韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定201801

【摘要】：基于某大型電廠(chǎng)的分層分布式電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統的實(shí)際案例,介紹了發(fā)電廠(chǎng)電能管理系統的開(kāi)發(fā)情況、網(wǎng)絡(luò )結構及系統功能,探討了開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測技術(shù)的原理和實(shí)現,實(shí)際證明,系統通用生強、開(kāi)放性和可維護性好。

【關(guān)鍵詞】：電能管理；開(kāi)關(guān)狀態(tài)；在線(xiàn)監測

      近年來(lái)我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛,電力供應缺口加大，引發(fā)了新一輪電力建設高峰。隨著(zhù)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(kāi),裝機容量穩步增長(cháng),輸電容量進(jìn)一步增加;另一方面，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)的實(shí)現,使各電廠(chǎng)面臨著(zhù)來(lái)自其它地區大型電源公司竟價(jià)上網(wǎng)的競爭壓力,電廠(chǎng)設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(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統提高了發(fā)電廠(chǎng)用電管理的效率,提高了供電質(zhì)量，節省了大量的人力、物力財力，其不斷完善是確保競爭力的硬件基礎。特別在設備狀態(tài)在線(xiàn)監測方面利用整個(gè)設備或者設備的某些關(guān)鍵部件的壽命特征,開(kāi)發(fā)應用一種具有特殊用途的系統,并通過(guò)數據采集及數據分析來(lái)預測設備狀態(tài)發(fā)展的趨勢,使得維護只在需要時(shí)才安排,這樣,適時(shí)的維護能有效地避免因設備故障產(chǎn)生的意外停電，同時(shí)可縮短停電時(shí)間,降低維護費用,延長(cháng)設備使用壽命,還可避免因維護中的疏忽而產(chǎn)生的故障。

 

       電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統是基于西屋 PowerNet電能管理程序開(kāi)發(fā)軟件推出的，系統操作平臺可建立在 Microsoft WindowsNT/2000/XP的操作系統平臺上，采用開(kāi)放式TCP/IP結構發(fā)電廠(chǎng)現有的廠(chǎng)內局域網(wǎng)也可作為電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統的中樞.系統的圖形化界面采用開(kāi)放的、可擴展的人機界面 InTouch 軟件，允許用戶(hù)創(chuàng )建復雜而強大的操作員界面顯示，同時(shí)其分布式報警子系統很大地提高了信息質(zhì)量系統通過(guò)Microsoft Access 數據庫將與電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測有關(guān)的參數電流、電壓、電能采集數據故障數據、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數等取到管理系統的中間表中，然后進(jìn)行統計、計算和分析,并存于數據庫中,可通過(guò)廠(chǎng) MIS系統實(shí)現數據共享。

       系統硬件結構按功能劃分為設備層和管理層,2 個(gè)相對獨立的層面之間通過(guò)通信介質(zhì)采用分層分布式開(kāi)放結構建立網(wǎng)絡(luò )連接,微機綜合測控、繼電保護單元分散布置于被控設備對象.所有控制、保護、測量、報警等信號均在就地單元內轉化成數據信號后經(jīng)現場(chǎng)通信總線(xiàn)傳輸至主控室的監控計算機,各就地單元相互獨立,不相互影響。

2.1 設備層

      設備層是由微機綜合測控、繼電保護單元組成的INCOM總線(xiàn)數據采集層。各功能單元分別實(shí)現開(kāi)關(guān)配電設備狀態(tài)監視,電量采集、存儲、上傳、保護等功能.各功能單元間通過(guò)現場(chǎng)通信總線(xiàn)進(jìn)行連接，總線(xiàn)采用以射頻調制方式傳輸的 INNCOM 專(zhuān)業(yè)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(xiàn)不分電壓極性.由于 INCOM 協(xié)議使用的是高頻信號,抗力優(yōu)于傳統采用 RS-485RS-422 等傳送方式的總線(xiàn)系統,單條通信電纜的有效傳輸距離達 3 048 m,并可與動(dòng)力、控制電纜一起敷設,不需專(zhuān)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)險現場(chǎng)通信總線(xiàn)直接接入位于管理層的通信主機,并與監控計算機進(jìn)行通信。除現場(chǎng)總線(xiàn)的通信方式外,設備層的功能單元還可通過(guò)以太網(wǎng)通信接口直接接入上層的局域網(wǎng)，與網(wǎng)內的監控計算機進(jìn)行通信。

2.2 管理層

      管理層為全部設備監視、測量、控制和管理的中心,由通信主機、現場(chǎng)或遠程監控計算機和 TCP/IP 協(xié)議局域網(wǎng)構成它包括一個(gè)以遠程電能監測和狀態(tài)監測為核心的開(kāi)放式、可視化的操作平臺。設備監測采用 InTouch 圖形化軟件環(huán)境，為監控系統提供良好直觀(guān)的人機界面,支持用戶(hù)開(kāi)發(fā)定制的圖形視圖;并依據設備狀態(tài)數據信息，按照不同用戶(hù)的個(gè)性化要求,動(dòng)態(tài)顯示設備的運行狀態(tài)；且其數據訪(fǎng)問(wèn)功能擴展到了外部元件/系統、歷史事件處理報警記錄以及報告和分析工具。

 

3.1能量消耗監控

     系統能準確統計全廠(chǎng)的用電負荷情況，并采集各用電設備的電能參數,為用戶(hù)提供相應的負荷分析曲線(xiàn)。除電能參數外,其它電量如電流電壓、頻率功率因數、大值和小值、諧波等,都能實(shí)時(shí)上傳到監控中心進(jìn)行顯示和存入數據庫，大大減少傳統的抄表和分析的工作量。

3.2電能質(zhì)量分析

     系統對配電系統中的電壓,諧波及功率因數等反映電能質(zhì)量的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測,及時(shí)對將要出現的電能質(zhì)量問(wèn)題發(fā)出報警。

3.3 運行監視

     系統的運行狀況可通過(guò)文字、表格、圖像、聲、光等方式為值班人員及時(shí)提供配電系統安全監控所需要的全部信息例如用戶(hù)的配電系統以彩色圖形顯示在管理計算機的屏幕上,包括:配電系統的系統單線(xiàn)圖、配電室的平面布置圖、開(kāi)關(guān)柜的面板圖等可直觀(guān)地顯示開(kāi)關(guān)柜外形并隨時(shí)調出具體設備的面板圖,進(jìn)行主單元控制。在單線(xiàn)圖狀態(tài)下可形象實(shí)時(shí)地顯示系統中設備的通,斷狀態(tài)及運行參數，并在發(fā)生報警時(shí)彈出提示窗口系統配置廠(chǎng)用電高壓斷路器微機綜合變壓器保護裝置。電動(dòng)機保護裝置及微機測量?jì)x表和 PT 柜微機測量?jì)x表,實(shí)現高壓廠(chǎng)用電系統的保護和電能測量；在汽輪機控制中心、鍋爐控制中心配電盤(pán)上安裝微機測量?jì)x表實(shí)現電能測量；監控計算機設置于機組集控室,由運行維護人員進(jìn)行系統監視；輸出廠(chǎng)用電系統有功電量報表,通過(guò)廠(chǎng)內局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )電纜,將廠(chǎng)用電系統電量數據傳至發(fā)電廠(chǎng)計算機中心服務(wù)器,在發(fā)電廠(chǎng)的 Intermet 主頁(yè)上瀏覽電量數據電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統通過(guò)現場(chǎng)有效的數據采集、傳輸和上述靈活的用戶(hù)界面為電廠(chǎng)設備管理人員提供如下運行監視功能：

       1.報警按系統實(shí)際需要,通過(guò)簡(jiǎn)化配置和顯著(zhù)改進(jìn)報警處理性能,任何硬件設備均集成到 InTouch 圖形環(huán)境中并采用分布式報警子系統很大地提高了信息質(zhì)量。用戶(hù)可在某些事件發(fā)生或保護動(dòng)作時(shí)自動(dòng)發(fā)出報警，一般可設置在以下情況發(fā)出報警：開(kāi)關(guān)量突變(如保護跳閘動(dòng)作)斷路器位置錯誤模擬量超過(guò)整定值等每個(gè)報警均有時(shí)間、報警信息及確認狀態(tài)顯示,通過(guò)對話(huà)框和易于使用的圖形用戶(hù)界面可輕松實(shí)施報警配置。

       2.設備動(dòng)作事件記錄.系統中所有動(dòng)作事件,如繼電保護動(dòng)作、斷路器操作等均可自動(dòng)打印及存入系統硬盤(pán)記憶。

3.4 開(kāi)關(guān)設備狀態(tài)監測

      傳統的定期檢修存在試驗周期長(cháng)、強度大和有效性差等缺點(diǎn),難以滿(mǎn)足電力系統對可靠性的要求,以狀態(tài)檢修逐步代替定期檢修已成為電力系統設備檢修的必然趨勢實(shí)現狀態(tài)檢修的前提條件是實(shí)現設備狀態(tài)在線(xiàn)監測，系統匯總INCOM總線(xiàn)裝置在線(xiàn)連續檢測的有關(guān)開(kāi)關(guān)設備運行狀況特征信息并存儲到數據庫中,并根據廠(chǎng)用高壓開(kāi)關(guān)的設備特征如累積開(kāi)斷容量、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數、真空度等參數,通過(guò)對歷史趨勢數據的統計、分析、顯示及標準報表的輸出,判斷開(kāi)關(guān)的運行狀態(tài),顯示開(kāi)關(guān)設備的絕緣壽命和機械壽命。專(zhuān)家也可查閱狀態(tài)監測軟件包對開(kāi)關(guān)動(dòng)作和故障事件的診斷分析過(guò)程和結果,實(shí)現對設備故障的智能診斷,有效避免意外事故的發(fā)生。

3.5修改測控保護單元的設定值

     可在系統監控計算機上對設備層的測量?jì)x表或繼電保護裝置的各項設定值、保護定值等進(jìn)行在線(xiàn)修改，修改后的定值將直接回傳給對應的裝置進(jìn)行儲存。

3.6故障診斷

     對系統運行中發(fā)生的斷路器跳閘、電動(dòng)機起動(dòng)過(guò)載等事件,系統在記錄、顯示這些事件發(fā)生的時(shí)間順序的同時(shí),還可將故障錄波數據及波形反應到監控屏幕上，為故障的查詢(xún)及處理提供便利。

 

4.1概述

     用戶(hù)端消耗著(zhù)整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶(hù)端智能化用電管理對用戶(hù)可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶(hù)端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實(shí)現電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jì)热葜饕ǎ合冗M(jìn)的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)用電管理系統、需求側管理等課題。

     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對用戶(hù)端用電情況進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

4.2應用場(chǎng)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(chǎng)、金融機構建筑等）；

   （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

   （4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

   （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

   （6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

4.3系統結構

 

 

4.4系統功能

1）實(shí)時(shí)監測

     系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

 

2）電能統計報表

     系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護計量體系的正確性。

 

3）詳細電參量查詢(xún)

     在配電一次圖中，當鼠標移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)及24小時(shí)電壓趨勢曲線(xiàn)。

 

4）運行報表

     系統具有實(shí)時(shí)電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數、時(shí)間或選擇查詢(xún)更新的記錄數據等，并通過(guò)報表方式顯示出來(lái)。用戶(hù)可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶(hù)要求導出PDF格式文件。

 

5）變壓器運行監視

     系統對配電系統總進(jìn)線(xiàn)、主變壓器、重要負荷出線(xiàn)的運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監視，用曲線(xiàn)顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時(shí)掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

 

6）實(shí)時(shí)報警

     系統具有實(shí)時(shí)報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并根據事件等級發(fā)出告警。系統報警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報警窗口，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒。

 

7）歷史事件查詢(xún)

      系統能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

 

8）電能質(zhì)量監測

     系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的電能質(zhì)量進(jìn)行持續性的監測，運行維護人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報表掌握進(jìn)線(xiàn)、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(shí)采取相應的措施，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測功能的電力儀表，不需要可刪除。

 

9）遙控操作

      系統支持對斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動(dòng)生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時(shí)間、操作類(lèi)型等。實(shí)現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

 

10）用戶(hù)權限管理

      系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如配電回路名稱(chēng)修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

 

11）通訊狀態(tài)圖

      系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)各設備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。

 

12）視頻監控

      視頻監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。

 

 

 

13）用戶(hù)報告

      用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進(jìn)行統計分析。

 

 

14）APP支持

        電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“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(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)等。

 

4.5系統硬件配置清單

 

 

      發(fā)電廠(chǎng)電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統及時(shí)準確反映發(fā)電廠(chǎng)輔助設備的運行信息和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，隨著(zhù)分層分布式電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統應用的不斷成熟，系統向檢測單元模塊化、接線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )結構的簡(jiǎn)單化發(fā)展,使電廠(chǎng)能更合理地安排檢修，減少無(wú)針對性的停電試驗，提高管理效率,獲取更大的經(jīng)濟效益。

 

[1]王暉,發(fā)電廠(chǎng)電能管理及開(kāi)關(guān)狀態(tài)在線(xiàn)監測系統的開(kāi)發(fā)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2014,12

[2]趙冬梅,張東英分層分布式電網(wǎng)故障診斷專(zhuān)家系統設計[J].現代電力,2001,(3):41 -46

[3] 賈青.分布式自動(dòng)化系統網(wǎng)絡(luò )應用結構 [J].計算機自動(dòng)測量與控制,2001,(1):7 - 10

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版

 

韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。