安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：電力監(jiān)控系統(tǒng)是工業(yè)以太網(wǎng)的典型應(yīng)用，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測控制設(shè)備輔助電子廠房管控電力資源供應(yīng)系統(tǒng)，具有通信速度快、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)。文章以電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)為核心，闡述了電子廠房的電力監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，剖析了電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，并對電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了進(jìn)一步分析。 

關(guān)鍵詞：電子廠房；電力監(jiān)控系統(tǒng)；多線程采集

0引言

近幾年，電子廠房對電力資源供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性提出了更高的要求，電子廠房電力系統(tǒng)管理也邁 入了信息化、集中化階段。根據(jù)電子廠房的生產(chǎn)管理要求，在 廠房電力資源供應(yīng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)、安裝電力監(jiān)控系統(tǒng)，已成為 解決電力企業(yè)在電力系統(tǒng)平穩(wěn)應(yīng)用方面的基本需求問題、擺脫窘迫境遇的必然舉措。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)在電子廠房中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目主體為一個(gè)變電所,負(fù)責(zé)對變電所內(nèi)0.4kV、10. OkV配電系統(tǒng)中的電力能源進(jìn)行管控。 即在廠房監(jiān)控系統(tǒng)的輔助下，完成變電所運(yùn)行管理以及對廠 房物業(yè)、配電維護(hù)作業(yè)。電力能源配置模塊主要能源耗費(fèi)回 路測量任務(wù)的完成主要通過對照工礦企業(yè)、電力系統(tǒng)、公共 設(shè)施、智能設(shè)備的電力能源監(jiān)控需求,進(jìn)行以ACR系列多功 能電能表為基本單元的網(wǎng)絡(luò)電力儀表的設(shè)計(jì)，需要具備有 功功率、三相電壓、頻率、無功功率、電流、無功電度、功率因 數(shù)、有功電度等常規(guī)電路參數(shù)測量功能。同時(shí)經(jīng)具有兩路光電 隔離開關(guān)量的輸入節(jié)點(diǎn)，配合智能斷路器，實(shí)現(xiàn)斷路器的遙信操控。

2電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)用技術(shù) 

2.1多線程采集技術(shù)

多線程數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要是面向大量用戶，利用多線程機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)釆集，可提高系統(tǒng)資源利用率、執(zhí)行效率, 彌補(bǔ)簡單輪詢法的應(yīng)用缺陷。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 釆集層主要涉及了電力數(shù)據(jù)采集主線程、線程、數(shù)據(jù)釆 集線程三個(gè)線程。其中電力數(shù)據(jù)釆集主線程主要是通過數(shù)據(jù)庫讀取電力黑匣子IP地址（Internet Protocol Address,網(wǎng)際協(xié)議地址）、序列號、端口等配置信息后存入內(nèi)存,同時(shí)創(chuàng)建數(shù)據(jù)釆集、線程，并將遠(yuǎn)程開關(guān)控制、配置文件讀寫等 定義在主線程內(nèi)；線程主要是根據(jù)電網(wǎng)IP地址資源緊缺導(dǎo)致的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址不穩(wěn)現(xiàn)狀，以上位機(jī)、黑匣子間 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為主導(dǎo)，以黑匣子重啟時(shí)刻為本級序列號發(fā)送依據(jù)，直至接收到上位機(jī)確認(rèn)信息為止；數(shù)據(jù)釆集線程主要是遠(yuǎn)程向電力黑匣子請求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。即在定義數(shù)據(jù)釆集 子線程力度的前提下，經(jīng)多線程管理器，將配置信息列表劃分為長度與釆集力度一致的若干個(gè)子列表。逐次類推，直至完成對全部數(shù)據(jù)的一次性釆集。

2.2狀態(tài)診斷技術(shù)

電力狀態(tài)診斷技術(shù)主要是以輸電線路、變壓器等電力元器件故障實(shí)時(shí)診斷為目標(biāo)，將電力系統(tǒng)的狀態(tài)劃分為檢查、 正常、緊急、注意幾個(gè)等級，允許相應(yīng)權(quán)限等級內(nèi)管理者對整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并査看系統(tǒng)具體細(xì)節(jié)。同時(shí)依據(jù)系統(tǒng)指數(shù)化描述的思想,通過品質(zhì)指數(shù)（功率因數(shù)、頻率、電壓波形畸變 率等）、安全指數(shù)（過電流、變壓器溫度、漏泄電流、過電壓、高 壓線路溫度等）、綜合指數(shù)（能源、安全、品質(zhì)加權(quán)計(jì)算）、能源 指數(shù)（平均功率因數(shù)、使用電力量、無效電力損失、變壓器損 失等）的分析，判定每一項(xiàng)電力指數(shù)是否位于正常區(qū)間內(nèi)。

3電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

3.1電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),主要釆用分層模塊化思想，設(shè)計(jì)含系統(tǒng)應(yīng)用層（權(quán)限管理、電子地圖、報(bào)警現(xiàn)況、客戶管理、環(huán)境設(shè)置、分析預(yù)測、日常運(yùn)轉(zhuǎn)）、用戶接入層（平臺服務(wù)、客戶服務(wù)）、物理層（電力黑匣子）、數(shù)據(jù)釆集層 （通信連接*消息訪問-數(shù)據(jù)釆集）的軟件體系結(jié)構(gòu)同時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)對象之間的關(guān)聯(lián)程度,遵循*'高內(nèi)聚合、低度耦合" 的理念，將電力監(jiān)控系統(tǒng)劃分為若干個(gè)耦合度低、結(jié)構(gòu)清晰 的子模塊，降低后期維護(hù)管理難度。比如，數(shù)據(jù)釆集層可以通 過通信連接模塊與電力黑匣子進(jìn)行通信連接的構(gòu)建,而消息訪問封裝則可以與電力黑匣子之間進(jìn)行信息交互。

圖1電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括電量遙測、參數(shù)抄表、歷史查詢、遙信報(bào)警幾個(gè)部分其中電量遙測主要根據(jù)低壓配電二次圖,遠(yuǎn)端測量電流、頻率、電能、功率、三相電 壓、功率因數(shù)等電參量，同時(shí)根據(jù)配出回路的三相電流，實(shí)時(shí) 顯示開關(guān)合閘運(yùn)行狀態(tài)、分閘運(yùn)行狀態(tài)、通信故障報(bào)警以及 斷路器變位報(bào)警信號，以便廠房管理者可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決故障。參數(shù)抄表主要是以低壓各出線回路電參數(shù)為對象，在其進(jìn)線時(shí)，進(jìn)行任何時(shí)刻的三相電流、變壓器溫度、有功電度、有功功率數(shù)值査詢。同時(shí)將回路名稱與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián),便于數(shù)據(jù)導(dǎo)出、名稱更改及報(bào)表打印。歷史查詢主要是選擇任意時(shí)間段,對電度累計(jì)數(shù)值進(jìn)行 査詢。遙信報(bào)警主要是在監(jiān)控低壓各出線回路開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、 負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控的過程中，以負(fù)載越限、開關(guān)變位為指標(biāo)，弾出 含具體報(bào)警位置、聲音的報(bào)警界面。對于負(fù)載越限而言，廠房管理者可以根據(jù)現(xiàn)有權(quán)限,査詢歷史記錄，進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的自由設(shè)置。具體如表1所示。

3. 3電力監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫

考慮到電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)后期維護(hù)開發(fā)需要，可以在構(gòu)件化設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，單獨(dú)開發(fā)具有較高相關(guān)性的軟件構(gòu)件，并在各構(gòu)件間設(shè)置接口，便于同步調(diào)用図。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括客戶信息管理（定義客戶、信息査詢、客戶維護(hù)）、報(bào)警管理（報(bào)警、歷史査詢）、診斷管理（自我診 斷、電力狀態(tài)診斷）、日常運(yùn)轉(zhuǎn)（實(shí)時(shí)監(jiān)控、系統(tǒng)圖）、黑匣子通 信管理（配置數(shù)據(jù)讀寫、采集、交互）、設(shè)備管理（虛擬儀表定 義、查詢）、數(shù)據(jù)處理（報(bào)警計(jì)算、數(shù)據(jù)解析、電力狀態(tài)解析）、通訊連接（上位機(jī)、下位機(jī)無線通信）、標(biāo)準(zhǔn)信息管理（參數(shù)標(biāo) 準(zhǔn)、指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義及管理）、管理員維護(hù)、文件服務(wù)（配置文件 解析、功能更新）等幾個(gè)業(yè)務(wù)構(gòu)件。各業(yè)務(wù)構(gòu)件之間存在一定 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，但關(guān)聯(lián)程度具有較大差異。其中數(shù)據(jù)處理模塊與其他業(yè)務(wù)構(gòu)件具有最多關(guān)聯(lián)關(guān)系，是核心構(gòu)件，可以保障系統(tǒng)應(yīng)用展示層中電力數(shù)據(jù)的基本來源一定。

根據(jù)電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)構(gòu)件間依賴關(guān)系，可以初步確定系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)表，經(jīng)過編碼后，可以形成完 整的數(shù)據(jù)庫。比如黑匣子數(shù)據(jù)表、客戶數(shù)據(jù)表等代表電力系 統(tǒng)中物理設(shè)備的數(shù)據(jù)表，可以展示電力設(shè)備間交互干系，存 儲相關(guān)配置信息、電力設(shè)備基本信息；而系統(tǒng)圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表 則用于存儲系統(tǒng)中經(jīng)過計(jì)算、分析、處理的電力信息,為報(bào)表 預(yù)測提供依據(jù)。

4安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

4.1概述

針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)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(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2應(yīng)用場所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

5.系統(tǒng)功能

5.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

5.2 電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

5.3 曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

 5.4 運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備zhiding時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

5.5 實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

 5.6 歷史事件查詢：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

 5.7 電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

 5.8 用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

 5.9 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

 5.10 電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

  5.12 故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

5.13 事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

 5.14 Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.15 APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

6.系統(tǒng)硬件配置

7總結(jié)

電力監(jiān)控系統(tǒng)是電子廠房電力資源管理的主要工具之 一,可以依靠現(xiàn)場監(jiān)控儀器實(shí)時(shí)面向電力回路收集數(shù)據(jù),為 電子廠房的連續(xù)平穩(wěn)、可靠運(yùn)行提供支持。因此，技術(shù)人員應(yīng) 依據(jù)電子廠房平面分布，從低壓配電線路、高壓配電線路、 UPS系統(tǒng)等方面,進(jìn)行監(jiān)控模塊的規(guī)劃及構(gòu)件關(guān)聯(lián)方式的選 擇。隨后依據(jù)配電屏組成，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控要求，確定最終通信 方案，為電力系統(tǒng)信息的集中管理提供支持。

參考文獻(xiàn)

[1]張健.電力監(jiān)控系統(tǒng)在廠房電力工程中的應(yīng)用研究建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（011）:2780-2780.

[2]吳澤君.電廠電氣管理監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018（015）:121-122.

[3]曹誠.探究電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)[J],電子樂園,2019（34）:0004-0004.

[4]王yi,歐麗電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.