粮食储备库电力配电监控系统的设计与应用
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201800
摘要：本文主要介绍粮库电力监控系统的结构、基本功能，包括实时数据的采集与处理、数据库的建立
与维护、报警处理、画面生成及显示、在线计算及制表及系统自诊断，以及主要技术指标等
关键词：电力监控系统；基本功能；技术指标
1 概述
供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，全国各地重点工程项目急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。
本系统的建设是为了提高变配电电网的管理水平，迅速而准确地获得变配电站运行的实时信息，完整地掌握变配电站的实时运行状态，及时发现变配电站运行的故障，并做出相应的决策和处理，同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸、躲峰填谷，把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作、误判断，缩短事故停电时间，实现对变配电系统的现代化运行管理。
2 项目概况
某粮食储备库平面图，如图1所示。
图1某粮食储备库平面图
本项目包括30万t粮食浅圆仓仓储设施、配套的接收发放设施、生产辅助设施、生活设施等。预留12万t大豆仓储设施、大豆加工区等。
2.1 供电电源
库区原有变配电间变压器总容量800kVA(2×400kVA),该容量不能满足新增项目的需要，为了便于管理，考虑统一规划，新建总变电所除负责新建项目负荷外，同时负责原有变配电间、油加工区、油罐区附设式变配电间等高压供电。
新引供电电源为10kV双回路，由10kV专线采用YJV22电缆分别直埋敷设至库区总变电所。从总变电所引出三路10kV高压电缆直埋引至原有变配电间、油加工区、油罐区附设式变配电间。
2.2 负荷计算
根据库区的总体规划，负荷的分布，以及近期、远期的发展需求等因素进行详细分析、计算，并经技术经济比较确定，在库区设10kV总变电所一座、原有变配电间一座、附设式变配电间两座。
总变电所位于库区南侧，负责除浅圆仓、提升塔、转接楼、汽车及火车接发站等子项供电。
油加工附设式变配电间贴建于预处理车间首层外墙，负责油加工区等子项供电。
油罐区附设式变配电间贴建于油泵房首层外墙，负责油灌区等子项供电。
原有变配电间经改造增容后负责原有办公、生活区及新增综合办公楼、职工宿舍、食堂、浴室等的供电。
总变电所的总装机容量9781.3kW,总计算容量为2697.8kW,视在容量为2900kVA。根据负荷计算，选用10kVSCBS101600kVA干式变压器两台。
2.3 高、低压供电系统
总变电所一次侧均采用电缆进线方式，10kV双回路供电，主结线采用单母线设计，采用AC220V交流操作系统。
总变电所二次侧采用单母线分段运行方式，当其中一段发生故障时母联手动投入。进线断路器和母线连接断路器具有可靠的电气连锁，以避免两路进线电源并列运行。220/380V出线回路向各用电建构筑物提供电源。
供电系统接地保护型式统一采用TN-C-S系统。
总变电所10kV高压开关柜选用手车柜，配备真空断路器，弹簧操作机构。低压柜均选用BLOKSET-D开关柜，主进用断路器选用框架智能型，其他出线断路器选用高分断能力断路器。为操作方便，所有容量大于400A的低压断路器均为电动操作。
3 系统结构
本方案采用CSC-2000(V2)电力监控系统1套，设置在总监控中心，每座变电所的数据通过通信管理机及网络交换机上传到监控中心，每个站的高压测控单元数量及低压测控数量根据每个站规模的不同而不同，系统采用分层分布式结构。总变电所计算机监控系统分为两层：站级控制层和间隔级控制层。间隔级控制层将采集和处理后的数据信号，经光纤传输到站级控制层，通过通信网在站层融为一体。各间隔级单元相互独立，不相互影响，功能上不依赖于站控后台计算机。
站控层设置在监控分中心，硬件配置为：1台OptiPle×760双核3.0、硬盘160G、内存2G、显卡、10/100M网卡2块、光驱、USB接口、光电鼠标、/标准键盘。间隔层分散安装在变配电间开关柜上，提供CSC系列微机综保装置来完成对设备的保护控制。
整个电力监控系统结构，如图2所示。
图2 电力监控系统结构图
4 系统基本功能
4.1 实时数据的采集与处理
4.1.1 采集信号的类型
采集信号的类型分为模拟量、脉冲量和状态量(开关量)。
模拟量：电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数和直流量、温度量。
脉冲量：有功电能及无功电能。
状态量(开关量):断路器、隔离开关以及接地开关的位置信号、继电保护装置和安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号等。
4.1.2 采集信号的处理
计算机监控系统对实时数据的采集按电气设备间隔单元(线路、母线、母联、分段、主变、无功设备等)划分，每个测控单元为一个相对独立的智能小系统，对所采集的输入量进行数据滤波、有效性检查、工程值转换、故障判断、信号接点消抖等处理。
4.1.3 信号输入方式
模拟量输入：间隔层测控单元电气量除直流电压、温度通过变送器输入外，其余电气量采用交流采样，输入CT、PT二次值，计算I、U、P、Q、F、COS中；对于要作合闸同步检测的断路器，还要采集同步电压，变送器输出为4～20mA。
电能量输入：对于智能电度表可通过串口通讯采集；对于不能通过串口通信采集的电能量信号采用脉冲信号输入。
状态量(开关量)输入：通过无源接点输入；断路器、隔离开关等要进行控制的设备，取双位置接点信号。
4.2 数据库的建立与维护
4.2.1 实时数据库
装入计算机监控系统采集的实时数据，其数值根据运行工况的实时变化而不断更新，记录着被监控设备的当前状态。实时数据库的刷新周期及数据精度满足工程要求。
4.2.2 历史数据库
对于需要长期保存的重要数据将存放在历史数据库中。历史数据能在线存储12月，所有历史数据能转存至光盘作长期存档。
4.2.3 数据库的维护
数据库便于扩充和维护，保证数据的一致性、安全性；可在线修改或离线生成数据库；用人-机交互方式对数据库中的各个数据项进行修改和增删。可方便地交互式查询和调用，其响应时间满足工程要求。
4.3 报警处理
报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号。后者包括一般设备变位、状态异常信息，模拟量越限/复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。
报警发生时，立即推出报警条文，伴以声、光提示；对事故报警和预告报警其报警的声音不同，且音量可调。报警发生、消除、确认用不同颜色表示。报警点可人工退出/恢复，报警信息可分时、分类、分组管理。报警状态及限值可人工设置，报警条文可人工屏蔽，有消除抖动处理，避免误报、多报。
4.4 事件顺序记录
当变电所一次设备出现故障发生短路时，引起继电保护动作、开关跳闸，事件顺序记录功能将事件过程中各设备动作顺序，带时标记录、存储、显示、打印，生成事件记录报告，供查询。系统保存1年的事件顺序记录条文。事件顺序记录带时标及时送往调度主站。
事故追忆间隔可人工设置，事故追忆的触发可以是开关的事故跳闸或人工触发。事故追忆时的模拟量变化能用曲线进行显示。
4.5 画面生成及显示
4.5.1 监控系统显示的主要画面
全所电气主结线图(若幅面太大时可用漫游和缩放方式);分区及单元结线图；实时及历史曲线显示；间隔单元及全所报警显示图；监控系统配置及运行工况图；报告显示(包括报警、事故和常规运行数据);操作票显示；日历、时间和安全运行天数显示。
4.5.2 输出方式
电气主接线图中应包括电气量实时值，设备运行状态、潮流方向，开关、刀闸、地刀位置，“就地/远方”转换开关位置等。
图形和曲线可储存及硬拷贝。
用户可生成、制作、修改图形。在一个工作站上制作的图形可送往其他工作站。
4.6 在线计算及制表
4.6.1 在线计算
交流采样后计算出电气量一次值1、U、P、Q、f、COSf以及Wh、Varh,并算出日、月、年大、小值及出现的时间。
电度累计值和分时段值(时段可任意设定)。
变电所送入、送出负荷及电量平衡率。
主变压器的负荷率及损耗。
断路器的正常及事故跳闸次数、停用时间、月及年运行率等。
供计算的值可以是采集量、人工输入量或前次计算量，计算结果返送数据库，并能方便调用。
4.6.2 报表
实时值表、正点值表、电能量表、报警记录一览表、微机保护配置定值一览表、自诊断报告。
4.7 人-机
人-机是值班员与计算机对话的窗口，值班员可借助鼠标或键盘方便地在屏幕上与计算机对话。人-机包括：调用、显示和拷贝各种图形、曲线、报表；发出操作控制命令；各种应用程序的参数定义和修改；报警确认，报警点的退出/恢复；运行文件的编辑、制作。
4.8 系统自诊断与自恢复
计算机监控系统能在线诊断各软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，并在运行工况图上用不同颜色区分显示。
4.8.1 自诊断的内容
站控层设备、测控单元、I/O采集模块等的故障；外部设备、电源、系统时钟同步、网络通信及接口设备、软件运行异常、与远方调度中心数据通讯及远动通道故障；网控状态监视。
4.8.2 设备自恢复的内容
当软件运行异常时，自动恢复正常运行。
当软件发生死锁时，自启动并恢复正常运行。
当设备有冗余配置时，在线设备发生软、硬件故障时，能自动切换到备用设备上运行。
此外，系统具有便于试验和隔离故障的断开点。可通过公共电话网对系统进行远程维护。对于间隔层的测控单元，可通过便携式计算机对其进行维护。
5 系统主要技术指标
5.1系统指标
模拟量测量综合≤0.2%;
电网频率测量≤0.01Hz;
模拟量刷新周期≤3s;
数字量响应时间≤1s;
事件顺序记录分辨率(SOE)≤2ms;
控制命令从生成到输出的时间≤1s;
画面调用响应时间≤1s;
模数转换分辨率≥12位；
控制操作正确率=100%。
5.2测控装置指标
额定频率50Hz;交流电压100V;交流电流1A;供电电压220VDC/AC。
负载：交流电流回路≤0.8VA/相；交流电压回路≤0.5VA/相；直流回路≤25W。
模拟量测量精度：电流、电压0.2%功率0.5%频率0.01Hz。
数据更新时间：遥控(包括返送校核)命令传送时间≤3s。
GPS对时精度：站级工作主站间1ms;间隔层测控装置1ms。
测控网负载率：正常情况下≤25%;电力系统故障情况下≤40%。
系统可用率：大于99.9%。
环境温度：站级工作站0～40℃;间隔层设备-20～+60℃。
相对湿度：5%～95%。
大气压力：80～110kPa。
6 安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案
6.1 概述
针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。
Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
6.2 应用场所
适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
6.3 系统架构
Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。
6.4 系统功能
6.4.1实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。
6.4.2电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。
6.4.3曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。
6.4.4运行报表：查询各回路或设备时间的运行参数。
6.4.5实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。
6.4.6历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
6.4.7电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。
6.4.8用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。
6.4.9网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。
6.4.10电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
6.4.11遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
6.4.12故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。
6.4.13事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。
6.4.14 Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。
6.4.15 APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。
6.5系统硬件配置
参考文献
[1]张黑山.电力监控系统在粮食储备库中的应用。
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版本