摘 要：介绍了工厂电力监控系统的实际应用及工程施工中所遇到的问题和解决措施。
关键词：电力监控系统Modbus通信协议多功能电表分布式
0引言
系统功能概要变配电计算机监控管理系统，可以利用计算机通信网络技术使变电站值班人员迅速而准确地获得变电站运行的实时信息，完整地掌握变电站的实时运行状态，及时发现变电站运行的故障并做出相应的决策和处理，同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸，减少和避免操作、误判断，缩短事故停电时间，实现对工厂变配电系统的现代化运行管理。
1变电站自动化监控系统构架
国内外变电站自动化技术的应用和发展大体经历了集中式和分布式两个阶段。
1.1集中式变电站自动化系统架构
集中式变电站系统分为现场层、控制层和信息层。现场层主要包括高压开关柜综合保护继电器、集合式多功能电表、故障波形记录器与变压器温度仪表等。
控制层采用了1台PI．C，负责采集各高低压断路器分合闸状态、手车工作位置以及直流屏故障报警等信号。在主监控计算机的控制下，通过PLC输出模块将警报信号盘上光字牌
点亮并使声光报警器动作。另外，控制层使用光纤收容箱和ZC-22通信转换器将现场层的综保继电器数据转换成RS-232通信方式，将数据传送到电力监控计算机。
信息层主要是l台工控机，安装了Elipse ScadaV3．0电力监控软件。电力监控系统的后台数据库为SOL Server 2000，用于保存电力监控系统采集的各种数据以生成用户所需的报表和趋势图等。
集中式变电站自动化系统结构存在的主要问题是：信息层的工控机即前置管理机任务繁重、引线多，形成了信息的“瓶颈”，降低了整个系统的可靠性。在前置机故障情况下，将失去当地及远方的所有信息及功能；自动化扩展需求的功能难以实现。
1.2分布式变电站自动化系统架构
整个变电站自动化系统网络采用分层分布式结构，按照功能划分为后台机系统、服务器系统和前置机系统3个子系统。后台机、服务器、前置机之间采用高速以太网通信，前置机和保护装置、智能模块之间采用主流工业接口(如RS-485等)，内嵌IEC 870—5—103、Modbus RTU等通信规约，同时为企业管理系统BA、OA、MIS等留有接口，便于企业内部各个系统无缝集成。分布式电力监控系统架构图如图l所示。
图1分布式电力监控系统架构图
1.3分布式系统结构相比集中式系统具有以下明显的优点：
（1）可靠性高，任一部分设备故障只影响局部，风险分散；当站控层系统或网络故障，只影响到监控部分，而重要的保护、控制功能在间隔层仍可继续运行。
（2）间隔层任一智能单元损坏不会导致全站的通信中断和长期占用全站的通信网络。
（3）分布式结构可大大减少电缆，节约投资，简化了调试过程。
2监控系统功能
2.1变配电计算机监控管理系统具有如下功能：
（1）变电站实时在线监视运行，采用变配电计算机监控管理系统，不仅能对系统各种运行开关量状态和电量参数进行实时采集和显示，而且更安全、可靠、直观。
（2）及时准确地进行故障报警和故障跳闸报警。
（3）可对潜在的事故进行预报警，同时实现各种电量的超限报警。
（4）改善配电系统管理。
（5）供电质量(谐波失真度THD／*大、*小、平均值／电压合格率)实时分析功能，可实时监测电网供电质量的各项指标，便于分析电网故障原因。
3应用过程中应注意的问题
（1）电力监控系统在工厂实际应用过程中应注意如下问题：在电力监控硬件的选用上应注重质量稳定、保护功能齐全的硬件。曾经某项目选用l台研华工控机(EIX；-4504 NPORT)，在使用不到1年的时间就发生故障，导致现场区域的电力监控瘫痪，无法实时监测各变电站高低压开关设备状态和变压器工作温度等重要参数，现场的电量统计报表也无法正常生成。虽然联系原厂家进行维修，但是由于维修时间超过半个月，给用户带来很大的不便。
（2）在电力监控系统中应平衡好计算机监控系统与电能数据采集系统的关系。监控主机的首要任务是实时地观察变电站内各高低压开关设备的工作状态以及报警信号，而电能数据采集是监控主机的次要任务。但在系统应用中，现场大量的多功能电表采集数据也接人监控主机，造成监控主机既要负责与变电站内各综保继电器数据通信，又要和现场大量的多功能电表进行通信，导致监控主机系统资源被大量占用，系统工作速度放慢，甚至发生死机现象。解决办法为增加l台IBM Server运行SQL Server2000的工作计算机，把监控系统分成操作主机与数据库主机，改善数据库占用计算机资源太大的问题。
（3）系统报警应及时准确，报警与现场故障时间同步，*低报警反应时间小于1秒，不能出现任何误动作或误报警。由于系统综保继电器的通信连接采用环形网络架构，当连接的综保继电器数量较多时，监控主机的一次扫描周期就需要半分钟以上，当其中1台综保继电器发出的报警信息正好在主机扫描周期刚刚结束时发出，待扫描到新的报警信息时间还需要1个周期，系统报警时间将会超过1分钟，因此不能及时地进行报警。解决办法为优化系统的通信网络架构和通信协议，变被动的系统扫描查询报警信息模式为报警单元发出报警信息后系统主动接受和判别的模式，以提高系统报警响应时间。
（4）在电力监控工程施工中还应注意电力监控系统的线路不能影响继电保护系统，继电保护的控制回路不能进入站内监控系统，监控系统只是用来显示，安全可靠性等级较低的系统不能影响等级更高的系统；做好系统各报警点的功能测试，在系统完成后一定要进行各高低压开关位置状态和报警功能的测试，以防发生误报和漏报。
4安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案
4.1概述
针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。
Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站全方位的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
4.2应用场所
适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
4.3系统架构
Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。
4.4系统功能
（1）实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。
（2）电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。
（3）曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。
（4）运行报表：查询各回路或设备时间的运行参数。
（5）实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。
（6）历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
（7）电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。
（8）用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。
（9）网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。
（10）电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
（11）遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
（12）故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。
（13）事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。
（14）Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。
（15）APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。
5系统硬件配置
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应用场合 |
型号 |
图 片 |
保护功能 |
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电力监控系统 |
Acrel- 2000Z |
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电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。 |
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网关 |
ANet- 2E8S1 |
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8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传，支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡（32GB）、支持不同协议向多平台转发数据；每个设备的多个报警设置。输入电源：AC/DC 220V，导轨式安装。 |
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35kV/10kV/6kV 微机保护装置 |
AM6-* AM5SE-* |
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适用于6-35kv配电线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等中高压柜微机保护 |
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35kV/10kV/6kV 弧光保护 |
ARB5-M |
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主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，配置弧光保护（8组）、失灵保护（4组）、TA断线监测（4组）、11个跳闸出口； |
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ARB5-E |
扩展单元，多可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号： |
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ARB5-S |
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弧光探头，可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室，也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°，半径0.5m的扇形区域； |
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35kV/10kV/6kV 进线柜电能质量 在线监测 |
APView500 |
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相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。 |
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35kV/100kV/6kV 高压柜智能操控、 节点测温 |
ASD500 |
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5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4～20mA输出； |
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35kV/10kV/6kV 间隔电参量测量 |
APM830 |
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三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD显示； |
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35kV/10kV/6kV 高压柜除凝露温湿度控制器 |
WHD72面板式 |
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支持测量并显示2路温度，2路湿度。 |
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WHD20R导轨式 |
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支持测量并显示2路温度，2路湿度。 |
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变压器绕组 温度检测 |
ARTM-8 |
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8路温度巡检，预埋PT100，RS485接口，2路继电器输出； |
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0.4KV低压进出线柜接头测温 |
ARTM-Pn-E |
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无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯； |
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ATE400 |
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合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125C，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米； |
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0.4KV低压柜内环境温湿度 |
AHE100 |
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无线温湿度传感器，温度精度：±1℃，湿度精度：±3％RH，发射频率：5min，传输距离：200m，电池寿命：≥3年（可更换） |
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ATC600 |
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两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m，ATC600-C可接收AHE传输的数据，1路485,2路报警出口。 |
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0.4KV低压进线柜多功能电力仪表 |
AEM96 |
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三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级；工作温度：-10℃～+55℃；相对湿度：≤95不结露 |
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0.4KV低压出线柜多功能电力仪表 |
AEM72 |
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三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、低压出线分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3x1.5(6)A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 |
参考文献：
[1]郭丹春.工厂变电站电力监控系统的应用
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.
作者简介：
龚永波，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，Email: 28801392115@qq.com手机：18702101301 QQ:2881392115
