浅析国家图书馆电力监控系统的应用与管理

摘要：随着科技的进步发展，国家图书馆建立了一套较为完善的电力监控系统，对每栋建筑物内的用电能耗均有监测、控制和分析管理。建筑物内的电能源相关数据通过通讯管理设备传输通讯信号至电力监控系统，系统对所收集到的电力数据进行统一分析处理，系统在将建筑内主要设备的用电数据统一进行收集和整理，并通过后台设备进行分析和管理，最终实现电力系统的集中运作管理，能有效的实现电力后台监控和用电设备电量分析，建立以数据为依据的用电消耗评价体系。

关键词：电力监控系统用电能耗监控管理

随着生产、生活和办公质量以及效率的逐步提高，电力系统运行时的安全稳定和连续不间断成为了电力工作者迫切需要解决的问题。针对国家图书馆建筑群的电力监控是将智能断路器与变送器有效的结合在了一起，形成属于国家图书馆的电力监控系统，管理人员可以通过系统提供的信息全面监控整个建筑群体的用电运行过程和设备用电消耗情况，实时掌握设备用电情况，按照用电标准分析管理设备用电情况，监控管理各栋建筑物设备用电异常情况，发现电力问题及时处理。电力监控系统可以对系统的电能质量及供电可靠性进行分析，实现快速报警响应，预防故障发生。

1国家图书馆南区电力监控系统

国家图书馆高压配电室内安装有变压器、高压开关柜、低压开关柜、直流屏等配电设备，并设置有分区配电室及强电间，用于保障南区供电正常。国家图书馆电力引自市电，采用双路10kV供电。双路电源首先进入国家图书南区总配电室内的高压配电间，经过南区高压开关柜接至南区变压器室的变压器内，将10kV电力降压到380V后送到各个建筑物用电系统。

目前国家图书馆南区借助数字式电量仪或远传电表，依托通讯管理机根据建筑电能消耗情况，建立具有电能采集功能的电力监控系统，做到用电实时监管【1】。

1.1国家图书馆南区电力监控系统组成

国图南区电力监控系统采用分层分布式三层结构，通过馆内现有局域网络，实现电力数据的传输及反馈。

系统软件为服务器架构，管理人员根据不同权限可随时随地通过大部分主流浏览器进行登录，实时掌握建筑总体用电能耗情况以及预测报警等，通过系统反馈数据，帮助管理人员进一步管理好南区配电系统的运行。

1.1.1设备终端层

通过在配电系统设备末端加装数据采集设备，进而对各建筑物用电能耗进行检测。数据采集设备各自独立运行，可自主完成设备电力数据采集和处理，并通过系统进行远程控制，各设备出现问题不会影响其它设备的正常运行。

1.1.2网络通讯层

系统通讯是通过相关通讯设备以及网络联络，网络通讯层起到承上启下的作用，是重要的纽带环节。

1.1.3系统管理层

系统通过以上层级把数据汇总到管理层，并通过处理后把最直观的图表展示给管理人员，以便于帮助管理人员配电系统运行状态进行分析，管理人员亦可以通过不同浏览界面监控配电系统，并查看各建筑物用电情况【2】。

1.2国家图书馆南区电力监控系统范围

1.2.1电力参数采集

n 1.2.1.1低压电力参数采集

低压配电间、各分区配电间内每个低压开关柜、配电柜上安装有PMAC625－Z型数字式电量仪，经通讯管理机接入同一局域网，实现电力监控数据（三相电压和电流以及电能等）的上传。

n 1.2.1.2高压电力参数采集

高压配电间内每个高压开关柜安装有PM9806型谐波型数字式电量仪，经通讯管理机接入同一局域网，除常规电力参数外，同时可以实现配电控制母线电压、浮充电压、充电电流、故障信号等数据的上传。

n 1.2.1.3开关柜状态监测

南区总配电室及分区配电室内设置的高、低压配电开关柜，分别从断路器下口引出220V 交流电，通过DAM开關状态监测模块转为RS485信号输出至通讯管理机，经通讯管理机接入同一局域网，实现分合闸状态的监测。

n 1.2.1.4温度监测

南区各高压、低压开关柜的总闸、分闸分别加装无线测温传感器，通过数据采集主机接至通讯管理机，经通讯管理机接入同一局域网，实现监测设备温度数据的实时监控。

1.2.2变压器运行监测

n 1.2.2.1变压器运行状态监测

南区总配电室设有干式变压器6座，各自通过低压开关柜进行控制。

n 1.2.2.2变压器温度监测

南区总配电室6座干式变压器，各自独立设置。在各变压器内安装有温度传感器，通过通讯管理机接入同一局域网，实现变压器温度数据的上传。

1.2.3直流屏监测

南区总配电室的直流屏控制柜内具有直流屏服务器，通过RVS－2×1.0线缆，以“手拉手”的形式接成485总线，依托通讯管理机接入同一局域网，实现控制母线电压、浮充电压、充电电流、故障信号等参数的上传。

1.2.4电能采集

电力监控系统通过支持RS－485通信的数字式电量仪，依托通讯管理机接入同一局域网，实现电力监控数据（三相电压、三相电流、频率、电能等）的上传。通过汇集低压电力参数采集和高压电力参数采集两个子系统实现电能监测，在通过对电表、记录期限进行筛选、统计，以便于用电情况的监测。

1.3国家图书馆南区电力监控系统特点

国家图书馆电力监控系统可满足管理、维护人员对于各建筑用电数据的采集、汇总、对比、分析、抄报，从而指导建筑节能。提供动态信息发布、多角度建筑总体节能数据实时监控、对比分析、节能计划制订与实施监督、设备管理等功能，达到节能管理的目的。

电量数据化：对设备用电量进行采集，数据展示清晰明了，使用电能耗以数据的形式明确的展示出来。

数据分析化：把用电量通过设备采集出来后，在通过后台进行计算和分析，从而使管理人员能够快速分析数据保障配电系统运行。

管理动态化：在系统显示的电力能耗数据的基础上，进一步实现预判，从而使管理人员能预测风险，加强能耗管理。

1.4国家图书馆南区电力监控系统功能

1.4.1电力监测

电力监控系统主要包括：系统总览、网络通讯管理、人机界面、远程控制和操作记录、历史数据、报警及事件管理、系统管理、故障预测和扩展功能。

1.4.2实时数据

电力监控系统能通过配电系统末端的采集设备对用电情况进行分时、实时的采集，通过对各建筑物电气设备采集出来的电流、电压、功率等用电数据。采集的数据通过系统处理，采用复合式结构对数据进行提取和加载【3】。

1.4.3数据分析

电力监控系统提供数据的多维分析，实现数据的深度挖掘，按5分钟、时、日、月、年、任意时间段以及不同的能源类别、不同分析对象（包括部门、建筑、区域等）来进行统计分析。

1.4.4用电诊断

电力监控系统能够对用电数据进行异常诊断，找出电力管理中的能耗漏洞和管理漏洞。通过系统诊断结果，并结合图书馆实际运营特点，提出本月能耗资源消耗情况、能耗问题监测以及节能建议等，从而实现能源消耗的合理评价、能耗走势的科学管理，为电力能源节约提供相对专业的技术支持，从而帮助单位减少碳排放。包括：用电量异常突增、夜间用电浪费等。

1.4.5用电报警

电力监控系统具有报警功能，系统能够对配电系统运行过程中出现的各种报警事件进行显示、存储、查询等功能；针对实时数据告警，发生故障后1秒内推出报警画面，并能进行关联数据分析，顯示历史报警情况，同时能对故障位置进行定位。

2国家图书馆北区电力监控系统

国家图书馆北区高压配电室内安装有变压器、高压开关柜、低压开关柜、模拟盘等配电设备，并设置有强电间用于保障北区供电正常。北区电力由南区高压配电室供给，采用双路10kV供电。

2.1国家图书馆北区电力监控系统组成

国家图书馆北区电力监控系统采用分层分布式网络结构，是一套较为完整地配电系统监控系统。系统完全满足遥测、遥信、遥控等功能。同时北区电力监控系统支持开放的网络结构，可与第三方系统（如BAS、DCS等）实现无缝的互连。系统自下而上共分三层。

2.1.1现场层

现场层是指在电力监控系统中对电力参数进行测控的仪表等设备。根据北区供电要求及负荷性质具体要求，采用多功能表分别对高、低压配电柜进出线进行监测。各监测设备就近安装于电力开关柜内[4]。

2.1.2网络层

网络层是指电力监控系统中通讯所涉及到的链路（如RS485；光纤以太网、TCP/IP网络）以及通讯转换设备（如多串口通讯卡、串口服务器）等的总称。网络层这一部分是承上启下和连接作用的环节。

北区通信底层链路支持Modbus通讯规约。通讯设备采用专为工业环境设计的串口服务器。串口服务器扩展监控机的串行接口，同时支持Modbus现场总线协议，使每个 RS-422/485 通道能连接多个智能电力设备。

通过串口服务器把低速串行信号转换为高速以太网，将现场层的电力数据转送入局域网内，方便系统统一管理。这种网络结构组网灵活，可以根据现场层电力设备的分布进行方便快捷的分配。

2.1.3管理层

管理层是指电力监控系统中的指挥界面，负责管理图书馆北区的配电系统。通过对采集到的用电数据进行分析，并把处理好的数据以方便管理人员查看的形式显示在系统的控制屏幕上，以便管理人员随时随地的查看配电系统运行状态。同时，可以向其他系统转发相关的电力数据。

2.2国家图书馆北区电力监控系统范围

2.2.1配电室高压部分

2.2.1.1高压进线/母联回路以及高压馈线回路

配电设备反馈出来的实时数据，如：相电压、线电压、三相交流电流、有功功率、无功功率、功率因数以及频率等可传输至系统。以及断路器或隔离开关的分合状态、接地位置、手车位置、故障信号等远动通信数据亦可传输到系统。

2.2.1.2变压器温控仪

电力监控系统通过在变压器安装监测设备并通过智能借口接入。可监视A、B、C三相电压的温度，同时可以监测变压器故障报警、故障跳闸、风机起停等状态。

2.2.2配电室低压部分

获取的低压进线/母联回路、电容补偿柜以及电容补偿柜的实时数据参数，如：相电压、线电压、三相交流电流、有功功率、无功功率、功率因数以及频率等可传输至系统。以及断路器或隔离开关的分合状态、故障信号等远动通信数据亦可传输到系统。

2.3国家图书馆北区电力监控系统特点

2.3.1性能比高，功能全面

北区电力监控系统采用智能产品实现电力设备的监控和管理。通过先进的变配电自动化技术来实现遥测、遥信等功能。满足北区电力系统的监控及电能质量的检测和整治方面的要求【5】。

2.3.2功能齐全、安全可靠

北区电力监控系统采用的结构方便管理和维护，属于分层分布式。系统对配电设备的运行情况能进行实时监控，同时数据亦能实时进行反馈，并及时、精准地对故障进行上报，能自行进行数据分类，并汇总数据绘制各种图表，同时进行传送、上报和存储。

2.3.3组网灵活，通用性强

北区高低压开关柜中均安装有保护测控单元用于测量电力参数，并配置有RS485通讯接口，采用标准的Modbus-RTU通讯规约，同时系统支持开放的网络结构，可与第三方系统实现无缝的互连。

2.3.4技术优越，反馈及时

北区电力监控系统能对配电设施运行情况进行及时反馈，如出现某个元器件损坏，不会影响整体系统运行，也不会引起整套系统误动作。同时，系统能及时对配电设备出现的异常或故障进行反馈，能及时准确地判断故障点是否需要关闭或直接关闭故障设备，并能在监控屏设备上显示出报警信息，以便管理人员进行后续处理。

2.4国家图书馆北区电力监控系统功能【6】

2.4.1数据采集

电力监控系统能实时采集配电设备的运行数据和配电设备的运行工况量，并对采集的所有数据和情况通过后台系统进行处理分析和存储。

2.4.2故障报警和记录

电力监控系统能显示系统出现的各故障点及故障原因，如：开关事故变位、遥测越限、保护动作或其他报警信号等。电力监控系统能及时准确出现报警提示，并在监控界面出现报警页面，提醒管理人员设备存在故障隐患。同时系统一旦出现报警信息，必须经管理人员确认后手动操作方可复位，进一步加强监控管理以免管理人员由于失误未发现报警信息产生严重损失，故障记录会存储在监控数据库里方便查詢。

2.4.3系统管理及故障预测

电力监控系统通过数据分析和对关键回路的各项参数进行实时监控，来预测故障趋势，以实现故障的及时修正和预判以及设备的运行工况。通过配电系统监控设备，设定被监控设备运行工况时运行的上下限，当设备超出或低于设定的上下限时，系统可发出报警信息，提醒管理人员进行处理。

2.4.4系统自诊断和恢复

电力监控系统能进行自自诊断和恢复，能进行在线诊断，当系统发生故障时，不会影响整体系统运行，也不会引起整套系统误动作。

2.4.5系统扩展

电力监控系统具有功能扩展的能力，如需对配电设备进行升级或设备损坏进行更换时，只需对系统添加相应的硬件以及添加新的监控界面和监控计算机站点即可实现系统扩展。

3总结

国家图书馆南、北区电力监控系统能对建筑整体用电运行的现状进行实时反馈，同时对未来用电运行的趋势也能提供参考数据。这些年国图的电力工作者一直从日常设备用电情况，以及借助电力监控系统来发现、分析、判断设备运行问题，并通过对建筑楼体内不同功能区域的用电特点来进一步分析，从而建立起一套“数据采集 - 数据整理 - 数据分析处理 –运行状况预判 -故障分析”的配电系统管理流程，成为一个逐渐提升建筑用电利用率的电力监控系统【7】。

参考文献：

[1]王颖.特长隧道智能配电系统设计与应用［J］．城市道桥与防洪，2022（8）：232-237+29.

[2]张晨.电力后台监测系统在配电室中的应用［J］．广播电视信息，2016（287）：125-127.

[3]成健.电力监控系统在供配电设计中的应用分析[J］．设备管理与维修，2022（7）129-130.

[4]王谊.地铁电力监控系统存在问题及解决对策[J］.科技创新与应用，2022（26）：129-132.

[5]吴晓新.电力调度中后台监控系统的应用[J］.科技视界，2017：95+49.

[6]傅磊.电力调度中后台监控系统的应用[J］.河南科技，2014（6）：164.

[7]苗艳.电力调度中后台监控系统的应用探析[J］.科技传播，2014（10）：182-183.

作者简介：刘婧怡（1990—  ），女，汉族，北京人，硕士研究生，工程师，研究方向：暖通系统、集中空调通风系统、电气系统等。