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浅谈电子厂房的电力监控系统设计及应用

点击次数:357 发布时间:2022-09-26

摘要:电力监控系统是工业以太网的典型应用,可以通过实时监测控制设备辅助电子厂房管控电力资源供应系统,具有通信速度快、可扩展性强、兼容性强等优良特点。文章以电子厂房的电力监控系统为核心,阐述了电子厂房的电力监控系 统设计项目,剖析了电子厂房的电力监控系统设计技术,并对电子厂房的电力监控系统设计过程进行了进一步分析。

键词:电子厂房;电力监控系统;多线程采集

0引言

近几年,电子厂房对电力资源供应系统的可靠性、安全性、连续性提出了更高的要求,电子厂房电力系统管理也迈 入了信息化、集中化阶段。根据电子厂房的生产管理要求,在 厂房电力资源供应系统中设计、安装电力监控系统,已成为 解决电力企业在电力系统平稳应用方面的基本需求问题、摆脱窘迫境遇的必然举措。

1电力监控系统在电子厂房中的应用设计

电子厂房电力监控系统项目主体为一个变电所,负责对变电所内0.4kV10. OkV配电系统中的电力能源进行管控。 即在厂房监控系统的辅助下,完成变电所运行管理以及对厂 房物业、配电维护作业。电力能源配置模块主要能源耗费回 路测量任务的完成主要通过对照工矿企业、电力系统、公共 设施、智能设备的电力能源监控需求,进行以ACR系列多功 能电能表为基本单元的网络电力仪表的设计,需要具备有 功功率、三相电压、频率、无功功率、电流、无功电度、功率因 数、有功电度等常规电路参数测量功能。同时经具有两路光电 隔离开关量的输入节点,配合智能断路器,实现断路器的遥信操控。
2电子厂房的电力监控系统设计用技术 

2.1多线程采集技术

多线程数据采集技术主要是面向大量用户,利用多线程机制进行数据实时釆集,可提高系统资源利用率、执行效率, 弥补简单轮询法的应用缺陷。电子厂房电力监控系统的数据 釆集层主要涉及了电力数据采集主线程、线程、数据釆 集线程三个线程。其中电力数据釆集主线程主要是通过数据库读取电力黑匣子IP地址(Internet Protocol Address,网际协议地址)、序列号、端口等配置信息后存入内存,同时创建数据釆集、线程,并将远程开关控制、配置文件读写等 定义在主线程内;线程主要是根据电网IP地址资源紧缺导致的数据节点网络地址不稳现状,以上位机、黑匣子间 数据传输协议为主导,以黑匣子重启时刻为本级序列号发送依据,直至接收到上位机确认信息为止;数据釆集线程主要是远程向电力黑匣子请求实时数据。即在定义优数据釆集 子线程力度的前提下,经多线程管理器,将配置信息列表划分为长度与釆集力度一致的若干个子列表。逐次类推,直至完成对全部数据的一次性釆集。

2.2状态诊断技术

电力状态诊断技术主要是以输电线路、变压器等电力元器件故障实时诊断为目标,将电力系统的状态划分为检查、 正常、紧急、注意几个等级,允许相应权限等级内管理者对整体状态进行监测并査看系统具体细节。同时依据系统指数化描述的思想,通过品质指数(功率因数、频率、电压波形畸变 率等)、安全指数(过电流、变压器温度、漏泄电流、过电压、高 压线路温度等)、综合指数(能源、安全、品质加权计算)、能源 指数(平均功率因数、使用电力量、无效电力损失、变压器损 失等)的分析,判定每一项电力指数是否位于正常区间内。
3电子厂房的电力监控系统设计过程

3.1电力监控系统总体结构

在电子厂房电力监控系统结构设计时,主要釆用分层模块化思想,设计含系统应用层(权限管理、电子地图、报警现况、客户管理、环境设置、分析预测、日常运转)、用户接入层(平台服务、客户服务)、物理层(电力黑匣子)、数据釆集层 (通信连接*消息访问-数据釆集)的软件体系结构同时根据业务对象之间的关联程度,遵循*'高内聚合、低度耦合" 的理念,将电力监控系统划分为若干个耦合度低、结构清晰 的子模块,降低后期维护管理难度。比如,数据釆集层可以通 过通信连接模块与电力黑匣子进行通信连接的构建,而消息访问封装则可以与电力黑匣子之间进行信息交互。

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1电子厂房电力监控系统结构


3.2电力监控系统主要功能

电子厂房电力监控系统功能主要包括电量遥测、参数抄表、历史查询、遥信报警几个部分其中电量遥测主要根据低压配电二次图,远端测量电流、频率、电能、功率、三相电 压、功率因数等电参量,同时根据配出回路的三相电流,实时 显示开关合闸运行状态、分闸运行状态、通信故障报警以及 断路器变位报警信号,以便厂房管理者可以第一时间发现并解决故障。参数抄表主要是以低压各出线回路电参数为对象,在其进线时,进行任何时刻的三相电流、变压器温度、有功电度、有功功率数值査询。同时将回路名称与数据库关联,便于数据导出、名称更改及报表打印。历史查询主要是选择任意时间段,对电度累计数值进行 査询。遥信报警主要是在监控低压各出线回路开关运行状态、 负载进线监控的过程中,以负载越限、开关变位为指标,弾出 含具体报警位置、声音的报警界面。对于负载越限而言,厂房管理者可以根据现有权限,査询历史记录,进行相关数值的自由设置。具体如表1所示。

3. 3电力监控系统业务数据库

考虑到电子厂房电力监控系统后期维护开发需要,可以在构件化设计思想的指导下,单独开发具有较高相关性的软件构件,并在各构件间设置接口,便于同步调用図。电子厂房电力监控系统主要包括客户信息管理(定义客户、信息査询、客户维护)、报警管理(报警、历史査询)、诊断管理(自我诊 断、电力状态诊断)、日常运转(实时监控、系统图)、黑匣子通 信管理(配置数据读写、采集、交互)、设备管理(虚拟仪表定 义、查询)、数据处理(报警计算、数据解析、电力状态解析)、通讯连接(上位机、下位机无线通信)、标准信息管理(参数标 准、指数标准定义及管理)、管理员维护、文件服务(配置文件 解析、功能更新)等几个业务构件。各业务构件之间存在一定 业务关联,但关联程度具有较大差异。其中数据处理模块与其他业务构件具有最多关联关系,是核心构件,可以保障系统应用展示层中电力数据的基本来源一定。

根据电子厂房电力监控系统现有业务构件间依赖关系,可以初步确定系统的基本数据表,经过编码后,可以形成完 整的数据库。比如黑匣子数据表、客户数据表等代表电力系 统中物理设备的数据表,可以展示电力设备间交互干系,存 储相关配置信息、电力设备基本信息;而系统图、实时数据表 则用于存储系统中经过计算、分析、处理的电力信息,为报表 预测提供依据。

4安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案
4.1概述

针对用户变电站(一般为35kV及以下电压等级),通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统,实现了变电、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、开闭所、变电所及配电室等。

Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求,针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术,集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统,适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站,可实现对变电站的控制和管理,满足变电站无人或少人值守的需求,为变电站安全、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。

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5.系统功能

5.1 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。


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5.2 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。

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5.3 曲线查询:可以直接查看各电参量曲线。

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5.4 运行报表:查询各回路或设备时间的运行参数。


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5.5 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。



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    5.6 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。



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    5.7 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。


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    5.8 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。


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    5.9 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。

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    5.10 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。



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    5.11 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。

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    5.12 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。

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    5.13 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。



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    5.14 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。



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    5.15 APP访问:设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。



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6.系统硬件配置

应用场合

型号

保护功能


电力监控系统

Acrel-

2000Z

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电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所,对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV出线配置多功能计量仪表,用于测控出线回路电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STSUPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

 


网关

ANet-

2E8S1

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8路RS485串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC  UA等协议的数据接入,ModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传,支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡(32GB)、支持不同协议向多平台转发数据;每个设备的多个报警设置。输入电源:AC/DC 220V,导轨式安装。


35kV/10kV/6kV

微机保护装置

AM6-* AM5SE-*

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适用于6-35kv配电线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等中高压柜微机保护


 

 

 

 

35kV/10kV/6kV

弧光保护

ARB5-M

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主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;

ARB5-E

扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:

ARB5-S

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弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

 

 

 

35kV/10kV/6kV

进线柜电能质量

在线监测

APView500

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相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议。

 

 

35kV/100kV/6kV

高压柜智能操控、

节点测温

ASD500

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5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出;

 

 

35kV/10kV/6kV

间隔电参量测量

APM830

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三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In,四象限电能,实时及需量,本月和上月值,电流、电压不平衡度,66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录,2-63次谐波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD显示;

7总结

电力监控系统是电子厂房电力资源管理的主要工具之 ,可以依靠现场监控仪器实时面向电力回路收集数据,为 电子厂房的连续平稳、可靠运行提供支持。因此,技术人员应 依据电子厂房平面分布,从低压配电线路、高压配电线路、 UPS系统等方面,进行监控模块的规划及构件关联方式的选 择。随后依据配电屏组成,结合现场监控要求,确定最终通信 方案,为电力系统信息的集中管理提供支持。

参考文献

[1]张健.电力监控系统在厂房电力工程中的应用研究建筑工程技术与设计,2018011:2780-2780.

[2]吴泽君.电厂电气管理监控系统的构建[J].电子技术与软件工程,2018015:121-122.

[3]曹诚.探究电力监控系统安全防护[J],电子乐园,201934:0004-0004.

[4]欧丽电子厂房的电力监控系统设计.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05.


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