安科瑞 李可欣

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电力监控系统的设计

1 数据采集与处理

通过间隔层单元采集来自用电过程的模似量、数字量、脉冲量及温度量等，用电过程设备包括CT、PT、配电装置保护、直流系统、所用电系统等。对所采集的输入量进行数字滤波，有效性检查，工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计算等加工。从而产生出可供应用的电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数等各种实时数据，供数据库更新。在可能时，形成分布式的数据库结构，在就地控制单元中保留本地处理的各种实时数据。间隔层单元对保护模拟量和遥测模拟量的采集应相对独立，遥测量的精度应满足有关标准的要求。

2 电力监控系统网络构成

监控层包括工程师站和远动通信站，包含监控计算机、网络交换机、打印机、UPS以及ACREL-3000电能管理软件，其中软件部分具有良好的人机交互界面，通过数据传输协议读取通讯管理机采集的现场各类数据信息，自动经过计算处理，以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况；电能计量管理功能设计各种符合用户的报表格式，报表内数据严格按照各种标准进行计量，搭建完整的计量体系，用户只需查找打印即可，方便了操作，提高了工作效率。

通讯网络层包括通讯管理机、网络交换机等设备，网络结构如下图所示：

系统依据客户实际需求进行设计，并实现了一次主接线图界面显示；电参量遥测及电参量越限报警；事件记录；系统运行异常监测；故障报警及操作记录；电能报表查询与打印；系统负荷实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能。

系统功能

上位机软件采用ACREL-3000电力监控系统，通过软件进行设备配置、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机软件监控及电力监控的功能。

1 功能特点

ACREL-3000电力监控系统采用全中文界面，操作简单方便；运行稳定可靠的特点。点击相应快捷按钮即可进入相应的系统功能模块；系统具有一次系统图显示，模拟图显示和网络结构图显示；系统具有人机界面友好，显示数据直观，方便用户查阅。

2 软件功能

2.1画面显示

软件的界面可以根据项目的特点和客户的要求来设计。初始界面为“登录界面”，客户需通过用户名，输入相应密码，方能进入本系统。界面如图2所示。

2.2通讯示意图

通讯示意图为拓扑图，显示系统与仪表的通讯是否正常。通过界面模块颜色的变化来反映整个系统各个监控点位的运行状态。界面如图3所示。

2.3 监测详图

监测详图反应了整个系统配电回路名称，相应的配电体系以及回路的主要电参量。通过实时数据的显示，直观反映本项目各个监测回路的运行数据，便于管理者实时了解系统运行状态。界面如图4所示。

2.4 参数抄表

参数报表反映了本项目监测回路的在过去某时间点的运行数据，通过当前或者过去某时间点的实时参量数据反映回路状态。主要的数据包括：三相电压，三相电流，电能，有功功率，无功功率，功率补偿因数，频率。界面如图5所示

2.5 电能报表

电能报表是对用电量的管理以报表形式呈现，该报表可以实现系统运行期间的任意时间段内的月抄表，日抄表，小时抄表等功能，且可以Excel形式导出或打印。界面如图6所示。

2.6报警处理

报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号。后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限/复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。

硬件推荐：安科瑞AM5SE-M系列微机保护测控装置

1 装置介绍

1.1 概述

安科瑞AM5SE-M电动机综合保护测控装置(以下简称装置)集保护、控制、测量、通讯和监视功能于一体，资源丰富、配置完善、维护方便、性能稳定，适用于 35kV 及以下电压等级电力系统的保护和测控，实现进线、主变、配电变、电动机、电容器、母联、PT 等保护。应用领域覆盖电力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。装置硬件设计采用可靠性配置，软件配以专门的保护算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，能与 Acrel-2000Z 电力监控系统配套使用，为电力系统的安全可靠运行提供保障。

1.2 特点

1)高性能的硬件平台

装置采用主频为 168MHz 的处理器，16 位同步采样 A/D，每周波 48 点高速采样、实时并行计算;配置 512K 字节 Flash、(192+4)K 字节 Sram、外置 4M 字节 NorFlash、外置512K 字节 Sram，硬件资源充足，可靠性高。

2)统一的硬件设计和完善的保护功能

装置硬件包括电源模块、CPU 模块、开入开出模块、控制回路模块、模拟量采集、通讯模块等采用模块化设计，通用性强。在同一硬件平台上针对不同对象进行保护功能设计，实现 35kV 及以下电压等级的电力系统保护，适用于进线、馈线、主变(一般容量 2000kVA以上)、配电变压器(一般容量 2000kVA 以下)、高压电动机、高压电容器、母联、PT 等设备的保护和自动控制功能。

3)丰富的接口资源

12 路(可扩展到 14 路)交流电压/电流通道，测量三相电流、两路零序电流、三相电压、零序电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能。保护电流的测量不仅反映基波，还可以通过逻辑可编程软件增加测量 2~10 次谐波，具有带谐波制动的保护功能。

独立操作回路，可自适应 0.25~5A 开关跳合闸电流;

2 路 4～20mA 直流模拟量变送输出，可通过逻辑可编程软件自定义变送量;

20 路有源开关量输入通道、10 路独立无源开关量输出通道;

2 路 RS485 串行通讯接口，支持 IEC60870-5-103、Modbus-RTU 规约;

2 路以太网接口，支持 TCP IEC60870-5-103、TCP Modbus-RTU 规约;

GPS 对时功能，支持 IRIG-B 对时方式(RS485 接口);

1 个 UBS 接口，可通过 U 盘升级装置程序，也可导出装置的定值、故障录波数据，方便故障分析;

1 个 RS232 接口，可通过 USB 转 232 数据线升级装置程序，还可上传装置定值、动作事件信息和故障录波数据，方便现场事故分析。

4)人性化

装置采用全汉化大屏幕液晶显示，人机界面清晰易懂。

灵活的按钮设计，菜单式操作简单、便捷。

保护功能的出口可通过跳闸矩阵进行设置，方便用户选择要动作的继电器。

配备计算机界面的调试与分析软件，调试及维护简单方便。

5)透明化

实时记录交流量、开入量、开出量和所有保护模块的状态。

装置记录内部各元件动作行为、动作时间和录波数据，共可记录 16 条故障录波，每条录波可触发 12 次录波，每次录波可录故障前 8 个周波、故障后 4 个周波波形，共计 46s。每个采样点录波至少包含 12 个模拟量、10 个开关量波形。

6)可靠性设计

装置采用全图形编程技术设计每个保护功能，以提高程序的可靠性及正确性。

软硬件具有持续完善的自检功能，抗干扰性能好，装置通过多项电磁兼容检测认证，电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到 IV 级标准。

1.3 装置选型表

1.4 装置功能对照表

注：√表示具备此功能，■表示可选功能， 空白表示无此功能。

2 技术参数

2.1 额定参数

2.1.1 工作电源

额定电压：AC/DC 220V 或 AC/DC 110V

范围：额定电压×(1±20%)

功耗：≤15 VA

2.1.2 输入激励电压

额 定 值：线电压 AC 100V 或相电压100 / 3 V

测量范围：0.1V～120V

准 确 度：±1%

功率损耗：每相功率损耗不大于 0.5VA

过载能力：1.2 倍额定电压，连续工作;

2 倍热过载，允许 10s。

2.1.3 输入激励电流(保护电流)

额 定 值：AC 5A 或 1A

测量范围：0.04In～20In

功率损耗：每相功率损耗不大于 0.5VA

过载能力：2 倍额定电流，连续工作;

40 倍额定电流，允许 1s。

2.1.4 输入激励电流(测量电流)

额 定 值：AC 5A 或 1A

测量范围：0.04In～1.2In

功率损耗：每相功率损耗不大于 0.5VA

过载能力：1.5 倍额定电流，连续工作;

4 倍额定电流，允许 1s。

2.1.5 频率

额定频率：50Hz 或 60Hz

频率范围：47～63Hz

准 确 度：±0.1Hz

2.1.6 开关量输入

额定电压：AC/DC 220V 或 AC/DC 110V

电压范围：额定电压×(1±20%)

功率消耗：每通道功率消耗≤1W(DC220V)

2.1.7 开关量输出

机械寿命：≥10000 次

接通容量：≥1000W, L/R = 40ms

导通电流：连续≥5A，短时(

200ms)≥30A

断开容量：≥30W, L/R = 40ms

2.2 主要技术性能

电压元件：整定值容许误差应不大于±3%;过压返回系数 0.95，欠压返回系数 1.05;

电流元件：整定值容许误差应不大于±3%;过流返回系数 0.95，欠流返回系数 1.05;

频率元件：整定值容许误差应不大于±0.02 Hz;

比较元件：过量比较元件返回系数为 0.95，欠量比较元件返回系数 1.05;

反时限元件：反时限动作时间误差为±5%或±40ms;返回系数：0.95;

时间元件：延时时间 2s 内误差≤40ms;延时时间大于 2s，误差≤(2%)整定值±40ms;

差动保护：

动作时间：差动速断<25ms (1.5 倍整定值)

比例差动<35ms (2 倍整定值，无涌流制动)

电流定值误差不大于±3%。

比率差动制动系数一折段固定 0.5，二折段固定 0.7。

2.3 正常工作环境条件

环境温度： -10℃～+55℃;

装置的贮存、运输允许的环境温度为-25℃～+70℃;

相对湿度：5%～95%(产品内部不凝露，不结冰);

海拔高度：≤2500m;

防护等级：IP20。

2.4 绝缘性能

绝缘电阻：>100MΩ, 500Vdc

介质强度：回路和地之间，独立回路之间：工频耐压 2kV

冲击电压：±5kV(1.2/50μs, 0.5J)