大型樓宇電力監(jiān)控管理系統(tǒng)概述

武 鑫

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，對(duì)開閉站、變電室、發(fā)電機(jī)房及電氣小間等不同層面的電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)整個(gè)樓宇電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在每個(gè)開閉站、變配電所和發(fā)電機(jī)房設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，對(duì)本站的所有變、配電設(shè)備進(jìn)行連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)監(jiān)控，各現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)置工控機(jī)（兼做分站服務(wù)器）及通訊管理機(jī)，工控機(jī)與通訊管理機(jī)通過(guò)工業(yè)交換機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了樓宇開閉站、變配電所和發(fā)電機(jī)房無(wú)人值守、集中管理的功能。

3）現(xiàn)場(chǎng)控制站采用多功能表分散配置的方式，將現(xiàn)場(chǎng)多功能儀表、I/O 模塊、傳感器、變送器等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控元件安裝在開關(guān)柜內(nèi)，工控機(jī)、工業(yè)交換機(jī)及電源裝置安裝在現(xiàn)場(chǎng)專用的監(jiān)控柜中，然后將采集的所有運(yùn)行/故障狀態(tài)信號(hào)和運(yùn)行參數(shù)等信息通過(guò)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(jī)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(jī)接入建筑設(shè)備網(wǎng)完成對(duì)末端第三方設(shè)備的監(jiān)控。

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

1.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站

1）現(xiàn)場(chǎng)控制站采用集中配置的方式，將通信管理機(jī)、工業(yè)交換機(jī)、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(chǎng)專用的監(jiān)控柜中，通過(guò)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(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)等信息通過(guò)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(chǎng)控制站可接收來(lái)自工程師主站電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制命令，對(duì)本變電站相應(yīng)的配電設(shè)備進(jìn)行控制；本變電站的低壓進(jìn)線出現(xiàn)失電故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制站能自動(dòng)進(jìn)行故障應(yīng)急處理。

2）本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站及工程師主站均可對(duì)來(lái)自電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的控制命令設(shè)置優(yōu)先級(jí)。

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(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)全面反映所有下屬的開閉站、變電站運(yùn)行狀況和運(yùn)行參數(shù)的模擬顯示大屏?，F(xiàn)場(chǎng)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(hào)。

2）通過(guò)服務(wù)器將電力監(jiān)控系統(tǒng)的所有運(yùn)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(chǎng)監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)管理層和系統(tǒng)管理層。

1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層

變電站/發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的現(xiàn)場(chǎng)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(jī)綜保裝置、無(wú)功補(bǔ)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(cè)儀表、綜合電量監(jiān)測(cè)儀表、母線測(cè)溫裝置、溫濕度探測(cè)器等。變電站外的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)管理層

現(xiàn)場(chǎng)管理層包括：變電站/發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的前端監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通信管理機(jī)、工業(yè)交換機(jī)、UPS電源、直流電源等設(shè)備。具有雙向通訊功能，向上通過(guò)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(jì)算機(jī)，與它們交換數(shù)據(jù)和信息，向下則通過(guò)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)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(guò)處理后的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)除在前端機(jī)上就地顯示外還上傳到工程師主站。值班人員既可以通過(guò)前端機(jī)查閱本站的各種實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)以及報(bào)警等事件記錄，也可以通過(guò)前端機(jī)對(duì)本站的斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。前端機(jī)還接收來(lái)自工程師主站的遠(yuǎn)程控制或調(diào)度命令，并自動(dòng)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(jī)、動(dòng)態(tài)模擬屏、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)、短信報(bào)警裝置、UPS電源等設(shè)備組成，他們負(fù)責(zé)所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、分析、發(fā)布、顯示、報(bào)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(hào)通過(guò)微機(jī)綜合繼電保護(hù)器以聯(lián)網(wǎng)的方式提供，若微機(jī)綜合繼電保護(hù)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(cè)控參數(shù)與信號(hào)的接線端子排。

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

3）監(jiān)測(cè)10kV中壓配電柜進(jìn)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(wú)功功率、有功電能、無(wú)功電能等。

4）開閉站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)10kV中壓配電柜進(jìn)線電壓瞬變、電壓驟升、電壓中斷、電壓波動(dòng)等，且在故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)記錄電壓和電流的瞬態(tài)波形；監(jiān)測(cè)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(cè)10kV進(jìn)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(cè)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(bào)警，包括：斷路器狀態(tài)信號(hào)、故障跳閘信號(hào)、自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、框架斷路器電機(jī)儲(chǔ)能及內(nèi)部故障信號(hào)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(dòng)操作、電動(dòng)操作、遠(yuǎn)程操作和全自動(dòng)控制操作。低壓配電系統(tǒng)中所有需遠(yuǎn)程分?jǐn)嗤肚械臄嗦菲髋渲昧穗姴倩蚍謩?lì)脫扣器，系統(tǒng)可提供遙控或自動(dòng)控制分合閘功能。

2.3 變壓器監(jiān)控功能

具有標(biāo)準(zhǔn)接口的變壓器溫控器，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)，通過(guò)專業(yè)管理軟件，對(duì)變壓器三相繞組溫度、超溫報(bào)警、鐵芯溫度、外殼門行程開關(guān)、冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警等各類信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.4 直流電源監(jiān)控功能

具有標(biāo)準(zhǔn)接口的直流裝置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)，通過(guò)專業(yè)管理軟件，對(duì)所有直流屏監(jiān)測(cè)如下信號(hào)和參數(shù)：輸出母線電壓信號(hào)；過(guò)、欠電壓報(bào)警，裝置失電報(bào)警，絕緣下降信號(hào)；系統(tǒng)接地故障信號(hào)；直流故障信號(hào)；高頻開關(guān)電源模塊故障信號(hào)等。

2.5 UPS監(jiān)控功能

具有標(biāo)準(zhǔn)接口的UPS，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)，對(duì)所有不間斷電源UPS監(jiān)測(cè)如下信號(hào)和參數(shù)：逆變器工作電壓、電流及過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫等報(bào)警信號(hào)；電池電壓、電流、內(nèi)阻、浮充、均充等信號(hào)；維修旁路開關(guān)狀態(tài)信號(hào)等。

2.6 自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控功能

具有標(biāo)準(zhǔn)接口的柴油發(fā)電機(jī)組控制裝置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線適配器（通訊模塊）接入電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)，對(duì)所有柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行以下監(jiān)測(cè)和報(bào)警：發(fā)電機(jī)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(guò)低、油溫過(guò)高及啟停故障等報(bào)警信號(hào)等。

3 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

3.1 選用高可靠的元件設(shè)備

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

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(shí)的可操作性。

此外，現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行1小時(shí)，這大大提升了整個(gè)供電系統(tǒng)供電的可靠性。

3.3 強(qiáng)大的運(yùn)行監(jiān)控和故障處理能力

在進(jìn)線失電或變壓器、中壓配電柜出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)急處理和負(fù)荷管制，與人工操作相比，可大大縮小停電范圍，縮短停電時(shí)間。

當(dāng)輸出回路出現(xiàn)故障，斷路器脫扣時(shí)，不僅監(jiān)控計(jì)算機(jī)屏幕上有圖標(biāo)、顏色的改變和文字提示，同時(shí)還發(fā)出聲報(bào)警，運(yùn)行參數(shù)超值時(shí)亦然。因此，非常便于工作人員及時(shí)進(jìn)行處置，盡早恢復(fù)供電。

由于每個(gè)變電站的運(yùn)行監(jiān)控和故障自動(dòng)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(yùn)行和故障的自動(dòng)應(yīng)急處理的能力[2]。

3.4 雙機(jī)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(duì)系統(tǒng)的可靠性要求較高時(shí)，故在中控室設(shè)置兩臺(tái)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(yǔ)

大型樓宇電力系統(tǒng)復(fù)雜且各級(jí)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(duì)諸如高壓柜、變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、主進(jìn)柜、母聯(lián)柜、饋出柜、ATSE等設(shè)備進(jìn)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(duì)電力故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并快速響應(yīng)，是樓宇可靠安全運(yùn)行的必要保證。