李昌旺 豐剛明 吳遠(yuǎn)培

【摘要】 為了實(shí)現(xiàn)大型數(shù)據(jù)中心高低壓配電設(shè)備的安全、可靠、自動(dòng)化運(yùn)行，提出了融入傳統(tǒng)配電自動(dòng)化技術(shù)的新型數(shù)據(jù)中心電力監(jiān)控設(shè)計(jì)。新型監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)化控制技術(shù)、智能管理于一體的綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)，不僅提高整個(gè)數(shù)據(jù)中心的安全性、可靠性、靈活性，而且對(duì)提升數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理水平有很大的幫助。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心 電力監(jiān)控 控制 自動(dòng)化

隨著信息化技術(shù)和IT技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)從分散部署走向集中，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量、規(guī)模也在不斷的增長(zhǎng)，配套的電力基礎(chǔ)設(shè)施也日益增多，因此，傳統(tǒng)的監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)已無(wú)法滿足大型數(shù)據(jù)中心電力設(shè)備的運(yùn)維需求，新的電力監(jiān)控系統(tǒng)需以標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性、可用性、安全性、先進(jìn)性為技術(shù)原則，采用標(biāo)準(zhǔn)化和開放式設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備遠(yuǎn)程控制及就地自動(dòng)化。

一、電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型電力監(jiān)控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化與IT技術(shù)相結(jié)合方式，以標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化、國(guó)際化、組件化設(shè)計(jì)理念，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心各個(gè)智能設(shè)備的集成監(jiān)控。其中系統(tǒng)將采用分層、分布、開放式式雙以太網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，雙網(wǎng)均能同時(shí)進(jìn)線數(shù)據(jù)通信，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫切換，確保監(jiān)控系統(tǒng)的高可靠性。

站控層采用雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、電氣操作員站、電氣工程師站、打印機(jī)以及負(fù)責(zé)與其它系統(tǒng)通信的管理裝置，形成電氣系統(tǒng)監(jiān)控、管理中心。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用面向?qū)ο?、模塊化設(shè)思想，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合開放性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

網(wǎng)絡(luò)層主要由通信管理單元、交換機(jī)等組成。對(duì)于10kV綜保裝置，可采用以太網(wǎng)方式直接接入交換機(jī)；對(duì)于低壓智能儀表、UPS、空調(diào)、變壓器、直流屏、精密配電柜等裝置，采用通信管理單元實(shí)現(xiàn)規(guī)約轉(zhuǎn)換和裝置通信。通過“功能插件”可獲得強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)即插即用。

間隔層可由就地各變電所，劃分成變電所（一）、變電所（二）、變電所（三）、變電所（四）等子站構(gòu)成。在站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，間隔層須能獨(dú)立完成間隔層的監(jiān)測(cè)和斷路器的就地控制功能。其中保護(hù)測(cè)控裝置、通訊管理機(jī)通過以太網(wǎng)口直接接入系統(tǒng)雙網(wǎng)。（圖1）

二、電力監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要充分考慮電力設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的各中應(yīng)用需求，采用一體化設(shè)計(jì)，構(gòu)建開放、強(qiáng)大的集成化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)通訊管理、圖像管理、權(quán)限管理、告警服務(wù)、報(bào)表功能、一體化五防、操作票管理、程序化控制、保護(hù)信息管理、WEB信息發(fā)布、操作員仿真培訓(xùn)等數(shù)據(jù)中心電力設(shè)備日常運(yùn)維所需功能。具體功能設(shè)計(jì)如下：

1）具備程序化操作功能：可在監(jiān)控室監(jiān)控平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜的自定義操作控制。

2）具備OPC接口及開放相關(guān)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心其它系統(tǒng)連接。

3）監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)包括但不限于操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、支撐軟件、應(yīng)用軟件等所有必備軟件。

4）顯示畫面：包括主接線圖、設(shè)備分畫面、實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)、保護(hù)信息、報(bào)警信息等，其中接線圖中的帶電設(shè)備須具有顏色標(biāo)識(shí)。

5）數(shù)據(jù)采集與處理：模擬量主要包括電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度、溫度等；開關(guān)量包括開關(guān)位置、事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)、自動(dòng)裝置投入及退出信號(hào)、開關(guān)當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)動(dòng)操作位置信號(hào)、變壓器溫度報(bào)警信號(hào)、超溫跳閘信號(hào)等；事件信號(hào)包括開關(guān)狀態(tài)的變位、綜合保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)、控制操作及操作后狀態(tài)變化等以及事件發(fā)生的時(shí)刻、事件性質(zhì)和名稱。

6）操作控制功能：提供完備的操作控制功能，包括遙控、遙調(diào)、保護(hù)壓板投退、保護(hù)定值整定、信號(hào)復(fù)歸等。同時(shí)控制支持閉鎖功能。

7）報(bào)警處理：報(bào)警應(yīng)能分層、分級(jí)、分類處理，起到事件的過濾作用，能現(xiàn)場(chǎng)自定義配置報(bào)警的處理方式。設(shè)置預(yù)告信號(hào)和事故信號(hào)，并產(chǎn)生不同的音響報(bào)警及閃光，自動(dòng)推出相應(yīng)畫面，對(duì)應(yīng)事故、故障設(shè)備的圖形發(fā)生閃動(dòng)變位，窗口提示事件內(nèi)容及處理指導(dǎo)。報(bào)警信號(hào)可在監(jiān)控主機(jī)上人工確認(rèn)復(fù)歸。報(bào)警同時(shí)啟動(dòng)事件打印輸出功能。

8）事故追憶及顯示畫面：動(dòng)作發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄，供系統(tǒng)進(jìn)行事故追憶。要求系統(tǒng)可追憶事故前后全站各個(gè)間隔的測(cè)量數(shù)據(jù)。并提供曲線、表格等形式選擇想要查看的事故追憶數(shù)據(jù)。

9）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：系統(tǒng)主站設(shè)有歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、變位、報(bào)警、操作記錄等，并能保存一年以上。同時(shí)支持歷史數(shù)據(jù)以移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備方式進(jìn)行備份。

10）數(shù)據(jù)報(bào)表：能提供功能強(qiáng)大、靈活自如的報(bào)表編輯工具。能提供典型報(bào)表模板，支持自定義編輯及Excel格式導(dǎo)出。報(bào)表可顯示數(shù)據(jù)包括：各種歷史采樣數(shù)據(jù)；各種統(tǒng)計(jì)值，如最大值、最小值、平均值、峰谷平值等。報(bào)表顯示支持?jǐn)?shù)值、曲線、棒圖、餅圖等。

11）能耗管理：按設(shè)備、變電所統(tǒng)計(jì)顯示能耗情況，同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)中心PUE值，顯示方式包括折線圖、餅狀圖、柱狀圖等（PUE值=設(shè)備總能耗/IT設(shè)備能耗）。

12）保護(hù)定值修改：監(jiān)控主機(jī)能顯示各線路的保護(hù)配置并能對(duì)所有保護(hù)定值進(jìn)行設(shè)置和修改，也能對(duì)各保護(hù)功能進(jìn)行投退，以適應(yīng)開關(guān)所內(nèi)保護(hù)多種運(yùn)行方式，修改時(shí)必須輸入相應(yīng)密碼才能執(zhí)行。

13）諧波分析功能：能對(duì)電壓、電流諧波分析，奇次、偶次、總諧波越限等多種啟動(dòng)方式，顯示諧波頻譜圖以及總諧波畸變率等。

14）一體化五防功能：可根據(jù)運(yùn)行要求完成操作票的生成、預(yù)演、打印、執(zhí)行、記錄；對(duì)操作口令、操作權(quán)限不符的操作具有閉鎖功能，并在屏幕上顯示拒絕執(zhí)行的原因；操作過程中應(yīng)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，保證與實(shí)際一次設(shè)備狀態(tài)的一致性。

15）安全性管理：系統(tǒng)軟件設(shè)置支持多種權(quán)限分區(qū)和密級(jí)設(shè)置，為系統(tǒng)管理員、工程師、一般值班操作人員等提供分級(jí)密碼，并對(duì)所有操作自動(dòng)進(jìn)行帶時(shí)標(biāo)事件記錄，可建立良好的反事故措施。

16）系統(tǒng)對(duì)時(shí)：監(jiān)控系統(tǒng)配置衛(wèi)星時(shí)鐘設(shè)備，以接收GPS的標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號(hào)，對(duì)站控層各工作站及間隔層各單元等有關(guān)設(shè)備的時(shí)鐘進(jìn)行校正。

17）WEB瀏覽功能：實(shí)現(xiàn)WEB方式實(shí)時(shí)瀏覽設(shè)備狀態(tài)、采集參數(shù)、報(bào)警信息等，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)作正向隔離。

18）聯(lián)動(dòng)功能：通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)；通過與門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)變電所相關(guān)門禁信息查詢。

19）系統(tǒng)滿足如下性能指標(biāo)：

系統(tǒng)遙信響應(yīng)時(shí)間≤2s

遙測(cè)響應(yīng)時(shí)間≤3s

遙控響應(yīng)時(shí)間≤3s

站內(nèi)事件順序記錄分辨率≤2ms

畫面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新≤3s

控制操作正確率=100%

遙控動(dòng)作成功率≥99.99%

系統(tǒng)平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）≥20000h

三、數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

電力設(shè)備自動(dòng)化控制在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，例如在火電廠，不但提高了電廠的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，更加強(qiáng)了其管理，提升了系統(tǒng)可靠性，避免人為誤操作事故等。因此，加強(qiáng)對(duì)大型數(shù)據(jù)中心電力電氣自動(dòng)化的技術(shù)運(yùn)用，將成為數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)“安全、可靠、節(jié)能”運(yùn)轉(zhuǎn)的前提之一。以標(biāo)準(zhǔn)的兩段母線分列運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心為例，自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)如下：1）數(shù)據(jù)中心10KV母線電源在市電正常、一路市電斷電、兩路市電斷電工況下開關(guān)的自動(dòng)化切換，其中一期市電進(jìn)線開關(guān)、發(fā)電機(jī)進(jìn)線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)分合閘狀態(tài)如下：

2）數(shù)據(jù)中心在10KV母線在兩路市電斷電后，切除所有變壓器出線開關(guān)，待應(yīng)急發(fā)電供電時(shí)，各變壓器出線開關(guān)能分級(jí)自動(dòng)合閘，以便柴油發(fā)電機(jī)組分階加載，從而實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)的正常供電，避免因啟動(dòng)負(fù)荷太大導(dǎo)致油機(jī)宕機(jī)的事故。

四、智能設(shè)備監(jiān)控需求設(shè)計(jì)

隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的數(shù)量也在不斷的增加，電力監(jiān)控系統(tǒng)需將所有設(shè)備有效的集中監(jiān)控起來(lái)，實(shí)時(shí)跟蹤各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)中心安全、可靠地運(yùn)行。

1）柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)管理系統(tǒng)監(jiān)控需求：

柴油發(fā)電機(jī)組電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、機(jī)油壓力、水溫、發(fā)電機(jī)繞組/渦輪溫度、電池電壓、運(yùn)行小時(shí)等運(yùn)行參數(shù)

機(jī)組手動(dòng)/自動(dòng)、運(yùn)行/停機(jī)/自動(dòng)/負(fù)載試驗(yàn)等工作狀態(tài)

燃油低位、發(fā)動(dòng)機(jī)低溫、機(jī)油低壓發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、電池低壓、電池高壓、起動(dòng)失敗、超速、機(jī)油低壓、發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、發(fā)電機(jī)電壓過高/低、頻率過高/低、過電流、逆功率、同步失敗、發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路、開關(guān)不在自動(dòng)位告警等報(bào)警信號(hào)

2）測(cè)試負(fù)載監(jiān)控需求：

電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率等參數(shù)

手動(dòng)/自動(dòng)、運(yùn)行/停機(jī)等工作狀態(tài)

系統(tǒng)短路、風(fēng)機(jī)故障、高溫故障、急停、過電壓、過電流等報(bào)警信號(hào)

3）埋地油罐及油泵系統(tǒng)監(jiān)控需求：

日用油箱和埋地油罐油位顯示、液位報(bào)警和油溫

供油泵工作和故障狀態(tài)等信息

4）UPS不間斷電源監(jiān)控需求：

輸入電壓/電流/功率、輸出電壓/電流/功率、電池電壓、THD、UPS運(yùn)行狀態(tài)以

過流/過壓/過溫報(bào)警等信號(hào)

5）UPS蓄電池組巡檢儀監(jiān)控需求：

電池電壓、溫度、充放電電流等參數(shù)及報(bào)警信號(hào)

6）直流屏監(jiān)控需求：

輸入輸出電壓、電池電壓/電流等參數(shù)

過/欠壓、絕緣下降等報(bào)警信號(hào)

浮充、均充運(yùn)行狀態(tài)

7）變壓器監(jiān)控需求：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、報(bào)警信號(hào)等。

8）空調(diào)監(jiān)控需求：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、運(yùn)行/停機(jī)狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)等。

9）電容補(bǔ)償柜監(jiān)控需求：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、功率、功率因數(shù)、溫度、報(bào)警信號(hào)等。

10）低壓智能儀表監(jiān)控需求：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一回路的電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度等。

五、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心電力監(jiān)控系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制技術(shù)是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)的重大變革，其技術(shù)水平將不斷提高，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也在不斷地改進(jìn)。應(yīng)在滿足運(yùn)維需求的條件下，不斷開拓設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用新原理、新技術(shù)，優(yōu)化設(shè)備工藝，以滿足數(shù)據(jù)中心不斷發(fā)展的需求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黃益莊. 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù) 中國(guó)電力出版社

[2]秦建華. 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究和應(yīng)用 四川大學(xué)

[3]金午橋. 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展策略 電力系統(tǒng)自動(dòng)化

[4]GB50062-92 《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

[5]DL5003-91 《電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》