智能建筑中高低壓配電設(shè)備集成監(jiān)控和管理系統(tǒng)應(yīng)用分析

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

［摘 要］電力智能監(jiān)控系統(tǒng)是信息時(shí)代的產(chǎn)物，反映了人類在高效經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)生活質(zhì)量的不斷追求，美好的希望和簡(jiǎn)化的工作程序。當(dāng)前，正在建造越來(lái)越多的智能建筑物，并且智能建筑物是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)管理和控制建筑物中的設(shè)備，并向用戶提供信息和通信服務(wù)。因此，電力智能監(jiān)控系統(tǒng)有益于智能建筑的各個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上，文章簡(jiǎn)要分析了電力監(jiān)控系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用，以促進(jìn)電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］電力監(jiān)控系統(tǒng) ；智能建筑 ；應(yīng)用

0引言

智能建筑通常具有以下條件：一套樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)可創(chuàng)建溫暖自然的居住環(huán)境，一套結(jié)構(gòu)化的布線系統(tǒng)可在建筑物內(nèi)或整個(gè)社區(qū)之間傳輸數(shù)據(jù)，語(yǔ)音通信和多媒體通信已集成在一起，可滿足現(xiàn)代信息社會(huì)的高效工作要求。智能電源監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，用于通信系統(tǒng)，電源監(jiān)控系統(tǒng)，建筑物中高壓和低壓配電設(shè)備的集成監(jiān)控和管理。

1 電力智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

從目前情況分析，比較常見的電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括以下5個(gè)方面的子系統(tǒng)，具體如下。

1.1 控制現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)

控制現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括 PLC、保護(hù)單元、遠(yuǎn)程 I/ O 單元、傳感器、保護(hù)裝置、執(zhí)行裝置等幾部分，可以通過這 些設(shè)備的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各種信息的采集，同時(shí)執(zhí)行有關(guān)的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制。傳感器能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)，例如數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)等及時(shí)進(jìn)行采集，然后經(jīng)過相關(guān)處理后，利用電纜、光纜或者綜合通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到主控端。其中，保護(hù)單元可以對(duì)電力線路中的故障或者跳閘現(xiàn)象進(jìn)行反映，而 PLC 是控制程序發(fā)出可控制操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象的遙調(diào)和遙控。

1.2 信息處理與控制子系統(tǒng)

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，信息處理和控制子系統(tǒng)主要是通過主控端對(duì)各種信息進(jìn)行采集，包括通信傳輸子系統(tǒng)傳輸過來(lái)的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息以及視頻信號(hào)等，之后通過計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過加工處理后反映到人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)顯示，例如發(fā)出警報(bào)或者燈光亮起等，從而將信息傳達(dá)給相關(guān)的工作人員。為滿足工作需要，還可以進(jìn)行

人工干預(yù)，進(jìn)行相關(guān)的操作和控制。

1.3 主控層

主控制層位于中央控制室或車間中，通常配備有高性能，高可靠性的計(jì)算機(jī)，UPS 不間斷電源，打印機(jī)和警報(bào)設(shè)備。電源監(jiān)控軟件安裝在主控計(jì)算機(jī)上，通過該軟件的人機(jī)界面和各種管理功能，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.4 中間層

中間層位于現(xiàn)場(chǎng)層與主控層之間，主要完成現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備與主控計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接，數(shù)據(jù)交換，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，兼容性和可擴(kuò)展性。以太網(wǎng)交換機(jī)使與其他系統(tǒng)的連接和共享數(shù)據(jù)信息變得容易，對(duì)于大型系統(tǒng)，還可以設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器以與其他系統(tǒng)連接。

1.5 現(xiàn)場(chǎng)層

站點(diǎn)級(jí)別的主要任務(wù)是收集和測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)各種配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，并將收集和測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)視系統(tǒng)。主要設(shè)備是內(nèi)置電能表，軌道式電能表，能量斷路器和四個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備。這些設(shè)備或儀表根據(jù)基本設(shè)備的需求進(jìn)行配置，并安裝在現(xiàn)場(chǎng)配電盤或開關(guān)柜中。上述所有設(shè)備彼此獨(dú)立地完成功能，不依賴于主控制計(jì)算機(jī)的操作，并具有 RS485通信接口。檢測(cè)到的電氣參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng) RS485總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)街虚g層。

2 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)功能特點(diǎn)

2.1 提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率

員工可以設(shè)置電源智能監(jiān)控系統(tǒng)，以在短的 H-f.q 范圍內(nèi)準(zhǔn)確判斷和操作。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以“透明"以同步了解電能流的狀態(tài)，因此可以準(zhǔn)確，及時(shí)地處理錯(cuò)誤。即

使您不在現(xiàn)場(chǎng)，也可以通過系統(tǒng)配置通過無(wú)線傳輸模板獲取錯(cuò)誤信息。它可以實(shí)時(shí)反映設(shè)備的實(shí)際使用情況，還可以使員工合理地準(zhǔn)備維護(hù)工作。

2.2 降低能源成本

電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以優(yōu)化能源成本。該系統(tǒng)可以用作基準(zhǔn)，以針對(duì)具有半公共功率檢測(cè)，功耗跟蹤和優(yōu)化管理的負(fù)載，在區(qū)域之間定制簡(jiǎn)單的功率負(fù)載計(jì)劃，并要求賠償由于不規(guī)則電能質(zhì)量造成的損失。

2.3 優(yōu)化資源

電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確評(píng)估電網(wǎng)或變壓器，配電盤，配電柜等設(shè)備的后備容量。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反映電力資源的實(shí)時(shí)使用情況，便于電力資源的放置并由業(yè)主做出決

策。更好地促進(jìn)配電系統(tǒng)的發(fā)展和變化。

3 智能建筑中電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

這些電源監(jiān)視系統(tǒng)主要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)監(jiān) 視電源系統(tǒng)的運(yùn)行并將設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)視中心。監(jiān)視中 心可以遠(yuǎn)程控制每個(gè)設(shè)備，使工作人員可以實(shí)時(shí)了解它。設(shè)備的操作。其中，電源監(jiān)視系統(tǒng)的主要功能包括系統(tǒng)操作的實(shí)時(shí)監(jiān)視，電源質(zhì)量監(jiān)視，遠(yuǎn)程控制和操作記錄，事件警報(bào)和記錄，數(shù)據(jù)收集和歷史數(shù)據(jù)管理，打印各種報(bào)告

以及電源管理。

3.2 常規(guī)電力監(jiān)控應(yīng)用

常規(guī)電源監(jiān)控主要滿足以下要求 ：數(shù)據(jù)采集和記錄每個(gè)開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，電壓，電流，功率和能量，以及常見的電氣參數(shù)（例如警報(bào)和遠(yuǎn)程控制）。某學(xué)校的電力系統(tǒng)共有8個(gè)10 kV 變電站，每個(gè)變電站都配備有兩個(gè)變壓器。結(jié)構(gòu)采用2條輸入線和1條母線。每個(gè)變電站包含大約80個(gè)饋電回路。為了科學(xué)地管理整個(gè)學(xué)校的供電系統(tǒng)并正常使用學(xué)校的電力

進(jìn)行教育和科學(xué)研究，學(xué)校采用了配電監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況采用了現(xiàn)有的電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)大致分為8個(gè)子工作站和1個(gè)監(jiān)控中心，主要通信網(wǎng)絡(luò)使用

100MTCP/IP 光纖以太網(wǎng)，并且為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層使用 Modbus 總線進(jìn)行通信。

3.3 電能質(zhì)量監(jiān)控應(yīng)用

某大廈共有變配電所四座，分別位于地下三層（1#、2#變電所）、21層（3# 變電所）和53層（4# 變電所）。為了保證整個(gè)大廈正常工作的可靠供電和實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，采用了電力監(jiān)控系統(tǒng)，在1# 變電所設(shè)置監(jiān)控主機(jī)，在2#、3#、4# 變配電所分別設(shè)置智能通信管理器實(shí)現(xiàn)通信上傳功能。主通訊網(wǎng)采用100mTCP/IP 光纖以太網(wǎng)，子站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層采用 Modbus 總線通訊，系統(tǒng)采集電房?jī)?nèi)高壓柜上微機(jī)保護(hù)、測(cè)量?jī)x表、直流屏、變壓器溫控儀、發(fā)電機(jī)等信息。實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、報(bào)警功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、管理分析等功能。并通過采用可編程控制器，實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)控制功能，通過 PLC 的邏輯控制實(shí)現(xiàn)某一動(dòng)作順序的減載，以保證重要負(fù)荷的正常運(yùn)行。建筑擁有兩條獨(dú)立的35kV 進(jìn)線和10kV 的母線，其中母線分段運(yùn)行，每段母線裝配有8~10變壓器，變壓器的型號(hào)為10 kV/400 V，每臺(tái)變壓器由30~100條饋線回路。

35 kV 進(jìn)線主要配置電力線路監(jiān)控儀，由于該進(jìn)線是整個(gè)系統(tǒng)的電力源頭，其對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行有著重要的作用，因此選用精度和功能性都比較高的設(shè)備來(lái)對(duì)這條回路進(jìn)行監(jiān)控，這種電力線路監(jiān)控儀采樣頻率非常高，而且可以監(jiān)視供電電源的電能質(zhì)量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，除此之外，它還可以監(jiān)控35kV 母線兩側(cè)的運(yùn)行工況和系統(tǒng)內(nèi)的一些電氣故障。

3.4 電能損耗數(shù)據(jù)的采集和管理

從電力智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的過程中可以看出，工作人員需要對(duì)不同的回路和計(jì)量表等進(jìn)行計(jì)數(shù)和分析，同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)。而且，還可以對(duì)數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行分析和探討，進(jìn)而對(duì)不同單位的電能損耗程度進(jìn)行采集和管理，提升數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。這些數(shù)據(jù)信息會(huì)在收費(fèi)表中體現(xiàn)，住戶可以根據(jù)電能收費(fèi)表來(lái)繳納電費(fèi)。這種方式可以從某種程度上培養(yǎng)人們的節(jié)能意識(shí)，同時(shí)還有助于各種不同類型的能耗審計(jì)措施的貫徹和落實(shí)。

3.5 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能

從以上的電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用案例中可以看出，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下的功能 ：

（1）智能監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)各種智能建筑和社區(qū)電源管理方法。電源監(jiān)控系統(tǒng)可以大大提高電源管理效率，并獲得節(jié)電效果。它可以提高電效率。

（2）除了主要硬件設(shè)備的工藝水平以及軟件的可靠性，電力監(jiān)控系統(tǒng)比較成熟以外，在通訊連接方面也比較全面。

（3）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)所采用的通訊協(xié)議是由國(guó)際電氣公司所提供的，能夠在很好的完成系統(tǒng)通訊的同時(shí)具有很高的可靠性和全面性。

（4）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)借鑒了國(guó)內(nèi)外關(guān)于智能建筑應(yīng)用的大量經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行系統(tǒng)集成和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，能夠運(yùn)用成熟的方法，所設(shè)計(jì)的軟件不僅運(yùn)行安全可靠，而且有較

低的運(yùn)行成本。

（5）作為一個(gè)分層分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在任何的監(jiān)控點(diǎn)處都能按照就近布置原則將其接入到系統(tǒng)中，并由相關(guān)的軟件進(jìn)行處理，這樣可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的布線和施工過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，在節(jié)省投資的同時(shí)提高工作效率。

（6）電力監(jiān)控系統(tǒng)采用了智能化的控制理念，具有較高的自動(dòng)化程度和較強(qiáng)的可靠性，可以自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，可以讓系統(tǒng)持續(xù)有效穩(wěn)定的運(yùn)行。最后，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在自成系統(tǒng)的基礎(chǔ)上還可以與智能建筑實(shí)現(xiàn)管理上的結(jié)合。

3.6 系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備管理

電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，做好監(jiān)測(cè)工作。工作人員在實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作中，工作人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的節(jié)能性進(jìn)行控制，如果出現(xiàn)了故障問題或者是運(yùn)行異常的現(xiàn)象，就應(yīng)該做好警報(bào)，這樣相關(guān)的檢修和維護(hù)的工作人員就會(huì)在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行處理。在這種情況下，智能電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的

相關(guān)信息和實(shí)際的耗電現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢。電力智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作方式不僅具有一定的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還具有一定的安全性。管理人員可以通過充分應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)對(duì)提升設(shè)備運(yùn)行的效率，為電氣節(jié)能工作的進(jìn)行提供相對(duì)比較科學(xué)的依據(jù)，完善和優(yōu)化運(yùn)行的整體狀態(tài)。

4 安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)

4.1概述

AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測(cè)眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或環(huán)境視頻場(chǎng)景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收?qǐng)?bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測(cè)裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過來(lái)的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺(tái)信息。

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1用能月報(bào)

用能月報(bào)支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號(hào)等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。