基于分布式配置的智能化配电监控系统

尤章金，王 健，王文生

YOU Zhang-jin, WANG Jian, WANG Wen-sheng

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

北京亦庄经济技术开发区某小区电力监控管理系统是根据《北京电力公司配网自动化技术原则》和《亦庄供电公司配网自动化规划》设计、研发的，该监控系统具备上述文件规定的配网自动化所要求的全部功能。可真正实现对10kV开闭站、配电室的智能化监控，满足无人或少人值守的要求。

北京亦庄经济技术开发区某小区的供电系统由一个开闭站、五个配电室和一个箱式变电站组成。它们分别位于小区的各处。在小区与调度所的光缆尚未敷设完成前，由小区开闭站值班室进行集中监控。最终要求由亦庄供电公司调度所进行远程监控。

系统采用分布式配置。自动监控配电柜及其他变、配电设备的标准化专用监控单元分别安装在各配电柜中，其中配电室的主控单元位于联络柜内。专用电源及通讯设备安装在监控箱内。

1 系统结构

系统由主监控站、设在各配电室400V低压配电柜内的标准化专用监控单元（如400V进线柜监控单元、400V母联柜监控单元、400V馈出柜监控单元）、10kV环网柜内的10kV环网柜监控单元及其他配套设备组成。

图1 分布式电力监控系统结构图

主监控站由主监控计算机及其外围设备、UPS电源等构成，位于开闭站的值班室内。主监控站计算机通过现场总线与开闭站的保护管理机、1#配电室的变压器温控器及10kV环网柜、400V配电柜内的监控单元通信；主监控站与2#～5#配电室和6#箱式变压器间通过光纤环网通信。在这6个站点分别设有工业级10/100M自愈光纤交换机。

主监控站计算机向上通过以太网按104规约与配网自动化系统主站进行通信，实现主站对开闭站、2#～5#配电室和箱变的遥信、遥测和遥控。系统结构如图1所示。

系统按监控功能可分为：现场监控层、网络通讯层和系统管理层。

1.1 现场监控层

现场监控层采用分布式配置，主要包括：分别配置在各配电室配电柜内的各种标准化专用现场监控单元、10kV微机综保装置、无功补偿控制器、变压器温控器、直流屏控制器等。现场监控层原理如图2所示。图3和图4分别是安装有监控单元的400V配电柜和10kV环网柜的现场照片。

图2 采用分布式配置的单个配电室现场监控站原理框图

1.2 网络通讯层

网络通讯层由串口服务器、以太网交换机、光纤交换机及光缆、通讯电缆等组成。主要负责现场监控设备之间的通讯和现场监控设备与监控计算机之间的通讯。

1.3 系统管理层

系统管理层处于整个系统的最顶层，即位于开闭站值班室的主监控站的高性能工控机、打印机、UPS及其他附属设备等。其主要任务是采集、存储、计算、统计、管理、判断并显示所有现场数据；并向现场监控层设备发送遥控命令，以完成相应的操作，如分闸、合闸、报警等。

图3 安装有监控单元的400V配电柜

图4 安装有监控单元的10kV环网柜

另外，系统通过以太网还可以实现与智能建筑设备管理系统(IBMS)、能源管理系统、消防系统和供电局电力调度系统等系统的通讯，将变配电设备的相关数据和信息上传，接受并执行来自它们的相关控制指令，如电力调度系统命令、火灾强切命令等。

2 系统功能

基于分布式配置的智能电力监控系统技术先进，功能强大且完善，自动化程度高。该系统能对整个变配电系统进行全面、实时、准确、有效、智能化的监控管理，通过对变配电系统的运行状况和电能质量自动进行连续不断的监控管理，极大的提高了变配电系统的供电的质量及可靠性，并实现供电管理的自动化，实现了无人或少人值守的要求。

系统具有如下基本功能：

1）数据采集、处理及动态显示

系统通过遥信功能采集远方开关的状态信号，如是否合闸，是否储能等；通过遥测功能主要采集现场设备的重要运行参数。如三相电压、电流、功率、电能和谐波含量等。所采集的数据可根据用户需求进行存储和动态显示。

2）运行监视和操作

可多窗口显示，画面可缩放，漫游，调用方便。显示一次系统接线图，报警信息，负荷曲线图，负荷和电压实时和计划曲线，系统装置运行状态图和报警信息等。遥测量越限监视，遥信变位报警，事故信号及报警信号的告警显示。通过界面，可发送遥控，遥调等命令，远程开关分合闸操作，自动调节与投切。

3） 远动功能

系统支持就地和远方两种操作方式，即用户可以在本地就行操作，也可以通过远方主控计算机进行操作。当用户选择远方操作方式时，本地操作方式将失效；当用户选择就地操作方式时，远方操作方式将失效。这种互锁机制，有效防止了因误操作而导致的不良后果。

4）故障应急处理、负荷自动管制

当出现进线失电故障时，系统有自投自复、自投手复、手动和合环四种应急处理方式。而负荷自动管制功能用以防止变压器超负荷，可根据实际需要选择是否使用。另外，当进行合环操作时，合环选掉功能可防止母联电流过大而导致系统故障。

5） 事故报警和报警处理

拥有声，光，色和多媒体语言等多种报警方式；具备越限，故障等报警功能；可按动作原因，性质和报警级别等进行检索；提供报警确认，禁止和恢复等手段。事故报警可自动弹出相关画面。报警和事件信息可长期存档。

6） 用户管理，历史数据及报表处理

为保证软件运行和数据库操作的安全性，系统提供了用户管理功能，将用户分成操作员、系统管理员、工程配置员三个等级，不同等级的用户操作权限不同。

按预设的周期和方式，自动完成历史数据的记录，分析和存储。具有自动存档功能，可长期保存所需的重要历史数据。并可通过商用制表软件(Excel,CrystalReport等)自动生成高质量任意定义的日，月，年报表和自由报表。可对报表作直接修改，可定时或人工打印。

3 智能化电力监控管理软件

JZN03电力监控管理软件，具有实时数据库、图形界面、报警、控制、统计和打印、历史纪录、通讯、自诊断等功能，支持OPC通信和Web Server等功能。用户界面友好、设备驱动完善、软件接口开放，运行稳定，完全满足楼控、供配电等系统的管理和监控。

图5 JZN03电力监控管理软件运行界面

为本系统设计的管理软件具有用户管理，实时数据采集、处理和动态显示，事件告警及记录，历史数据管理，报表管理，数据分析和曲线分析等功能。运行界面如图5所示。

4 分布式配置的智能化配电监控系统的特点

分布式配置的智能化配电监控系统是一种硬件和软件都已实现标准化、系列化、产品化的配网自动化系统。它的特点主要有：

1）设计选型方便：设计师只要根据配电柜的具体要求，如是进线柜、母联柜还是馈出柜，若是馈出柜，回路数是多少即可选定所需监控单元的型号。

2）与目前常用的配网自动化产品相比功能更强、更全：如上所述分布式配置的智能化配电监控系统不仅具有本地/远方监控功能，可实现“四遥”，而且具有其它系统不具备的故障自动应急处理、负荷自动管制和不停电倒闸功能。这就是采用这套系统后可以真正做到配电室无人值守的原因。

3）系统具有极高的可靠性：为了保证遥控及故障自动应急处理、负荷自动管制等控制功能的可靠、准确，该系统的控制器都采用PLC。PLC是按照工业现场恶劣环境设计制造的，它具有极强的抗干扰能力和长期可靠运行的能力。

此外，所有的监控单元都已实现了标准化、系列化、产品化。不仅可以按正规的工艺要求进行生产和检验，还可以在出厂前按实际系统的要求在仿真系统上进行系统调试和试运行。从而进一步保证了系统硬件和软件的可靠性。

4）安装施工方便：各监控单元事先由配电柜生产厂按要求安装在相应的配电柜中，在配电柜出厂前完成配线、检查和调试。设备到现场后只需连接通信电缆和电源线等即可，安装相当简单方便。

5 结束语

1）本系统于2009年4月完成现场调试，顺利通过用户验收并投入运行，系统稳定可靠，至今未出现任何故障，得到用户好评。

2）本项目的成功实施表明：本项目的技术方案是科学的、合理的、可行的。

3）本系统采用分布式配置，达到了预期的效果，满足了用户需求，并有效降低了设计和施工成本。