【解決方案】在太陽能電池工廠中電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與分析

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0 引 言

  隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的用戶開始重視智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，近幾年電力監(jiān)控系統(tǒng)給人們帶來的節(jié)省人力成本、提高工作效率、提高生產(chǎn)安全可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)人士的一致認(rèn)同。太陽能電池工廠生產(chǎn)工藝復(fù)雜，動(dòng)力配套設(shè)施龐大，對供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及無人值守、縮小故障影響范圍提出更高的要求；同時(shí)，太陽能電池工廠還具有高能耗的特點(diǎn)，對能源管理也有較高要求。所以，電力監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。本文結(jié)合某大型太陽能電池工廠一期變電站工程的工作，簡要介紹該工程電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施情況。
  該工程全廠占地面積4.8萬m²,建筑面積19.2萬m²,主要建筑為主廠房和綜合動(dòng)力站及若干輔助建筑物，主廠房長400m,寬90m,共四層；綜合動(dòng)力站長90 m,寬45m,共二層；全廠用電設(shè)備裝設(shè)容量29.8 MW。一期工程在主廠房和綜合動(dòng)力站內(nèi)共設(shè)置6個(gè)變電站，其中1號站、2號站、3號站在主廠房一層。變電站主要設(shè)備有26臺10 kV開關(guān)柜、14臺變壓器、99臺0.4 kV配電柜、3套直流屏、2臺柴油發(fā)電機(jī)組等，各變電站內(nèi)均為后期工程預(yù)留足夠設(shè)備安裝位置。

1電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
  變電站內(nèi)主要設(shè)備均納入電力監(jiān)控系統(tǒng)范圍，該工程在綜合動(dòng)力站一層設(shè)置有控制室，即電力監(jiān)控系統(tǒng)的主站。電力監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)按變電站劃分為6個(gè)部分，分別建立各自的監(jiān)控分站，管理就近的供配電設(shè)備，同時(shí)將這些分站的數(shù)據(jù)信號發(fā)送到建在控制室的主站監(jiān)控中心，以便實(shí)現(xiàn)控制分散、管理集中、整體運(yùn)行管理智能化的要求。各分站間采用光纖形成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，l號光纖、3號光纖、4號光纖、5號、6號光纖沿室內(nèi)電纜橋架敷設(shè)，2號光纖沿埋地排管敷設(shè)，7號光纖沿室外電纜橋架敷設(shè)。全廠各分站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D.如圖1所示。

  為了確保供配電系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠、管理高*，該工程采用可靠的綜合繼電保護(hù)產(chǎn)品、采取遠(yuǎn)程終端技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、電力管理軟件產(chǎn)品等形成“變電站PowerLogic電力監(jiān)控系統(tǒng)”。整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)都著眼于高可靠性、高實(shí)用和高擴(kuò)展性，為實(shí)現(xiàn)變電站科學(xué)化、智能化管理提供了可靠的平臺。
  為了達(dá)到系統(tǒng)要求的功能綜合化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化，設(shè)計(jì)為每個(gè)監(jiān)控站采集10 kV高壓系統(tǒng)的電源電壓、電流、頻率、有功電度、無功電度及開關(guān)運(yùn)行、故障狀態(tài)；監(jiān)測變壓器的溫度狀態(tài)；以及0.4 kV低壓配電系統(tǒng)的電源電壓、電流、功率因數(shù)、各總斷路器及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的運(yùn)行及故障跳閘狀態(tài)，遠(yuǎn)程分合閘控制；同時(shí)實(shí)時(shí)檢測站內(nèi)直流屏設(shè)備的運(yùn)行情況；監(jiān)測柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，監(jiān)測電流、電壓、頻率、功率因數(shù)及轉(zhuǎn)速、溫度、油壓等狀態(tài)。
2系統(tǒng)功能
（1）記錄包括：遙測超越記錄、遙信記錄、事件順序記錄、具有自動(dòng)投切設(shè)備的投停記錄、柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)、停止記錄；操作記錄。

（2）事件順序記錄：事故發(fā)生時(shí)，在比較高的時(shí)間精度記錄下發(fā)生位置、設(shè)備編號、時(shí)間、動(dòng)作保護(hù)名稱、故障參數(shù)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻。

（3）操作記錄：設(shè)備控制、設(shè)備編號、時(shí)間、性質(zhì)、操作人、監(jiān)護(hù)人；保護(hù)名稱、修改時(shí)間、操作人、監(jiān)護(hù)人。
2.1人機(jī)界面設(shè)定
（1）電氣接線圖及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)畫面顯示：全廠供電系統(tǒng)圖、各變電站10 kV接線圖、直流屏接線

圖，0.4 kV接線圖。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的各種報(bào)表、曲線等的顯示、各種參數(shù)的在線設(shè)置和修改、控制操作檢查和閉鎖。負(fù)荷趨勢見圖2。

圖2 負(fù)荷趨勢圖
（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的調(diào)用菜單、引導(dǎo)圖、各種報(bào)表、畫面、表格等生成的工具俱全.1號站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示

（4）報(bào)警：報(bào)警具有聲響、閃光、語言等方式。
2.2 操作控制功能

（1）10 kV系統(tǒng)：斷路器，負(fù)荷開關(guān)的分、合閘控制、主變壓器有載分接頭調(diào)節(jié)，操作防止誤閉領(lǐng)功能。

（2）0.4 kV系統(tǒng)：每臺變壓器低壓總進(jìn)線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器及重要斷路器的分、合閘控制及防誤操作閉鎖。

2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理功能

（1）10 kV系統(tǒng)：對繼電保護(hù)中各種限值、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視及報(bào)警處理、閉鎖和解除；直流電源狀態(tài)。

（2）對系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視；運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)、電量累加、分時(shí)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表統(tǒng)計(jì)，*大值、*小值、負(fù)荷率、各種事故的統(tǒng)計(jì)，歷史數(shù)據(jù)庫的顯示與存儲。
2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能

（1）遙測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：母線電壓、線路電流、功率、電度、變壓器溫度等。

（2）遙信包括斷路器的位置，柴油發(fā)電機(jī)狀態(tài)等。

（3）保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)、動(dòng)作記錄等數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
  該工程電力監(jiān)控系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：設(shè)備層，采用Modbus RS-485現(xiàn)場總線技術(shù)；通信管理層，實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)壓縮；監(jiān)控管理層，即計(jì)算機(jī)監(jiān)控層。
3.1 設(shè)備層

  采用Modbus RS-485現(xiàn)場總線，通訊介質(zhì)采用多層屏蔽RS485雙絞線，傳輸帶寬可達(dá)38.4 kh/s,傳輸距離可達(dá)1200 m?，F(xiàn)場采集設(shè)備主要為施耐德SEPAM系列的綜保設(shè)備SEPAMS20、MT斷路器、多功能電力監(jiān)測儀表以及直流屏、柴油發(fā)電機(jī)組通信模塊等，均帶有標(biāo)準(zhǔn)RS-485通信接口，并且都采用相同的Modbus通信協(xié)議，互相連接形成RS-485的總線網(wǎng)絡(luò)。在電力監(jiān)控軟件上可以直接顯示出現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，從而達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)測、管理、控制的目的。

3.2通信管理層

  由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、通信服務(wù)器、多串口服務(wù)器及通信設(shè)備柜等構(gòu)成，它連接設(shè)備層和計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理、壓縮，通過10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)RJ45 UTP接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理層連接。多中口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)充，16條串口實(shí)現(xiàn)*多512個(gè)現(xiàn)場智能設(shè)備的連接，隨時(shí)可將附屬的供配電設(shè)備信息接入本系統(tǒng)。通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的高速轉(zhuǎn)換，同時(shí)壓縮數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)傳輸帶寬，提高數(shù)據(jù)吞吐量。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)支持多臺主機(jī)同時(shí)對其進(jìn)行訪問，TCP/IP通信方式開放、靈活，便于靈活構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。為分站和總站通信設(shè)備均配置UPS作為備用電源，提高系統(tǒng)可靠性。以上通信設(shè)備以及UPS電源、過電壓保護(hù)設(shè)備等一*化布置在通信設(shè)備柜內(nèi)，整潔美觀?，F(xiàn)場運(yùn)行圖見圖4、圖5。

3.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理層

  由管理控制局域網(wǎng)以及監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控管理軟件構(gòu)成。監(jiān)控主機(jī)采用高性能、高可靠性、大容量存儲器的品牌計(jì)算機(jī)，配置大屏幕高分辨率顯示器，安裝中文Micrusoft Windows NT實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，電力監(jiān)控軟件采用電力監(jiān)控組態(tài)軟件，它內(nèi)置強(qiáng)大的圖形功能、數(shù)據(jù)顯示功能、報(bào)警功能、歷史數(shù)據(jù)記錄分析功能、報(bào)表功能等；內(nèi)嵌編程語言，可以編制各種功能強(qiáng)大的智能管理軟件，實(shí)現(xiàn)用戶對配電系統(tǒng)的科學(xué)化、智能化管理的要求。

4系統(tǒng)特點(diǎn)

  系統(tǒng)特點(diǎn)如下：整體性能力很強(qiáng)，完整解決方案；科學(xué)管理，節(jié)約成本；結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品系統(tǒng)安全可靠；組網(wǎng)靈活，通用性強(qiáng)；操作簡單，免維護(hù)；接口規(guī)范，安全擴(kuò)展；監(jiān)控軟件具有良好的自診斷與自恢復(fù)功能。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1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*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)對變電站全*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(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

5.2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)。

5.3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。

5.4系統(tǒng)功能

（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。

（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。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

（4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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)。

（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。

（11） 遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

（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。

（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。

（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。

（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結(jié)語

   該工程電力監(jiān)控系統(tǒng)驗(yàn)收投運(yùn)后，實(shí)際運(yùn)行情況達(dá)到預(yù)期效果，得到了使用方的滿意評價(jià)。其便利及實(shí)用性主要反映在以下幾個(gè)方面：工作人員可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為優(yōu)化電力設(shè)備運(yùn)行提供了有效參考，對現(xiàn)場的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去到現(xiàn)場記錄的繁瑣工作，效率提高，實(shí)現(xiàn)了無人值守智能變電站的目標(biāo)；形成了一個(gè)基礎(chǔ)的能源管理系統(tǒng)，可以完成對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線的采集、計(jì)算、分析及處理從而實(shí)現(xiàn)對能源物料平衡、調(diào)度與優(yōu)化、能源設(shè)備運(yùn)行與管理等方面發(fā)揮著重要的作用；由于全廠工程龐大而分期實(shí)施，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為后期預(yù)留了充足的接口，使用方在后期實(shí)施的擴(kuò)容工程中得到了很大的便利。

  該項(xiàng)目存在各變電站內(nèi)部兩臺變壓器互相備用、變電站之間變壓器互相備用的情況，0.4 kV進(jìn)線和母聯(lián)MT斷路器間互投關(guān)系復(fù)雜，在方案設(shè)計(jì)階段需要充分理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，明確各斷路器間的投切邏輯關(guān)系，以指導(dǎo)硬件連接和軟件編寫。在電力系統(tǒng)正式投運(yùn)前還進(jìn)行了聯(lián)動(dòng)調(diào)試進(jìn)行驗(yàn)證，這是該電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施的難點(diǎn)。

  由于電力監(jiān)控系統(tǒng)屬于智能化供配電系統(tǒng)的一部分，其集成度相當(dāng)高，工程移交前編寫了用戶操作手冊，并組織使用人員進(jìn)行了3天的理論培訓(xùn)和上機(jī)培訓(xùn)，對疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的講解，讓使用人員對電力監(jiān)控系統(tǒng)的操作有了深入了解的同時(shí)，也使該系統(tǒng)在以后的運(yùn)行中功能得到充分利用奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] DL/T5003-2005電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] IEC870-5-101遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約[S].

[4] IEC870-5-103繼電保護(hù)信息接口標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 刁先強(qiáng).楊志鋒.冉科.某大型太陽能電池工廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施

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