淺談電廠電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定201801

【摘要】：基于某大型電廠的分層分布式電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際案例,介紹了發(fā)電廠電能管理系統(tǒng)的開發(fā)情況、網(wǎng)絡結構及系統(tǒng)功能,探討了開關狀態(tài)在線監(jiān)測技術的原理和實現(xiàn),實際證明,系統(tǒng)通用生強、開放性和可維護性好。

【關鍵詞】：電能管理；開關狀態(tài)；在線監(jiān)測

近年來我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛,電力供應缺口加大，引發(fā)了新一輪電力建設高峰。隨著西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)、三峽水利工程等特大型工程的展開,裝機容量穩(wěn)步增長,輸電容量進一步增加;另一方面，廠網(wǎng)分開的實現(xiàn),使各電廠面臨著來自其它地區(qū)大型電源公司竟價上網(wǎng)的競爭壓力,電廠設備的管理水平上臺階是保持競爭力的必要條件。電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)提高了發(fā)電廠用電管理的效率,提高了供電質量，節(jié)省了大量的人力、物力財力，其不斷完善是確保競爭力的硬件基礎。特別在設備狀態(tài)在線監(jiān)測方面利用整個設備或者設備的某些關鍵部件的壽命特征,開發(fā)應用一種具有特殊用途的系統(tǒng),并通過數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析來預測設備狀態(tài)發(fā)展的趨勢,使得維護只在需要時才安排,這樣,適時的維護能有效地避免因設備故障產(chǎn)生的意外停電，同時可縮短停電時間,降低維護費用,延長設備使用壽命,還可避免因維護中的疏忽而產(chǎn)生的故障。

電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于西屋 PowerNet電能管理程序開發(fā)軟件推出的，系統(tǒng)操作平臺可建立在 Microsoft WindowsNT/2000/XP的操作系統(tǒng)平臺上，采用開放式TCP/IP結構發(fā)電廠現(xiàn)有的廠內(nèi)局域網(wǎng)也可作為電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的中樞.系統(tǒng)的圖形化界面采用開放的、可擴展的人機界面 InTouch 軟件，允許用戶創(chuàng)建復雜而強大的操作員界面顯示，同時其分布式報警子系統(tǒng)很大地提高了信息質量系統(tǒng)通過Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫將與電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測有關的參數(shù)電流、電壓、電能采集數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)、開關動作次數(shù)等取到管理系統(tǒng)的中間表中，然后進行統(tǒng)計、計算和分析,并存于數(shù)據(jù)庫中,可通過廠 MIS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

系統(tǒng)硬件結構按功能劃分為設備層和管理層,2 個相對獨立的層面之間通過通信介質采用分層分布式開放結構建立網(wǎng)絡連接,微機綜合測控、繼電保護單元分散布置于被控設備對象.所有控制、保護、測量、報警等信號均在就地單元內(nèi)轉化成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)現(xiàn)場通信總線傳輸至主控室的監(jiān)控計算機,各就地單元相互獨立,不相互影響。

2.1 設備層

設備層是由微機綜合測控、繼電保護單元組成的INCOM總線數(shù)據(jù)采集層。各功能單元分別實現(xiàn)開關配電設備狀態(tài)監(jiān)視,電量采集、存儲、上傳、保護等功能.各功能單元間通過現(xiàn)場通信總線進行連接，總線采用以射頻調(diào)制方式傳輸?shù)?INNCOM 專業(yè)工業(yè)通信協(xié)議.通信介質為普通屏蔽雙絞通信電纜,接線不分電壓極性.由于 INCOM 協(xié)議使用的是高頻信號,抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)采用 RS-485RS-422 等傳送方式的總線系統(tǒng),單條通信電纜的有效傳輸距離達 3 048 m,并可與動力、控制電纜一起敷設,不需專用的電纜通道，大大減少了聯(lián)網(wǎng)工作的成本和因干擾、衰減等因素造成誤碼的風險現(xiàn)場通信總線直接接入位于管理層的通信主機,并與監(jiān)控計算機進行通信。除現(xiàn)場總線的通信方式外,設備層的功能單元還可通過以太網(wǎng)通信接口直接接入上層的局域網(wǎng)，與網(wǎng)內(nèi)的監(jiān)控計算機進行通信。

2.2 管理層

管理層為全部設備監(jiān)視、測量、控制和管理的中心,由通信主機、現(xiàn)場或遠程監(jiān)控計算機和 TCP/IP 協(xié)議局域網(wǎng)構成它包括一個以遠程電能監(jiān)測和狀態(tài)監(jiān)測為核心的開放式、可視化的操作平臺。設備監(jiān)測采用 InTouch 圖形化軟件環(huán)境，為監(jiān)控系統(tǒng)提供良好直觀的人機界面,支持用戶開發(fā)定制的圖形視圖;并依據(jù)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，按照不同用戶的個性化要求,動態(tài)顯示設備的運行狀態(tài)；且其數(shù)據(jù)訪問功能擴展到了外部元件/系統(tǒng)、歷史事件處理報警記錄以及報告和分析工具。

3.1能量消耗監(jiān)控

系統(tǒng)能準確統(tǒng)計全廠的用電負荷情況，并采集各用電設備的電能參數(shù),為用戶提供相應的負荷分析曲線。除電能參數(shù)外,其它電量如電流電壓、頻率功率因數(shù)、大值和小值、諧波等,都能實時上傳到監(jiān)控中心進行顯示和存入數(shù)據(jù)庫，大大減少傳統(tǒng)的抄表和分析的工作量。

3.2電能質量分析

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)中的電壓,諧波及功率因數(shù)等反映電能質量的參數(shù)進行實時監(jiān)測,及時對將要出現(xiàn)的電能質量問題發(fā)出報警。

3.3 運行監(jiān)視

系統(tǒng)的運行狀況可通過文字、表格、圖像、聲、光等方式為值班人員及時提供配電系統(tǒng)安全監(jiān)控所需要的全部信息例如用戶的配電系統(tǒng)以彩色圖形顯示在管理計算機的屏幕上,包括:配電系統(tǒng)的系統(tǒng)單線圖、配電室的平面布置圖、開關柜的面板圖等可直觀地顯示開關柜外形并隨時調(diào)出具體設備的面板圖,進行主單元控制。在單線圖狀態(tài)下可形象實時地顯示系統(tǒng)中設備的通,斷狀態(tài)及運行參數(shù)，并在發(fā)生報警時彈出提示窗口系統(tǒng)配置廠用電高壓斷路器微機綜合變壓器保護裝置。電動機保護裝置及微機測量儀表和 PT 柜微機測量儀表,實現(xiàn)高壓廠用電系統(tǒng)的保護和電能測量；在汽輪機控制中心、鍋爐控制中心配電盤上安裝微機測量儀表實現(xiàn)電能測量；監(jiān)控計算機設置于機組集控室,由運行維護人員進行系統(tǒng)監(jiān)視；輸出廠用電系統(tǒng)有功電量報表,通過廠內(nèi)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡電纜,將廠用電系統(tǒng)電量數(shù)據(jù)傳至發(fā)電廠計算機中心服務器,在發(fā)電廠的 Intermet 主頁上瀏覽電量數(shù)據(jù)電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過現(xiàn)場有效的數(shù)據(jù)采集、傳輸和上述靈活的用戶界面為電廠設備管理人員提供如下運行監(jiān)視功能：

1.報警按系統(tǒng)實際需要,通過簡化配置和顯著改進報警處理性能,任何硬件設備均集成到 InTouch 圖形環(huán)境中并采用分布式報警子系統(tǒng)很大地提高了信息質量。用戶可在某些事件發(fā)生或保護動作時自動發(fā)出報警，一般可設置在以下情況發(fā)出報警：開關量突變(如保護跳閘動作)斷路器位置錯誤模擬量超過整定值等每個報警均有時間、報警信息及確認狀態(tài)顯示,通過對話框和易于使用的圖形用戶界面可輕松實施報警配置。

2.設備動作事件記錄.系統(tǒng)中所有動作事件,如繼電保護動作、斷路器操作等均可自動打印及存入系統(tǒng)硬盤記憶。

3.4 開關設備狀態(tài)監(jiān)測

傳統(tǒng)的定期檢修存在試驗周期長、強度大和有效性差等缺點,難以滿足電力系統(tǒng)對可靠性的要求,以狀態(tài)檢修逐步代替定期檢修已成為電力系統(tǒng)設備檢修的必然趨勢實現(xiàn)狀態(tài)檢修的前提條件是實現(xiàn)設備狀態(tài)在線監(jiān)測，系統(tǒng)匯總INCOM總線裝置在線連續(xù)檢測的有關開關設備運行狀況特征信息并存儲到數(shù)據(jù)庫中,并根據(jù)廠用高壓開關的設備特征如累積開斷容量、開關動作次數(shù)、真空度等參數(shù),通過對歷史趨勢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、顯示及標準報表的輸出,判斷開關的運行狀態(tài),顯示開關設備的絕緣壽命和機械壽命。專家也可查閱狀態(tài)監(jiān)測軟件包對開關動作和故障事件的診斷分析過程和結果,實現(xiàn)對設備故障的智能診斷,有效避免意外事故的發(fā)生。

3.5修改測控保護單元的設定值

可在系統(tǒng)監(jiān)控計算機上對設備層的測量儀表或繼電保護裝置的各項設定值、保護定值等進行在線修改，修改后的定值將直接回傳給對應的裝置進行儲存。

3.6故障診斷

對系統(tǒng)運行中發(fā)生的斷路器跳閘、電動機起動過載等事件,系統(tǒng)在記錄、顯示這些事件發(fā)生的時間順序的同時,還可將故障錄波數(shù)據(jù)及波形反應到監(jiān)控屏幕上，為故障的查詢及處理提供便利。

4.1概述

用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

4.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

1）實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

2）電能統(tǒng)計報表

系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。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，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

3）詳細電參量查詢

在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中?，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

4）運行報表

系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

5）變壓器運行監(jiān)視

系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6）實時報警

系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

7）歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等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。

8）電能質量監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

10）用戶權限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

12）視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

13）用戶報告

用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

14）APP支持

電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

發(fā)電廠電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)及時準確反映發(fā)電廠輔助設備的運行信息和開關狀態(tài)，隨著分層分布式電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)應用的不斷成熟，系統(tǒng)向檢測單元模塊化、接線和網(wǎng)絡結構的簡單化發(fā)展,使電廠能更合理地安排檢修，減少無針對性的停電試驗，提高管理效率,獲取更大的經(jīng)濟效益。

[1]王暉,發(fā)電廠電能管理及開關狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)[J].華北水利水電學院學報,2014,12

[2]趙冬梅,張東英分層分布式電網(wǎng)故障診斷專家系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電力,2001,(3):41 -46

[3] 賈青.分布式自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡應用結構 [J].計算機自動測量與控制,2001,(1):7 - 10

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。