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      技術文章

      淺談電力監控系統在電力生產中的應用

      技術文章


      摘要:電力監控系統是現代電力科技事業發展的標志,其在供配電設計中具有重要作用。供配電中的電力監控能提升用電明確性,提高電網工作效率,進而有效降低電力系統運營成本。本文通過對供配電設計中電力監控系統進行全面分析,最后對電力監控系統在供配電設計中的應用進行研究。

      關鍵詞:供配電設計;電力監控系統;電力應用;

      電力自動化監控系統是一套完整的電力供應和配電綜合自動化管理系統。成功實現了供電系統現場設備的實時數據采集、數字通信、遠程控制、設備維護和電源綜合信息的管理。結合現代控制理論,系統集成了在線監測技術、傳感器技術、數字處理技術、無線通信技術和計算機管理技術,通過安裝在電力設備上的各種傳感器和現場監測裝置,對電力設備運行狀態進行遠程監控、監視、監測以及設備周圍的環境條件,當電力設備或周圍的場景出現異常時,它可以自動采集并向上級遠程監控管理中心發送監控信息和報警信息,以便操作人員可以監視現場設備的實時遠程監控和管理中心。

      1. 電氣自動化系統網絡與通信構成

      1.1、控站控層網絡

      對于站控層網絡來講,其在使用過程中通常發揮著兩大作用:一是可以當作通信設備來使用,進而把站控層和控制層設備連接起來;二是可以使站控層當作每一個節點得以聯系,也使通信功能作用得以發揮。在系統內,出現兩個既互相冗余,卻又對數據處理發揮作用的服務器,說明服務器在正常運行時,不僅能夠通過以太網、站級通信規約等常見的一些途徑來實現數據處理工作,還能夠與裝置進行直接接觸,進而完成數據處理工作。此外,若是把數據庫與站控層連接在一起,便會使得服務器淪為兩個網格的網關,對于該網絡來說,使用的便是以速度為優勢的以太網。

      1.2、間隔層網絡

      間隔層網絡是一種介于通信控制層和間隔層之間的網絡,借助LON現場總線作為測控網絡,數據傳輸的物理介質主要是以屏蔽雙絞線為主。當前支持的間隔層網絡中主要是包括CAN、以太網、LON網和RS485網絡等。如果傳輸距離較近情況下,可以選擇5類線,反之,如果傳輸距離較遠,則選擇光纖作為物理介質。

      1.3、DCS系統接口

      DCS系統是電廠生產活動正常開展的控制系統,所以在電力監控系統運行中,借助DCS系統通信主要包括以下兩個方面:其一,站控層轉發數據到工作站,傳輸到DCS系統網卡上,實現數據的高效傳輸,此種方式可以存儲大量的信息數據;其二,如果數據對于響應速度要求較高,可以選擇串口方式實現通信,也可以借助以太網實現數據的傳輸和交互。

      1. 電力監控系統在供配電設計中的應用

      2.1、電力監控系統在供配電設計探討

      2.1.1電力網絡方案設計

      監控系統主要是利用現場總線技術,最終實現控制與管理。簡而言之,在使用的過程中,能夠把它很好的掛于總線上利用智能設備將其連接成電子網絡系統。如此一來,這樣不僅能大幅度減小方案設計成本,還可進一步解決現場智能化監控中收集的信號數據。從而準確且快速的傳達系統操作的命令,最終實現了網絡監控功能。具體網絡方案有三種,①如果現場并無許多的監控設備且過于集中的小系統,則能連接所有的智能設備于一條總線上,緊接著利用接口轉換器和電力監控主機直接交換數據信號;②如果現場有很多的智能化監控設備,而且系統分布多于分散,可以將現場的監控設備與現場總線相連接,緊接著將多個現場總線分別和網關相互連接;③最后一種網絡設計方法,為了進一步提升系統的穩定性,針對許多個子變電站的系統,則可以設置一臺監控主機(在每一個子站),這個主機主要管理本站現場當中的智能化監控設備,并進行相關數據處理工作。并且現場監控中心主機依據授權,能夠很好的控制子站并監控主機,無疑大幅度提升了電力系統的可靠性以及工作效率。

      2.1.2監控組態的軟件

      電子監控組態軟件主要是依據采集和監控數據作為主要的內容,同時擁有很多的組態功能,能夠進一步生成目標運用的軟件。相關操作人員利用電力監控組態軟件,能夠較為簡便的獲取現場數據信號,并及時發出命令,從而很好的進行監控。其主要包括五個方面,第一,繪圖(按鈕、標簽、時鐘、滑動條、位圖等);第二,系統編輯,則能夠復制、粘貼、旋轉等多個操作;第三,身份驗證,主要指啟動和退出程序的時候,反復對文件進行刪除和修改,同時進行讀寫數據等多個操作進行驗證,從而有效防止非法操作等多個狀況;第四,顯示曲線(歷史曲線以及實時曲線);第五,報表生成和OPC接口,前者主要是在匯總多個信息的基礎之上,嚴格依據規定的形式,進行系統的保存和打??;后者主要是為電力監控和上級系統及時進行信號交換。

      2.2電力監控系統在供配電中的功能應用探討

      2.2.1采集和處理數據

      采集和處理數據作為電力監控系統工作的基礎與前提,其重要地位不言而喻。數據采集主要是通過使用儀表進行數據采集的。底層多功能網絡儀表完成采集,數據通過儀表實時顯示,數據的反應的是遠程設備的運行狀態,需要完成數據采集的信號包括:三相電壓U、三相電流I、電度W、功率P、頻率f、功率因數COSφ等。為了達到配電監控的自動化和智能化要求,需要對數據進行處理,主要是數據信息的分析、記錄和儲存。處理后的數據信息要存儲到數據庫中,以方便用戶的查詢和輸出。

      2.2.2實現人機交互

      電力監控系統可以形成清晰度較高、質量較好的界面,不僅能讓用戶清晰的了解界面內容,還可以將閱讀語言設置成中文,方便用戶能夠快速進行界面內容的閱讀。與此同時,界面操作可以統一進行,減少操作次數,保證操作質量。網絡相連接的界面,能做到實時更新,為用戶提供不同類型的操作界面。操作界面能夠將配電系統的狀態有效的呈現出來,使客戶對電力信息數據有更為全面、細致的了解。例如:通過界面顯示,用戶可以直觀、清晰地掌握供配電實時運行狀況、內容、設備的運行形式及方式等等。人機交互的實現,拉近了用戶與供配電的距離,從而實現了對供配電更有效的監控。

      2.2.3協助供配電記錄事件發生

      在電力系統中難免會出現工作故障,因此,在供配電設計中,電力監控系統不僅要對數據進行監控,也要能實現對相關的事件的重點記錄,并做好順序存儲的工作。順序儲存是指當遠方站發生事故時,電力系統會自動記錄電力系統開關或繼電保護動作時的事件順序。實現供配電的順序存儲,只需要預留未知空間即可,不必設定空間大小。

      2.2.4實現遠程查詢

      在電力監控系統中,運用計算機網絡控制隔離開關和斷路器以實現對系統的遠程控制的方法,操作簡便,能為工作人員大大減少工作量。與此同時,工作人員可以對運行過程中產生的各種信息,利用遠程的方式,形成查詢報表,方便用戶查詢利用。監控系統也將發揮其信息采集與處理功能,可定期提供有效信息,滿足供配電信息需要。

      1. 安科瑞電力監控系統產品介紹與選型

      3.1概述

      Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求,針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術,集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統,適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站,可實現對變電站方位的控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

      3.2應用場所

      辦公建筑(商務辦公、國家機關辦公建筑等)

      商業建筑(商場、金融機構建筑等)

      旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等)

      科教文衛建筑(文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑)

      通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數據中心等)

      交通運輸建筑(機場、車站、碼頭建筑等)

      廠礦企業建筑(石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等)

      新能源建筑(光伏發電、風能發電等)

      3.3系統結構

      Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計,可分為三層:站控管理層、網絡通信層和現場設備層,組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構,根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

      3.4設備選型

      應用場合

      型號

      保護功能

      35kV進/饋線

      AM6-F

      三段式(帶方向、復合龜壓閉鎖)過流保護、小電流接地選型保護、三相一次重合閘、低頻減載

      35kV±變

      (2000kVA以上)

      AM6-D2

      兩8B變/三圏變差動速斷保護、比例制動差動保護

      AM6-D3

      AM6-T

      變壓器后備保護測控、配用變壓器保護

      AM6-FD

      變壓樓非電量保護(獨立)、獨立的操作回路

      35kV電機

      (2000kW以上)

      AM6-MD

      電機差動保護、電機綜合保護

      35kV PT監測

      AM6-U

      PT監測

      35kVr用變

      AM6-TR

      三段式過流、過負荷保護、變壓器非電量保護

      10kV/6kV進饋線

      AM5-F

      三段式過流/零序過流、過負荷保護(告警/跳閘)、PT斷線告警、三相一次重合閘、低頻減栽、后加速過流、逆功率保護

      10kV/6kV廠用變

      AM5-T

      三段式過流/零序過流、過負荷保護(吿警償閘)、控故障告警、PT斷線告警、非電參量保護

      10kV/6kV異步電機

      AM5-M

      兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護(告警演制)、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉例護、啟動超時、熱過載保護

      10kV/6kV電容器

      AM5-C

      兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護(告警演閘)、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護;

      10kV/6kV母聯

      AM5-B

      進線備投/母聯備投、兩段式過流保護、PT斷線告警;

      10KV/6RV PT監測

      AM5-U

      低電壓警吿、PT斷線吿警、過龜壓吿警、零序過壓吿警;

      10kV/6kV PT

      AM5-BL

      單母線分段系統的PT二次并列/解列控制


      進/饋線

      AM5SE-F

      三段式過流保護(帶方向、帶低壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電參量測量、獨立操作回路

      35kV


      AM5SE-D2

      兩圈變差動速斷保護、比例制動差動保護

      變電站

      35kV主變

      AM5SE-TB

      三段式過流保護(帶復合電壓、帶方向閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、間隙零序電流保護、零序電壓保護、過負荷保護、啟動通風、閉鎖有載調壓、斷路器遙控分合閘、故障錄波、全電量測量、獨立操作回路


      PT監測并列

      AM5SE-UB

      PT并列、低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警


      進/饋線

      AM5-F

      三段式過流保護(帶方向、帶低壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、三相一次重合閘、低頻減載、失壓保護、逆功率保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波


      廠用變

      AM5-T

      三段式過流保護(帶復合電壓閉鎖)、反時限過流保護、零序過流保護、過負荷保護、變壓器非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波


      大功率異步電機(2000kW以上)

      AM5SE-MD

      電機差動速斷保護、比例差動保護、啟動中過流一段保護、已運行定時限過流保護、過負荷保護、零序過流保護、過熱保護、堵轉保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、獨立操作回路、故障錄波、全電量測量

      10(6)kV

      開閉所

      異步電機

      AM5-M

      啟動中過流一段保護、已運行兩段式過流保護、反時限過流保護、過負荷保護、零序過流保護、啟動時間過長、堵轉保護、過熱保護、相序保護、低電壓保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波


      電容器

      AM5-C

      兩段式過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、不平衡電壓/電流保護、非電量保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波


      母聯

      AM5-B

      兩段式過流保護、反時限過流保護、后加速過流保護、進線備自投、母聯備自投、斷路器遙控分合閘、故障錄波


      PT監測

      AM5-U

      低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警


      PT并列

      AM5-BL

      不同母線段上PT二次信號的并列/解列控制





      應用場合

      型號

      保護功能

      系統解決方案

      10kV

      分配電所

      進饋線/廠用變

      PT監測

      AM4-I

      AM4-U

      三段式定時限過流保護、反時限過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、非電量保

      護、低電壓保護、過電壓保護、過負荷保護、斷路器遙控分合閘、故障錄波

      低電壓警告、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警

      3~35kV智能操裝置

      ASD200

      一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示(帶強制加熱)、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內照明控制、斷路器分合次數統計、RS485通信

      3~35kV智能操控裝置

      ASD300

      一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示(帶強制加熱)、遠方僦地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內照明控制、斷路器分合次數統計、全電參量測量、柜內電氣接點無線測溫、RS485通信

      3~35kV智能操控無線測溫一體化裝置

      ASD320

      一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示(帶強制加熱)、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、語音防誤提示、語音已帶電提示、柜內照明控制、斷路器分合次數統計、柜內電氣接點無線測溫、RS485通信

      0.4kV-35kV

      斷路器觸頭、銅排、電纜接頭無線測溫傳感器

      ATE100

      ATE200

      表帶式固定,電池供電,電池壽命不小于5年,測溫范圍-40^-125^,采集周期25s,發射周期4min,測量精度±2P,傳輸距離空曠10米

      ATE300

      扎帶捆綁固定,CT感應取電,啟動電流5A,測溫范圍采集周期15s,發射周期15s,測量精度±2P,傳輸距萬空曠100米

      3~35kV

      無線測溫收發器

      ATC200

      導軌式/螺絲固定,工作電源DC24V,可接收12個ATE200(ATE100)數據,帶RS485通信接口可將數據上傳到監控中心

      無線測溫收發器

      ATC400

      導軌式/螺絲固定,工作電源DC24V,可接收240個ATE300數據,帶RS485通信接口可將數據上傳到監控中心

      無線測溫裝置

      ARTM-Pn

      嵌入式安裝,工作電源AC/DC 1100/220V,可與ATE100.ATE200、ATE30。配合使用,安裝在高壓柜、低壓柜內測量多18點溫度;兩路無源溫度告警輸出;一路RS485通信接口可將數據上傳到監控中心

      無線測溫集中釆集觸摸屏

      ARTM-7062HT-(HI)

      嵌入式安裝,工作電源DC 24V,可與ATE100、ATE200.ATE300傳感器配合使用,安裝在高壓柜、低壓柜內測量多240點溫度;一路RS485通信接口可將數據上傳到監控中心

      電參量測量

      AEM96

      三相所有電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、大需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量(電壓、電流、功率)、開關量、報警輸RS485

      (MODBUS或DL/T645-2007協議)量測量

      電力監控系統

      Acrel-2000Z

      可建立配電網絡一次系統圖,模擬配電網絡運行,實現無人值班模式;根據順序事件記錄、波形記錄、故障錄波,協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題,盡量縮短停電時間;實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數,對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理。

      1. 結束語

      綜上所述,在電力系統中,人們對電力電子技術的研發已經越來越集中,并開拓出了國內國外的廣闊市場,這對電力的發展起到了關鍵性的作用。而在科技依舊不斷發展的今天,人們對電子系統中的電力電子技術的要求將會越來越高。因此,電力電子技術應該不斷更新變化,融入時代的新元素,以滿足社會大眾的需求,跟上時代的步伐,為我國的經濟與社會發展做出突出貢獻。

      參考文獻


      1. 高陽.通信電源監控系統在電力通信中的應用[J].電子世界,2018(17):201.

      2. 安科瑞電力監控與保護類產品選型手冊,2022.07.

      3. 安科瑞企業微電網設計與應用手冊,2022.05.


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