武 鑫

北京大興國際機場管理中心 北京 102602

1 電力監(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1）電力監(jiān)控管理系統(tǒng)是一個相對獨立的系統(tǒng)，對開閉站、變電室、發(fā)電機房及電氣小間等不同層面的電力設(shè)備進行實時監(jiān)控。

2）總值班室設(shè)置電力監(jiān)控管理系統(tǒng)工程師主站，對整個樓宇電力系統(tǒng)進行監(jiān)控。在每個開閉站、變配電所和發(fā)電機房設(shè)置一個現(xiàn)場控制站，對本站的所有變、配電設(shè)備進行連續(xù)不斷的實時監(jiān)控，各現(xiàn)場控制站設(shè)置工控機（兼做分站服務(wù)器）及通訊管理機，工控機與通訊管理機通過工業(yè)交換機相聯(lián)，實現(xiàn)了樓宇開閉站、變配電所和發(fā)電機房無人值守、集中管理的功能。

3）現(xiàn)場控制站采用多功能表分散配置的方式，將現(xiàn)場多功能儀表、I/O 模塊、傳感器、變送器等現(xiàn)場監(jiān)控元件安裝在開關(guān)柜內(nèi)，工控機、工業(yè)交換機及電源裝置安裝在現(xiàn)場專用的監(jiān)控柜中，然后將采集的所有運行/故障狀態(tài)信號和運行參數(shù)等信息通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳至工程師主站。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1）建筑設(shè)備網(wǎng)為電力監(jiān)控管理系統(tǒng)所有開閉站、變配電所、發(fā)電機房監(jiān)控提供專用的光纖環(huán)網(wǎng)，用于連接各控制分站及工程師主站。

2）末端電氣小間設(shè)置通信管理機接入建筑設(shè)備網(wǎng)完成對末端第三方設(shè)備的監(jiān)控。

3）現(xiàn)場控制站通信管理機、弱電小間通信管理機與現(xiàn)場監(jiān)控儀表或設(shè)備之間，可編程控制器（PLC）與其擴展模塊間通過現(xiàn)場總線相連，構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

1.3 現(xiàn)場控制站

1）現(xiàn)場控制站采用集中配置的方式，將通信管理機、工業(yè)交換機、可編程序控制器（PLC）、UPS電源、直流電源等設(shè)備統(tǒng)一安裝在現(xiàn)場專用的監(jiān)控柜中，通過網(wǎng)線和通訊線與高、低壓配電柜及其它變配電設(shè)備相連，然后將采集的所有運行參數(shù)和狀態(tài)信號等信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至工程師主站電力監(jiān)控管理系統(tǒng)；各現(xiàn)場控制站可接收來自工程師主站電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的遠程控制命令，對本變電站相應(yīng)的配電設(shè)備進行控制；本變電站的低壓進線出現(xiàn)失電故障時，現(xiàn)場控制站能自動進行故障應(yīng)急處理。

2）本系統(tǒng)現(xiàn)場控制站及工程師主站均可對來自電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的控制命令設(shè)置優(yōu)先級。

1.4 工程師主站

1）工程師主站設(shè)若干服務(wù)器或工作站，還設(shè)有動態(tài)、實時全面反映所有下屬的開閉站、變電站運行狀況和運行參數(shù)的模擬顯示大屏?，F(xiàn)場控制站設(shè)靜態(tài)模擬屏，畫面反映變配電系統(tǒng)的主接線形式，顯示斷路器當(dāng)前狀態(tài)等信號。

2）通過服務(wù)器將電力監(jiān)控系統(tǒng)的所有運行參數(shù)和狀態(tài)上傳至樓宇電力監(jiān)控系統(tǒng)。

1.5 系統(tǒng)構(gòu)成

電氣設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)按監(jiān)控功能分為：現(xiàn)場監(jiān)控層、現(xiàn)場管理層和系統(tǒng)管理層。

1）現(xiàn)場監(jiān)控層

變電站/發(fā)電機房內(nèi)的現(xiàn)場監(jiān)控層包括：集中安裝在監(jiān)控柜中的監(jiān)控裝置和元件以及分散配置在配電柜或其他配電設(shè)備內(nèi)的監(jiān)控裝置和元件兩部分。包括微機綜保裝置、無功補償控制器、變壓器溫控器、直流屏控制器、可編程序控制器（PLC）、電能質(zhì)量監(jiān)測儀表、綜合電量監(jiān)測儀表、母線測溫裝置、溫濕度探測器等。變電站外的現(xiàn)場監(jiān)控層包括：電氣小間內(nèi)的UPS/EPS/ATSE控制器、電子電度表等設(shè)備。

2）現(xiàn)場管理層

現(xiàn)場管理層包括：變電站/發(fā)電機房內(nèi)的前端監(jiān)控計算機、通信管理機、工業(yè)交換機、UPS電源、直流電源等設(shè)備。具有雙向通訊功能，向上通過以建筑設(shè)備網(wǎng)連接系統(tǒng)管理層工程師主站的監(jiān)控計算機，與它們交換數(shù)據(jù)和信息，向下則通過工業(yè)控制現(xiàn)場總線、及網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)電力儀表、綜保，從儀表采集本站的各種信息和數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后的運行狀態(tài)及參數(shù)除在前端機上就地顯示外還上傳到工程師主站。值班人員既可以通過前端機查閱本站的各種實時或歷史數(shù)據(jù)以及報警等事件記錄，也可以通過前端機對本站的斷路器進行遠程操作。前端機還接收來自工程師主站的遠程控制或調(diào)度命令，并自動轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)設(shè)備去執(zhí)行。

3）系統(tǒng)管理層

位于總值班室的工程師主站屬于系統(tǒng)管理層，由若干服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機、動態(tài)模擬屏、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲、短信報警裝置、UPS電源等設(shè)備組成，他們負責(zé)所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析、發(fā)布、顯示、報警……

2 電力監(jiān)控管理系統(tǒng)功能

2.1 10kV中壓配電系統(tǒng)監(jiān)控功能

1）電力監(jiān)控管理系統(tǒng)所需參數(shù)與信號通過微機綜合繼電保護器以聯(lián)網(wǎng)的方式提供，若微機綜合繼電保護器不能完全滿足要求，開關(guān)柜則按電力監(jiān)控功能要求預(yù)留所需測控參數(shù)與信號的接線端子排。

2）監(jiān)視10kV中壓配電柜所有進線、出線和母聯(lián)斷路器/負荷開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)及故障報警等，包括：斷路器/負荷開關(guān)狀態(tài)信號、故障跳閘信號、接地故障信號、斷路器位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀位置信號、隔離手車位置信號、自動/手動狀態(tài)信號、控制回路斷線信號，以及綜合繼電保護器的故障跳閘信號和內(nèi)部故障信號等。

3）監(jiān)測10kV中壓配電柜進線、出線和母聯(lián)的三相電流、三相電壓、零序電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能等。

4）開閉站電能質(zhì)量監(jiān)測10kV中壓配電柜進線電壓瞬變、電壓驟升、電壓中斷、電壓波動等，且在故障發(fā)生時自動記錄電壓和電流的瞬態(tài)波形；監(jiān)測穩(wěn)態(tài)電壓不平衡度、頻率變化、電壓和電流的總諧波含量以及諧波功率等。

5）變配電所電能質(zhì)量監(jiān)測10kV進線的電壓凹陷、電壓不平衡度、頻率變化、電壓和電流的總諧波含量等，還可捕捉穩(wěn)態(tài)波形。

2.2 低壓配電系統(tǒng)監(jiān)控與控制功能

1）監(jiān)測功能

監(jiān)視所有變配電所低壓配電柜內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)及故障報警，包括：斷路器狀態(tài)信號、故障跳閘信號、自動/手動狀態(tài)信號、框架斷路器電機儲能及內(nèi)部故障信號等。

2）控制功能要求

所有變配電所低壓配電柜內(nèi)的斷路器通／斷控制有四種操作方式：手動操作、電動操作、遠程操作和全自動控制操作。低壓配電系統(tǒng)中所有需遠程分斷投切的斷路器配置了電操或分勵脫扣器，系統(tǒng)可提供遙控或自動控制分合閘功能。

2.3 變壓器監(jiān)控功能

具有標準接口的變壓器溫控器，通過現(xiàn)場總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制機，通過專業(yè)管理軟件，對變壓器三相繞組溫度、超溫報警、鐵芯溫度、外殼門行程開關(guān)、冷卻風(fēng)機運行狀態(tài)和故障報警等各類信號進行監(jiān)測。

2.4 直流電源監(jiān)控功能

具有標準接口的直流裝置，通過現(xiàn)場總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制機，通過專業(yè)管理軟件，對所有直流屏監(jiān)測如下信號和參數(shù)：輸出母線電壓信號；過、欠電壓報警，裝置失電報警，絕緣下降信號；系統(tǒng)接地故障信號；直流故障信號；高頻開關(guān)電源模塊故障信號等。

2.5 UPS監(jiān)控功能

具有標準接口的UPS，通過現(xiàn)場總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制機，對所有不間斷電源UPS監(jiān)測如下信號和參數(shù)：逆變器工作電壓、電流及過載、過流、過壓、過溫等報警信號；電池電壓、電流、內(nèi)阻、浮充、均充等信號；維修旁路開關(guān)狀態(tài)信號等。

2.6 自備應(yīng)急柴油發(fā)電機組監(jiān)控功能

具有標準接口的柴油發(fā)電機組控制裝置，通過現(xiàn)場總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制機，對所有柴油發(fā)電機組進行以下監(jiān)測和報警：發(fā)電機工作狀態(tài)、輸出頻率、電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)；油箱液位超限、油壓過低、油溫過高及啟停故障等報警信號等。

3 系統(tǒng)可靠性設(shè)計

3.1 選用高可靠的元件設(shè)備

現(xiàn)場監(jiān)控元件、設(shè)備都具有抗干擾能力強、可靠性高、電磁兼容性好的優(yōu)點。

3.2 系統(tǒng)在任何情況下都具備可操作性

電力監(jiān)控系統(tǒng)具有用四種控制方式，保證了在任何情況下，包括失去所有電源供應(yīng)時的可操作性。

此外，現(xiàn)場控制站可在完全失電的情況下繼續(xù)工作30分鐘，工程師主站可自主運行1小時，這大大提升了整個供電系統(tǒng)供電的可靠性。

3.3 強大的運行監(jiān)控和故障處理能力

在進線失電或變壓器、中壓配電柜出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動進行應(yīng)急處理和負荷管制，與人工操作相比，可大大縮小停電范圍，縮短停電時間。

當(dāng)輸出回路出現(xiàn)故障，斷路器脫扣時，不僅監(jiān)控計算機屏幕上有圖標、顏色的改變和文字提示，同時還發(fā)出聲報警，運行參數(shù)超值時亦然。因此，非常便于工作人員及時進行處置，盡早恢復(fù)供電。

由于每個變電站的運行監(jiān)控和故障自動應(yīng)急處理程序駐留在該站PLC的CPU中，即使管理層通信網(wǎng)絡(luò)因故中斷，電力監(jiān)控系統(tǒng)仍然具備監(jiān)控變電站正常運行和故障的自動應(yīng)急處理的能力[2]。

3.4 雙機熱備

因監(jiān)控的設(shè)備多、范圍大，采集的信息和數(shù)據(jù)量非常大且對系統(tǒng)的可靠性要求較高時，故在中控室設(shè)置兩臺電力監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，且互為熱備，大大提高了管理層的可靠性。

4 結(jié)束語

大型樓宇電力系統(tǒng)復(fù)雜且各級電力設(shè)備設(shè)施數(shù)量繁多，搭建電力監(jiān)控管理系統(tǒng)，對諸如高壓柜、變壓器、柴油發(fā)電機組、主進柜、母聯(lián)柜、饋出柜、ATSE等設(shè)備進行有效監(jiān)控與管理，既能高效整合、分析各類電力數(shù)據(jù)，又能確保對電力故障實時監(jiān)測并快速響應(yīng)，是樓宇可靠安全運行的必要保證。