配电站开关设备智能配电管理系统解决方案

2014-11-30史莉上海纳杰电气成套有限公司200111史莉1978年大专助理工程师主要研究智能化配电光伏发电

装备机械 2014年2期

史莉上海纳杰电气成套有限公司 (200111)史莉（1978年~），女，大专，助理工程师，主要研究智能化配电、光伏发电。

0 设计基础

我国供电系统目前一般存在供电部门管理的电网自动化程度高，电网终端用户内部自动化水平比较低，无论配电系统简单或复杂，一般都依赖维修电工技术状态和熟悉程度来检测并解决配电故障，效率低下等现状。因此，需求侧科学管理用电非常有发展前景。需求侧管理主要目的就是提高终端用电效率，因此所有措施都不能停留在人为的单纯管理层面，科学细致的管理才能更好地实现管理目标。

该系统设计主要服务于需求侧合理、科学管理用电，优化供电结构和方式，提高用电效率。针对配电系统的自动化和智能化的需求，吸取国内外产品的先进技术和多年从事配电设备设计制造的经验，采用多种技术，配合开关柜研发成功了该套综合自动化系统。实现了需求侧用电管理的“四遥”、友好人机界面、通讯数据上传和存储、故障报警定位、预设用电方案、短信报警等功能，为需求侧用户提供可靠准确的数据，指导用户科学合理用电。

完善的配电管理离不开状态监控和控制系统。特别是在供电末端需求侧的用电监管也越来越被广泛关注。作为终端用电管理者和执行者，指导用电科学性操作最基础的方法是电力数据，只有做到了对用电清晰明确的掌握和监测，才能更进一步的实施监管。

该解决方案针对配电站内10kV变配到400V系统开关设备智能配电解决思路，以普通通用型配电站为例：10kV高压开关柜（12台）、变压器10/0.4（2台温控仪）、400V低压开关柜（16个低压配电系统50多块智能仪表以及一些开关状态采集与监控）适于远程电参量实时监测与电能计量。

监控室设置在值班室，对整个系统进行监控与数据采集、存储以及数据记录、报警等。

1 系统实现方法

1.1 应用的技术

将移动通讯网络技术、MODBUS现场总线技术、工业以太网技术、计算机技术、远程监控技术、智能测控技术和智能配电柜集成创新。

(1) 移动通讯网络技术的应用：基于GSM移动通讯网络技术，实现远程监控，解决配电设备故障跳闸后快速自动发送到手机的短信报警功能。

(2) 工业以太网技术的应用：现代工业建立工业以太网的协议规范，以实现使用以太网技术构建通讯接口，用开放式规约的规范使得不同厂商的工业控制设备通过标准的以太网整合。

(3) MODBUS现场总线技术的应用：通用现场通讯系统，解决设备通讯中数字双向传输的问题，通过应答响应，实现对现场设备或元件的访问。

(4) 计算机技术的应用：实现与子系统和母系统的直接连通，做到信息共享，直观视觉界面效果对设备实时状态进行监控。

(5) 远程监控技术的应用：对多个监测站同时进行远距离的通信，通过通信网络，总控制中心设在中央控制室，各配电间采用分布式监测技术，采用总线方式将总控制中心计算机和各监测站计算机或配电设备联系起来。

2 系统设计原则

电力监控系统是一套完整的配电室智能化电力监控系统，它完成对配电室内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与上级系统通信等综合性的自动化功能。其保护、测量、监视、控制功能通过高、低压智能型保护测控装置和专业型智能型测控装置来实现。根据可靠性和高效率配电管理的要求，综合智能配电系统的设计遵循几点原则。

2.1 实用性

综合智能配电系统的组成一定要符合现场配电的实际情况，不能追求华而不实，非重要的出线回路中一些不必要的电参数如果进行测量则必须配备具备该功能的电力仪表，这样势必造成投资过大，远超出实际需要。因此，在能够充分实现用户所需功能的情况下，系统的实用性是首先应遵循的第一设计原则。同时，系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可操作性。特别是操作性，使具备计算机初级操作水平的管理人员，通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。

2.2 安全性

配电网络的系统配置不同于其他的行业，任何一点的疏忽将是巨大的安全隐患，这要求系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合国内或国际有关的安全标准，并可在非理想环境下有效工作。强大的实时监控功能和联动功能可充分保证使用者环境的安全性。

2.3 实时性

电力系统中的电参量时刻都处在变化中，超负荷、不平衡等因素将会对配电设备造成巨大的损害，然而这些因素的产生并不是预期的，所以对系统的实时性要求非常关键，系统不仅能够实现实时性监测，还应对一些必要的事件具有记录存储的功能。

2.4 稳定性

由于综合智能配电系统是一项长期不间断运行的系统，肩负着监测配电网络的运行状况，并具有一定的处理事件的功能，所以系统的稳定性显得尤为重要。要求系统要有数年以上市场的成功应用经验，拥有相应的用户群和用户服务体系。

2.5 可扩展性

系统的设计并不是一成不变的，如根据需要将工程扩建、改造、或者与其他系统的兼容、并入等，这要求系统的设计应预留多路与其他系统的通讯接口，当追加变配电子站系统及与上级调度系统，如楼宇自动化控制系统（BAS）、管理信息系统(MIS)、消防控制系统(FCS)等运行，可实现系统扩展。

2.6 易维护性

综合智能配电系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。从计算机的配置到系统的配置，前端设备的配置都充分仔细地考虑了系统可靠性，并实施了相应的认证。在做到系统故障率最低的同时，也考虑到即使因为意想不到的原因而发生问题时，保证数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。整个系统的分层管理保证了网络一旦出现故障，不会因为某部分设备的维护，而停止所有设备的正常运作。

3 系统设计

3.1 系统结构

系统采用分层分布式结构进行设计，即站控管理层、网络通讯层和现场设备层，拓扑图见图1、结构图见图2。

图1 配电管理系统拓扑图

图2 配电管理系统结构图

(1) 现场设备层

现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。不仅肩负着采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件。这些设备可为各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块和电动机保护器等。

(2) 通讯控制层

通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁，不同的接口转换器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS、SMBUS等及以太网等各种接口，组网方式灵活，支持点对点的通讯、现场总线网络、以太网等类型的组态网络。通讯服务器主要用于直接对现场仪器仪表转达上位机的各种控制命令，并负责对现场仪器仪表回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作，如电压/电流等电参量、输入开关量状态、修改仪表内部参数或各种控制继电器断开/闭合的操作命令等；微机保护装置主要是为保证上位机的正常工作，避免网络中不稳定信号对其造成的干扰或破坏；接口转换器件则是由于现场仪表或其他系列的装置与上位机的通讯接口存在差异，需要进行转换方可进行数据交换。

(3) 管理测控层

管理测控层针对配电网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的最上层部分，主要是由电力监控系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等。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前置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，并可接受管理人员的操作命令，实时发送并检测操作的执行状况，以保证供用电单位的正常工作；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，用户只需查找打印即可，方便操作，提高了工作效率。

3.2 通讯设备及线缆

现场仪表均采用低烟无卤型屏蔽双绞线连接，配电站至值班室线缆根据实际采用双绞线直拉或光纤方式。

3.3 站控设备

监控室主要完成远程数据采集、处理与显示，并完成向上级调度的转发。站控设备的配备综合考虑用户实际需求，配置监控主机、显示器、小型网络机柜及串口通讯服务器及监控软件，考虑到通讯可靠性及防雷等因素，配置串口隔离设备。

3.4 主要参数

系统以智能电力监控装置、微机继电保护装置、计算机网络、能量管理应用组态软件为基础，满足国内电力行业规范及相关行业标准，采用完全分层分布式结构，是一种智能化、网络化、单元化、全开放的能量管理系统。系统根据低压能量管理的特点，完成对变配电系统的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、自动控制、继电保护等功能，同时把能耗预警、电源质量管理系统融为一体，提高了用电的可靠性、安全性、管理水平，是一个面向用户的、真正的能量管理系统。其主要特点如下(主要性能依赖于现场设备选择)：

(1) 实时数据采集功能及处理功能

系统能够对现场所有的模拟量、脉冲量及开关量、测量量，外部输入信号等进行实时和定时数据采集，定时数据可根据设定的时间间隔自动转存于硬盘，生成历史数据库。系统能够对遥测量进行值越限检查及告警，并进行最大值、最大值时间、最小值、最小值时间、平均值、供电合格率等的统计、记录，以及开关分合闸次数统计、遥信变位启动事故追忆记录等。

(2) 数据远传及控制功能

系统对于每次遥控操作，均对操作员、操作时间、监视员、操作类型进行记录生成遥控操作记录表并将此记录存盘以备查询；通过主站微机对控制对象进行分合操作，控制对象包括开关和断路器隔离开关的分合（跳合）操作，设备运行检修。

(3) 屏幕显示功能

系统动态刷新显示主接线图，对各开关运行状态，在线运行参数，网络通讯状态，曲线趋势等，对实时及历史时间，复费率统计和需量统计等功能采用模拟图的方式实时显示。运行状态监视图分为主接线图（主画面、分画面）、负荷曲线图、波形分析图以及用户推出的其他需要显示的运行状态画面；主要运行参数均可采用柱形图、饼形图等多种图形显示。

(4) 报表记录及打印功能

系统可以定时、随机、召唤打印如下内容：各类故障及事故报警信息打印、事件顺序记录打印、报表、曲线打印、运行日志打印、运行参数打印、事故追忆打印、画面拷贝打印等。

(5) 报警功能

当出现开关事故变位、遥测越限、保护动作、开关跳闸或其他报警信号时，系统能发出音响提示，并在屏幕上显示报警内容或推出特定的报警画面。报警设备能根据不同类型的报警信号发出不同的声音。

(6) 用户管理功能

系统提供完善的用户权限及口令控制，对重要的操作（如遥控、遥测以及整定值下发等）设置双重验证。

(7) 历史数据管理功能

周期性存储运行数据，保存操作记录、设备运行状态、保护动作记录、事故记录等信息，形成完备的历史数据库。

(8) 通讯管理功能

系统具备广泛、开放的数据通讯接口，支持IEC60870-5系列、CDT、SPABUS、LONWORK、CA NBUS、PROFIBUS、DNP、MODBUS-RTU、TCP/IP等多种通讯协议，模块化设计结构，提供通讯数据开发接口，便于现场接入其他智能控制装置。

(9) 自诊断功能

系统定期进行自检，对外设、监控节点状态、软件进行检验，发生异常时自行修复；系统提供远程维护接口，可实施远程升级、下载程序、远程诊断等功能。