王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

0 引言

      電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠提升管控供電系統(tǒng)的水平，從而實施控制和監(jiān)測，它屬于典型應用工業(yè)以太網(wǎng)的代表。此系統(tǒng)在完成自調(diào)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(fā)揮重要的作用。

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介

1.1闡述電力監(jiān)控系統(tǒng)

      在電力網(wǎng)絡中設備運行情況和電網(wǎng)運行狀態(tài)無關，電力網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡要結(jié)合電網(wǎng)能力和負荷發(fā)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(wǎng)絡。由被動配電網(wǎng)絡轉(zhuǎn)化成主動配電網(wǎng)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(wǎng)絡有著自診斷能力，進而實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)工作。在被動配電網(wǎng)絡轉(zhuǎn)化成主動配電網(wǎng)絡時，如果設備處于正常的工作狀態(tài)，則要保證合理分配系統(tǒng)工作，實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)負荷功能，充分應用變壓器過負荷能力。

1.2電力監(jiān)控系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)遙測遙控電量。采集和控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)設備，是為智能控制系統(tǒng)、電流變送器、電壓變送器將傳感器信號傳輸?shù)街悄芸刂平K端，使智能控制器的終端與智能通訊卡連接，雙向傳遞數(shù)據(jù)。智能控制系統(tǒng)要在配電內(nèi)的接觸器實現(xiàn)預定程序中控制的電源各系統(tǒng)，包含的智能控制終端大約為1024個，能夠增加系統(tǒng)的可擴展性。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應用現(xiàn)狀

2.1監(jiān)控系統(tǒng)老舊

     在當前電力系統(tǒng)中一部分變電站依舊使用老舊的電力監(jiān)控系統(tǒng)，此類監(jiān)控系統(tǒng)不僅耗能較大，且可能存在監(jiān)控不足的情況，影響電力傳輸?shù)男阅芎唾|(zhì)量。同時當前部分電力工程監(jiān)控系統(tǒng)應用條件不足，存在事前、事中、事后控制工作不到位現(xiàn)象，因此無法判別電力狀態(tài)、無法監(jiān)控系統(tǒng)運行，更無法發(fā)現(xiàn)故障問題，使得質(zhì)量控制缺少可操作性，最終導致實際工程在建設后出現(xiàn)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(huán)境控制類等等，多個監(jiān)控點可由一套PLC來完成，監(jiān)控管理信息系統(tǒng)能夠?qū)\行工作區(qū)域?qū)崟r管理，在結(jié)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(tǒng)，但需要布設多傳感器監(jiān)控線路，以滿足系統(tǒng)的建設需求。但就目前情況來看，監(jiān)控的電力路線與實踐運行以及保護系統(tǒng)存在不相符的問題，現(xiàn)場所反饋數(shù)據(jù)存在差異問題，且在進行編碼、轉(zhuǎn)換和傳輸后數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)可提供定期監(jiān)察和專項監(jiān)察兩種形式，形狀特征分析結(jié)合相關的用電設備對區(qū)域內(nèi)的用電基本情況進行了解，經(jīng)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(qū)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(jù)圖像特征提取圖像的特征數(shù)據(jù)，最終導致目標丟失。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應用策略

      比如某市市民廣場項目用地0.08平方千米，包括某市規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)，按照配電系統(tǒng)管理標準，要電力監(jiān)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(tǒng)的通信功能、監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能、通訊轉(zhuǎn)換層功能。變配電系統(tǒng)開展分散數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理工作，使用通訊網(wǎng)絡把分散配電現(xiàn)場設備連接成有機整體。

3.1優(yōu)化電力監(jiān)控系統(tǒng)管理層和通訊轉(zhuǎn)換層

      隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力被廣泛使用，電力監(jiān)控系統(tǒng)應用在各工程項目中，在某市項目廣場中使用電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)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(jiān)控管理的中心，在東西兩側(cè)安裝的變配電室將其作為電力監(jiān)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(xié)議連接。監(jiān)控系統(tǒng)要把PMSOFT作為電力專用監(jiān)控軟件，將WIN10計算機系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)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(shù)據(jù)工序、把樓控系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)間實施數(shù)據(jù)共享，通過TCP/IP光纖以太網(wǎng)構建通訊轉(zhuǎn)換體系，通訊路徑為：監(jiān)控設備在獲取數(shù)據(jù)后要上交到分析設備，分析設備獲得電力系統(tǒng)的運行參數(shù)，應將其送傳到監(jiān)控中心，主控制中心的終端設備獲得對應參數(shù)和數(shù)據(jù)后，要選擇人機互動界面。

3.2強化電力監(jiān)控系統(tǒng)通信功能應用

      強化電力監(jiān)控系統(tǒng)通信功能應用要求，結(jié)合電力系統(tǒng)的組成結(jié)構作為總線拓撲的網(wǎng)絡，結(jié)合電力監(jiān)控系統(tǒng)通信基層網(wǎng)絡技術，連接以太網(wǎng)和串口設備，發(fā)揮監(jiān)控通信過程中的硬件設備功能要點，使以太網(wǎng)和串口設備間實現(xiàn)雙向傳送數(shù)據(jù)，進而保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)應用標準協(xié)議，以協(xié)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(xié)議位置，現(xiàn)場儀表和通信管理機間通信協(xié)議需要進行優(yōu)化，可以將電力監(jiān)控系統(tǒng)中的電氣設備看做監(jiān)控小組，安裝完驅(qū)動程序后使用windows操作系統(tǒng)識別端口，并在串口設備和以太網(wǎng)間開展雙向傳遞，在當監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)錯誤信息。線路產(chǎn)生故障時電力監(jiān)控系統(tǒng)需要使用串口通信管理機，保證信息能夠被監(jiān)控系統(tǒng)識別和采集，此種通信方式能夠在總線處形成更多的數(shù)據(jù)，通過規(guī)劃避免通信線的繁雜線路全部出現(xiàn)異常，局部出現(xiàn)損壞時仍然能夠保證其他的儀表正常工作。

3.3現(xiàn)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(shù)據(jù)采樣，在配電柜面板進行可視監(jiān)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(tǒng)運行數(shù)據(jù)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(nèi)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(tǒng)，整個測量有效值較為真實且準確。同時該系統(tǒng)本身并不具備狀態(tài)信號數(shù)據(jù)的功能，高壓配電柜內(nèi)置綜合通信協(xié)議，通信原理方面電力監(jiān)控系統(tǒng)，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(nèi)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(wǎng)絡是屬于當前運用較為成熟的現(xiàn)場總線技術，可以同時具備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、遠程控制功能，還需要額外安裝轉(zhuǎn)換模式，通過標準協(xié)議在以太網(wǎng)與串口設備之間進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，主要運用功能較為強大的系統(tǒng)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(xiàn)串口設備和以太網(wǎng)界面之間數(shù)據(jù)的雙向傳輸驅(qū)動程序，利用通信線實現(xiàn)接口與以及菊花鏈式的方式予以鏈接。同時電力監(jiān)控系統(tǒng)在設計和調(diào)試階段，要求依據(jù)電力系統(tǒng)組成結(jié)構及時了解通信協(xié)議與接口類型，窗口服務器則來自管理層上位機指令確保其協(xié)調(diào)性。

     傳統(tǒng)的通信如發(fā)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(tǒng)主要回路電氣設備作為監(jiān)控組別，會使其能夠分屬于總線拓撲網(wǎng)絡結(jié)構，發(fā)揮串口設備與以太網(wǎng)連接功能，如上位機監(jiān)控軟件向串口服務器發(fā)送信息，向串口服務器返回系統(tǒng)所需信息數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行過程中，可以安裝完成后會被Windows操作系統(tǒng)識別為realcom端口，并正確采集與顯示現(xiàn)場參數(shù)和狀態(tài)，通訊管理機與現(xiàn)場儀表協(xié)議來予以通信，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的識別。同時此通信方式主要特點在于在總線形成大量數(shù)據(jù)信息時，含有某一現(xiàn)場窗口儀表通信地址的數(shù)據(jù)信息，通信特點要求被監(jiān)控對象所對應的現(xiàn)場監(jiān)控儀表依據(jù)系統(tǒng)指令，可以防止發(fā)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(xié)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(xié)議設置為modbus通信協(xié)議，從而方便線路安裝與維護。

3.4完善電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能

      遠程視頻監(jiān)控與圖像識別技術的融合已經(jīng)成為變電站智能監(jiān)控的發(fā)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(tǒng)模板匹配的缺點，融合了視頻監(jiān)控系統(tǒng)和圖像識別系統(tǒng)，最終實現(xiàn)安全管理系統(tǒng)。同時在采集過程中，由于硬件設備和外部環(huán)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(qū)域進行統(tǒng)計計算，模式匹配上具有很大的優(yōu)勢，幫助監(jiān)控值班人員對電壓、電流和功率等數(shù)據(jù)的直觀了解。

3.5預防警示以及監(jiān)測運行的隱患

      預防警示及檢測運行需要多個組成部門協(xié)調(diào)運作，電力生產(chǎn)系統(tǒng)包含的組成部分極多，如在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應用人工智能技術，則在出現(xiàn)問題需要總結(jié)各類常規(guī)失誤操作，在設備發(fā)生故障時立即發(fā)出警報，準確判別電氣設備的運行位置，避免對電力生產(chǎn)系統(tǒng)的運行帶來影響。如系統(tǒng)中某區(qū)域出現(xiàn)了運行故障，警示系統(tǒng)可以根據(jù)當前故障情況調(diào)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(fā)出的同時計算機系統(tǒng)此時也會顯示故障發(fā)生的位置并發(fā)出相關數(shù)據(jù)，以此幫助工作人員了解當前電力生產(chǎn)的狀態(tài)和參數(shù)等信息，以此結(jié)合信息對故障進行及時處理。

4 安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

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(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應用電力自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)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(wěn)定、經(jīng)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(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

4.3系統(tǒng)架構

      Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡結(jié)構、光纖星型網(wǎng)絡結(jié)構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構，根據(jù)用戶用電規(guī)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(wǎng)方式。

4.4系統(tǒng)功能

      4.4.1實時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)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(shù)。

       4.4.5實時告警：具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

       4.4.7電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)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(wǎng)絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構。

       4.4.10電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

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

       4.4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)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(wěn)態(tài)信息。

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

       4.4.15APP訪問：設備數(shù)據(jù)頁面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結(jié)語

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

參考文獻

[1]趙珂,牟曉正,劉璟潔.電力系統(tǒng)規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].江西電力職業(yè)技術學院學報,2020,33(2):12-13.

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

[4]王志文,玉聰,韋杰.電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)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(tǒng)規(guī)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(tǒng)改造工程中的應用[J].冶金動力,2020(7):9-13.

[7]董金.電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應用.

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版本