机电工程领域电力监控系统的分析和运行优化措施

李 宁，滕荔楠，彭 传

（中国人民解放军96213部队，云南玉溪 653100）

0 引言

随着时代的不断发展与技术的不断进步，高压供配电技术以其电能损耗小、输电效率高等优势和特点发挥着愈发关键的作用，但与此同时，高压输配电网络的运行过程当中，其运行可靠性同样面临着一定的问题和挑战。因此，分析和掌握高压配电网当中电力监控系统的运行特性是解决配电网安全和效率问题的首要任务。

国内外针对供配电网络运行过程中的电力监控系统做了大量的研究，如文献[1]从数据采集、事件记录、故障录入、远程操作以及实时监控等方面对供配电设计当中电力监控系统的应用进行了阐述和分析。文献[2]从整体与个体之间的关系分析了电力监控系统运行过程当中可能出现的效率问题以及可靠性问题等。上述文献虽然论述内容较为充分，但尚未能涉及到电力监控系统功能实现及其损耗补偿方面内容，因此存在着一定的问题。

本文将结合实际针对电力监控系统的基本结构进行阐述，基于其功能实现方案进行分析，并归纳和总结出系统在高压输配电状态下的运行状态，最后提出了优化电力监控系统运行的主要措施，针对电力监控系统的设计进行了相关验证，力求使机电工程电力监控系统能够成为高压供配电领域保障安全和效率的关键所在，有效减少因环境因素或人为因素给系统造成的影响，实现高压输配电领域的可持续发展。

1 机电工程电力监控系统的基本结构

1.1 监控主机选型

在电力监控系统的结构分析过程当中，首先需要针对系统的监控主机进行合理选型，所谓监控主机，指的是依托相关软硬件系统实现对供配电相关信息数据进行全面采集与实时处理的一项设备类型，为更加充分地满足机电工程相关特点，实现电力监控工作的相关要求，可采用基于Windows Sever 系统的工业PC 作为主机，从而保障信息采集与处理效率和处理质量，实现预期监控目标[3]。

1.2 站控层

站控层在电力监控系统当中具有关键性作用，其不仅能够为机电工程项目的运行管理提供支持，同时还能够针对机电工程项目运行服务过程当中所产生的相关数据信息进行记录，为后续供配电决策提供参考和支持。通常来说，电力监控系统站控层当中应涵盖监控中枢、远动管理设备、授时设备等3 个主要模块。其中，监控中枢可采用工业级PC 作为终端，并能够经由RS485接口转换为IEC 61850 协议，进一步提升系统兼容性与适应性。远动管理器主要负责对数据进行采集和传输，在结构设计的过程当中，应保障远动管理器支持IEC 61850协议，并能够实现对机电工程项目相关数据信息的全面采集与输送，保障信息处理和整合的效率[4]。此外，作为站控层当中的核心模块，技术人员还应当采取冗余设置等技术手段保障远动管理器的运行可靠性，一旦核心技术模块的运行受到影响，可基于冗余设备进行切换，并发挥出相应作用，避免站控层可能出现的各类运行可靠性问题。最后，技术人员还应当在站控层当中设置基于卫星信号的授时装置，使站控层设备能够与卫星网络相互连接，同时还能使站控层内部相关设备运行得到相应地校正，提升设备稳定性。

1.3 通信层

通信层又称网络层，是机电工程项目电力监控系统运行过程当中开展相关通信工作的基础和前提，其中主要涵盖了通信管理机以及通信介质等几个层次，通过通信层相关设备的运行，能够实现对机电工程相关设备运行数据信息的及时输送，从而让技术人员能够针对机电工程实现远程多方位控制[5]。在通信层设计和建设过程当中，复杂的电磁环境可能会对通信信号造成一定的影响，因此需要做好相关信号屏蔽工作，保障通信层运行过程当中的电磁环境稳定良好，避免外界环境带来的影响和冲击。

1.4 间隔层

在机电工程项目电力监控系统的设计过程当中，相关人员还需要针对间隔层进行设计[6]。所谓间隔层一般指的是按照不同需求针对不同模块信息数据进行监测分析的层级，主要包括了数据输入、输出、中枢处理以及数据通信等几方面内容。技术人员可按需针对间隔层进行设计和应用，使其能够对机电工程的电力系统运行状态进行实时监控，一方面不断强化数据信息传输过程当中的准确性；另一方面还能针对机电工程项目电力系统运行状况进行自定义优化和配置，使其运行效果得到不断提升[7]。

2 电力监控系统功能实现方案

2.1 监控软件选择

在以往的机电工程电力监控工作开展过程当中，往往需要依赖人力对工程项目内部设备运行状况进行监测和管理，对人力物力资源的依赖性较高，同时还提高了电力监控工作的相关成本，不利于实现机电工程项目的可持续发展。为了实现电力监控工作的预期目标，满足技术人员进行远程探查和处置的技术需求，在针对电力监控系统进行设计的过程中，需针对监控软件进行合理选择，其不仅需要满足机电工程项目的监控相关需求，同时还应当能够实现对项目的配置、监控图像输出、关键事项报警、数据通信以及安全管控等几方面目标，常用的电力监控软件包括InTouch、iFix、Fix、组态王、世纪星等等，技术人员可综合考量机电工程项目基本特征以及电力监控工作开展目标对监控软件进行合理选择[8]。

2.2 软件显示与控制原理

为了满足机电工程项目电力监控工作的相关需求，首先需要技术人员基于监控软件建立起相关工程环境，并由监控软件与现场设备进行联动，从而实现相关监控工作目标。其中，传感器设备能够针对现场机电设备运行过程当中的温度、转速、电压、电流等关键性指标进行实时监测，并由中枢系统做出相应决策，保障机电工程设备的运行效率与运行质量[9]。在现场设备的监控过程当中，为保障监控数据内容的准确与可靠，还可以将其储存于设备寄存器当中，让技术人员能够准确定义I∕O变量，实现远程监控效果的不断提升。

2.3 与外部设备的连接模式

由于机电工程项目往往具备灵活性的特点，因此在监控系统运行过程当中往往需要基于项目推进需求与外部相关设备进行相互连接，从而进一步提升监控系统的兼容性与适用性[10]。一般来说，监控系统的连接结构如图1所示。

图1 电力监控系统与外部设备的连接框架

2.4 数据信息采集流程

在针对机电工程项目相关数据信息进行采集和整理的过程当中，往往需要基于以下几方面流程和环节展开工作。首先需要针对前端界面进行设计；其次，需要按照工程项目实际要求对监控目标设备与监控方案进行选定；再次，需要结合实际对变量进行定义；最后，需要将数据指标与前端画面表现进行对接，让技术人员能够通过画面表现更加直观地感受到机电工程项目当中数据信息的变化情况，为后续的决策工作提供支持[11]。

2.5 报表功能与操作

作为数据展现和处理的前提，信息报表的操作和设计发挥着至关重要的作用，但与此同时，受到监控系统软件功能及技术人员素养等客观因素的影响，可能会出现一定的问题。因此在针对电力监控系统进行开发设计和运用的过程当中，需综合考量机电工程项目特点、设备运行状态以及监控工作需求，利用监控软件实现对不同周期机电设备运行状态的记录并形成相应报表，由技术人员和决策者针对报表进行更加细化地研究和利用，使报表的查询工作更加便捷，使用方法更加高效。

2.6 数据库记录

随着信息化与智能化技术的全面发展，针对机电工程项目监控数据库进行建设具备了愈发关键的作用。在以往的数据库建设过程中，受到技术因素的影响，导致储存空间不足、数据调阅效率低下、数据丢失等现象屡屡发生，严重影响了机电工程项目的正常推进以及电力监控工作的正常发展。技术人员可按照监控信息数据的变量情况及其历史存储情况对数据库进行重构，并将监控数据信息进行多点储存，有效减少机电工程监控数据信息的占用空间，同时还能杜绝数据丢失现象造成的损失和影响，实现监控工作的持续性发展。

2.7 设备控制功能实现

在机电工程项目现场监控工作当中，涉及到的监控设备与监控需求较为多元，监控工作的需求同样也较为丰富，这就需要技术人员能够及时有效地按照需求对现场监控设备进行合理控制和协调，减少设备运行问题造成的损失和影响，使监控工作目标能够进一步落到实处[12]。在系统功能实现的过程当中，技术人员可按照设备离散值情况、变量模拟情况等针对机电工程现场监控设备进行更加全面合理地控制，使其运行层次和运行效果更加完善。

3 系统运行状态

3.1 前端形态

通过相关现场测试和分析后，能够得出结论，机电工程电力监控系统的前端形态能够满足技术人员对工程的监控需求，前端框架当中能够直观呈现出整个机电工程当中的高压进线、断路器、接地刀等关键组件的运行状态，并能够显示线路当中的电流、功率、电压状况等指标，从而使技术人员能够更加准确地获知机电工程高压配电网络的运行情况。

3.2 报表内容

作为机电工程设备与线路在一段时间周期当中的运行状态反馈，报表设计与制订具有关键性作用[13]。依托电力监控系统实现报表内容的输出，能够有效减少因人为因素导致的数据错漏现象的发生，同时还能针对自动化监控过程当中遭遇的相关问题进行及时报警，使报表内容得到进一步细化，同时还能为后续的输配电运行工程提供参考依据。

3.3 趋势曲线

经过一段时间的运行过后，监控系统可综合依托前端反馈数据、周期报表内容等自行输出相应的趋势发展曲线，由X轴代表时间周期，Y轴代表变量变化情况，技术人员可经由趋势发展曲线对机电工程当中高压输配电网的运行情况以及运行状态做出初步判断，从而进一步提升机电工程控制管理的针对性，助推机电工程管理水平的不断进步。

4 优化电力系统运行的主要措施

4.1 机电设备监测与分析

在针对机电工程电力监控系统进行开发和构建的过程当中，除了需要针对设备相关指标参数进行实时监控外，还需要基于监控系统实现对设备状态的监测和分析工作。其中，技术人员可基于电力监控系统所反馈的数据和信息对机电设备的耗电量比重进行测算[14]。在机电工程开展过程中，感应电动机的耗电量占总比最高，达到了65%左右，因此技术人员与机电工程管理人员可基于设备监测结果进行进一步分析，使后续决策与电力系统运行状态更加契合，提升监控系统的运行和使用价值。

4.2 无功补偿原理及意义

受到电感负载、电容负载等因素的影响和制约，可能会导致电力系统当中出现无功功率，从而可能会使高压输配电线路产生严重的损耗。因此，技术人员可采取针对性手段和措施对电力输配系统当中的无功功率进行补偿。其中，电压损失的补偿可按照以下公式进行计算：

式中：U为补偿电压；P为电路当中的有功功率；Q为无功功率；R为输配电电路电阻；X为电抗。

另外，通过针对性地进行无功补偿，还能有效减少传输损耗，进一步提升电能的传输效率与传输质量。

4.3 主要补偿方式

目前，在高压电能输送项目当中，常用的无功补偿方式一般涵盖了并联电容器补偿以及静止无功补偿等两种，相关技术人员应综合分析高压输配电项目的基本特性与需求对无功补偿装置进行合理选择，保障其适应项目实际环境需求，提升项目可靠性[15]。

5 结束语

作为保障机电工程项目运行安全性与运行效率的关键所在，利用好电力监控系统是未来电力输送工程项目当中的关键所在，相关技术人员应针对电力监控系统的基本架构、主要特征及其运行原理进行全面梳理，并将其合理引进高压输配电项目当中，从而进一步提升电力输送质量与输送效率。本文结合实际针对大型机电工程项目当中电力监控系统的运行情况进行了分析和探究，阐述了电力监控系统的基本运行价值和作用，并针对监控系统运行信息反馈对电力系统的无功补偿优化措施进行了探究，力求为实现预期电力监控目标做出贡献。