史莉 上海納杰電氣成套有限公司 (200111)史莉（1978年~），女，大專，助理工程師，主要研究智能化配電、光伏發(fā)電。

0 設計基礎

我國供電系統目前一般存在供電部門管理的電網自動化程度高，電網終端用戶內部自動化水平比較低，無論配電系統簡單或復雜，一般都依賴維修電工技術狀態(tài)和熟悉程度來檢測并解決配電故障，效率低下等現狀。因此，需求側科學管理用電非常有發(fā)展前景。需求側管理主要目的就是提高終端用電效率，因此所有措施都不能停留在人為的單純管理層面，科學細致的管理才能更好地實現管理目標。

該系統設計主要服務于需求側合理、科學管理用電，優(yōu)化供電結構和方式，提高用電效率。針對配電系統的自動化和智能化的需求，吸取國內外產品的先進技術和多年從事配電設備設計制造的經驗，采用多種技術，配合開關柜研發(fā)成功了該套綜合自動化系統。實現了需求側用電管理的“四遙”、友好人機界面、通訊數據上傳和存儲、故障報警定位、預設用電方案、短信報警等功能，為需求側用戶提供可靠準確的數據，指導用戶科學合理用電。

完善的配電管理離不開狀態(tài)監(jiān)控和控制系統。特別是在供電末端需求側的用電監(jiān)管也越來越被廣泛關注。作為終端用電管理者和執(zhí)行者，指導用電科學性操作最基礎的方法是電力數據，只有做到了對用電清晰明確的掌握和監(jiān)測，才能更進一步的實施監(jiān)管。

該解決方案針對配電站內10kV變配到400V系統開關設備智能配電解決思路，以普通通用型配電站為例：10kV高壓開關柜（12臺）、變壓器10/0.4（2臺溫控儀）、400V低壓開關柜（16個低壓配電系統50多塊智能儀表以及一些開關狀態(tài)采集與監(jiān)控 ）適于遠程電參量實時監(jiān)測與電能計量。

監(jiān)控室設置在值班室，對整個系統進行監(jiān)控與數據采集、存儲以及數據記錄、報警等。

1 系統實現方法

1.1 應用的技術

將移動通訊網絡技術、MODBUS現場總線技術、工業(yè)以太網技術、計算機技術、遠程監(jiān)控技術、智能測控技術和智能配電柜集成創(chuàng)新。

(1) 移動通訊網絡技術的應用：基于GSM移動通訊網絡技術，實現遠程監(jiān)控，解決配電設備故障跳閘后快速自動發(fā)送到手機的短信報警功能。

(2) 工業(yè)以太網技術的應用：現代工業(yè)建立工業(yè)以太網的協議規(guī)范，以實現使用以太網技術構建通訊接口，用開放式規(guī)約的規(guī)范使得不同廠商的工業(yè)控制設備通過標準的以太網整合。

(3) MODBUS現場總線技術的應用：通用現場通訊系統，解決設備通訊中數字雙向傳輸的問題，通過應答響應，實現對現場設備或元件的訪問。

(4) 計算機技術的應用：實現與子系統和母系統的直接連通，做到信息共享，直觀視覺界面效果對設備實時狀態(tài)進行監(jiān)控。

(5) 遠程監(jiān)控技術的應用：對多個監(jiān)測站同時進行遠距離的通信，通過通信網絡，總控制中心設在中央控制室，各配電間采用分布式監(jiān)測技術，采用總線方式將總控制中心計算機和各監(jiān)測站計算機或配電設備聯系起來。

2 系統設計原則

電力監(jiān)控系統是一套完整的配電室智能化電力監(jiān)控系統，它完成對配電室內主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護以及與上級系統通信等綜合性的自動化功能。其保護、測量、監(jiān)視、控制功能通過高、低壓智能型保護測控裝置和專業(yè)型智能型測控裝置來實現。根據可靠性和高效率配電管理的要求，綜合智能配電系統的設計遵循幾點原則。

2.1 實用性

綜合智能配電系統的組成一定要符合現場配電的實際情況，不能追求華而不實，非重要的出線回路中一些不必要的電參數如果進行測量則必須配備具備該功能的電力儀表，這樣勢必造成投資過大，遠超出實際需要。因此，在能夠充分實現用戶所需功能的情況下，系統的實用性是首先應遵循的第一設計原則。同時，系統的前端產品和系統軟件均有良好的可學習性和可操作性。特別是操作性，使具備計算機初級操作水平的管理人員，通過簡單的培訓就能掌握系統的操作要領，達到能完成值班任務的操作水平。

2.2 安全性

配電網絡的系統配置不同于其他的行業(yè)，任何一點的疏忽將是巨大的安全隱患，這要求系統中的所有設備及配件在性能安全可靠運轉的同時，還應符合國內或國際有關的安全標準，并可在非理想環(huán)境下有效工作。強大的實時監(jiān)控功能和聯動功能可充分保證使用者環(huán)境的安全性。

2.3 實時性

電力系統中的電參量時刻都處在變化中，超負荷、不平衡等因素將會對配電設備造成巨大的損害，然而這些因素的產生并不是預期的，所以對系統的實時性要求非常關鍵，系統不僅能夠實現實時性監(jiān)測，還應對一些必要的事件具有記錄存儲的功能。

2.4 穩(wěn)定性

由于綜合智能配電系統是一項長期不間斷運行的系統，肩負著監(jiān)測配電網絡的運行狀況，并具有一定的處理事件的功能，所以系統的穩(wěn)定性顯得尤為重要。要求系統要有數年以上市場的成功應用經驗，擁有相應的用戶群和用戶服務體系。

2.5 可擴展性

系統的設計并不是一成不變的，如根據需要將工程擴建、改造、或者與其他系統的兼容、并入等，這要求系統的設計應預留多路與其他系統的通訊接口，當追加變配電子站系統及與上級調度系統，如樓宇自動化控制系統（BAS）、管理信息系統(MIS)、消防控制系統(FCS)等運行，可實現系統擴展。

2.6 易維護性

綜合智能配電系統在運行過程中的維護應盡量做到簡單易行。從計算機的配置到系統的配置，前端設備的配置都充分仔細地考慮了系統可靠性，并實施了相應的認證。在做到系統故障率最低的同時，也考慮到即使因為意想不到的原因而發(fā)生問題時，保證數據的方便保存和快速恢復，并且保證緊急時能迅速地打開通道。整個系統的分層管理保證了網絡一旦出現故障，不會因為某部分設備的維護，而停止所有設備的正常運作。

3 系統設計

3.1 系統結構

系統采用分層分布式結構進行設計，即站控管理層、網絡通訊層和現場設備層，拓撲圖見圖1、結構圖見圖2。

圖1 配電管理系統拓撲圖

圖2 配電管理系統結構圖

(1) 現場設備層

現場設備層主要是連接于網絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該配電系統必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數據的重任，同時也是執(zhí)行后臺控制命令的終端元件。這些設備可為各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監(jiān)測模塊和電動機保護器等。

(2) 通訊控制層

通訊控制層主要是由通訊服務器、接口轉換器件及總線網絡等組成。該層是數據信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS、SMBUS等及以太網等各種接口，組網方式靈活，支持點對點的通訊、現場總線網絡、以太網等類型的組態(tài)網絡。通訊服務器主要用于直接對現場儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現場儀器儀表回送的數據信息進行采集、分類和存儲等工作，如電壓/電流等電參量、輸入開關量狀態(tài)、修改儀表內部參數或各種控制繼電器斷開/閉合的操作命令等；微機保護裝置主要是為保證上位機的正常工作，避免網絡中不穩(wěn)定信號對其造成的干擾或破壞；接口轉換器件則是由于現場儀表或其他系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進行轉換方可進行數據交換。

(3) 管理測控層

管理測控層針對配電網絡的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統的最上層部分，主要是由電力監(jiān)控系統軟件和必要的硬件設備如計算機、打印機、UPS等。其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數據傳輸協議讀取前置機采集的現場各類數據信息，自動經過計算處理，以圖形、數顯、聲音等方式反映現場的運行狀況，并可接受管理人員的操作命令，實時發(fā)送并檢測操作的執(zhí)行狀況，以保證供用電單位的正常工作；電能計量管理功能設計各種符合用戶的報表格式，報表內數據嚴格按照各種標準進行計量，用戶只需查找打印即可，方便操作，提高了工作效率。

3.2 通訊設備及線纜

現場儀表均采用低煙無鹵型屏蔽雙絞線連接，配電站至值班室線纜根據實際采用雙絞線直拉或光纖方式。

3.3 站控設備

監(jiān)控室主要完成遠程數據采集、處理與顯示，并完成向上級調度的轉發(fā)。站控設備的配備綜合考慮用戶實際需求，配置監(jiān)控主機、顯示器、小型網絡機柜及串口通訊服務器及監(jiān)控軟件，考慮到通訊可靠性及防雷等因素，配置串口隔離設備。

3.4 主要參數

系統以智能電力監(jiān)控裝置、微機繼電保護裝置、計算機網絡、能量管理應用組態(tài)軟件為基礎，滿足國內電力行業(yè)規(guī)范及相關行業(yè)標準，采用完全分層分布式結構，是一種智能化、網絡化、單元化、全開放的能量管理系統。系統根據低壓能量管理的特點，完成對變配電系統的數據采集、運行監(jiān)視、事故預警、事故記錄和分析、自動控制、繼電保護等功能，同時把能耗預警、電源質量管理系統融為一體，提高了用電的可靠性、安全性、管理水平，是一個面向用戶的、真正的能量管理系統。其主要特點如下(主要性能依賴于現場設備選擇)：

(1) 實時數據采集功能及處理功能

系統能夠對現場所有的模擬量、脈沖量及開關量、測量量，外部輸入信號等進行實時和定時數據采集，定時數據可根據設定的時間間隔自動轉存于硬盤，生成歷史數據庫。系統能夠對遙測量進行值越限檢查及告警，并進行最大值、最大值時間、最小值、最小值時間、平均值、供電合格率等的統計、記錄，以及開關分合閘次數統計、遙信變位啟動事故追憶記錄等。

(2) 數據遠傳及控制功能

系統對于每次遙控操作，均對操作員、操作時間、監(jiān)視員、操作類型進行記錄生成遙控操作記錄表并將此記錄存盤以備查詢；通過主站微機對控制對象進行分合操作，控制對象包括開關和斷路器隔離開關的分合（跳合）操作，設備運行檢修。

(3) 屏幕顯示功能

系統動態(tài)刷新顯示主接線圖，對各開關運行狀態(tài)，在線運行參數，網絡通訊狀態(tài)，曲線趨勢等，對實時及歷史時間，復費率統計和需量統計等功能采用模擬圖的方式實時顯示。運行狀態(tài)監(jiān)視圖分為主接線圖（主畫面、分畫面）、負荷曲線圖、波形分析圖以及用戶推出的其他需要顯示的運行狀態(tài)畫面；主要運行參數均可采用柱形圖、餅形圖等多種圖形顯示。

(4) 報表記錄及打印功能

系統可以定時、隨機、召喚打印如下內容：各類故障及事故報警信息打印、事件順序記錄打印、報表、曲線打印、運行日志打印、運行參數打印、事故追憶打印、畫面拷貝打印等。

(5) 報警功能

當出現開關事故變位、遙測越限、保護動作、開關跳閘或其他報警信號時，系統能發(fā)出音響提示，并在屏幕上顯示報警內容或推出特定的報警畫面。報警設備能根據不同類型的報警信號發(fā)出不同的聲音。

(6) 用戶管理功能

系統提供完善的用戶權限及口令控制，對重要的操作（如遙控、遙測以及整定值下發(fā)等）設置雙重驗證。

(7) 歷史數據管理功能

周期性存儲運行數據，保存操作記錄、設備運行狀態(tài)、保護動作記錄、事故記錄等信息，形成完備的歷史數據庫。

(8) 通訊管理功能

系統具備廣泛、開放的數據通訊接口，支持IEC60870-5系列、CDT、SPABUS、LONWORK、CA NBUS、PROFIBUS、DNP、MODBUS-RTU、TCP/IP等多種通訊協議，模塊化設計結構，提供通訊數據開發(fā)接口，便于現場接入其他智能控制裝置。

(9) 自診斷功能

系統定期進行自檢，對外設、監(jiān)控節(jié)點狀態(tài)、軟件進行檢驗，發(fā)生異常時自行修復；系統提供遠程維護接口，可實施遠程升級、下載程序、遠程診斷等功能。

3.5 技術指標

(1) 重要遙測更新周期：<2s

(2) 一般遙測更新周期：<3s

(3) 事故時遙信變位傳送時間：≤1s

(4) 事故推畫面時間：<2s

(5) 遙信變位：<1s

(6)遙控過程完成：<3s

(7) 模擬量測量綜合誤差：<0.5%

(8) 電網頻率測量誤差：<0.01Hz

(9) 調用畫面響應時間：1～3s

(10) 單元控制裝置接受命令到開始執(zhí)行時間：≤1s

(11) 網絡速率：10M或100M

(12) 事件記錄正確率：≥99.9%

(13) 遙信正確率：100%

(14) 遙控正確率：100%

(15) 遙調正確率：100%

(16) 遙測正確率：≥99.9%

(17) 海拔高度：≤4000m

(18) 工作環(huán)境溫度范圍：-20～+65℃

(19) 存儲環(huán)境溫度范圍：-40～+85℃

(20) 相對濕度：≤95%（25℃）

(21) 在實時數據庫容量支持到10 000點基本保持以下系統指標：

(22) 系統使用壽命≥10年

(23) 系統平均無故障時間：系統MTBF≥30 000h

(24) CPU負載：正常情況下負荷率≤15%（任意5分鐘內平均）

事故情況下負荷率≤35%（任意1分鐘內平均）

系統調試驗收后，對現場安排的管理人員進行培訓，可實時完成用戶提出的要求并進行修改。

4 總結

該系統方案可廣泛應用于各種現場總線技術、移動通信網絡技術和智能化管理技術，向用戶提供各種使用簡便、經濟實用、運行可靠的分布式智能單元、智能網絡及相關智能管理軟件，為用戶實現企業(yè)配電智能化提供全方位高性價比的綜合解決方案和智能管理手段，是自主創(chuàng)新、達到國際先進水平的智能配電系統。