【摘要】：基于某大型電廠的分層分布式電能管理及開關狀態在線監測系統的實際案例,介紹了發電廠電能管理系統的開發情況、網絡結構及系統功能,探討了開關狀態在線監測技術的原理和實現,實際證明,系統通用生強、開放性和可維護性好。
【關鍵詞】：電能管理；開關狀態；在線監測
0. 前言
近年來我國經濟發展迅猛,電力供應缺口加大，引發了新一輪電力建設高峰。隨著西電東送、全國聯網、三峽水利工程等特大型工程的展開,裝機容量穩步增長,輸電容量進一步增加;另一方面，廠網分開的實現,使各電廠面臨著來自其它地區大型電源公司竟價上網的競爭壓力,電廠設備的管理水平上臺階是保持競爭力的必要條件。電能管理及開關狀態在線監測系統提高了發電廠用電管理的效率,提高了供電質量，節省了大量的人力、物力財力，其不斷完善是確保競爭力的硬件基礎。特別在設備狀態在線監測方面利用整個設備或者設備的某些關鍵部件的壽命特征,開發應用一種具有特殊用途的系統,并通過數據采集及數據分析來預測設備狀態發展的趨勢,使得維護只在需要時才安排,這樣,適時的維護能有效地避免因設備故障產生的意外停電，同時可縮短停電時間,降低維護費用,延長設備使用壽命,還可避免因維護中的疏忽而產生的故障。
1.系統開發及平臺
電能管理及開關狀態在線監測系統是基于西屋 PowerNet電能管理程序開發軟件推出的，系統操作平臺可建立在 Microsoft WindowsNT/2000/XP的操作系統平臺上，采用開放式TCP/IP結構發電廠現有的廠內局域網也可作為電能管理及開關狀態在線監測系統的中樞.系統的圖形化界面采用開放的、可擴展的人機界面 InTouch 軟件，允許用戶創建復雜而強大的操作員界面顯示，同時其分布式報警子系統很大地提高了信息質量系統通過Microsoft Access 數據庫將與電能管理及開關狀態在線監測有關的參數電流、電壓、電能采集數據故障數據、開關動作次數等取到管理系統的中間表中，然后進行統計、計算和分析,并存于數據庫中,可通過廠 MIS系統實現數據共享。
2.系統網絡結構實現
系統硬件結構按功能劃分為設備層和管理層,2 個相對獨立的層面之間通過通信介質采用分層分布式開放結構建立網絡連接,微機綜合測控、繼電保護單元分散布置于被控設備對象.所有控制、保護、測量、報警等信號均在就地單元內轉化成數據信號后經現場通信總線傳輸至主控室的監控計算機,各就地單元相互獨立,不相互影響。
2.1 設備層
設備層是由微機綜合測控、繼電保護單元組成的INCOM總線數據采集層。各功能單元分別實現開關配電設備狀態監視,電量采集、存儲、上傳、保護等功能.各功能單元間通過現場通信總線進行連接，總線采用以射頻調制方式傳輸的 INNCOM 專業工業通信協議.通信介質為普通屏蔽雙絞通信電纜,接線不分電壓極性.由于 INCOM 協議使用的是高頻信號,抗干擾能力優于傳統采用 RS-485RS-422 等傳送方式的總線系統,單條通信電纜的有效傳輸距離達 3 048 m,并可與動力、控制電纜一起敷設,不需專用的電纜通道，大大減少了聯網工作的成本和因干擾、衰減等因素造成誤碼的風險現場通信總線直接接入位于管理層的通信主機,并與監控計算機進行通信。除現場總線的通信方式外,設備層的功能單元還可通過以太網通信接口直接接入上層的局域網，與網內的監控計算機進行通信。
2.2 管理層
管理層為全部設備監視、測量、控制和管理的中心,由通信主機、現場或遠程監控計算機和 TCP/IP 協議局域網構成它包括一個以遠程電能監測和狀態監測為核心的開放式、可視化的操作平臺。設備監測采用 InTouch 圖形化軟件環境，為監控系統提供良好直觀的人機界面,支持用戶開發定制的圖形視圖;并依據設備狀態數據信息，按照不同用戶的個性化要求,動態顯示設備的運行狀態；且其數據訪問功能擴展到了外部元件/系統、歷史事件處理報警記錄以及報告和分析工具。
3.系統功能
3.1能量消耗監控
系統能準確統計全廠的用電負荷情況，并采集各用電設備的電能參數,為用戶提供相應的負荷分析曲線。除電能參數外,其它電量如電流電壓、頻率功率因數、大值和小值、諧波等,都能實時上傳到監控中心進行顯示和存入數據庫，大大減少傳統的抄表和分析的工作量。
3.2電能質量分析
系統對配電系統中的電壓,諧波及功率因數等反映電能質量的參數進行實時監測,及時對將要出現的電能質量問題發出報警。
3.3 運行監視
系統的運行狀況可通過文字、表格、圖像、聲、光等方式為值班人員及時提供配電系統安全監控所需要的全部信息例如用戶的配電系統以彩色圖形顯示在管理計算機的屏幕上,包括:配電系統的系統單線圖、配電室的平面布置圖、開關柜的面板圖等可直觀地顯示開關柜外形并隨時調出具體設備的面板圖,進行主單元控制。在單線圖狀態下可形象實時地顯示系統中設備的通,斷狀態及運行參數，并在發生報警時彈出提示窗口系統配置廠用電高壓斷路器微機綜合變壓器保護裝置。電動機保護裝置及微機測量儀表和 PT 柜微機測量儀表,實現高壓廠用電系統的保護和電能測量；在汽輪機控制中心、鍋爐控制中心配電盤上安裝微機測量儀表實現電能測量；監控計算機設置于機組集控室,由運行維護人員進行系統監視；輸出廠用電系統有功電量報表,通過廠內局域網的網絡電纜,將廠用電系統電量數據傳至發電廠計算機中心服務器,在發電廠的 Intermet 主頁上瀏覽電量數據電能管理及開關狀態在線監測系統通過現場有效的數據采集、傳輸和上述靈活的用戶界面為電廠設備管理人員提供如下運行監視功能：
1.報警按系統實際需要,通過簡化配置和顯著改進報警處理性能,任何硬件設備均集成到 InTouch 圖形環境中并采用分布式報警子系統很大地提高了信息質量。用戶可在某些事件發生或保護動作時自動發出報警，一般可設置在以下情況發出報警：開關量突變(如保護跳閘動作)斷路器位置錯誤模擬量超過整定值等每個報警均有時間、報警信息及確認狀態顯示,通過對話框和易于使用的圖形用戶界面可輕松實施報警配置。
2.設備動作事件記錄.系統中所有動作事件,如繼電保護動作、斷路器操作等均可自動打印及存入系統硬盤記憶。
3.4 開關設備狀態監測
傳統的定期檢修存在試驗周期長、強度大和有效性差等缺點,難以滿足電力系統對可靠性的要求,以狀態檢修逐步代替定期檢修已成為電力系統設備檢修的必然趨勢實現狀態檢修的前提條件是實現設備狀態在線監測，系統匯總INCOM總線裝置在線連續檢測的有關開關設備運行狀況特征信息并存儲到數據庫中,并根據廠用高壓開關的設備特征如累積開斷容量、開關動作次數、真空度等參數,通過對歷史趨勢數據的統計、分析、顯示及標準報表的輸出,判斷開關的運行狀態,顯示開關設備的絕緣壽命和機械壽命。專家也可查閱狀態監測軟件包對開關動作和故障事件的診斷分析過程和結果,實現對設備故障的智能診斷,有效避免意外事故的發生。
3.5修改測控保護單元的設定值
可在系統監控計算機上對設備層的測量儀表或繼電保護裝置的各項設定值、保護定值等進行在線修改，修改后的定值將直接回傳給對應的裝置進行儲存。
3.6故障診斷
對系統運行中發生的斷路器跳閘、電動機起動過載等事件,系統在記錄、顯示這些事件發生的時間順序的同時,還可將故障錄波數據及波形反應到監控屏幕上，為故障的查詢及處理提供便利。
4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
4.1概述
用戶端消耗著整個電網80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。
4.2應用場所
（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；
（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；
（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；
（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；
（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。
4.3系統結構
4.4系統功能
1）實時監測
系統人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數、電能等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態，以及有關故障、告警等信號。
2）電能統計報表
系統以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。
3）詳細電參量查詢
在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變為手形，鼠標單擊可查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。
4）運行報表
系統具有實時電力參數和歷史電力參數的存儲和管理功能，所有實時采集的數據、順序事件記錄等均可保存到數據庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數、時間或選擇查詢更新的記錄數據等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據用戶要求導出PDF格式文件。
5）變壓器運行監視
系統對配電系統總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態進行在線實時監視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。
6）實時報警
系統具有實時報警功能，系統能夠對配電回路斷路器、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件進行實時監測，并根據事件等級發出告警。系統報警時自動彈出實時報警窗口，并發出聲音或語音提醒。
7）歷史事件查詢
系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
8）電能質量監測
系統可以對整個配電系統范圍內的電能質量進行持續性的監測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監測功能的電力儀表，不需要可刪除。
9）遙控操作
系統支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統自動生成操作記錄，記錄內容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現該功能需要斷路器本身具有電操機構及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。
10）用戶權限管理
系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如配電回路名稱修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
11）通訊狀態圖
系統支持實時監視接入系統的各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現場各設備的通訊狀態，及時維護出現異常的設備，保證系統的穩定運行。
12）視頻監控
視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。
13）用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析。
14）APP支持
電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環比、電能質量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。
4.5系統硬件配置清單
5結語
發電廠電能管理及開關狀態在線監測系統及時準確反映發電廠輔助設備的運行信息和開關狀態，隨著分層分布式電能管理及開關狀態在線監測系統應用的不斷成熟，系統向檢測單元模塊化、接線和網絡結構的簡單化發展,使電廠能更合理地安排檢修，減少無針對性的停電試驗，提高管理效率,獲取更大的經濟效益。
【參考文獻】
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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2022.05版
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