電力監(jiān)控系統(tǒng)在廠房電力管理的應(yīng)用
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易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800
摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗速度正不斷加快，因此我國提出了綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求在發(fā)展建設(shè)中以節(jié)能為主，不斷減少資源能耗，而電能便是首要控制內(nèi)容。如今我國為電能使用，對計量表進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新，日常供電中分析用電數(shù)據(jù)的節(jié)能情況，從而結(jié)合實(shí)際調(diào)整當(dāng)前制度，從而滿足節(jié)能管理的實(shí)際需求，基于此，本文將對電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對策。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控系統(tǒng)；電力工程；應(yīng)用
0 引言
電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠提升管控供電系統(tǒng)的水平，從而實(shí)施控制和監(jiān)測，它屬于典型應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)的代表。此系統(tǒng)在完成自調(diào)試運(yùn)行開始，有著較快的通信效率、較強(qiáng)的可擴(kuò)展性和兼容性，也是廠房電力管理中的工具，能夠發(fā)揮重要的作用。
1 電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介
1.1闡述電力監(jiān)控系統(tǒng)
在電力網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備運(yùn)行情況和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)，電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作指令便能夠控制其運(yùn)行情況，此種運(yùn)行被稱作被動配電網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備運(yùn)行情況若是不受設(shè)備工作指令控制，自我診斷后的配電網(wǎng)絡(luò)要結(jié)合電網(wǎng)能力和負(fù)荷發(fā)出設(shè)備運(yùn)行指令，全面把控負(fù)荷運(yùn)行的等級，此種運(yùn)行被稱作主動配電網(wǎng)絡(luò)。由被動配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成主動配電網(wǎng)絡(luò)，要先合理劃分電力負(fù)荷，按照負(fù)荷重要性劃分多個等級，保證電力網(wǎng)絡(luò)有著自診斷能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)工作。在被動配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成主動配電網(wǎng)絡(luò)時，如果設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)，則要保證合理分配系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)負(fù)荷功能，充分應(yīng)用變壓器過負(fù)荷能力。
1.2電力監(jiān)控系統(tǒng)組成
在控制中心所安裝的設(shè)備是操作臺中的主控機(jī)、打印機(jī)、顯示器、備用電源和抗干擾電源。操作臺上包括遙控按鈕和開關(guān)電源開關(guān)、模擬盤電源等。控制主機(jī)可安裝在本樓的樓內(nèi)值班室，總控制室通常是安裝在變電所中，傳感器信號一般是使用總線傳至此樓，控制主機(jī)和總控制主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遙測遙控電量。采集和控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)設(shè)備，是為智能控制系統(tǒng)、電流變送器、電壓變送器將傳感器信號傳輸?shù)街悄芸刂平K端，使智能控制器的終端與智能通訊卡連接，雙向傳遞數(shù)據(jù)。智能控制系統(tǒng)要在配電內(nèi)的接觸器實(shí)現(xiàn)預(yù)定程序中控制的電源各系統(tǒng)，包含的智能控制終端大約為1024個，能夠增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
2 電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1監(jiān)控系統(tǒng)老舊
在當(dāng)前電力系統(tǒng)中一部分變電站依舊使用老舊的電力監(jiān)控系統(tǒng)，此類監(jiān)控系統(tǒng)不僅耗能較大，且可能存在監(jiān)控不足的情況，影響電力傳輸?shù)男阅芎唾|(zhì)量。同時當(dāng)前部分電力工程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用條件不足，存在事前、事中、事后控制工作不到位現(xiàn)象，因此無法判別電力狀態(tài)、無法監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，無法發(fā)現(xiàn)故障問題，使得質(zhì)量控制缺少可操作性，終導(dǎo)致實(shí)際工程在建設(shè)后出現(xiàn)問題，為后期應(yīng)用埋下了安全隱患。
2.2故障模塊錯誤
故障模塊包括高壓牽引類、環(huán)境控制類等等，多個監(jiān)控點(diǎn)可由一套PLC來完成，監(jiān)控管理信息系統(tǒng)能夠?qū)\(yùn)行工作區(qū)域?qū)崟r管理，在結(jié)構(gòu)建設(shè)中需要選擇合適的線材，形成而完整的工作系統(tǒng)，但需要布設(shè)多傳感器監(jiān)控線路，以滿足系統(tǒng)的建設(shè)需求。但就目前情況來看，監(jiān)控的電力路線與實(shí)踐運(yùn)行以及保護(hù)系統(tǒng)存在不相符的問題，現(xiàn)場所反饋數(shù)據(jù)存在差異問題，且在進(jìn)行編碼、轉(zhuǎn)換和傳輸后數(shù)據(jù)可能異常，需要對此加大關(guān)注。
2.3缺少特征分析
電力運(yùn)行工作中，監(jiān)控系統(tǒng)可提供定期監(jiān)察和專項(xiàng)監(jiān)察兩種形式，形狀特征分析結(jié)合相關(guān)的用電設(shè)備對區(qū)域內(nèi)的用電基本情況進(jìn)行了解，經(jīng)過去噪、增強(qiáng)和邊緣檢測得到設(shè)備圖像的形狀。如特征分析存在問題，則全局方法無法提取描述形狀的特征量，以此獲得電力設(shè)備圖像的邊緣和區(qū)域，保證變量和相似性度量的形狀也無法取得良好的效果，而在圖像識別中如缺少對圖像的預(yù)處理，則無法根據(jù)圖像特征提取圖像的特征數(shù)據(jù)，終導(dǎo)致目標(biāo)丟失。
3 電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力工程中的應(yīng)用策略
比如某市市民廣場項(xiàng)目用地0.08平方千米，包括某市規(guī)劃展覽館、休閑廣場、市政服務(wù)中心。此項(xiàng)目是市政務(wù)服務(wù)中心c座電力監(jiān)控系統(tǒng)，按照配電系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)，要電力監(jiān)測市政服務(wù)中心c座高壓配電室，從而保證安全、可靠用電。電力工程中要合理使用智能配電系統(tǒng)的通信功能、監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能、通訊轉(zhuǎn)換層功能。變配電系統(tǒng)開展分散數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理工作，使用通訊網(wǎng)絡(luò)把分散配電現(xiàn)場設(shè)備連接成有機(jī)整體。
3.1優(yōu)化電力監(jiān)控系統(tǒng)管理層和通訊轉(zhuǎn)換層
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力被廣泛使用，電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在各工程項(xiàng)目中，在某市項(xiàng)目廣場中使用電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控變電所低壓配電回路用電，加強(qiáng)電能管理。把主車間變配電室用作監(jiān)控管理的中心，在東西兩側(cè)安裝的變配電室將其作為電力監(jiān)控的子工作中心，使主工作中心和子工作中心間使用TCP/IP協(xié)議連接。監(jiān)控系統(tǒng)要把PMSOFT作為電力專用監(jiān)控軟件，將WIN10計算機(jī)系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)載體，硬件設(shè)施包括ODBC、OPC。將總控制中心和子控制中心間實(shí)施數(shù)據(jù)工序、把樓控系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)間實(shí)施數(shù)據(jù)共享，通過TCP/IP光纖以太網(wǎng)構(gòu)建通訊轉(zhuǎn)換體系，通訊路徑為：監(jiān)控設(shè)備在獲取數(shù)據(jù)后要上交到分析設(shè)備，分析設(shè)備獲得電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)將其送傳到監(jiān)控中心，主控制中心的終端設(shè)備獲得對應(yīng)參數(shù)和數(shù)據(jù)后，要選擇人機(jī)互動界面。
3.2強(qiáng)化電力監(jiān)控系統(tǒng)通信功能應(yīng)用
強(qiáng)化電力監(jiān)控系統(tǒng)通信功能應(yīng)用要求，結(jié)合電力系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)作為總線拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)，結(jié)合電力監(jiān)控系統(tǒng)通信基層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，連接以太網(wǎng)和串口設(shè)備，發(fā)揮監(jiān)控通信過程中的硬件設(shè)備功能要點(diǎn)，使以太網(wǎng)和串口設(shè)備間實(shí)現(xiàn)雙向傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以協(xié)議方式開展通信工作。智能儀表接通電源后需要設(shè)置通信協(xié)議位置，現(xiàn)場儀表和通信管理機(jī)間通信協(xié)議需要進(jìn)行優(yōu)化，可以將電力監(jiān)控系統(tǒng)中的電氣設(shè)備看做監(jiān)控小組，安裝完驅(qū)動程序后使用windows操作系統(tǒng)識別端口，并在串口設(shè)備和以太網(wǎng)間開展雙向傳遞，在當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時，此小組電器設(shè)備中的智能儀表將接口連接，防止出現(xiàn)錯誤信息。線路產(chǎn)生故障時電力監(jiān)控系統(tǒng)需要使用串口通信管理機(jī)，保證信息能夠被監(jiān)控系統(tǒng)識別和采集，此種通信方式能夠在總線處形成多的數(shù)據(jù)，通過規(guī)劃避免通信線的繁雜線路全部出現(xiàn)異常，局部出現(xiàn)損壞時仍然能夠保證其他的儀表正常工作。
3.3現(xiàn)場信號采集及測量設(shè)備設(shè)計
高壓配電柜與直流屏以及主機(jī)數(shù)據(jù)采樣，在配電柜面板進(jìn)行可視監(jiān)控儀表的安裝配備防反光屏幕，方便于工作人員進(jìn)行日常的巡查，但需要注意的是電力儀表輸入輸出模塊和相關(guān)電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄，無需進(jìn)行電壓互感器安裝就能夠直接進(jìn)行電壓值測量，可運(yùn)用低壓智能電力儀表與通信接口電壓信號構(gòu)成采樣信號回路，主要方式是運(yùn)用其設(shè)備內(nèi)部所帶有的集成通信設(shè)備，通過電力儀表輸入輸出模塊構(gòu)成系統(tǒng)，整個測量有效值較為真實(shí)且準(zhǔn)確。同時該系統(tǒng)本身并不具備狀態(tài)信號數(shù)據(jù)的功能，高壓配電柜內(nèi)置綜合通信協(xié)議，通信原理方面電力監(jiān)控系統(tǒng)，所以需要安裝拓展模塊，要求直流屏與主機(jī)則主要需與其內(nèi)置的專用通信卡進(jìn)行連接，部分設(shè)備如果配置不同的通信接口，能夠直接進(jìn)行高達(dá)600伏電壓的測量。
通信基層網(wǎng)絡(luò)是屬于當(dāng)前運(yùn)用較為成熟的現(xiàn)場總線技術(shù)，可以同時具備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制功能，還需要額外安裝轉(zhuǎn)換模式，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議在以太網(wǎng)與串口設(shè)備之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，主要運(yùn)用功能較為強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)備進(jìn)行，在技術(shù)人員共同參與和陪同下運(yùn)用串口通信管理機(jī)設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備和以太網(wǎng)界面之間數(shù)據(jù)的雙向傳輸驅(qū)動程序，利用通信線實(shí)現(xiàn)接口與以及菊花鏈?zhǔn)降姆绞接枰枣溄印Ｍ瑫r電力監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計和調(diào)試階段，要求依據(jù)電力系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及時了解通信協(xié)議與接口類型，窗口服務(wù)器監(jiān)聽則來自管理層上位機(jī)指令確保其協(xié)調(diào)性。
傳統(tǒng)的通信如發(fā)生故障，會造成部分儀表無法與通信管理機(jī)進(jìn)行正確通信，而將系統(tǒng)主要回路電氣設(shè)備作為監(jiān)控組別，會使其能夠分屬于總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮串口設(shè)備與以太網(wǎng)連接功能，如上位機(jī)監(jiān)控軟件向串口服務(wù)器發(fā)送信息，向串口服務(wù)器返回系統(tǒng)所需信息數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，可以安裝完成后會被Windows操作系統(tǒng)識別為realcom端口，并正確采集與顯示現(xiàn)場參數(shù)和狀態(tài)，通訊管理機(jī)與現(xiàn)場儀表協(xié)議來予以通信，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的識別。同時此通信方式主要特點(diǎn)在于在總線形成大量數(shù)據(jù)信息時，含有某一現(xiàn)場窗口儀表通信地址的數(shù)據(jù)信息，通信特點(diǎn)要求被監(jiān)控對象所對應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)控儀表依據(jù)系統(tǒng)指令，可以防止發(fā)生錯誤信息返回上位機(jī)的情況，而設(shè)備通信程序采用一致的通信協(xié)議方，智能儀表在通電運(yùn)行后要求地址來做出響應(yīng)，可以將協(xié)議設(shè)置為modbus通信協(xié)議，從而方便線路安裝與維護(hù)。
3.4完善電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能
遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與圖像識別技術(shù)的融合已經(jīng)成為變電站智能監(jiān)控的發(fā)展趨勢，在電力設(shè)備圖像識別過程中采用模板匹配算法可進(jìn)行目標(biāo)識別，要求不斷改進(jìn)的FAsT-Match模板匹配算法，針對傳統(tǒng)模板匹配的缺點(diǎn)，融合了視頻監(jiān)控系統(tǒng)和圖像識別系統(tǒng)，終實(shí)現(xiàn)安全管理系統(tǒng)。同時在采集過程中，由于硬件設(shè)備和外部環(huán)境的影響，圖像往往含有一些隨機(jī)噪聲和失真，因此需要對圖像進(jìn)行預(yù)處理，便于直觀地向用戶反映運(yùn)行的情況；而紋理特征也是一個全局特征，其需要在包含多個像素的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計計算，模式匹配上具有很大的優(yōu)勢，幫助監(jiān)控值班人員對電壓、電流和功率等數(shù)據(jù)的直觀了解。
3.5預(yù)防警示以及監(jiān)測運(yùn)行的隱患
預(yù)防警示及檢測運(yùn)行需要多個組成部門協(xié)調(diào)運(yùn)作，電力生產(chǎn)系統(tǒng)包含的組成部分極多，如在電力監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，則在出現(xiàn)問題需要總結(jié)各類常規(guī)失誤操作，在設(shè)備發(fā)生故障時立即發(fā)出警報，準(zhǔn)確判別電氣設(shè)備的運(yùn)行位置，避免對電力生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來影響。如系統(tǒng)中某區(qū)域出現(xiàn)了運(yùn)行故障，警示系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前故障情況調(diào)整分貝，高分貝的蜂鳴提升為較大故障問題，低分貝的蜂鳴則為警示效果，在警報發(fā)出的同時計算機(jī)系統(tǒng)此時也會顯示故障發(fā)生的位置并發(fā)出相關(guān)數(shù)據(jù)，以此幫助工作人員了解當(dāng)前電力生產(chǎn)的狀態(tài)和參數(shù)等信息，以此結(jié)合信息對故障進(jìn)行及時處理。
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)用電力自動化技術(shù)、計算機(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)對變電站全方位的控制和管理，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化系統(tǒng)工程設(shè)計、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，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。
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實(shí)時監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。
4.4.2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。
4.4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。
4.4.4運(yùn)行報表：查詢各回路或設(shè)備時間的運(yùn)行參數(shù)。
4.4.5實(shí)時告警：具有實(shí)時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
4.4.6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)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
4.4.7電能統(tǒng)計報表：系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。
4.4.8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。
4.4.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.4.10電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個配電系統(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。
4.4.11遙控功能：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
4.4.12故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
4.4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實(shí)時穩(wěn)態(tài)信息。
4.4.14Web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。
4.4.15APP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。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5結(jié)語
如今我國電力工程的發(fā)展速度正不斷加快，為了能夠契合時代發(fā)展需求，要結(jié)合地區(qū)用電需求選擇合適的管理方案，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化傳輸通信、軟件功能、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)測等方面，及時對監(jiān)控中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了解，出現(xiàn)問題時能夠通過監(jiān)控檢測解決現(xiàn)存的系統(tǒng)問題。由此可見，電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價值較高，后續(xù)可以結(jié)合當(dāng)前我國用電情況不斷優(yōu)化完善，滿足當(dāng)前時代對生產(chǎn)及發(fā)展的實(shí)際需求。
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