電力監控系統在廠房電力管理的應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：隨著經濟的發展，能源消耗速度正不斷加快，因此我國提出了綠色可持續發展戰略，要求在發展建設中以節能為主，不斷減少資源能耗，而電能便是首要控制內容。如今我國為電能使用，對計量表進行了優化創新，日常供電中分析用電數據的節能情況，從而結合實際調整當前制度，從而滿足節能管理的實際需求，基于此，本文將對電力監控系統在電力工程中的應用進行分析，并提出相應的對策。

關鍵詞：電力監控系統；電力工程；應用

        電力監控系統能夠提升管控供電系統的水平，從而實施控制和監測，它屬于典型應用工業以太網的代表。此系統在完成自調試運行開始，有著較快的通信效率、較強的可擴展性和兼容性，也是廠房電力管理中的工具，能夠發揮重要的作用。

1.1闡述電力監控系統

        在電力網絡中設備運行情況和電網運行狀態無關，電力網絡設備的工作指令便能夠控制其運行情況，此種運行被稱作被動配電網絡。設備運行情況若是不受設備工作指令控制，自我診斷后的配電網絡要結合電網能力和負荷發出設備運行指令，全面把控負荷運行的等級，此種運行被稱作主動配電網絡。由被動配電網絡轉化成主動配電網絡，要先合理劃分電力負荷，按照負荷重要性劃分多個等級，保證電力網絡有著自診斷能力，進而實現控制和調節工作。在被動配電網絡轉化成主動配電網絡時，如果設備處于正常的工作狀態，則要保證合理分配系統工作，實現控制和調節負荷功能，充分應用變壓器過負荷能力。

1.2電力監控系統組成

        在控制中心所安裝的設備是操作臺中的主控機、打印機、顯示器、備用電源和抗干擾電源。操作臺上包括遙控按鈕和開關電源開關、模擬盤電源等。控制主機可安裝在本樓的樓內值班室，總控制室通常是安裝在變電所中，傳感器信號一般是使用總線傳至此樓，控制主機和總控制主機，從而實現遙測遙控電量。采集和控制現場數據設備，是為智能控制系統、電流變送器、電壓變送器將傳感器信號傳輸到智能控制終端，使智能控制器的終端與智能通訊卡連接，雙向傳遞數據。智能控制系統要在配電內的接觸器實現預定程序中控制的電源各系統，包含的智能控制終端大約為1024個，能夠增加系統的可擴展性。

2.1監控系統老舊

       在當前電力系統中一部分變電站依舊使用老舊的電力監控系統，此類監控系統不僅耗能較大，且可能存在監控不足的情況，影響電力傳輸的性能和質量。同時當前部分電力工程監控系統應用條件不足，存在事前、事中、事后控制工作不到位現象，因此無法判別電力狀態、無法監控系統運行，更無法發現故障問題，使得質量控制缺少可操作性，最終導致實際工程在建設后出現問題，為后期應用埋下了安全隱患。

2.2故障模塊錯誤

       故障模塊包括高壓牽引類、環境控制類等等，多個監控點可由一套PLC來完成，監控管理信息系統能夠對運行工作區域實時管理，在結構建設中需要選擇合適的線材，形成獨立而完整的工作系統，但需要布設多傳感器監控線路，以滿足系統的建設需求。但就目前情況來看，監控的電力路線與實踐運行以及保護系統存在不相符的問題，現場所反饋數據存在差異問題，且在進行編碼、轉換和傳輸后數據可能異常，需要對此加大關注。

2.3缺少特征分析

        電力運行工作中，監控系統可提供定期監察和專項監察兩種形式，形狀特征分析結合相關的用電設備對區域內的用電基本情況進行了解，經過去噪、增強和邊緣檢測得到設備圖像的形狀。如特征分析存在問題，則全局方法無法提取描述形狀的特征量，以此獲得電力設備圖像的邊緣和區域，保證變量和相似性度量的形狀也無法取得良好的效果，而在圖像識別中如缺少對圖像的預處理，則無法根據圖像特征提取圖像的特征數據，最終導致目標丟失。

        比如某市市民廣場項目用地0.08平方千米，包括某市規劃展覽館、休閑廣場、市政服務中心。此項目是市政務服務中心c座電力監控系統，按照配電系統管理標準，要電力監測市政服務中心c座高壓配電室，從而保證安全、可靠用電。電力工程中要合理使用智能配電系統的通信功能、監控系統軟件功能、通訊轉換層功能。變配電系統開展分散數據采集和監控管理工作，使用通訊網絡把分散配電現場設備連接成有機整體。

3.1優化電力監控系統管理層和通訊轉換層

        隨著經濟的發展，電力被廣泛使用，電力監控系統應用在各工程項目中，在某市項目廣場中使用電力監控系統能夠監控變電所低壓配電回路用電，加強電能管理。把主車間變配電室用作監控管理的中心，在東西兩側安裝的變配電室將其作為電力監控的子工作中心，使主工作中心和子工作中心間使用TCP/IP協議連接。監控系統要把PMSOFT作為電力專用監控軟件，將WIN10計算機系統作為操作系統載體，硬件設施包括ODBC、OPC。將總控制中心和子控制中心間實施數據工序、把樓控系統和電力監控系統間實施數據共享，通過TCP/IP光纖以太網構建通訊轉換體系，通訊路徑為：監控設備在獲取數據后要上交到分析設備，分析設備獲得電力系統的運行參數，應將其送傳到監控中心，主控制中心的終端設備獲得對應參數和數據后，要選擇人機互動界面。

3.2強化電力監控系統通信功能應用

        強化電力監控系統通信功能應用要求，結合電力系統的組成結構作為總線拓撲的網絡，結合電力監控系統通信基層網絡技術，連接以太網和串口設備，發揮監控通信過程中的硬件設備功能要點，使以太網和串口設備間實現雙向傳送數據，進而保證現場數據應用標準協議，以協議方式開展通信工作。智能儀表接通電源后需要設置通信協議位置，現場儀表和通信管理機間通信協議需要進行優化，可以將電力監控系統中的電氣設備看做監控小組，安裝完驅動程序后使用windows操作系統識別端口，并在串口設備和以太網間開展雙向傳遞，在當監控系統運行時，此小組電器設備中的智能儀表將接口連接，防止出現錯誤信息。線路產生故障時電力監控系統需要使用串口通信管理機，保證信息能夠被監控系統識別和采集，此種通信方式能夠在總線處形成更多的數據，通過規劃避免通信線的繁雜線路全部出現異常，局部出現損壞時仍然能夠保證其他的儀表正常工作。

3.3現場信號采集及測量設備設計

        高壓配電柜與直流屏以及主機數據采樣，在配電柜面板進行可視監控儀表的安裝配備防反光屏幕，方便于工作人員進行日常的巡查，但需要注意的是電力儀表輸入輸出模塊和相關電力系統運行數據的記錄，無需進行電壓互感器安裝就能夠直接進行電壓值測量，可運用低壓智能電力儀表與通信接口電壓信號構成采樣信號回路，主要方式是運用其設備內部所帶有的集成通信設備，通過電力儀表輸入輸出模塊構成系統，整個測量有效值較為真實且準確。同時該系統本身并不具備狀態信號數據的功能，高壓配電柜內置綜合通信協議，通信原理方面電力監控系統，所以需要安裝拓展模塊，要求直流屏與主機則主要需與其內置的專用通信卡進行連接，部分設備如果配置不同的通信接口，能夠直接進行高達600伏電壓的測量。

通信基層網絡是屬于當前運用較為成熟的現場總線技術，可以同時具備狀態數據采集、遠程控制功能，還需要額外安裝轉換模式，通過標準協議在以太網與串口設備之間進行雙向數據傳輸，主要運用功能較為強大的系統軟件與硬件設備進行，在技術人員共同參與和陪同下運用串口通信管理機設備，有效實現串口設備和以太網界面之間數據的雙向傳輸驅動程序，利用通信線實現接口與以及菊花鏈式的方式予以鏈接。同時電力監控系統在設計和調試階段，要求依據電力系統組成結構及時了解通信協議與接口類型，窗口服務器監查則來自管理層上位機指令確保其協調性。

       傳統的通信如發生故障，會造成部分儀表無法與通信管理機進行正確通信，而將系統主要回路電氣設備作為監控組別，會使其能夠分屬于總線拓撲網絡結構，發揮串口設備與以太網連接功能，如上位機監控軟件向串口服務器發送信息，向串口服務器返回系統所需信息數據，監控系統在實際運行過程中，可以安裝完成后會被Windows操作系統識別為realcom端口，并正確采集與顯示現場參數和狀態，通訊管理機與現場儀表協議來予以通信，能夠實現監控系統的識別。同時此通信方式主要特點在于在總線形成大量數據信息時，含有某一現場窗口儀表通信地址的數據信息，通信特點要求被監控對象所對應的現場監控儀表依據系統指令，可以防止發生錯誤信息返回上位機的情況，而設備通信程序采用一致的通信協議方，智能儀表在通電運行后要求地址來做出響應，可以將協議設置為modbus通信協議，從而方便線路安裝與維護。

3.4完善電力監控系統軟件功能

       遠程視頻監控與圖像識別技術的融合已經成為變電站智能監控的發展趨勢，在電力設備圖像識別過程中采用模板匹配算法可進行目標識別，要求不斷改進的FAsT-Match模板匹配算法，針對傳統模板匹配的缺點，融合了視頻監控系統和圖像識別系統，最終實現安全管理系統。同時在采集過程中，由于硬件設備和外部環境的影響，圖像往往含有一些隨機噪聲和失真，因此需要對圖像進行預處理，便于直觀地向用戶反映運行的情況；而紋理特征也是一個全局特征，其需要在包含多個像素的區域進行統計計算，模式匹配上具有很大的優勢，幫助監控值班人員對電壓、電流和功率等數據的直觀了解。

3.5預防警示以及監測運行的隱患

        預防警示及檢測運行需要多個組成部門協調運作，電力生產系統包含的組成部分極多，如在電力監控系統中應用人工智能技術，則在出現問題需要總結各類常規失誤操作，在設備發生故障時立即發出警報，準確判別電氣設備的運行位置，避免對電力生產系統的運行帶來影響。如系統中某區域出現了運行故障，警示系統可以根據當前故障情況調整分貝，高分貝的蜂鳴提升為較大故障問題，低分貝的蜂鳴則為警示效果，在警報發出的同時計算機系統此時也會顯示故障發生的位置并發出相關數據，以此幫助工作人員了解當前電力生產的狀態和參數等信息，以此結合信息對故障進行及時處理。

4.1概述

       針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

4.2應用場所

       適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。

4.3系統架構

       Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

4.4系統功能

       4.4.1實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關故障、告警等信號。

 

        4.4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

        4.4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

        4.4.4運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數。

        4.4.5實時告警：具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。

        4.4.6歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

        4.4.7電能統計報表：系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況。

        4.4.8用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

        4.4.9網絡拓撲圖：支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

        4.4.10電能質量監測：可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。

 

        4.4.11遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

        4.4.12故障錄波：可在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

        4.4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息。

        4.4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。

        4.4.15APP訪問：設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

 

4.5系統硬件配置

       如今我國電力工程的發展速度正不斷加快，為了能夠契合時代發展需求，要結合地區用電需求選擇合適的管理方案，并在此基礎上優化傳輸通信、軟件功能、數據采集、運行監測等方面，及時對監控中的相關數據進行了解，出現問題時能夠通過監控檢測解決現存的系統問題。由此可見，電力監控系統的應用價值較高，后續可以結合當前我國用電情況不斷優化完善，滿足當前時代對生產及發展的實際需求。

 

[1]趙珂,牟曉正,劉璟潔.電力系統規劃設計在電力工程設計中的應用探究[J].中華建設,2020(9):82-83.

[2]紀宏德,朱偉.淺談人工智能技術在電力監控系統中的應用[J].江西電力職業技術學院學報,2020,33(2):12-13.

[3]張俊嶺.水電站電力監控系統信息化建設探討[J].新型工業化,2021,11(4):194-195.

[4]王志文,玉聰,韋杰.電力監控系統在電力生產中的應用[J].中國高新科技,2021(5):54,60.

[5]李修鵬.淺議電力系統規劃設計在電力工程設計中的應用[J].中國設備工程,2021(4):204-205.

[6]韓帥,遲秀華,王林松,等.臨時供電措施在電力系統改造工程中的應用[J].冶金動力,2020(7):9-13.

[7]董金.電力監控系統在電力工程中的應用.

[8]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版本

       任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。