淺談電力監控係統在太陽能電池工廠的應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定201801

摘要：隨著計算機技術、網絡技術、工業(ye) 控製技術的不斷發展，越來越多的用戶開始重視智能化電力監控係統的建設。近幾年電力監控係統給人們(men) 帶來的人力成本節省、工作效率提高、生產(chan) 安全可靠性提高等諸多優(you) 點得到了業(ye) 內(nei) 人士的一致認同。太陽能電池工廠生產(chan) 工藝複雜，動力配套設施龐大，對供配電係統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響範圍提出了更高的要求；同時，太陽能電池工廠還具有高能耗的特點，對能源管理也有較高要求。所以，電力監控係統對大型太陽能電池工廠顯得尤為(wei) 重要。結合大型太陽能電池工廠變電站工程實例，對其電力監控係統作了詳細的介紹。

關(guan) 鍵詞：電力監控係統；變電站；智能化；供配電；能源管理；太陽能電池；工廠

0 引 言

隨著計算機技術、網絡技術、工業(ye) 控製技術的不斷發展，越來越多的用戶開始重視智能化電力監控係統的建設，近幾年電力監控係統給人們(men) 帶來的節省人力成本、提高工作效率、提高生產(chan) 安全可靠性等諸多優(you) 點得到了業(ye) 內(nei) 人士的一致認同。太陽能電池工廠生產(chan) 工藝複雜，動力配套設施龐大，對供配電係統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及無人值守、縮小故障影響範圍提出更高的要求；同時，太陽能電池工廠還具有高能耗的特點，對能源管理也有較高要求。所以，電力監控係統顯得尤為(wei) 重要。本文結合某大型太陽能電池工廠一期變電站工程的工作，簡要介紹該工程電力監控係統的實施情況。

該工程全廠占地麵積4.8萬(wan) m²,建築麵積19.2萬(wan) m²,主要建築為(wei) 主廠房和綜合動力站及若幹輔助建築物，主廠房長400m,寬90m,共四層；綜合動力站長90 m,寬45m,共二層；全廠用電設備裝設容量29.8 MW。一期工程在主廠房和綜合動力站內(nei) 共設置6個(ge) 變電站，其中1號站、2號站、3號站在主廠房第一層。變電站主要設備有26台10 kV開關(guan) 櫃、14台變壓器、99台0.4 kV配電櫃、3套直流屏、2台柴油發電機組等，各變電站內(nei) 均為(wei) 後期工程預留足夠設備安裝位置。

1電力監控係統架構

變電站內(nei) 主要設備均納入電力監控係統範圍，該工程在綜合動力站一層設置有控製室，即電力監控係統的主站。電力監控係統子係統按變電站劃分為(wei) 6個(ge) 部分，分別建立各自的監控分站，管理就近的供配電設備，同時將這些分站的數據信號發送到建在控製室的主站監控中心，以便實現控製分散、管理集中、整體(ti) 運行管理智能化的要求。各分站間采用光纖形成環型網絡結構，l號光纖、3號光纖、4號光纖、5號、6號光纖沿室內(nei) 電纜橋架敷設，2號光纖沿埋地排管敷設，7號光纖沿室外電纜橋架敷設。全廠各分站網絡拓撲圖.如圖1所示。

為(wei) 了確保供配電係統運行安全可靠、管理高效，該工程采用可靠的綜合繼電保護產(chan) 品、采取遠程終端技術、計算機技術、現場總線技術、電力管理軟件產(chan) 品等形成“變電站PowerLogic電力監控係統”。整個(ge) 係統的硬件和軟件設計都著眼於(yu) 高可靠性、高實用和高擴展性，為(wei) 實現變電站科學化、智能化管理提供了可靠的平台。

為(wei) 了達到係統要求的功能綜合化、測量顯示數字化、操作監視屏幕化、運行管理智能化，設計為(wei) 每個(ge) 監控站采集10 kV高壓係統的電源電壓、電流、頻率、有功電度、無功電度及開關(guan) 運行、故障狀態；監測變壓器的溫度狀態；以及0.4 kV低壓配電係統的電源電壓、電流、功率因數、各總斷路器及聯絡開關(guan) 的運行及故障跳閘狀態，遠程分合閘控製；同時實時檢測站內(nei) 直流屏設備的運行情況；監測柴油發電機組發電機組運行，監測電流、電壓、頻率、功率因數及轉速、溫度、油壓等狀態。

2係統功能

（1）記錄包括：遙測超越記錄、遙信記錄、事件順序記錄、具有自動投切設備的投停記錄、柴油發電機組起動、停止記錄；操作記錄。

（2）事件順序記錄：事故發生時，在比較高的時間精度記錄下發生位置、設備編號、時間、動作保護名稱、故障參數、保護動作時刻。

（3）操作記錄：設備控製、設備編號、時間、性質、操作人、監護人；保護名稱、修改時間、操作人、監護人。

2.1人機界麵設定

（1）電氣接線圖及實時數據畫麵顯示：全廠供電係統圖、各變電站10 kV接線圖、直流屏接線

圖，0.4 kV接線圖。

實時數據的各種報表、曲線等的顯示、各種參數的在線設置和修改、控製操作檢查和閉鎖。負荷趨勢見圖2。

圖2 負荷趨勢圖

（3）實時數據的調用菜單、引導圖、各種報表、畫麵、表格等生成的工具俱全.1號站網絡拓撲圖如圖3所示

（4）報警：報警具有聲響、閃光、語言等方式。

2.2 操作控製功能

（1）10 kV係統：斷路器，負荷開關(guan) 的分、合閘控製、主變壓器有載分接頭調節，操作防止誤閉領功能。

（2）0.4 kV係統：每台變壓器低壓總進線斷路器、聯絡斷路器及重要斷路器的分、合閘控製及防誤操作閉鎖。

2.3數據統計和處理功能

（1）10 kV係統：對繼電保護中各種限值、運行狀態進行監視及報警處理、閉鎖和解除；直流電源狀態。

（2）對係統設備狀態監視；運行數據計算和統計、電量累加、分時統計，運行日報表、月報表、年報表統計，*大值、*小值、負荷率、各種事故的統計，曆史數據庫的顯示與(yu) 存儲(chu) 。

2.4 實時數據采集功能

（1）遙測實時數據：母線電壓、線路電流、功率、電度、變壓器溫度等。

（2）遙信包括斷路器的位置，柴油發電機狀態等。

（3）保護設備的狀態、動作記錄等數據。

3 係統網絡構成

該工程電力監控係統由三層網絡構成：設備層，采用Modbus RS-485現場總線技術；通信管理層，實現通信協議的轉換及數據壓縮；監控管理層，即計算機監控層。

3.1 設備層

采用Modbus RS-485現場總線，通訊介質采用多層屏蔽RS485雙絞線，傳(chuan) 輸帶寬可達

38.4 kh/s,傳(chuan) 輸距離可達1200 m。現場采集設備主要為(wei) 施耐德SEPAM係列的綜保設備SEPAM

S20、MT斷路器、多功能電力監測儀(yi) 表以及直流屏、柴油發電機組通信模塊等，均帶有標準RS-485通信接口，並且都采用相同的Modbus通信協議，互相連接形成RS-485的總線網絡。在電力監控軟件上可以直接顯示出現場設備的運行狀況，從(cong) 而達到了遠程監測、管理、控製的目的。

3.2通信管理層

由工業(ye) 以太網交換機、通信服務器、多串口服務器及通信設備櫃等構成，它連接設備層和計算機監控管理層，進行數據的預處理、壓縮，通過10M/100M自適應以太網RJ45 UTP接口與(yu) 計算機監控管理層連接。多中口服務器實現係統規模的擴充，16條串口實現*多512個(ge) 現場智能設備的連接，隨時可將附屬的供配電設備信息接入本係統。通信服務器實現通信協議的高速轉換，同時壓縮數據，增加數據傳(chuan) 輸帶寬，提高數據吞吐量。工業(ye) 以太網交換機支持多台主機同時對其進行訪問，TCP/IP通信方式開放、靈活，便於(yu) 靈活構成分布式監控係統。為(wei) 分站和總站通信設備均配置UPS作為(wei) 備用電源，提高係統可靠性。以上通信設備以及UPS電源、過電壓保護設備等一體(ti) 化布置在通信設備櫃內(nei) ，整潔美觀。現場運行圖見

圖4、圖5。

3.3計算機監控管理層

由管理控製局域網以及監控主機和監控管理軟件構成。監控主機采用高性能、高可靠性、大容量存儲(chu) 器的品牌計算機，配置大屏幕高分辨率顯示器，安裝中文Micrusoft Windows NT實時多任務操作係統，電力監控軟件采用電力監控組態軟件，它內(nei) 置強大的圖形功能、數據顯示功能、報警功能、曆史數據記錄分析功能、報表功能等；內(nei) 嵌編程語言，可以編製各種功能強大的智能管理軟件，實現用戶對配電係統的科學化、智能化管理的要求。

4係統特點

係統特點如下：整體(ti) 性能力，完整解決(jue) 方案；科學管理，節約成本；結構合理、產(chan) 品係統安全可靠；組網靈活，通用性強；操作簡單，免維護；接口規範，安全擴展；監控軟件具有良好的自診斷與(yu) 自恢複功能。

采用施耐德框架斷路器的本體(ti) 通信模塊和抽架通信模塊，實現對MT斷路器的遠程控製，也是該係統的一大亮點。

5安科瑞Acrel-2000Z電力監控係統解決(jue) 方案

5.1概述

針對用戶變電站（一般為(wei) 35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關(guan) 櫃綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產(chan) 品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控係統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全麵管理。監控範圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

Acrel-2000Z電力監控係統是韦德1946网址根據電力係統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理係統。該係統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳(chuan) 輸技術，集保護、監測、控製、通信等功能於(yu) 一體(ti) 的開放式、網絡化、單元化、組態化的係統，適用於(yu) 35kV及以下電壓等級的城網、農(nong) 網變電站和用戶變電站，可實現對變電的控製和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為(wei) 變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。

5.2應用場所

適用於(yu) 軌道交通，工業(ye) ，建築，學校，商業(ye) 綜合體(ti) 等35kV及以下用戶端供配電自動化係統工程設計、施工和運行維護。

5.3係統架構

Acrel-2000Z電力監控係統采用分層分布式設計，可分為(wei) 三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為(wei) 標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地麵積等多方麵的信息綜合考慮組網方式。

5.4係統功能

（1）實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關(guan) 故障、告警等信號。

（2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

（3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線

（4）運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數。

（5）實時告警：具有實時告警功能，係統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。

（6）曆史事件查詢：對事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

（7）電能統計報表：係統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的用電情況。

（8）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

（9）網絡拓撲圖：支持實時監視並診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構。

（10）電能質量監測：可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。

（11） 遙控功能：可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。

（12）故障錄波：可在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各種電氣量的變化情況。

（13） 事故追憶：可自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時穩態信息。

（14） Web訪問：展示頁麵顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。

（15）APP訪問：設備數據頁麵顯示各設備的電參量數據以及曲線。

7結語

該工程電力監控係統驗收投運後，實際運行情況達到預期效果，得到了使用方的滿意評價(jia) 。其便利及實用性主要反映在以下幾個(ge) 方麵：工作人員可以方便和實時地監控電力係統的運行狀態，為(wei) 優(you) 化電力設備運行提供了有效參考，對現場的用電設備進行統一管理，免去到現場記錄的繁瑣工作，提高效率，實現了無人值守智能變電站的目標；形成了一個(ge) 基礎的能源管理係統，可以完成對能源數據進行在線的采集、計算、分析及處理從(cong) 而實現對能源物料平衡、調度與(yu) 優(you) 化、能源設備運行與(yu) 管理等方麵發揮著重要的作用；由於(yu) 全廠工程龐大而分期實施，係統設計時為(wei) 後期預留了充足的接口，使用方在後期實施的擴容工程中得到了很大的便利。

該項目存在各變電站內(nei) 部兩(liang) 台變壓器互相備用、變電站之間變壓器互相備用的情況，0.4 kV進線和母聯MT斷路器間互投關(guan) 係複雜，在方案設計階段需要充分理解電力係統的運行方式，明確各斷路器間的投切邏輯關(guan) 係，以指導硬件連接和軟件編寫(xie) 。在電力係統正式投運前還進行了聯動調試進行驗證，這是該電力監控係統實施的難點。

由於(yu) 電力監控係統屬於(yu) 智能化供配電係統的一部分，其集成度相當高，工程移交前編寫(xie) 了用戶操作手冊(ce) ，並組織使用人員進行了3天的理論培訓和上機培訓，對疑點、難點進行了詳細的講解，讓使用人員對電力監控係統的操作有了深入了解的同時，也使該係統在以後的運行中功能得到充分利用奠定了基礎。

參考文獻：

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[6]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版.

作者簡介：

簡婷，女，現任職於(yu) 韦德1946网址