摘要：現(xiàn)代變配電監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機控制技術、通信技術和網(wǎng)絡技術等，對智能變配電設備進行數(shù)字化信息采集、處理和傳輸，從而實現(xiàn)對變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設備的遠程監(jiān)控管理，達到配電室的少人或無人值守的目的，全面提高變配電運行的現(xiàn)代化管理水平。文中以吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設計為實例，提出基于以太網(wǎng)結(jié)合現(xiàn)場總線的設計思想并給出了設計方案。

關鍵詞：變配電；監(jiān)控系統(tǒng)；以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線

0引言

  變配電系統(tǒng)包括變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分，主要作用是通過變壓器來改變電壓并通過配電設備向終端用戶分配電能。變配電系統(tǒng)是否能正常運轉(zhuǎn)直接影響整個火車站用電的穩(wěn)定和安全，因此對變配電系統(tǒng)的工作情況進行實時監(jiān)控和管理具有非常重要的意義。現(xiàn)在被廣泛應用的智能監(jiān)控系統(tǒng)就是利用計算機網(wǎng)絡技術和遠程通信技術，采用遙信、遙控、遙測的方式對變配電系統(tǒng)運行情況進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、交換，完成保護、監(jiān)視、報警及診斷記錄等功能，使工作人員不親臨現(xiàn)場就能全面掌握整個車站變配電系統(tǒng)工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電力設備故障，快速制定解決方案，縮短停電時間，減少經(jīng)濟損失，并可實現(xiàn)變配電室的無人值守，提高系統(tǒng)可靠性和適應性，達到電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理的目的。

1吉林火車站電力系統(tǒng)概況

   吉林火車站，屬于大型旅客車站，建筑等級為二級，主要包括東、西兩站房。供電負荷分三級，一級負荷為信號、通信、售檢票和安檢設備、變電所用電、公共區(qū)照明、應急照明、消防設備用電等。二級負荷為站房區(qū)照明、自動扶梯、垂直電梯、靜態(tài)標識、排水泵、新風系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等。三級負荷為廣告照明、景觀照明及其它不屬于一二級負荷的用電設備。全站負荷容量東站房為3 242 kW，西站房為3 206 kW，總用電負荷容量6 448 kW．東、西站房各建一座變電所，分別選用2臺1 600 kVA變壓器，兩站各設一個10／0．4 kV變配電室。每個變電所由站場10 kV開閉站引兩路相互獨立的10 kV電源，共計4路。各變電所2路10 kV電源的運行方式為正常時，2路電源分列運行，當任一路電源故障時，另一路均能承擔全部一、二級負荷。

2變配電監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)基本設計思想

該工程設計的是10／0．4KV電力變配電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設計采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)變配電系統(tǒng)信息的傳輸、交換和管理。

2.1.1單純基于現(xiàn)場總線的變配電監(jiān)控系統(tǒng)的不足

現(xiàn)場總線是一種比較流行的工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要采用標準化的全數(shù)字式通信鏈路在現(xiàn)場設備之間以及現(xiàn)場設備與自動化系統(tǒng)之問實行雙向、串行、多結(jié)點的數(shù)字通信技術。單純基于現(xiàn)場總線的變配電監(jiān)控系統(tǒng)存在著各自動化儀表公司總線標準不一，種類繁多，難以實現(xiàn)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的有效集成并且監(jiān)控軟件開放度不高等不足，為此決定將以太網(wǎng)引入變配電監(jiān)控系統(tǒng)來解決這一問題。

2.1.2以太網(wǎng)的發(fā)展為在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用提供了可能性

以太網(wǎng)是當應用普遍的局域網(wǎng)技術，它具有應用廣泛、共享資源能力強、軟硬件資源豐富以及低成本等點。隨著通信技術的迅速發(fā)展，高速以太網(wǎng)的速率已達到或超過100Mb／s，并且交換技術的引入，使信息在傳輸時可以獨占傳輸媒體帶寬，保證了從源端到目的端快速的點到點連接，從而避免了網(wǎng)絡沖突。由于變配電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息信息量不大，多達幾十個字節(jié)，因此對網(wǎng)絡傳輸吞吐量要求不高。

2.1.3融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

盡管現(xiàn)場總線數(shù)量多，標準不統(tǒng)一，但由于現(xiàn)場需要監(jiān)控的電力設備數(shù)量大，實時性強，因此采用現(xiàn)場總線作為底層網(wǎng)絡協(xié)議會加節(jié)約工程投資，然后在其上層通過相應網(wǎng)關，將現(xiàn)場總線連到以太網(wǎng)上，從而實現(xiàn)多種現(xiàn)場總線的集成，并能很好的與因特網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是電力調(diào)度員通過以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議將信息指令發(fā)給相應

網(wǎng)關，然后由網(wǎng)關轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場總線協(xié)議后發(fā)給相應的監(jiān)控儀表。反之，現(xiàn)場監(jiān)控儀表有消息要發(fā)給監(jiān)控終端時，也要由網(wǎng)關做協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)上傳。

2.2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上設計思想，對吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由圖可知該變配電監(jiān)控系統(tǒng)共分3層，即系統(tǒng)管理層、通 經(jīng)調(diào)研在整個吉林站除了設有變配電監(jiān)控系統(tǒng)以外，還有訊管理層和現(xiàn)場監(jiān)控層。

(1)現(xiàn)場監(jiān)控層位于車站現(xiàn)場，主要對安裝在車站現(xiàn)場的各種高壓線路保護單元、各類低壓饋線以及直流屏、信號屏、變壓器溫控器及功率因數(shù)控制器等的工作信息進行數(shù)據(jù)采集和控制，并將采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線協(xié)議傳給上一層。該現(xiàn)場總線所采用的傳輸線為12芯光纜。

    (2)通訊管理層主要由放置于東、西站房變配電室的通訊機柜和放置在供電段的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成，它提供了系統(tǒng)管理層到現(xiàn)場監(jiān)控層之間的連接。其中通信機柜里面放置有H3C S3100百兆以太網(wǎng)交換機、通訊管理機、環(huán)網(wǎng)交換機和路由器及協(xié)議轉(zhuǎn)換器，主要完成的功能一是收集下層數(shù)據(jù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、上傳數(shù)據(jù)、主備用通道自動切換，以及接收系統(tǒng)管理層的指令下達給終端設備完成工作；二是診斷所管范圍設備故障并將故障區(qū)域隔離。如建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)等，都需要與各自監(jiān)控終端進行實時通信。由于通信數(shù)據(jù)量大，監(jiān)控設備所處環(huán)境復雜，因此在二層通訊管理層與上層監(jiān)控層之間加入工監(jiān)以太網(wǎng)交換機，型號選為H3C$5500千兆三層以太網(wǎng)交換機，以保證高速可靠的信息傳遞，并可實現(xiàn)資源共享。設計中在工業(yè)以太網(wǎng)交換機和變配電監(jiān)控系統(tǒng)的管理層之闊的連接線選用超五類非屏蔽雙絞線，傳輸速率可達100 Mb／s．

(3)系統(tǒng)管理層位于監(jiān)控系統(tǒng)高層，由監(jiān)控計算機、打印機等組成，具有遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、報警顯示、故障記錄、圖形顯示以及報表打印等功能。該層設備放置在供電段的監(jiān)控室，監(jiān)控軟件為利用組態(tài)王開發(fā)的變配電監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

2.3通信協(xié)議

Modbus是目工業(yè)控制領域中廣泛使用的一種協(xié)議，該協(xié)議定義了控制器能識別并使用的消息結(jié)構(gòu)，而并不關心它們之間采用哪種通信網(wǎng)絡，它可以實現(xiàn)控制器間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡

和其它設備之間的通信。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種模式。和Modbus--ASCII相比，Modbus--RTU模式協(xié)議簡單，傳輸數(shù)據(jù)量大，效率高且傳輸距離長。經(jīng)調(diào)研吉林火車站變配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控面積廣，現(xiàn)場監(jiān)控儀表種類多，用途各異，安裝分散，因此為了能可靠的把分布于車站各處的不同廠商生產(chǎn)的監(jiān)控設備連入監(jiān)控網(wǎng)絡，實現(xiàn)集中監(jiān)控，設計決定采用基于RS一485通信接口傳輸?shù)腗odbus—RTU通信協(xié)議，傳輸速率不得小于38400bps．

2.4主要實現(xiàn)監(jiān)控功能

設計的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)以下監(jiān)控功能：

(1)對于高、低壓設備通過保護繼電器完成保護、監(jiān)視和控制功能。

(2)檢測運行參數(shù)，采集每個回路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電度量，變壓器運行狀態(tài)和各種告警信息等，為正常運行時的計量管理、事故發(fā)生時的故障原因分析提供數(shù)據(jù)。

(3)監(jiān)視電氣設備運行狀態(tài)，如高、低壓進線斷路器等各種類型開關當分、合，測試、投入狀態(tài)，斷路器小車位置，人工操作標志，保護故障信息，如發(fā)現(xiàn)故障自動報警。

(4)對建筑物內(nèi)所有設備的用電量進線記錄和統(tǒng)計，包括動力用電和照明用電，對高峰負荷、日用電量、平均用電量等指標進行分析和管理。

(5)對各種電氣設備的檢修、保養(yǎng)、維護進行管理。

3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型 

3.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

3.2系統(tǒng)功能

3.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

3.2.2實時監(jiān)測

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

3.2.3 數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(shù)據(jù)。

3.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

3.2.5運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

3.2.6實時告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

3.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

3.2.8 用戶權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.2.9網(wǎng)絡拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

3.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。 

3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型 

4結(jié)束語

吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了監(jiān)控主機在供電段監(jiān)控室內(nèi)對吉林站東、西站房管轄的所有變配電設備的監(jiān)控，并可以實現(xiàn)與現(xiàn)場高、低壓配電設備以及整流配電設備之間的遙測、遙信。該系統(tǒng)集保護、控制、測量、信號采集、故障告警、諧波分析、電能質(zhì)量管理、負荷控制和運行管理于一體，實現(xiàn)了變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設備分散監(jiān)控、集中管理功能。按照該方案設計的吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過一年的試運行后，整個系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，安全可靠，達到了預期的使用目的。目已通過驗收，正式投入使用。

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