浅析电力监控系统的设计与应用

安科瑞 彭海生
壹捌叁-贰壹玖零-零玖贰七

摘要：随着电力改革的不断推进电力企业开始面对市场管理。无论是提高自身经营能力的要求还是更好地满足日益增长的生产生活用电需求，对供电配电的安全性可靠性跟节能性提出了更高的要求。电力监控系统的应用可以大大提高供配电系统的安全性可靠性和自动化水平投资少减少和节约管理过程中所需的人力物力降低跟控制运行成本。随着社会的发展和进步重视电力监控系统在供配电设计中的作用具有重要的意义。随着计算机和网络技术的不断发展电力监控系统不断完善以保证电力系统的安全可靠运行。

关键词：供配电设计；电力监控系统；功能；作用

1. 电力系统中展电力监控系统开发与应用的必要性

电力系统的正常运行对电力行业自身跟社会各界的稳定发展对人民生命财产安全具有重要意义。大型建筑内部结构复杂多个电力监控系统对供电的安全性跟稳定性要求较高。随着科学技术的飞速发展单纯依靠人力对电力系统运行进行检修跟维护已不能满足需求电力监控系统应运而生。它不仅方便电力企业查询系统而且实现了电力运行的智能监控提高了系统的运行效率优化了资源配置促进了电力行业的健康发展。

电力系统的正常运行对电力行业自身跟社会各界的稳定发展对人民生命财产安全具有重要意义。大型建筑内部结构复杂多个电力监控系统对供电的安全性跟稳定性要求较高。随着科学技术的飞速发展单纯依靠人力对电力系统运行进行检修跟维护已不能满足需求电力监控系统应运而生。它不仅方便电力企业查询系统而且实现了电力运行的智能监控提高了系统的运行效率优化了资源配置促进了电力行业的健康发展。

1. 电力监控概述

2.1电力监控系统的定义

电力监控系统是以计算机通信设备测控单元为基本工具，通过将智能设备与母线连接成一个网络系统并利用现场母线技术实现集中管理和分散控制。为电力系统的实时数据采集开关状态检测和远程控制提供了基础平台。该监测设计能够有效地传输跟存储供电配电过程跟现场智能监测设备采集的数据。通过对数据信息的收集和分析还可以准确快速地传达运行指令从而实现电力系统的监控和远程运行功能。它可以与检测控制设备相结合构成任意复杂的监控系统在变电站和配电监控中起着核心作用。它可以帮助电力企业消除孤岛降低运行成本提高生产效率加快变电站跟配电过程中异常处理的响应速度。

2.2电力监控系统的功能

1. 数据采集与处理

电力监控系统的主要功能是采集和处理供配电设备的运行数据。所以、数据收集是基础。没有数据电力监测系统无法进行后续工作，无法实现对整个电网的实时监测。电力监控系统的数据采集由系统底层的数据采集仪完成。采集数据后就地显示通过远程传输传输到控制中心实现数据的记录、存储、集成、分析和处理。最后分析结果显示在计算机界面上并存储在数据库中供以后查询。处理后的数据传输到控制系统，帮助系统做出判断和决策。

1. 人机联系

电力监控系统利用微机系统操作员或调度员在面对一个阴极射线管显示器屏幕通过鼠标或键盘操作实现人机界面可以观察和了解电力系统的操作条件和操作参数的电力系统断路器和隔离开关分关闭操作,完全改变了传播的监控方式。人机接触的主要内容包括显示屏与数据、输入数据、控制操作等。对于无人值守变电站还需要设置必要的人机接触操作功能以便现场检查或维修人员可以通过液晶显示器或CRT显示器来观察各设备的运行情况和运行参数;断路器在紧急情况下应采用手动遥控控制。

1. 事件顺序记录

事件顺序记录主要包括断路器合闸断开和保护动作按时间顺序记录。电力监控系统必须有足够的内存以保证后台监控或远程监控主站的通信终端不丢失事件信息并记录事件发生的时间。

1. 安全监视

通过监测系统对电网运行过程进行安全监测可以保证变电站和配电系统的安全运行。当电流或电压过大时监控系统会立即发出报警信号记录并监控整个过程便于检查和排除故障。

1. 电能质量监视

该功能主要用于监测可能导致电力设备故障的电压电流或频率的任何静态偏差。当出现电压暂降电压波动闪变短时中断三相电压不平衡等情况时电力监控系统会自动调整供配电参数确保供电稳定安全可靠。

1. 电力监控系统的设计与开发应用

3.1网络设计使电力监控系统的各项功能得以实现

网络系统在电力监控系统中是及时传输数据、快速传输操作指令跟实现电力监控系统各项功能的基础。在电力监控系统中应用智能监控设备的主要目的是处理跟解决现场智能监控设备复杂分散的问题。

对于现场智能监控设备相对集中的小型电力监控系统，系统中的监控设备相对较小，且大多集中分布。此时，所有的设备都可以连接到现场总线上，通过转换器实现与主机的数据传输，并监控主机进行直接的数据交换。

为大功率多个子变电站监控系统,该系统的设备更重要的是,跟分布也相对分散,此时,我们可以每个本地设备与总线连接每个供应电子站配有监视主机改善电力监控系统的稳定性毕竟各种总线访问网关。连接监控中心主机可以控制或查询变电站监控主机收集到的信息从而提高整个系统的运行效率、安全性、可靠性。

对于超大型电力监控系统，它有多个子系统。为了确保系统的稳定运行,下属主机可以设置在每个从属系统,每个下属主机负责监测和控制系统,与此同时,中央主机可以分析每个下属主机的数据信息,以便了解整个系统的运行状态。

3.2电力监控系统中现场智能监控设备的应用

在电力监控系统中现场监控设备应该具备独立运行的功能一旦网络传输出现故障现场监控设备依旧能够保证采集到准确的数据。通过现场监控设备独立的完成数据的采集和传输来执行监控主机所传达的操作指令不仅可以动态实时显示各个供电子站的供配电工作状态还可以及时的搜集故障信息。

3.3电力监控组态软件的应用

由于电力监控软件具有编辑、绘图、报警等功能，可以使用监控软件使操作者更加直观、方便地获取现场实时信息数据，及时传达控制指令。

3.4电力监控系统的设计原则与要求

在电力监控系统当中，监控要求主要有以下几个方面：

（1）远程观测，要求系统能够准确的对电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、视在功率、功率因数、频率、谐波畸变率等信息进行检测；

（2）远程通信，要求系统能够及时的传递设备运作状态以及故障信息；

（3）远程控制，要求系统能够远程控制设备的开启和关闭；

（4）报警，要求系统能够通过设定参数，当参数异常时对各种信息进行报警；

（5）显示，要求系统能够就地显示出各部分运作信息。

所以,在电力监控系统的设计,客户的实际需要,以及电力系统的实际结构,实际的负载能力和其他因素应该充分考虑,以选择一个合理的监测设备,这有利于降低系统运行的成本,也有利于系统功能的实现。电力监控系统的设计方案应满足基本要求，比如，在电力监控系统中需要满足主中压进线的监控要求低压进线的监控要求重要出线的监控要求。

1. 电力监控系统的意义

电力监控系统具有网络通讯电子制图、数据编辑、身份验证、故障报警、数据存储和记录等功能使工作人员在实际工作中更加方便。通过人机操作界面，工作人员可以直接了解电力系统的运行状态，快速传递操作指令。由于监测设备的数据传输是通过网络传输实现的，不同的电力监测系统可以设计不同的组网方式，保证数据信息的快速准确传输。另一方面，在供电和配电设计中使用电力监控系统时，应根据实际情况选择监控设备。

在商务楼、写字楼等场所设置电力监控系统，可以实现对楼内高低压配电回路的实时监控，有利于电能管理。另一方面，电力监控系统不仅能够准确的监控回路的用电状况，它还具备网络通讯等功能，能够与计算机、串口服务器等设备进行组合，及时的显示楼内各个配电回路的运作状态，当楼内电力系统的负载越标时，电力监控系统能够迅速报警，发出语音提示。所以，电力监控系统也能生成统计报表和图表等信息,以方便相关人员分析每个部分的能耗建筑,使建筑能耗活动安全,以保证人员生命安全的建设和提高办公室工作人员的工作效率。

综上所述，随着我国科技的发展和生产力的不断提高，电力成本和与电力有关的运行成本所占的比例越来越高，对电力系统运行管理的要求也越来越高。电力监控系统已逐渐成为供配电设计中不可或缺的重要组成部分。加快电力监测系统的开发和应用研究使电力监测系统更好地发挥作用提高供电效率降低运行成本，更好地为社会服务。

1. 安科瑞电力监控系统产品介绍与选型

5.1概述

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、计算机技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等多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，可实现对变电站方位的控制和管理，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。

5.2应用场所

办公建筑（商务办公、国家机关办公建筑等）

商业建筑（商场、金融机构建筑等）

交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）

厂矿企业建筑（石油、化工、水泥、煤炭、钢铁等）

新能源建筑（光伏发电、风能发电等）

5.3系统结构

Acrel-2000Z电力监控系统釆用分层分布式设计，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。

5.4设备选型

应用场合

型号

保护功能

35kV/10kV/6KV进线柜电能质里在线监测

APView500

电网频率，电压、电流有效值有功功率、无功功率、视在功率及功率因数，电压偏差，频率偏差，三相电压不平衡度、三相电流不平衡度；三相电压、电流各序分量；基波电压、电流，功率、功率因数、相位等，谐波（2~50次）。包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波电压、电流含有率、有效值、功率等，谐波群，间谐波电压波动、闪变。可输入57.7V/100V或220V/380V。

35kV/10kV/6KV微机保护装置

AM6-*
AM5SE-*

适用于6-35kv配电线路、主变、配电变压器、电动机、电容器、PT监测/PT并列、母联/备自投等中高压柜微机保护

35kV/10kV/6kV弧光保护

ARB5-M

主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口

ARB5-E

扩展单元，多可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号

ARB5-S

弧光探头，可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室，也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°，半径0.5m的扇形区域

35kV/100kV/6KV高压柜智能操控节点测温

ASD500

一次回路模拟图彩屏显示及开关状态指示，高压带电显示及核相，标配一路温湿度控制，加热回路故障告警，分合闸回路完好指示、分合闸回路电压测量、预分预合闪光指示、电气节点无线测温，人体感应自动照明，语音提示，电参数测量，4-20mA变送输出，RS485通讯接口、以太网通讯接口、USB接口，IRIG-B对时

35KV/10kV/6kv间隔电参量测量

APM830

三相(I、U、kW、kvar、kwh、kvarh、Hz、cosΦ)，零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2D1+2D0，RS485/Modbus，LCD显示

35KV/10kV/6KV高压柜除疑露温湿度控制器

WHD面板式

支持测量并显示2路温度，2路湿度。

WHD20R

支持测量并显示2路温度，2路湿度。

变压器绕组温度检测

ARTM-8

8路温度巡检，预埋PT100，RS485接口，2路继电器输出

0.4KV低压进出线柜接头测温

ARTM-Pn-E

无线则温采集可接入60个无线测温传感器;U、I、P、Q等全电参量测量;2路告警输出;1路RS485通讯

ATE400

合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，无线传输距离空旷150米

0.4kV低压出线柜多功能电力仪表

AEM72

三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos)，四象限电能,2~31次谐波测量，最大需量，RS485/Modbus，LCD显示

RS485/Modbus，LCD显示

AEM96

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、下测里，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐皮含里分析、低压出线分相谐波及总基波电参量(电压、电流、功率);电流规格3x1.5（6)有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级

04KV低压柜内环境温湿度

AHE100

无线温湿度传感器，发射频率:5min，传输距离:200m，电池寿命≥:3年(可更换)

ATC600

两种工作模式:终端、中继。ATC600-Z做中继透传ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m;ATC600-C可接收AHE传输的数据，1路485,2路报警出口。

网关

Anet-2E8S1

8个RS485串口2kV隔离，2个以太网接口,支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188DL/T645等通讯协议设备的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-0870-5-104等上传协议支持多中心不同数据服务要求，支持断点续传，装置电源:220V AC/DC。

电力监控系统

Acrel-2000/Z

数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、权限管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表。

1. 结束语

电力工业是我国国民经济的支柱产业。它的发展和进步关系到我国综合国力的提高，关系到企业的生产和人民生活的各个环节。随着电网建设规模的不断扩大对电网运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。电力监测系统可以实时监测电力系统,及时发现和解决故障并实现电力系统的高效安全运行,这是一个强大的保障电力行业的稳定发展,对电力行业的蓬勃发展产生深远影响。

参考文献

1. 龚雨英.电力监控系统的设计与应用.[J]
2. 王显平.变电站综合自动化系统运行技术，2012.10.
3. 安科瑞电力监控与保护类产品选型手册,2022.07.
4. 安科瑞企业微电网设计与应用手册，2022.05.

作者简介：

周莉娜，女，现任职于江苏安科瑞电器制造有限公司，主要从事微机保护测控装置和电力监控系统的研发与应用。

手机:18795652344（微信同号);QQ：2881299349;邮箱:zhoulina@email.acrel.cn

进/馈线

AM5SE-F

三段式过流保护（带方向、带低压闭锁）、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波、全电参量 测量、独立操作回路

35kV

AM5SE-D2

两圈变差动速断保护、比例制动差动保护

变电站

35kV主变

AM5SE-TB

三段式过流保护（带复合电压、带方向闭锁）、反时限过流保护、零序过流保护、间隙 零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护、启动通风、闭锁有载调压、断路器遥控分 合闸、故障录波、全电量测量、独立操作回路

PT监测并列

AM5SE-UB

PT并列、低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

进/馈线

AM5-F

三段式过流保护（带方向、带低压闭锁）、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波

厂用变

AM5-T

三段式过流保护（带复合电压闭锁）、反时限过流保护、零序过流保护、过负荷保护、 变压器非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

大功率异步电 机（2000kW 以上）

AM5SE-MD

电机差动速断保护、比例差动保护、启动中过流一段保护、已运行定时限过流保护、过 负荷保护、零序过流保护、过热保护、堵转保护、低电压保护、断路器遥控分合闸、独 立操作回路、故障录波、全电量测量

10(6)kV

开闭所

异步电机

AM5-M

启动中过流一段保护、已运行两段式过流保护、反时限过流保护、过负荷保护、零序过 流保护、启动时间过长、堵转保护、过热保护、相序保护、低电压保护、断路器遥控分 合闸、故障录波

电容器

AM5-C

两段式过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、欠电压保护、过电压保护、不平衡 电压/电流保护、非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

母联

AM5-B

两段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、进线备自投、母联备自投、断路 器遥控分合闸、故障录波

PT监测

AM5-U

低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

PT并列

AM5-BL

不同母线段上PT二次信号的并列/解列控制

应用场合

型号

保护功能

系统解决方案

10kV

分配电所

进馈线/厂用变

PT监测

AM4-I

AM4-U

三段式定时限过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、非电量保

护、低电压保护、过电压保护、过负荷保护、断路器遥控分合闸、故障录波

低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告