)動作、斷路器操作等均可自動打印及存入系統(tǒng)硬盤記憶。

3.4 開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

      傳統(tǒng)的定期檢修存在試驗(yàn)周期長、強(qiáng)度大和有效性差等缺點(diǎn),難以滿足電力系統(tǒng)對可靠性的要求,以狀態(tài)檢修逐步代替定期檢修已成為電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的必然趨勢實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的前提條件是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測，系統(tǒng)匯總INCOM總線裝置在線連續(xù)檢測的有關(guān)開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀況特征信息并存儲到數(shù)據(jù)庫中,并根據(jù)廠用高壓開關(guān)的設(shè)備特征如累積開斷容量、開關(guān)動作次數(shù)、真空度等參數(shù),通過對歷史趨勢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、顯示及標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表的輸出,判斷開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài),顯示開關(guān)設(shè)備的絕緣壽命和機(jī)械壽命。專家也可查閱狀態(tài)監(jiān)測軟件包對開關(guān)動作和故障事件的診斷分析過程和結(jié)果,實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的智能診斷,有效避免意外事故的發(fā)生。

3.5修改測控保護(hù)單元的設(shè)定值

     可在系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)上對設(shè)備層的測量儀表或繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)設(shè)定值、保護(hù)定值等進(jìn)行在線修改，修改后的定值將直接回傳給對應(yīng)的裝置進(jìn)行儲存。

3.6故障診斷

     對系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生的斷路器跳閘、電動機(jī)起動過載等事件,系統(tǒng)在記錄、顯示這些事件發(fā)生的時間順序的同時,還可將故障錄波數(shù)據(jù)及波形反應(yīng)到監(jiān)控屏幕上，為故障的查詢及處理提供便利。

4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

4.1概述

     用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應(yīng)用場所

   （1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

   （2）商業(yè)建筑（商場、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

   （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

   （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、衛(wèi)生、體育建筑等）；

   （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

   （6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時監(jiān)測

     系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

     系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

3）詳細(xì)電參量查詢

     在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個回路附近時，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4）運(yùn)行報(bào)表

     系統(tǒng)具有實(shí)時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實(shí)時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日報(bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

5）變壓器運(yùn)行監(jiān)視

     系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實(shí)時報(bào)警

     系統(tǒng)具有實(shí)時報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時自動彈出實(shí)時報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

7）歷史事件查詢

      系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，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。

8）電能質(zhì)量監(jiān)測

     系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應(yīng)的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

      系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

10）用戶權(quán)限管理

      系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

      系統(tǒng)支持實(shí)時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(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。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

12）視頻監(jiān)控

      視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

13）用戶報(bào)告

      用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

14）APP支持

        電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

5結(jié)語

      發(fā)電廠電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)及時準(zhǔn)確反映發(fā)電廠輔助設(shè)備的運(yùn)行信息和開關(guān)狀態(tài)，隨著分層分布式電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用的不斷成熟，系統(tǒng)向檢測單元模塊化、接線和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單化發(fā)展,使電廠能更合理地安排檢修，減少無針對性的停電試驗(yàn)，提高管理效率,獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。