试析高校变配电室电力监控系统的设计与实现

张培

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：配电房的智能化管理能够提高配电房的管理水平，为供电企业的供电安全打下了良好的基础。尤其是高校，更应该大力推进配电房的智能化管理。文章通过对高校变电站配电房的智能化管理过程的分析，结合高等院校的具体情况，分析了其改造的可行性。该系统的改造达到了预定的目的，保证了供电、配电系统的安全、持续、稳定运行。

关键词：高校；变配电；电力监控

1引言

随着高校校园建设的飞速发展，各种现代化教学设施和生活设施的投入使用，校园变配电站电力监控系统的核心作用已经成为高校管理部门在校园规划、建设和管理中所面临的主要任务之一。目前，各大院校都要面对各种基础设施的不断老化，为学校提供可靠、稳定、安全的电力保障而设计的变配电站也必然要进行升级。随着现代网络技术的不断发展与应用，传统的电力管理系统与设备已不能适应目前高校的管理需求，采取先进的设施，科学有效的管理手段，对其进行科学的管理和维护，就显得十分必要。

2概述

某大学变配电室总容量10000 kVA，包括4座2500 kVA变压器、13个高压柜、3个直流屏、10个低压电容器柜、60个低压柜、60个低压柜，承担了校园内14万平方米的教学、办公、科研实验及生活服务设施的电力变配电保障。保障以上变电系统的安全可靠运行是各物流企业的当务之急，所以在电力调度中引入配电网智能化管理是提高其运行安全可靠的现实途径。变电所设备的数据采集、控制、测量、调整、报警、监控等多项工作，可以实时了解变电站设备的工作状态，并对其进行操作。

3电力监控系统的技术实现

3.1实现原则

实现对配电自动化的统一管理。该系统在结构和配置上充分考虑了配电网智能控制的需要，既满足了变电站的技术规范和技术指标，又实现了对配电自动化的远程实时监控。系统实现了系统的数据传输、数据的共享，从而实现了系统的互联，增强了系统的稳定性、可靠性、兼容性和扩展性。

电力监测系统分为局域型和因特网两种。针对某大学的特点，提出了一种以本地为背景的智能控制系统，该系统采用专业的组态软件，并以分层、开放的方式实现实时数据库的管理，并与视窗操作系统相匹配。本系统能够实现学校智能电表、空调、 PLC、水表、燃气表、热量/冷量表等仪表的远程集中、遥控，并可按实际情况分阶段、分项实施。

该系统的主要特点是现场总线和以太网通讯。通过485屏蔽线进行现场通讯，以确保系统通讯的抗干扰性及信息交换速率，同时为上级管理系统预留通讯接口，实现设备的数据传输与共享，从而实现多个系统的联网。系统的稳定性、可靠性、兼容性和扩展性都得到了增强。在视窗操作系统上，根据标准的传送规则，完成设备和软件的数据传送[2]

3.2系统架构

管理系统为三层架构，分层分布式。一体化、模块化的应用功能、灵活的系统配置、开放式的软硬件平台、丰富的通信接口协议。

3.2.1设备间隔层

本系统包括配电系统中高压设备的终端数据采集与管理，包括：多功能电力仪表、高压综保（扩展空调控制器、远传水表、远传燃气表、热计量流量计等）。根据高、低压电器的种类和箱体的构造，将它们分别装在不同的高、低压开关柜内，可以独立地监控隔离层，并对各种断路器进行控制。在隔离层中，终端数据采集与管理装置可以对诸如高压、高压等设备的相关数据进行采集，并在通讯管理机上发送和接受运行命令，从而实现对设备的控制。

3.2.2通信层

通讯层是将终端数据收集装置和上层管理装置之间的信息桥梁，它可以通过协议的变换来实现数据格式的统一，从而使装置与高速网络之间的实时通讯。主要有：通信机柜，通信管理机，关电源，以太网交换机，以及各种通信介质（屏蔽双绞线，网线）。

3.2.3控制层

管理主机：对所控制的各种设备进行集中管理，通过图形、图表、图标等多种形式，对各种设备进行实时监测、报警、远程控制、能耗数据分析等。

控制层包括监控主机、通信管理机、操作台、打印机和网络设备等。该系统具有扩展的功能，可以与集控中心、上级调度通信。控制层采用局部图象工作站（或 Internet GIS）进行系统的统一管理，为用户提供人机交互界面，集中管理所需的所有本地设备，并实时反馈监测信息，完成配电实时监测和报警、配电回路智能设备的远程控制、能耗数据分析等功能。

控制层主要由管理系统软件，图形工作站，显示器等外部设备组成.

3.3设备间隔层的终端数据采集管理设备及实现功能详述

高压柜：采用微型计算机保护和控制设备，型号RNP800，采集信号：三相电压，三相电流，有功，无功，频率，开关状态，报警信号等。主要功能：断开器分，合闸报警，快速动作跳闸，过电流动作跳闸，温度过高，温度过高，短路等；如果存在的话，则接地刀闸信号；手推车操作位置（测试位置，操作位置）；断路器位置信号（如果有测试位置，操作位置）；机械弹簧能量存储信号；实时电压电流曲线，历史曲线分析，通信故障报警，综合保护设备故障报警，现场远程信号。

另外配有高压柜功率多用测控仪器，型号PD1134E，共11个，主要采集故障信息、报警信息、电源参数信息。功能：对高压柜进行实时监控，记录、开、合、告警、报告。

变压器：采集设备为BWDK-Q201型温控器，采集数4个，采集内容： A, B, C，铁芯线圈实时温度，变压器门状态，报警信号灯。功能： A、 B、 C铁芯线圈的实时温度、变压器的开关机、风机的启动、超温报警、跳闸等功能。

低压箱：采集设备为PD1134E功率多用测量控制仪器，数据采集：65个，数据采集：三相电压，三相电流，有功，无功，频率，电度，分合闸等。实现：对所有低压柜的电能进行实时监控；数据实时曲线，历史曲线分析，开闭报警信号，报告.

直流屏：采集设备为ZJK01-IA/G型直流电力监测设备。主要内容：电源电压，充电电流，控制母电压，合母电压，放电电流，母线绝缘接地，异常报警。主要功能：电源电压、电流监控；控母电压，合母电压监控，实时监控负荷电流；现场监控母线的绝缘接地状况；对充电马达的工作状况进行实时监控；直流屏的运行状况：浮充、均充；故障报警、实时监控等.

3.3.1保护测控装置RNP800功能详述

三段时间限过流保护、过流后加速保护（可由复压判据控制）、过负荷保护、过负荷报警、充电保护、反时限过流保护、两段低压保护、过压保护、低周减载、三相多次重合闸、偷跳重合（也就是不相重合）、零序过压告警、三段零序过流保护（可接受零序电压闭锁）、零序后加速、零序过流告警、低压两段零序过流保护、独立接地选线功能、 PT断线、 CT断线、控制回路断线、装置失电报警、合闸可检同期、检线路无压、检母线无压或不检、5路非电量保护（重瓦斯、轻瓦斯、高温跳闸、高温告警、压力释放）、4路非电量控制、故障、告警、闭锁、重合闸等事件记录、两套保护定值及保护投退、故障录波。

远距离测量：各种电压，各种电流，各种有功，各种无功功率，功率因数，频率，线路侧同期电压频率，有功电度，无功电度，温度，基波及各种次谐波。具有遥信量、遥控量、定时功能、数据断电保护功能。

3.3.2电力多功能测控仪表AE+201功能详述

远程测量：各种常见的功率参数，如电压、有功、无功、频率、功率因数等。对低压出线回路分合闸状态、历史曲线采样、对低压柜出线回路进行统计、计算、统计、分合闸信息、故障和报警信息；每日、月、年用电量，可根据需要自行编制历史资料及报告。

遥信：至少6个。远程控制：断路器控制开关的工作。谐波分析：提供1~13次电压电流的比值。

3.4后台监控系统基本功能实现

软件内容包括：应用软件（某型－3000计算机监控系统）、操作系统、SCADA软件、图形显示软件、打印制表软件、内部网络通信软件、实时数据库、历史数据库、绘图软件、与保护及智能设备的接口通信软件。

3.4.1遥控功能

该系统采用实时数据库作为主控和被控设备的连接点，而实时数据库则是由各个被控设备组成的控制指令区域，将各类运行控制指令写入到实时数据库中，并由通讯控制器完成。

3.4.2遥信功能

遥信分分为两类：一是定位状态的遥信，二是保护。位置遥信包括各种开关、刀闸、分状态、开关手车操作、测试位置状态、变压器分接开关位置、温度检测设备的极限位置等。防护信号可分为两类：一类是事故型，二是预警型。故障信号是设备断电、停机的信号，而预警信号是不会对设备的持续操作造成任何影响的。在常规遥信传输中，系统对故障和遥信变位信号进行了优先处理。

3.4.3禁止或强制处理

由于暂时无法准确地反映出实际状况的遥信点，可以执行操纵指令，人工设置遥信点的状况，或者禁止收集遥信点。将数据点人工设定和禁止采集的状态记录在资料库中，并以不对应的色彩标示在主线路图上。

3.4.4远程测量函数

变电室中的三相电压、三相电压、三相电流、有功、无功、有功、无功、 COSj、功率因数、频率、直流屏遥测、变压器温度等参数，全部传输至管理主机。

主接线图可以显示以上各项参数，并能实时更新资料，若有参数遥测超过极限，主机会发出警报，系统屏幕会有一个报警窗口，并用不同的颜色进行区分，遥测恢复后，避免提示，同时进行色彩还原，以上的处理都会被记录在系统的历史中。

3.4.5授权管理

管理主机是一个管理运行的平台，它可以设置对各个运行的权限进行管理和控制，并设置相应的权限。

3.4.6信息的处理和显示

测控仪器、测控仪器将各类测量仪器的各项数据及时反馈给管理主机，以达到对各类测控设备的实时监测。元器件、字符、图形等可以与“虚拟遥信/虚拟遥测”信号相联系。例如：遥信量状态、遥测数据值、通信状态等。

3.4.7警报

各种报警方法，如灯光、文字、电讯、打印、模拟盘等，可以单独或结合报警，报警可以在控制层和间隔层同时进行，并能根据管理员的工作范围进行报警。同时，还可以分为预警和意外报警两种类型，并可按需要进行语音报警。

3.4.8意外事件

故障发生后，故障信息窗口会自动弹出，包含故障发生地点、故障对象、故障性质、故障时间和故障数据，例如短路电流等。屏幕上出现故障的仪器会自动闪烁，然后按下返回按钮，就会停止闪烁。

3.4.9预览

当发生设备发生故障时，管理主控屏幕会显示特定的信息，包括对象、性质、发生时间和有关的预报资料，例如越限电压、单相接地等。

3.4.10参数的处理

管理主机接收来自于测控设备和仪器的参数，并进行运算，并将其存入管理主机的分类资料库。

3.4.11资料存档及统计报告函数

该系统的管理系统设置了一个报告管理平台，将上面的参数数据、运行状态和报警信息全部记录下来，可以在任何时候进行查询和分析；本系统采用报表产生功能，可根据业务需求自动产生各类报表：日报表、月报表、年度报表，并包含电流、电压、功率、频率、电度等多种代数运算的数值。各种报表都可以打印。

3.4.12意外事件回顾

该系统具有实时跟踪、分析、处理、切换和仿真等功能，并可按类别查询、分析、打印等功能。

3.4.13错误的资料

在需要防护装置制订的防护事故分段动作时，应及时地将事故发生的时间、原因和相应的模拟量、开关量的状态信息进行记录。

3.4.14失败的记录

该系统包括一套设备管理程序，用于监视该设备的工作状态和由该设备发送的被控制目标的工作状态，以及该设备在操作过程中发生的不正常状况或事故的记录。记录发生故障的设备名称，编号，故障原因，故障发生的时间，以及有关的状态。

3.4.15记录管理

全记录，事故记录，异常记录，事故跳闸记录，操作记录，维护记录。本系统既支持手工记录，又能有效地防止人为的人为记录。

3.4.16信息的印刷特性

所有的操作，警报，报告信息都可以按要求打印（图形打印，报告打印，事件打印）。

3.4.17查询资料

通过设置设备或时间，对各类实时历史数据进行查询，可按时间区间、系统类别、报警级别、间隔方式等进行查询。还可以按变量列表，数据数值，曲线，模拟图，日志事件，装置报告事件，录播故障记录，事故回顾记录。本系统可根据不同的类型进行分类查询。

3.4.18自我诊断的自我修正

管理系统的服务器可以互相进行热备份，并且可以进行故障的自我诊断。该系统有一个程序管理员，它可以对整个系统的工作状态进行监测，在某些功能模块的操作中出现了故障，可以重新设置。该系统将故障报警信息和故障信息录入到系统中，并可以在故障查询窗口进行查询，并能及时打印出来。

3.4.19闭环运行

可设定操作管理权限，只需正确地输入操作与监视两种口令及正确号码后，才能进行操作控制、数据修改、资料纪录。

4安科瑞电力监控解决方案

4.1概述

针对用户变电站(一般35kV及以下电压等级)，由微机保护装置、开关柜综合测控装置、电接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监测设备、弧光保护装置等设备组成一体化自动综合监测系统。实现变电站、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、分路站、变电站和配电室。

Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气有限公司根据电力系统自动化、无人值守的要求，针对35kV及以下电压水平，开发的一套分级分布式变电站监控管理系统。本系统是采用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监控、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、集成化的配置系统，适用于电压等级为35 kv及以下的城市电网、农村变电站和用户变电站，可实现对变电站的全面控制和管理。能够满足无人值班或少数人值班的需求，为变电站的安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。

4.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

4.3系统架构

Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。

4.4系统功能

（1）实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。

（2）电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。

（3）曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。

（4）运行报表：查询各回路或设备指定时间的运行参数。

（5）实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。

（6）历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

（7）电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。

（8）用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。

（9）网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

（10）电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。

（11）遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

（12）故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。

（13）事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。

（14）Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。

（15）APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。

5结语

通过对某高校配电室电力监控系统的升级改造，实现了变电站和配电监控的自动化管理。通过本次升级，达到了预期的目标，实现了校园配电室各高低压电路的数据集成和监控，实时监控供配电的电源参数和运行状态，确保供配电安全、连续、稳定运行。同时能及时发现安全隐患，杜绝停电，实现无人值守，为教学科研用电安全运行维护保驾护航。随着物联网和5G时代的到来，新技术、新设备的升级日新月异。总结某高校电力监控系统的技术实施情况，目的是为了更好地提高高校的后勤管理水平和工作效率，满足教学和科研的需要。

参考文献

[1]黄光锐.智能电力监控系统在供电保障中的实践与应用[J].数码世界,2020,5.

[2]李焕.基于物联网技术的智能电力监控系统研究[D].吉林大学,2019.

[3]崔智婕,陈姗姗,等.智能电力监控系统在配电系统中的应用[J].节能,2017,5.

[4]史震，常明，朱晓立，董建波.试析某高校电力监控系统在配电室的应用.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者简介

张培，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司。