一、引言
隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，電力系統(tǒng)的生產力也在不斷的提升，企業(yè)對供電質量的要求也越來越高。然而，在這種大環(huán)境下，企業(yè)中的電力生產與運營所需要的成本所占的比重也開始大幅度上升。如何提高電力生產的效率，如何減少運營的損失，如何降低發(fā)電的成本，如何提高電力系統(tǒng)監(jiān)管的水平已經成為企業(yè)的一項重要任務。為此，合理化的供配電設計，高效可靠的電力監(jiān)控已經成為了石化企業(yè)發(fā)展的重點。本文主要就電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計進行分析，希望能夠為石化類電力監(jiān)控發(fā)展提供一定的幫助。
二、電力監(jiān)控系統(tǒng)構架
(1)現場監(jiān)控層主要由多功能繼電保護裝置、智能斷路器的微機單元、多功能電力網絡監(jiān)控儀表、開關量輸入/輸出模塊、可編程序控制器(ProgrammableLogicController，PLC)等監(jiān)控單元設備組成。這些裝置和模塊與一次設備對應配置，就地安裝于配電柜內。這些設備均帶有RS-485網絡通信接口，通過現場總線將相關設備連接起來，上傳信息至通信管理層。部分監(jiān)控單元不依賴網絡而獨立完成對監(jiān)控對象(一次設備)的保護、控制、監(jiān)測。另外視工程的需求，監(jiān)控單元可配置開關狀態(tài)顯示、運行參數、保護整定值、故障信息和事故記錄等功能。(2)網絡管理層處于現場監(jiān)控層與系統(tǒng)管理層之間，主要由現場管理機(數據采集器)、網絡服務器、以太網交換機、通信處理器等設備組成，主要任務是完成現場監(jiān)控層和網絡管理層之間的網絡連接、轉換和數據、命令傳輸與交換，通過以太網還可以實現與火災自動報警系統(tǒng)、建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的網絡通信，共享信息資源。(3)系統(tǒng)管理層通常配置高性能工業(yè)控制計算機、顯示器、打印機、不間斷電源(UninterruptiblePowerSupply，UPS)、報警器、動態(tài)模擬屏等，設置于電氣總控制室或值班室內，計算機內安裝控制軟件，將中間層傳來的現場控制設備數據通過人機界面的方式顯示，控制人員可發(fā)送命令給現場控制層設備，完成相應的操作和整定設置。
三、電力監(jiān)控的基本功能
3.1電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行離不開計算機及其各類型功能軟件的支持
電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要結合相關專業(yè)軟件對采集到的信息進行及時更新，而且還要充分利用網絡功能對軟件進行相關的升級處理，從而有效保證監(jiān)控系統(tǒng)軟件使用的靈活、可靠、高效以及數據信息的高速傳遞。基于電力監(jiān)控的優(yōu)勢所在，供配電設計獲取了良好的環(huán)境，并且，這給監(jiān)控同步以及多方監(jiān)控一方功能的實現打下了堅實的基礎。為此，電力監(jiān)控系統(tǒng)也可以打破常規(guī)的地域限制，充分利用監(jiān)控系統(tǒng)實現對供配電傳遞信息進行處理的目的。
3.2電力監(jiān)控系統(tǒng)具有數據遠程通信的功能
電力監(jiān)控系統(tǒng)可以通過監(jiān)控裝置的通信接口和光端機聯(lián)系，并利用光纖達到數據遠程通信的目的。并且，在監(jiān)控裝置內還可以安裝一個modem通信模塊，這樣就能夠利用固定的電話網絡進行撥號連接，從而訪問監(jiān)控裝置，實現遠程數據的采集。
3.3電力監(jiān)控系統(tǒng)集成停電抄表
如果發(fā)生停電事故或者相關的設備電源模塊出現故障的時候，有關工作人員時常會有讀取測控儀數據存儲器的需求。為此，電力監(jiān)控裝置通常應當設置備用電源接口，以便在任何情況下都可以獲取測控儀存儲的數據。并且，對于存儲器而言，其還應當具有靜態(tài)存儲的功能，這樣即使是遇到停電的情況，相關數據依然可以被有效保存，從而避免數據丟失現象的出現。
四、電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計分析
4.1監(jiān)控中心模塊
對于重點的工作內容制定適當的方案，以雙網雙機冗余技術為基礎，目的在于如何均衡網絡主機負載以及網絡流量。雙網雙機冗余配置的監(jiān)控中心的設計過程中是要通過網絡分層以及綁定虛擬IP地址等技術，更大程度上減少網絡上的擁擠程度，同時有益于達到網絡負荷均衡的目的。網絡分層就是通過對原有監(jiān)控網分成為監(jiān)控子網以及采集子網，把所采集的信息進行詳細的分類產生分層。監(jiān)控子站中所有的信息數據都會通過采集子網來進行融匯，形成中級的“熟數據”傳送到監(jiān)控子網上，從而達到實時監(jiān)控的目的，監(jiān)控子網傳輸的意義，就是對采集子網的“熟數據”；“虛擬IP地址綁定”相關的技術應用于數據的采集，通過對有關的數據進行主備雙網后，進行“虛擬”網絡組合成對外部可看見的IP地址以及網絡，這樣對于外部網絡來說，就是相當于有一個網段，這種工作方式；能使內部使用的網絡“協(xié)同”軟件將全面的對所承載的網絡流量進行平均分化；主機“協(xié)同”軟件的使用，對采集子網的主機通過進行分組，廠站信息分別用不同的機器進行處理，不僅能對數據處理的更加快速，降低誤差，同時至大可能的降低主機負荷度。兩臺數據服務器前置機的進程同時對數據進行處理，兩臺機器進行協(xié)同工作，而不是主備方式各自工作，能夠更好的降低主機的負荷度。
4.2電力監(jiān)控系統(tǒng)主機選擇
電力監(jiān)控系統(tǒng)主機直接決定了整個系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，應采用高性能的工業(yè)控制計算機，并配以穩(wěn)定的UPS。當變配電系統(tǒng)為一般的中小型系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求不高，建議采用單主機型式；當變配電系統(tǒng)為重要的大型系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求較高，建議采用雙主機在線冗余運行，互為備份，確保系統(tǒng)安全、可靠；當變配電系統(tǒng)中有部分特別重要的、對實時性控制要求高的監(jiān)控系統(tǒng)，可采用高可靠性的PLC直接對該部分編程控制。
4.3電力監(jiān)控系統(tǒng)與電能管理系統(tǒng)的關系
從監(jiān)控范圍來看，電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象是變配電所和發(fā)電機房的配電系統(tǒng)，而電能管理系統(tǒng)是除了上述系統(tǒng)以外，還需監(jiān)控整個建筑內需要計量的租戶、設備等電氣參數，范圍更廣。從監(jiān)控系統(tǒng)實時性要求來看，電力監(jiān)控系統(tǒng)數據通信的實時性和可靠性要求較高。而電能管理系統(tǒng)對數據通信的實時性和可靠性要求不高，而側重于數據存儲、數據統(tǒng)計和數據分析。因此在工程設計中，建議在變配電主系統(tǒng)中設計電力監(jiān)控系統(tǒng)，其功能除了滿足該系統(tǒng)的要求外，還應兼顧電能管理系統(tǒng)的需求，尤其關注系統(tǒng)的可靠性和實時性，然后將電力監(jiān)控系統(tǒng)采集到的電能參數打包上傳至電能管理系統(tǒng)。電能管理系統(tǒng)除了接收上述數據外，還需采集工程中其他區(qū)域所需計量的電能參數，而電能管理系統(tǒng)的網絡管理層對通信實時性和可靠性的要求相對較低，可節(jié)省投資。
五、安科瑞產品介紹
5.1概述
Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，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，可實現對變電站多方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站、穩(wěn)定、經濟運行提供了堅實的保障。
5.2 系統(tǒng)結構
Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計，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(huán)網網絡結構，根據用戶用電規(guī)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。
圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)組網方式
5.2.1 實時監(jiān)測
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信號；400V低壓進線回路電參量主要有：開關狀態(tài)、三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；400V低壓出線回路主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警、三相(單相)電流、三相功率。
5.2.2 詳細電參量查詢
在配電一次圖中，可以直接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。
5.2.3運行報表
查詢各回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
5.2.4 實時告警
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)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、事故跳閘等事件發(fā)出告警。系統(tǒng)還具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警。
5.2.5 歷史事件查詢
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
5.2.6 電能統(tǒng)計報表
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的報表體支撐量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。
5.2.7 用戶權限管理
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)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(如遙控的操作，數據庫修改等)。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5.2.8 電能質量監(jiān)測
安科瑞Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。例如配電系統(tǒng)維護人員可以通過諧波分析界面掌握配電系統(tǒng)的諧波含量，及時采取相應的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。
5.2.9 Web訪問
展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信、視頻切換到需要查看的界面。
實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的線纜溫度、電壓、電流、功率曲線信息。實時變壓器曲線可監(jiān)測變壓器的狀態(tài)，某天的電壓、電流、功率、用電量等曲線信息。接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括遙測、遙信等信息(遙信信號需要斷路供輔助觸點支持)，刷新的時間<=5s。能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比， 用電排名。運維管理-通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。
5.2.10 APP訪問
設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。
5.3 相關產品
六、結束語
總而言之，在石化企業(yè)中電力監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠、高效的監(jiān)控能力，是實現合理化供配電設計和電網安全運行的重要保障。保障電力監(jiān)控基本功能的充分實現，優(yōu)化現有的監(jiān)控方式，是保障供配電智能化處理，實現供配電系統(tǒng)控制的重要途徑，推動石化企業(yè)的發(fā)展。
