基于现场总线的城市配电房综合管理系统

何祖彬　张发斌

摘 要：介绍了基于现场总线和以太网通信技术的配电房开关柜管理系统，该系统通过对底层非智能设备的智能化加强在线监控供电设备，并利用后台软件对现场所采集的数据进行统一分析和处理，从而提高管理效率。

关键词：配电管理系统；现场总线；数据分析；配电站

中图分类号：TM769 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.096

开关柜管理系统有针对性地将公用配电房作为主要服务对象，同时，支持在线和离线方式的自动化管理，为供电公司提供了分散数据采集和统一数据分析问题的解决方案。

1 系统结构

该系统采用模块化、分布式开放结构，分为现智能传感器和现场监控层，可以加配后台监控管理中心。智能传感器、现场监控层采用FCS总线集成嵌入管理系统，通过GSM网络和通信线发送运行数据、信息、故障报警和环境参数等运行工况数据。其中，故障信息可通过短信方式通知指定维护人员，同时，可通过已有的通讯介质上传至配网中心后台的监控管理系统。该系统可兼容其他底层系统的接入，比如变压器经济运行系统、故障报警系统和动力环境监测系统等，从而使整个配电房信息化和对外具有统一标准的接口。

1.1 智能传感器

智能传感器由所有受监视设备组成，包括高压开关、低压框架断路器（进线和联络）和低压塑壳出线断路器等，通过各设备的状态反应各高、低压回路的状态信息。智能传感器可以是智能设备，也可以是非智能设备，现场智能设备自身可以检测和产生故障信号。对于非智能化设备，根据其数量配置硬节点连接、加装智能通讯设备和现场总线传递的状态变化信息和运行数据，可为全面实现配网自动化打下设备层的信息化基础（如果全面实施配网自动化而没有终端供电设备层的信息化作基础支持，则无法得到满意的效果）。

1.2 现场监控层

现场监控层分为以下2层：①系统独立运行。现场监控层是以嵌入管理的方式通过ModbusServer或OPCServer等，并配置GSM专用导航器，可提供总线采集智能设备和现场总线传输的数据信息，从而使系统就地实时处理分析本节点的数据。②系统联网运行。当开关柜智能监测管理系统有后台监控管理中心或作为配电自动化子站时，可通过标准数据接口与配网中心的监控管理系统进行数据交换，将重要数据和上位机所需参数发送至后台管理系统，以实现单配电房的信息化。

1.3 后台监控管理中心

后台监控管理中心对整个供配电系统进行集中监控管理，且可使标准数据接口与其他系统（BA、DCS和消防系统等）实现数据共享。

2 系统功能

2.1 系统监控

系统监控分为以下2部分：①在监控界面上实现“四遥”功能（遥测、遥控、遥信和遥调）；②当现场设备发生故障或报警时，系统自动弹出警示界面，并记录故障、报警信息。

2.2 设备维护

设备维护分为以下2部分：①实时监测设备维护参数（例如运行时间统计、断路器触头磨损等），提供设备老化或故障隐患的早期预警；②设备检修、保养信息记录；③提供设备定值管理功能。

2.3 数据管理

数据管理分为以下5部分：①提供实时数据字典功能。实时监测现场设备的测量参数和状态信息。②提供历史数据字典功能。实现历史数据的查询和打印功能。③提供负荷分析功能。生成用电设备在一定时间段内的负荷趋势图。④提供基于Excel的定时和实时报表。可以自动生成日报表、月报表和年报表，且可以实现召唤打印、定时存储和打印。⑤故障查询分析。

2.4 安全管理

安全管理分为以下2方面：①权限管理。实现用户权限管理和访问控制，增加用户有效期时钟和集中授权鉴权，以保证系统的安全性。②交接班管理。为了维护系统的安全性，在用户交接班时，必须输入工号、用户名和口令以完成交接班工作。

2.5 设备管理

可利用数据库中的数据，实现对电力设备安全性、可靠性的数据分析；通过分析设备，提前对设备进行状态检修和维护，从而提高设备的持续供电能力、供电安全性，最终延长设备寿命；对设备故障进行提前预警和故障状态下的承载负荷能力评估，以缩短停电时间，降低经济损失；为设备更新决策提供数据支持。

2.6 设备层故障的自愈

随着软件技术的不断发展，可利用高级语言灵活编程的优势，在管理系统中嵌入故障自愈模型，以实现设备层的自我自愈；当设备层无法实现故障自愈时，可通过软件技术实现管理故障的主动上报，交由配电网架结构实现故障的隔离和自愈。

2.7 数据发布

数据发布分为以下2方面：①数据接口扩展。数据接口按通讯协议和传输方式分为“MODBUS-RTUServer、MODBUS- TCPServer和PROFIBUS-DPSlave”等接口类型。②Web发布。用户可通过互联网，使用IE浏览器远程监视实时画面、实现操作控制和查看故障信息。

3 结束语

配电能综合管理系统是一种能在工业现场环境下运行、性能可靠和造价低廉的通信系统，可形成末端供电设备和元器件的设备底层网络，完成现场供电设备之间的多点数字通信，实现底层现场供电设备之间、整个供电生产现场与外界（配网中心）按公开、规范和专用密级的通信协议的信息交换，并采用了目前技术成熟、可靠性高和价格低廉的现场总线技术，可对末端供电设备实现管理和信息集成，从而实现高效运行。此外，该系统既可独立运行，也可为配网自动化系统提供数据共享，从而为全面实现配网自动化打下设备层的信息化基础。

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及应用[M].北京：清华大学出版社，1999.

[2]张浩，谭克勤，朱守云.现场总线与工业以太网络应用技术手册[M].上海：上海科学技术出版社，2004.

〔编辑：张思楠〕