寧波慈溪城北水廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

安科瑞 張徐榕

摘要：隨著電力使用途徑的不斷拓寬以及復(fù)雜程度的目益提升，隨著企業(yè)改革的不斷深入，加強(qiáng)了對于電力系統(tǒng)的重視,對用配電管理的現(xiàn)代化水平要求越來越高，力求借助監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到對于電力系統(tǒng)運(yùn)行的有效掌控，進(jìn)而避免各種問題的產(chǎn)生，以提升電力應(yīng)用的安全性、暢通性、穩(wěn)定性。在滿足同樣用電功能的同時，實現(xiàn)用電和設(shè)備危險預(yù)警、減少電量消耗和電力需求，達(dá)到安全用電、節(jié)約資源，實現(xiàn)“安全用電、經(jīng)濟(jì)用電、有序用電、智能用電”的用電目標(biāo)。本文通過寧波慈溪城北水廠項目中的變電所的應(yīng)用介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)在自來水廠領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：電力系統(tǒng)；水廠；監(jiān)控系統(tǒng)；配電監(jiān)測；

0 引言
  配電自動化，是一項集計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)。其目的是提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，向用戶提供服務(wù)，降低運(yùn)行費用，減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。
  隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)增長，各種新型負(fù)載不斷涌現(xiàn)，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量問題，同時也對電能質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的要求。用戶需要更加有效的電力監(jiān)控管理解決方案來應(yīng)對上述變化帶來的挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)配電系統(tǒng)持續(xù)可靠、高效低耗的運(yùn)行。本文通過對寧波慈溪城北水廠項目電力監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用。

1 項目概述及建設(shè)目標(biāo)
  信息時代的到來，要求不間斷供電的設(shè)備越來越多，給供電提出了更高的要求。停電或限電會導(dǎo)致減產(chǎn)，而忽然的停電則會危害工廠的重要設(shè)備。落后的人工配電方式，針對現(xiàn)代化的制造業(yè)是不適用的。只有實現(xiàn)配電自動化，才可能限度地提高供電質(zhì)量，滿足人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髋c生產(chǎn)的需要。實現(xiàn)配電站自動化可提高供電的可靠性。實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化，可減少故障次數(shù)，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復(fù)供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據(jù)。
  現(xiàn)寧波慈溪城北水廠為響應(yīng)節(jié)能減排政策故對低壓等級配電做升級改造。為保證該設(shè)施供配電可靠故配置電力監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測并保存數(shù)據(jù)以便后期管理。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
  在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，要充分考慮客戶的實際需求，以及電力系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的實際載荷能力等因素，進(jìn)而合理的選擇監(jiān)控設(shè)備，這既有利于減少系統(tǒng)運(yùn)作的成本，同時也有利于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。
  本項目的電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對站內(nèi)配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。另一方面，電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確的表示出回路的用電狀況，它還具備網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，能夠與計算機(jī)、串口服務(wù)器等設(shè)備進(jìn)行組合，及時的顯示站內(nèi)各個配電回路的運(yùn)作狀態(tài)，當(dāng)站內(nèi)電力系統(tǒng)的負(fù)載越標(biāo)時，電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電力監(jiān)控系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關(guān)人員分析站內(nèi)各部分的用電狀況，使站內(nèi)的用電活動更加安全，從而保證廠區(qū)內(nèi)人員的生命安全，提高車間工作人員的工作效率。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 依據(jù)寧波慈溪城北水廠的配電情況分布情況，在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、現(xiàn)場設(shè)備層。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示：

  站控管理層管理人員與計算機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互的直接窗口，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況，是系統(tǒng)的上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級計算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。
  通訊層使用的設(shè)備為串口服務(wù)器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
  現(xiàn)場設(shè)備層主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于電參量采集測量的安科瑞PZ系列的儀表等，也是構(gòu)建該配電系統(tǒng)必要的基本組成元素。現(xiàn)場配置PZ系列電能表，實現(xiàn)低壓回路三相電流、三相電壓、頻率、功率、四象限電能等電參量監(jiān)測；并對每個回路斷路器分合閘狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
  電力監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠及時的對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并迅速傳遞操作指令，是實現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)各項功能的基礎(chǔ)。把現(xiàn)場每個設(shè)備就地與總線連接，之后在把各條總線全部接入通訊網(wǎng)關(guān)，來實現(xiàn)與主機(jī)的傳遞。
2.3監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設(shè)計
  系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進(jìn)行設(shè)計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統(tǒng)運(yùn)行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；報表查詢與打印；系統(tǒng)負(fù)荷實時、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。
2.3.1數(shù)據(jù)的采集與處理
  數(shù)據(jù)采集主要包括模擬量以及開關(guān)量的采集。模擬量的采集主要是對線路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等信息進(jìn)行采集，開關(guān)量的采集則主要是對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等設(shè)備的工作狀態(tài)，以及斷電保護(hù)、運(yùn)行故障等報警信息進(jìn)行采集，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動化化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。

2.3.2數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計
 電力監(jiān)控系統(tǒng)以豐富的數(shù)據(jù)報表體現(xiàn)計量體系的完整性。系統(tǒng)具備各回路定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)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追溯，維護(hù)計量體系的正確性。

2.3.3報警信息設(shè)置及查詢
 電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能主要就是對斷路器分合狀態(tài)以及保護(hù)動作的前后順序進(jìn)行記錄，它要求系統(tǒng)中必須有足夠的內(nèi)存空間，進(jìn)而長時間的、大量的對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄和存儲。其次，電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄功能也包括對故障信息的記錄，即對故障發(fā)生時的實時電流、實時電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲。電力監(jiān)控系統(tǒng)能通過管理人員對電壓、電流及功率的設(shè)置，從而實時監(jiān)測配電情況，是否出現(xiàn)短路或者超負(fù)荷等情況，便于工作人員解決。 

2.3.4用戶權(quán)限管理

  電力監(jiān)控系統(tǒng)為了本項目系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理通過可靠的安全保障。

3供配電設(shè)計中應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)的意義
  綜上所述，電力監(jiān)控系統(tǒng)能有效的提高現(xiàn)場工作效率，極大縮短斷電時間。通過對電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置，工作人員可以在短時間內(nèi)做出正確的判斷并進(jìn)項操作。同時現(xiàn)場人員可以同步了解電能流量狀態(tài)，比如檢查電網(wǎng)運(yùn)行是否平衡等。在全面了解電網(wǎng)狀態(tài)的情況下，工作人員能及時、準(zhǔn)確的處理故障。及時工作人員不在現(xiàn)場，也可以系統(tǒng)發(fā)短信至值班人員，從而獲得及時信息。根據(jù)系統(tǒng)反映的設(shè)備實際使用情況，便于工作人員合理安排相關(guān)維護(hù)工作。此外，系統(tǒng)還可以顯示整個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的總覽圖，有助于辨別故障區(qū)域。
  在企業(yè)設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對企業(yè)低壓配電回路的實時監(jiān)控，有利于電能管理。另一方面，電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確的表示出回路的用電狀況，它還及時的顯示各個配電回路的運(yùn)作狀態(tài)，當(dāng)電力系統(tǒng)的負(fù)載越標(biāo)時，電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速報警，發(fā)出語音提示。另外，電力監(jiān)控系統(tǒng)還能夠生成報表、曲線圖等統(tǒng)計信息，便于有關(guān)人員分析企業(yè)內(nèi)各部分的用電狀況，從而保證企業(yè)內(nèi)人員的生命安全，提高工作人員的工作效率。