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淺談電廠電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)
閱讀：448 發(fā)布時(shí)間：2023-4-11
【摘要】：基于某大型電廠的分層分布式電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際案例,介紹了發(fā)電廠電能管理系統(tǒng)的開發(fā)情況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能,探討了開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn),實(shí)際證明,系統(tǒng)通用生強(qiáng),、開放性和可維護(hù)性好,。
【關(guān)鍵詞】：電能管理；開關(guān)狀態(tài),；在線監(jiān)測
0. 前言
近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,電力供應(yīng)缺口加大,，引發(fā)了新一輪電力建設(shè)高峰。隨著西電東送,、全國聯(lián)網(wǎng),、三峽水利工程等特大型工程的展開,裝機(jī)容量穩(wěn)步增長,輸電容量進(jìn)一步增加;另一方面，廠網(wǎng)分開的實(shí)現(xiàn),使各電廠面臨著來自其它地區(qū)大型電源公司竟價(jià)上網(wǎng)的競爭壓力,電廠設(shè)備的管理水平上臺(tái)階是保持競爭力的必要條件,。電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)提高了發(fā)電廠用電管理的效率,提高了供電質(zhì)量,，節(jié)省了大量的人力、物力財(cái)力,，其不斷完善是確保競爭力的硬件基礎(chǔ),。特別在設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測方面利用整個(gè)設(shè)備或者設(shè)備的某些關(guān)鍵部件的壽命特征,開發(fā)應(yīng)用一種具有特殊用途的系統(tǒng),并通過數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析來預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展的趨勢,使得維護(hù)只在需要時(shí)才安排,這樣,適時(shí)的維護(hù)能有效地避免因設(shè)備故障產(chǎn)生的意外停電，同時(shí)可縮短停電時(shí)間,降低維護(hù)費(fèi)用,延長設(shè)備使用壽命,還可避免因維護(hù)中的疏忽而產(chǎn)生的故障,。
1.系統(tǒng)開發(fā)及平臺(tái)
電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于西屋 PowerNet電能管理程序開發(fā)軟件推出的,，系統(tǒng)操作平臺(tái)可建立在 Microsoft WindowsNT/2000/XP的操作系統(tǒng)平臺(tái)上，采用開放式TCP/IP結(jié)構(gòu)發(fā)電廠現(xiàn)有的廠內(nèi)局域網(wǎng)也可作為電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的中樞.系統(tǒng)的圖形化界面采用開放的,、可擴(kuò)展的人機(jī)界面 InTouch 軟件,，允許用戶創(chuàng)建復(fù)雜而強(qiáng)大的操作員界面顯示，同時(shí)其分布式報(bào)警子系統(tǒng)很大地提高了信息質(zhì)量系統(tǒng)通過Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫將與電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測有關(guān)的參數(shù)電流,、電壓,、電能采集數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)、開關(guān)動(dòng)作次數(shù)等取到管理系統(tǒng)的中間表中,，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì),、計(jì)算和分析,并存于數(shù)據(jù)庫中,可通過廠 MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)按功能劃分為設(shè)備層和管理層,2 個(gè)相對獨(dú)立的層面之間通過通信介質(zhì)采用分層分布式開放結(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)連接,微機(jī)綜合測控,、繼電保護(hù)單元分散布置于被控設(shè)備對象.所有控制,、保護(hù)、測量,、報(bào)警等信號均在就地單元內(nèi)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)現(xiàn)場通信總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī),各就地單元相互獨(dú)立,不相互影響,。
2.1 設(shè)備層
設(shè)備層是由微機(jī)綜合測控、繼電保護(hù)單元組成的INCOM總線數(shù)據(jù)采集層,。各功能單元分別實(shí)現(xiàn)開關(guān)配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視,電量采集,、存儲(chǔ)、上傳,、保護(hù)等功能.各功能單元間通過現(xiàn)場通信總線進(jìn)行連接,，總線采用以射頻調(diào)制方式傳輸?shù)?INNCOM 專業(yè)工業(yè)通信協(xié)議.通信介質(zhì)為普通屏蔽雙絞通信電纜,接線不分電壓極性.由于 INCOM 協(xié)議使用的是高頻信號,抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)采用 RS-485RS-422 等傳送方式的總線系統(tǒng),單條通信電纜的有效傳輸距離達(dá) 3 048 m,并可與動(dòng)力,、控制電纜一起敷設(shè),不需專用的電纜通道，大大減少了聯(lián)網(wǎng)工作的成本和因干擾,、衰減等因素造成誤碼的風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)場通信總線直接接入位于管理層的通信主機(jī),并與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,。除現(xiàn)場總線的通信方式外,設(shè)備層的功能單元還可通過以太網(wǎng)通信接口直接接入上層的局域網(wǎng)，與網(wǎng)內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,。
2.2 管理層
管理層為全部設(shè)備監(jiān)視,、測量、控制和管理的中心,由通信主機(jī),、現(xiàn)場或遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)和 TCP/IP 協(xié)議局域網(wǎng)構(gòu)成它包括一個(gè)以遠(yuǎn)程電能監(jiān)測和狀態(tài)監(jiān)測為核心的開放式,、可視化的操作平臺(tái)。設(shè)備監(jiān)測采用 InTouch 圖形化軟件環(huán)境,，為監(jiān)控系統(tǒng)提供良好直觀的人機(jī)界面,支持用戶開發(fā)定制的圖形視圖;并依據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，按照不同用戶的個(gè)性化要求,動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),；且其數(shù)據(jù)訪問功能擴(kuò)展到了外部元件/系統(tǒng),、歷史事件處理報(bào)警記錄以及報(bào)告和分析工具。
3.系統(tǒng)功能
3.1能量消耗監(jiān)控
系統(tǒng)能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)全廠的用電負(fù)荷情況,，并采集各用電設(shè)備的電能參數(shù),為用戶提供相應(yīng)的負(fù)荷分析曲線,。除電能參數(shù)外,其它電量如電流電壓、頻率功率因數(shù),、大值和小值,、諧波等,都能實(shí)時(shí)上傳到監(jiān)控中心進(jìn)行顯示和存入數(shù)據(jù)庫，大大減少傳統(tǒng)的抄表和分析的工作量,。
3.2電能質(zhì)量分析
系統(tǒng)對配電系統(tǒng)中的電壓,諧波及功率因數(shù)等反映電能質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,及時(shí)對將要出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題發(fā)出報(bào)警,。
3.3 運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)的運(yùn)行狀況可通過文字、表格,、圖像,、聲、光等方式為值班人員及時(shí)提供配電系統(tǒng)安全監(jiān)控所需要的全部信息例如用戶的配電系統(tǒng)以彩色圖形顯示在管理計(jì)算機(jī)的屏幕上,包括:配電系統(tǒng)的系統(tǒng)單線圖,、配電室的平面布置圖,、開關(guān)柜的面板圖等可直觀地顯示開關(guān)柜外形并隨時(shí)調(diào)出具體設(shè)備的面板圖,進(jìn)行主單元控制。在單線圖狀態(tài)下可形象實(shí)時(shí)地顯示系統(tǒng)中設(shè)備的通,斷狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù),，并在發(fā)生報(bào)警時(shí)彈出提示窗口系統(tǒng)配置廠用電高壓斷路器微機(jī)綜合變壓器保護(hù)裝置,。電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置及微機(jī)測量儀表和 PT 柜微機(jī)測量儀表,實(shí)現(xiàn)高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)和電能測量；在汽輪機(jī)控制中心,、鍋爐控制中心配電盤上安裝微機(jī)測量儀表實(shí)現(xiàn)電能測量,；監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)置于機(jī)組集控室,由運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視；輸出廠用電系統(tǒng)有功電量報(bào)表,通過廠內(nèi)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)電纜,將廠用電系統(tǒng)電量數(shù)據(jù)傳至發(fā)電廠計(jì)算機(jī)中心服務(wù)器,在發(fā)電廠的 Intermet 主頁上瀏覽電量數(shù)據(jù)電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過現(xiàn)場有效的數(shù)據(jù)采集,、傳輸和上述靈活的用戶界面為電廠設(shè)備管理人員提供如下運(yùn)行監(jiān)視功能：
1.報(bào)警按系統(tǒng)實(shí)際需要,通過簡化配置和顯著改進(jìn)報(bào)警處理性能,任何硬件設(shè)備均集成到 InTouch 圖形環(huán)境中并采用分布式報(bào)警子系統(tǒng)很大地提高了信息質(zhì)量,。用戶可在某些事件發(fā)生或保護(hù)動(dòng)作時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警,，一般可設(shè)置在以下情況發(fā)出報(bào)警：開關(guān)量突變(如保護(hù)跳閘動(dòng)作)斷路器位置錯(cuò)誤模擬量超過整定值等每個(gè)報(bào)警均有時(shí)間、報(bào)警信息及確認(rèn)狀態(tài)顯示,通過對話框和易于使用的圖形用戶界面可輕松實(shí)施報(bào)警配置,。
2.設(shè)備動(dòng)作事件記錄.系統(tǒng)中所有動(dòng)作事件,如繼電保護(hù)動(dòng)作,、斷路器操作等均可自動(dòng)打印及存入系統(tǒng)硬盤記憶。
3.4 開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測
傳統(tǒng)的定期檢修存在試驗(yàn)周期長,、強(qiáng)度大和有效性差等缺點(diǎn),難以滿足電力系統(tǒng)對可靠性的要求,以狀態(tài)檢修逐步代替定期檢修已成為電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的必然趨勢實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的前提條件是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測,，系統(tǒng)匯總INCOM總線裝置在線連續(xù)檢測的有關(guān)開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀況特征信息并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中,并根據(jù)廠用高壓開關(guān)的設(shè)備特征如累積開斷容量、開關(guān)動(dòng)作次數(shù),、真空度等參數(shù),通過對歷史趨勢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),、分析、顯示及標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表的輸出,判斷開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài),顯示開關(guān)設(shè)備的絕緣壽命和機(jī)械壽命,。專家也可查閱狀態(tài)監(jiān)測軟件包對開關(guān)動(dòng)作和故障事件的診斷分析過程和結(jié)果,實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的智能診斷,有效避免意外事故的發(fā)生,。
3.5修改測控保護(hù)單元的設(shè)定值
可在系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)上對設(shè)備層的測量儀表或繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)設(shè)定值、保護(hù)定值等進(jìn)行在線修改,，修改后的定值將直接回傳給對應(yīng)的裝置進(jìn)行儲(chǔ)存,。
3.6故障診斷
對系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生的斷路器跳閘、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過載等事件,系統(tǒng)在記錄,、顯示這些事件發(fā)生的時(shí)間順序的同時(shí),還可將故障錄波數(shù)據(jù)及波形反應(yīng)到監(jiān)控屏幕上,，為故障的查詢及處理提供便利。
4 安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
4.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能,，用戶端智能化用電管理對用戶可靠,、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義,。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系,，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng),。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì)，智能樓宇,、智能電器,、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng),、需求側(cè)管理等課題,。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況,，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,，有效節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,。
4.2應(yīng)用場所
（1）辦公建筑（商務(wù)辦公,、大型公共建筑等）,；
（2）商業(yè)建筑（商場、金融機(jī)構(gòu)建筑等）,；
（3）旅游建筑（賓館飯店,、娛樂場所等）；
（4）科教文衛(wèi)建筑（文化,、教育,、科研、醫(yī)療衛(wèi)生,、體育建筑等）,；
（5）通信建筑（郵電、通信,、廣播,、電視、數(shù)據(jù)中心等）,；
（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場,、車站、碼頭建筑等）,。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
1）實(shí)時(shí)監(jiān)測
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓,、電流、功率,、功率因數(shù),、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器,、隔離開關(guān),、地刀等合、分狀態(tài),，以及有關(guān)故障,、告警等信號。
2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性,。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，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表,。該功能使得用電可視透明,，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性,。
3）詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中,，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí),，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)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(shù)、正向有功電能,，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線及24小時(shí)電壓趨勢曲線,。
4）運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù),、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫,，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等,，并通過報(bào)表方式顯示出來,。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日報(bào)、月報(bào),，支持導(dǎo)出Excel格式文件,，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。
5）變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進(jìn)線,、主變壓器,、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流,、變壓器運(yùn)行溫度,、有功需量、有功功率,、視在功率,、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢，分析變壓器負(fù)荷率及損耗,，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求,，確保供電安全可靠。
6）實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能,，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關(guān)、接地刀分,、合動(dòng)作等遙信變位,，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘,，以及電壓,、電流,、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警,。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒,。
7）歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘,，以及電壓,、電流、功率,、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)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,。
8）電能質(zhì)量監(jiān)測
系統(tǒng)可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖,、報(bào)表掌握進(jìn)線,、變壓器、重要回路的電壓,、電流諧波畸變率,、諧波含量、電壓不平衡度等,，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，降低諧波損耗,，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表,，不需要可刪除。
9）遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器,、隔離開關(guān),、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作,。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能,，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄,，記錄內(nèi)容包含操作人,、操作時(shí)間、操作類型等,。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持,。
10）用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(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等）,?？梢远x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)、管理提供可靠的安全保障,。
11）通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(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)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài),，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位,。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備,，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,。
12）視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站,，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息,。
13）用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷,、配電回路用電量,、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,。
14）APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)",、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)",、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊,，支持一次圖、需量,、用電量,、視頻、曲線,、溫濕度,、同比、環(huán)比,、電能質(zhì)量,、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理,、巡檢記錄查詢等,。
4.5系統(tǒng)硬件配置清單
5結(jié)語
發(fā)電廠電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確反映發(fā)電廠輔助設(shè)備的運(yùn)行信息和開關(guān)狀態(tài)，隨著分層分布式電能管理及開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用的不斷成熟,，系統(tǒng)向檢測單元模塊化,、接線和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單化發(fā)展,使電廠能更合理地安排檢修，減少無針對性的停電試驗(yàn),，提高管理效率,獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益,。
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