电力监控系统改造和应用

【摘 要】本文通过上海吴泾化工厂有限公司（以下简称吴泾公司）电力监控系统改造实例，介绍了老企业电力监控系统改造设计方案的选择，并针对实际要求自创了一种新的数据存贮管理方案。

【关键词】电力监控系统；数据存贮管理；综合继电保护装置

前言

近年来，随着综合继电保护设备、计算机技术和网络技术的飞速发展，使得用电力监控系统来综合管理整个电力系统成为可能。利用电力系统中现场智能设备所采集的信息，可以对电力系统的信息进行计算分析、远程调整智能设备的工作状态，这将有利于运行人员分析处理事故、调整系统的运行方式和设备的技术管理，而监控系统设计方案的选择则在项目的实施和系统的运行起着至关重要的作用。

1.项目改造的背景

吴泾公司是1958年建厂的大型国有化工企业，其高压供电系统主要分为新、老两个总变电所及6个高压配电室，为化工生产服务的高压供电系统设备大多为上世纪80年代左右的产品，比较陈旧，采用的继电保护设备大多是电磁继电器，可靠性和安全性都比较低。所以，在2003年以后吴泾公司开始逐步对高压供配电设备进行了更新，将老总变、新总变、N5配等配电室的高压供电设备更换为新型带有“五防”的中置式高压开关柜，并配置了先进的综合继电保护装置，这就为电力监控系统的改造提供了设备方面的支持。

2.吴泾公司电力监控系统改造的思路和设计方案

改造前在新总变内对电力系统的监控采用的是老式模拟屏方式，负责新总变电力系统中一个总变和三个高压配电室的监控，容易发生下列故障：（1）模拟屏上的二次设备数量巨大，发生故障时，查找故障比较困难；（2）各种回路的线缆敷设在一起，容易产生电磁干扰，造成误信号；（3）二次回路电缆的数量很多，线路也较长，容易产生电流、电压等的测量误差。

2006年吴泾公司新建30万吨醋酸装置，为适应新型化工生产装置的需要，30万吨醋酸高压配电室项目中首次尝试安装了采用支持MODBUS通讯协议的RS485总线和RTU转发器的独立的监控系统，经过一段时间的使用发现，由于RTU设备数据传输带宽的限制，在实际运行中很容易发生数据堵塞现象。

因此，在2010年新总变6KV开关室改造项目中考虑对原来的组网方式进行改进，并根据运行操作习惯，实现对现场运行信息的监控而不进行远程操作，使改造后的电力监控系统逐步覆盖吴泾公司的整个供电系统，提高供电系统的安全性和可靠性。

2.1电力监控系统改造设计方案的选择

目前电力监控系统结构主要分为集中式，分布式和分层分布式三种，它们的各种主要特点如下：

1）集中式结构：

优点：现场信号集中后进行采集，各台计算机完成不同的功能，系统具有自诊断和自恢复功能。缺点：二次电缆数量较大，系统的扩展性差，一旦改变接线，需重新修改系统的软，硬件。

经济性比较差，可靠性比较低，影响面大，安全性较高

2）分布式结构：

优点：采用多CPU系统使处理并行多发事件的能力加强，采用模块化设计，易于扩充。缺点；抗电磁干扰能力不强、信息传输途径存在瓶颈。

经济性一般；可靠性较高，一台机损坏只影响局部；安全性高。

3）分层分布式结构：

优点：采用分层分布式设计，不同层完成不同的任务，互不影响。二次电缆大量减少，安装调试方便，系统的开放性和可扩展性高，易于设计和应用。缺点：无

经济性、可靠性和安全性都很高

吴泾公司的供电系统是以两个总变为核心的，通过电缆将电力分配到六个高压配电室，互相之间的距离分别在300米到600米之间，因此若采用集中式结构，需敷设大量的二次电缆，工程比较复杂，投资也比较大，是不合适的。参照吴泾公司供电系统的规模和结构，从各方面综合考虑，分层分布式无疑是最适合于公司供电系统的系统结构，这种结构的开放性和可扩展性都很高，公司供电系统逐步进行改造时，只需添加相应的设备，修改监控软件的设置即可，不需要对软、硬件重新设计。

2010年在与监控厂商进行技术交流后，最终确定本次电力监控系统改造的范围包括新总变6KV系统和30万吨醋酸高压配电室，两个配电室现场安装的综合继电保护装置如下表：

序号 安装地点 型号规格 数量（台） 备注

1 新总变6KV配电室 Speam 1000+ S41 28 2010年改造

2 30万吨醋酸高压配电室 Speam 1000+ S40 27 2006年投用

监控系统采用分层分布式结构。系统按结构和功能可分为三层：现场设备层、通讯管理层和系统监控层。

现场设备层中的综合继电保护装置通过RS485总线与前置通讯管理机组成通讯网络，并采集现场设备的运行信息送入前置通讯管理机暂存，后台监控机则通过快速以太网交换机与前置通讯管理机进行数据交换，并将数据处理后在监控画面上进行实时显示，实现了对现场设备运行信息的实时监控。

2.2监控系统数据存储管理方案

为达到对现场各种供电设备信息监控和管理的目的，监控信息的数据存储管理也是整个监控系统的一个重要方面。

在我们这次的改造中，最初由监控厂商提供了以下几种数据存储和管理方案：

方案1 方案2 方案3

数据存储管理方式 独立数据服务器方式 双机热备份冗余方式 单机直接方式

安全性 高 高 低

可靠性 高 高 低

经济性 投资比较大，低 投资大，低 高

经过对三种方案的优缺点进行分析后，我们认为适用于公司供电系统这种规模的监控系统更应贴近以后的供电运行与维护，上述三种方案中，前两种方案的投资和对软硬件设备的要求均比较高，虽然可靠性较高，项目投资也比较大，第三种方案的投资虽然比较低，但相应的安全性和可靠性也比较低。

因此，在与监控厂商进行充分的技术交流后，我们提出了一种新的方案，在第三种方案的基础上，增加两台配置和功能完全相同监控机，三台监控机分别通过网线与以太网交换机相连，内置的监控软件均能对整个监控系统的信息进行监控和管理，若有一台发生故障，并不影响整个系统的安全运行，这种方案中系统有三份相同的数据备份，监控数据的安全性大大提高，与监控厂商提供的方案相比，既节约了投资，又可达到与双机热备份系统相同的安全性及可靠性，其系统结构如下：

系统监控层设备安装在新总变控制室内，包括三台互相独立的高性能工控机，以太网交换机，UPS电源、打印机、报警音响等设备，三台监控主机通过以太网交换机与现场通讯管理机进行数据通讯，均采用基于WindowsXP环境下的电力系统专用组态软件，配置与现场一次设备接线相同的监控画面，实现新总变6KV系统和30万吨醋酸高压配电室内所有信息实时监控和集中管理。

3.使用监控系统后达到的初步效果和应用

在经过一段时间的使用，公司供电运行管理部门向我们提供了使用后的效果：

1）监控系统的使用大量减少了二次电缆，方便了供电系统的运行和维护。

2）监控系统贴近实际运行，操作习惯与传统的运行方式相同，便于运行操作人员使用。

3）所有的信息经双层屏蔽通讯电缆及光缆传输，避免了各种干扰、误信号和测量误差。

4）提供电流、电压、电度等各种参数的实时和历史记录查询，方便了用电管理，减轻了运行操作人员的工作强度。

电力系统的负荷平衡和用电量管理一直是公司供电运行管理的难题，在公司的电力监控系统改造后，供电运行管理部门能够实时监控生产用电负荷，为用电管理提供了依据。另外，利用监控系统提供的模拟操作开票系统对运行操作工进行培训，提高了运行操作工开票的准确性。

4.结语

吴泾公司对电力监控系统的改造做出了初步的尝试，经过近两年的使用，我们提出的数据管理方案完全实现了当初的设计目标。如果对该系统软件中三台监控机的权限进行设置，此系统还可改造为自动控制系统，最终实现电力系统的自动化管理，为企业的生产运行做更好的保障。