电力监控系统在供配电设计中的应用

摘要：作为供配电设计中的一项极为重要的部分，电力监控系统的主要作用是控制电力运营成本，维持电网管理效率。首先对电力监控系统的基本功能进行简单介绍，之后从组态软件功能、网络方案设计以及现场智能监控设备的功能等方面对电力监控系统设计做出阐述。

关键词：电力监控系统；供配电设计；应用

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0510143-02

出于对有效控制运营成本、降低损失以及进一步提升效率的考虑，供电企业对配电设计予以了高度关注，并提出较高的设计标准。作为供配电设计中极为关键的一项内容，电力监控系统在控制电力运营成本，维持电网管理效率等方面发挥着不容忽视的重要作用。

1 电力监控系统基本功能

1）采集数据，主要是采集模拟量、开关量以及电能计量等。其中，模拟量采集方式有直流采样以及交流采样两种，前者主要是利用变送器将交流电压及电流信号转换为直流信号，便于A/D转换器输入；后者则利用互感器将输入到A/D转换器的信号转换为交流电压及电流信号；开关量主要包括断路器状态、接地刀闸状态、隔离开关状态、运行报警信号、断电保护动作信号以及同期监测信号等；电能计量主要指的是采集有功电能以及无功电能。电力监控系统在采集电能方面比较常用的方式主要有软件计算法以及电能脉冲计量法两种。2）记录事件顺序，主要内容包括记录断路器合闸及分闸记录以及保护动作的顺序等。需要保证拥有足够的内存空间，以便对事件顺序记录进行存储，防止在后台监控系统或远程控制主战通信出现故障的情况下事件信息遗失问题的出现。3）记录故障，主要是对继电保护动作前后和故障相关的电流量及母线电压进行记录。4）远程操作。借助计算机，操作人员可以操控断路器及隔离开关的分闸及合闸，为了避免由于计算机故障导致被控设备无法控问题的发生，需要设计人工分闸及合闸控制。5）安全性监控。系统运行中，监控系统要对电流及电压等模拟量进行严密监控，一旦发现越限情况，要在及时发出警报，并将越限时间及越限值记录下来；同时还要负责对保护装置和自控装置的工作状态进行监控。6）相关数据的处理，主要包括对相关数据进行分析、记录、保存，为用户进行信息查询提供便利，同时还要制作相应的报表。7）监视电能质量。所谓电能质量问题主要是指造成电力设备出现故障或者误操作的电流、电压或者是频率的静态偏差以及动态扰动等，比较常见的有电压有效值改变，电压出现波动、暂降或者是暂时中断等。

2 电力监控系统设计方案

设备层智能化是指通过居民小区智能化传感器来对各种物理信息及参数进行搜集，并向特定电量信号进行转变，来供电网系统加以辨认。同时，进一步向数字信号转化来方便计算机的相关处理。执行器经历了通信线路的传输和交换，不仅可以完成中心计算机指令向电信号的转化，也可完成与命令相对应的动作。设备层中所应用的技术为分布式控制技术，在居民小区进行独立控制器的分别安装，所安装的控制器在维持自身工作独立性的同时，又同计算机和其他控制器间维持着相应的联系，而设备层智能化也正是通过这样既独立又彼此联系的控制器来实现的。

管理层是通过监控计算机实施人机交换，来实现对设备运行状况的实时检查。同时，还可通过对系统运行参数的修改，来对设备运行状态进行改变。管理层中所应用的技术为集成技术，其通过网络通信及计算机技术来将居民小区内配电设备智能化子系统有效地融合在一起。利用信息共享与信息交换来协调各子系统间的运行状态。

电力监控系统主要包括系统管理层、通信接口层以及现场监控层。

2.1 监控组态软件基本功能

所谓监控组态软件，指的是以数据监控及采集为主要内容，拥有组态功能，可以生成目标应用系统的软件。对于操作人员而言，通过监控组态软件，可以十分便捷的取得现场数据，发出命令，进而实现实时监控。

电力监控组态软件的基本功能包括以下几方面：1）绘图，例如位图、按钮、滑动条、元图、标签或时钟等；2）编辑，即可以实现粘贴、复制、剪切或者是删除画图对象，此外还可以进行旋转、移动、对齐或者是翻转等操作；3）验证身份，即在启动以及退出程序时进行用户登录和退出；对用户所进行的诸如文件的修改或删除、数据读写等操作进行权限验证，防止出现非法操作的情况；4）曲线显示，也就是对实时曲线以及历史曲线进行显示，为用户及时了解数据信息提供便利；5）生成报表，也就是在汇总相关信息的基础上按照既定格式进行打印或保存；6）OPC接口，主要是为上级系统和电力监控系统间开展数据交换提供便利。7）报警，主要涉及报警服务器的确定、警报显示方式、报警数据源以及动态报警信号确认等。

2.2 网络方案

电力监控系统分散控制以及集中管理功能的实现主要依托于现场总线技术，并将总线上充当网络节点的智能设备组建成网络系统。网络方案设计对确保电力系统监控功能的有效实现具有重要意义。

方案一：如果现场智能监控设备数量不多，并且较为集中，对于这种系统可以通过一条总线将所有的智能设备连接起来，利用接口转换器实现与监控主机之间的数据交换。

方案二：如果现场智能监控设备的数量较多，并且分散分布，首先依照就近原则在就地现场总线连接现场智能监控设备，之后再将主线连接到网关。

方案三：如果系统涉及到数个子变电站，规模较大，处于确保系统稳定性的考虑，需要针对各个子站分别设置监控主机，主要任务是对本站中的现场只能监控设备进行管理，负责站内数据运算，此外还要对信息进行筛选，确保发送到监控中心主机的都是必要信息。在得到监控中心主机授权的前提下，可以对子站监控主机进行查询或控制，这样，系统效率及可靠性将会有很大程度的提升。

2.3 现场智能监控设备功能

对于供配电电力监控系统而言，各个现场智能监控设备都是独立存在的，主要任务是收集并传输相关数据，按照监控主机的指示执行具体的操作，除此之外，还可以对开关设备的工作状态、相关参数以及设备故障等相关信息进行实时显示。现场只能监控设备的独立性主要体现在其运行并不依赖于监控网络，也不受其影响，换句话说，即使是监控网络出现传输故障，现场监控设备依旧可以正常的进行收集数据以及对相关信息予以动态显示，其相关功能并不会受到任何影响。

当前市场上有很多种类型的智能监控设备可供选择。电力监控系统的功能以及系统的经济成本在一定程度上取决于现场监控设备。因此，在电力监控系统方案设计过程中，要从用户的实际需求出发，同时对电力网络结构以及负荷级别等相关因素予以全面考虑，在此基础上确定最适宜的智能监控设备。

2.4 监控系统要求

1）主中压进线回路或者关键低压进线回路监控要求为：遥测；遥信，主要涉及到开关的分合及故障状态；遥控，及控制开关的分合；预警输出设置；实时显示；标准的通信接口；监测电能质量，单次谐波分析（大于63次）、波形捕捉及报警以及监视电压骤升、骤降等；设备配置，选择CM4250；2）低压进线回路或关键出现回路的监控要求与前者大致相同，区别在于监测电能质量方面，单次谐波分析（低于63次）以及监视电压的骤升及骤降情况；设备配置选择PM800；3）出线回路监控要求为：遥测，主要针对单相或三相电流及母排电压，可以对报警进行设定；遥信，主要针对的是断路器的分合及故障状态；遥控，同样负责控制开关的分合；标准通信接口；设备配置，选择MC系列多回路监控单元，监控各单元数条馈出线回路。

3 结语

在供配电设计过程中，对于电力监控系统的监控组态软件而言，其功能需要涉及绘图、编辑、通信、验证身份、报警、实时及历史曲线等方面，这样，对于操作人员而言，借助依托于组态软件的人机界面，便可以对电网的运行情况有直观的了解，同时可以十分便捷且准确的发出操作指令，借助网络可以实现监控主机发出的指令以及现场监控设备所收集的相关数据的传输，所以，在组网方式的选择上，需要结合系统的实际情况加以确定，一方面，要尽可能的简化布网，另一方面还要确保数据传输的迅速性及准确性。在设计过程中，要从用户的实际需求以及负荷情况出发，确定最适宜的现场监控设备。一般情况下，电力监控系统中的智能设备均具备遥测、遥信以及遥控功能，如果用户提出较高的电能质量监控要求，需要选择更高端的智能设备。