李 寧，滕荔楠，彭 傳

（中國人民解放軍96213部隊(duì)，云南玉溪 653100）

0 引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展與技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓供配電技術(shù)以其電能損耗小、輸電效率高等優(yōu)勢和特點(diǎn)發(fā)揮著愈發(fā)關(guān)鍵的作用，但與此同時(shí)，高壓輸配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程當(dāng)中，其運(yùn)行可靠性同樣面臨著一定的問題和挑戰(zhàn)。因此，分析和掌握高壓配電網(wǎng)當(dāng)中電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行特性是解決配電網(wǎng)安全和效率問題的首要任務(wù)。

國內(nèi)外針對供配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的電力監(jiān)控系統(tǒng)做了大量的研究，如文獻(xiàn)[1]從數(shù)據(jù)采集、事件記錄、故障錄入、遠(yuǎn)程操作以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面對供配電設(shè)計(jì)當(dāng)中電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述和分析。文獻(xiàn)[2]從整體與個(gè)體之間的關(guān)系分析了電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中可能出現(xiàn)的效率問題以及可靠性問題等。上述文獻(xiàn)雖然論述內(nèi)容較為充分，但尚未能涉及到電力監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及其損耗補(bǔ)償方面內(nèi)容，因此存在著一定的問題。

本文將結(jié)合實(shí)際針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，基于其功能實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行分析，并歸納和總結(jié)出系統(tǒng)在高壓輸配電狀態(tài)下的運(yùn)行狀態(tài)，最后提出了優(yōu)化電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的主要措施，針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證，力求使機(jī)電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠成為高壓供配電領(lǐng)域保障安全和效率的關(guān)鍵所在，有效減少因環(huán)境因素或人為因素給系統(tǒng)造成的影響，實(shí)現(xiàn)高壓輸配電領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 機(jī)電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1.1 監(jiān)控主機(jī)選型

在電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析過程當(dāng)中，首先需要針對系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行合理選型，所謂監(jiān)控主機(jī)，指的是依托相關(guān)軟硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對供配電相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集與實(shí)時(shí)處理的一項(xiàng)設(shè)備類型，為更加充分地滿足機(jī)電工程相關(guān)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控工作的相關(guān)要求，可采用基于Windows Sever 系統(tǒng)的工業(yè)PC 作為主機(jī)，從而保障信息采集與處理效率和處理質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期監(jiān)控目標(biāo)[3]。

1.2 站控層

站控層在電力監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中具有關(guān)鍵性作用，其不僅能夠?yàn)闄C(jī)電工程項(xiàng)目的運(yùn)行管理提供支持，同時(shí)還能夠針對機(jī)電工程項(xiàng)目運(yùn)行服務(wù)過程當(dāng)中所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，為后續(xù)供配電決策提供參考和支持。通常來說，電力監(jiān)控系統(tǒng)站控層當(dāng)中應(yīng)涵蓋監(jiān)控中樞、遠(yuǎn)動(dòng)管理設(shè)備、授時(shí)設(shè)備等3 個(gè)主要模塊。其中，監(jiān)控中樞可采用工業(yè)級PC 作為終端，并能夠經(jīng)由RS485接口轉(zhuǎn)換為IEC 61850 協(xié)議，進(jìn)一步提升系統(tǒng)兼容性與適應(yīng)性。遠(yuǎn)動(dòng)管理器主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)保障遠(yuǎn)動(dòng)管理器支持IEC 61850協(xié)議，并能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)電工程項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)信息的全面采集與輸送，保障信息處理和整合的效率[4]。此外，作為站控層當(dāng)中的核心模塊，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)采取冗余設(shè)置等技術(shù)手段保障遠(yuǎn)動(dòng)管理器的運(yùn)行可靠性，一旦核心技術(shù)模塊的運(yùn)行受到影響，可基于冗余設(shè)備進(jìn)行切換，并發(fā)揮出相應(yīng)作用，避免站控層可能出現(xiàn)的各類運(yùn)行可靠性問題。最后，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)在站控層當(dāng)中設(shè)置基于衛(wèi)星信號(hào)的授時(shí)裝置，使站控層設(shè)備能夠與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相互連接，同時(shí)還能使站控層內(nèi)部相關(guān)設(shè)備運(yùn)行得到相應(yīng)地校正，提升設(shè)備穩(wěn)定性。

1.3 通信層

通信層又稱網(wǎng)絡(luò)層，是機(jī)電工程項(xiàng)目電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中開展相關(guān)通信工作的基礎(chǔ)和前提，其中主要涵蓋了通信管理機(jī)以及通信介質(zhì)等幾個(gè)層次，通過通信層相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)電工程相關(guān)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的及時(shí)輸送，從而讓技術(shù)人員能夠針對機(jī)電工程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多方位控制[5]。在通信層設(shè)計(jì)和建設(shè)過程當(dāng)中，復(fù)雜的電磁環(huán)境可能會(huì)對通信信號(hào)造成一定的影響，因此需要做好相關(guān)信號(hào)屏蔽工作，保障通信層運(yùn)行過程當(dāng)中的電磁環(huán)境穩(wěn)定良好，避免外界環(huán)境帶來的影響和沖擊。

1.4 間隔層

在機(jī)電工程項(xiàng)目電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，相關(guān)人員還需要針對間隔層進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。所謂間隔層一般指的是按照不同需求針對不同模塊信息數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析的層級，主要包括了數(shù)據(jù)輸入、輸出、中樞處理以及數(shù)據(jù)通信等幾方面內(nèi)容。技術(shù)人員可按需針對間隔層進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用，使其能夠?qū)C(jī)電工程的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一方面不斷強(qiáng)化數(shù)據(jù)信息傳輸過程當(dāng)中的準(zhǔn)確性；另一方面還能針對機(jī)電工程項(xiàng)目電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行自定義優(yōu)化和配置，使其運(yùn)行效果得到不斷提升[7]。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方案

2.1 監(jiān)控軟件選擇

在以往的機(jī)電工程電力監(jiān)控工作開展過程當(dāng)中，往往需要依賴人力對工程項(xiàng)目內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和管理，對人力物力資源的依賴性較高，同時(shí)還提高了電力監(jiān)控工作的相關(guān)成本，不利于實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控工作的預(yù)期目標(biāo)，滿足技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程探查和處置的技術(shù)需求，在針對電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需針對監(jiān)控軟件進(jìn)行合理選擇，其不僅需要滿足機(jī)電工程項(xiàng)目的監(jiān)控相關(guān)需求，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)對項(xiàng)目的配置、監(jiān)控圖像輸出、關(guān)鍵事項(xiàng)報(bào)警、數(shù)據(jù)通信以及安全管控等幾方面目標(biāo)，常用的電力監(jiān)控軟件包括InTouch、iFix、Fix、組態(tài)王、世紀(jì)星等等，技術(shù)人員可綜合考量機(jī)電工程項(xiàng)目基本特征以及電力監(jiān)控工作開展目標(biāo)對監(jiān)控軟件進(jìn)行合理選擇[8]。

2.2 軟件顯示與控制原理

為了滿足機(jī)電工程項(xiàng)目電力監(jiān)控工作的相關(guān)需求，首先需要技術(shù)人員基于監(jiān)控軟件建立起相關(guān)工程環(huán)境，并由監(jiān)控軟件與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)監(jiān)控工作目標(biāo)。其中，傳感器設(shè)備能夠針對現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程當(dāng)中的溫度、轉(zhuǎn)速、電壓、電流等關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并由中樞系統(tǒng)做出相應(yīng)決策，保障機(jī)電工程設(shè)備的運(yùn)行效率與運(yùn)行質(zhì)量[9]。在現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控過程當(dāng)中，為保障監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)內(nèi)容的準(zhǔn)確與可靠，還可以將其儲(chǔ)存于設(shè)備寄存器當(dāng)中，讓技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確定義I∕O變量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控效果的不斷提升。

2.3 與外部設(shè)備的連接模式

由于機(jī)電工程項(xiàng)目往往具備靈活性的特點(diǎn)，因此在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中往往需要基于項(xiàng)目推進(jìn)需求與外部相關(guān)設(shè)備進(jìn)行相互連接，從而進(jìn)一步提升監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性與適用性[10]。一般來說，監(jiān)控系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力監(jiān)控系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接框架

2.4 數(shù)據(jù)信息采集流程

在針對機(jī)電工程項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和整理的過程當(dāng)中，往往需要基于以下幾方面流程和環(huán)節(jié)展開工作。首先需要針對前端界面進(jìn)行設(shè)計(jì)；其次，需要按照工程項(xiàng)目實(shí)際要求對監(jiān)控目標(biāo)設(shè)備與監(jiān)控方案進(jìn)行選定；再次，需要結(jié)合實(shí)際對變量進(jìn)行定義；最后，需要將數(shù)據(jù)指標(biāo)與前端畫面表現(xiàn)進(jìn)行對接，讓技術(shù)人員能夠通過畫面表現(xiàn)更加直觀地感受到機(jī)電工程項(xiàng)目當(dāng)中數(shù)據(jù)信息的變化情況，為后續(xù)的決策工作提供支持[11]。

2.5 報(bào)表功能與操作

作為數(shù)據(jù)展現(xiàn)和處理的前提，信息報(bào)表的操作和設(shè)計(jì)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但與此同時(shí)，受到監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能及技術(shù)人員素養(yǎng)等客觀因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)一定的問題。因此在針對電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)和運(yùn)用的過程當(dāng)中，需綜合考量機(jī)電工程項(xiàng)目特點(diǎn)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及監(jiān)控工作需求，利用監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對不同周期機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的記錄并形成相應(yīng)報(bào)表，由技術(shù)人員和決策者針對報(bào)表進(jìn)行更加細(xì)化地研究和利用，使報(bào)表的查詢工作更加便捷，使用方法更加高效。

2.6 數(shù)據(jù)庫記錄

隨著信息化與智能化技術(shù)的全面發(fā)展，針對機(jī)電工程項(xiàng)目監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行建設(shè)具備了愈發(fā)關(guān)鍵的作用。在以往的數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，受到技術(shù)因素的影響，導(dǎo)致儲(chǔ)存空間不足、數(shù)據(jù)調(diào)閱效率低下、數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象屢屢發(fā)生，嚴(yán)重影響了機(jī)電工程項(xiàng)目的正常推進(jìn)以及電力監(jiān)控工作的正常發(fā)展。技術(shù)人員可按照監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的變量情況及其歷史存儲(chǔ)情況對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重構(gòu)，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行多點(diǎn)儲(chǔ)存，有效減少機(jī)電工程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息的占用空間，同時(shí)還能杜絕數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象造成的損失和影響，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控工作的持續(xù)性發(fā)展。

2.7 設(shè)備控制功能實(shí)現(xiàn)

在機(jī)電工程項(xiàng)目現(xiàn)場監(jiān)控工作當(dāng)中，涉及到的監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控需求較為多元，監(jiān)控工作的需求同樣也較為豐富，這就需要技術(shù)人員能夠及時(shí)有效地按照需求對現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行合理控制和協(xié)調(diào)，減少設(shè)備運(yùn)行問題造成的損失和影響，使監(jiān)控工作目標(biāo)能夠進(jìn)一步落到實(shí)處[12]。在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程當(dāng)中，技術(shù)人員可按照設(shè)備離散值情況、變量模擬情況等針對機(jī)電工程現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行更加全面合理地控制，使其運(yùn)行層次和運(yùn)行效果更加完善。

3 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

3.1 前端形態(tài)

通過相關(guān)現(xiàn)場測試和分析后，能夠得出結(jié)論，機(jī)電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)的前端形態(tài)能夠滿足技術(shù)人員對工程的監(jiān)控需求，前端框架當(dāng)中能夠直觀呈現(xiàn)出整個(gè)機(jī)電工程當(dāng)中的高壓進(jìn)線、斷路器、接地刀等關(guān)鍵組件的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠顯示線路當(dāng)中的電流、功率、電壓狀況等指標(biāo)，從而使技術(shù)人員能夠更加準(zhǔn)確地獲知機(jī)電工程高壓配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。

3.2 報(bào)表內(nèi)容

作為機(jī)電工程設(shè)備與線路在一段時(shí)間周期當(dāng)中的運(yùn)行狀態(tài)反饋，報(bào)表設(shè)計(jì)與制訂具有關(guān)鍵性作用[13]。依托電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)表內(nèi)容的輸出，能夠有效減少因人為因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯(cuò)漏現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)還能針對自動(dòng)化監(jiān)控過程當(dāng)中遭遇的相關(guān)問題進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，使報(bào)表內(nèi)容得到進(jìn)一步細(xì)化，同時(shí)還能為后續(xù)的輸配電運(yùn)行工程提供參考依據(jù)。

3.3 趨勢曲線

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行過后，監(jiān)控系統(tǒng)可綜合依托前端反饋數(shù)據(jù)、周期報(bào)表內(nèi)容等自行輸出相應(yīng)的趨勢發(fā)展曲線，由X軸代表時(shí)間周期，Y軸代表變量變化情況，技術(shù)人員可經(jīng)由趨勢發(fā)展曲線對機(jī)電工程當(dāng)中高壓輸配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及運(yùn)行狀態(tài)做出初步判斷，從而進(jìn)一步提升機(jī)電工程控制管理的針對性，助推機(jī)電工程管理水平的不斷進(jìn)步。

4 優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要措施

4.1 機(jī)電設(shè)備監(jiān)測與分析

在針對機(jī)電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和構(gòu)建的過程當(dāng)中，除了需要針對設(shè)備相關(guān)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控外，還需要基于監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測和分析工作。其中，技術(shù)人員可基于電力監(jiān)控系統(tǒng)所反饋的數(shù)據(jù)和信息對機(jī)電設(shè)備的耗電量比重進(jìn)行測算[14]。在機(jī)電工程開展過程中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的耗電量占總比最高，達(dá)到了65%左右，因此技術(shù)人員與機(jī)電工程管理人員可基于設(shè)備監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，使后續(xù)決策與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更加契合，提升監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行和使用價(jià)值。

4.2 無功補(bǔ)償原理及意義

受到電感負(fù)載、電容負(fù)載等因素的影響和制約，可能會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)無功功率，從而可能會(huì)使高壓輸配電線路產(chǎn)生嚴(yán)重的損耗。因此，技術(shù)人員可采取針對性手段和措施對電力輸配系統(tǒng)當(dāng)中的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。其中，電壓損失的補(bǔ)償可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：U為補(bǔ)償電壓；P為電路當(dāng)中的有功功率；Q為無功功率；R為輸配電電路電阻；X為電抗。

另外，通過針對性地進(jìn)行無功補(bǔ)償，還能有效減少傳輸損耗，進(jìn)一步提升電能的傳輸效率與傳輸質(zhì)量。

4.3 主要補(bǔ)償方式

目前，在高壓電能輸送項(xiàng)目當(dāng)中，常用的無功補(bǔ)償方式一般涵蓋了并聯(lián)電容器補(bǔ)償以及靜止無功補(bǔ)償?shù)葍煞N，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)綜合分析高壓輸配電項(xiàng)目的基本特性與需求對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行合理選擇，保障其適應(yīng)項(xiàng)目實(shí)際環(huán)境需求，提升項(xiàng)目可靠性[15]。

5 結(jié)束語

作為保障機(jī)電工程項(xiàng)目運(yùn)行安全性與運(yùn)行效率的關(guān)鍵所在，利用好電力監(jiān)控系統(tǒng)是未來電力輸送工程項(xiàng)目當(dāng)中的關(guān)鍵所在，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本架構(gòu)、主要特征及其運(yùn)行原理進(jìn)行全面梳理，并將其合理引進(jìn)高壓輸配電項(xiàng)目當(dāng)中，從而進(jìn)一步提升電力輸送質(zhì)量與輸送效率。本文結(jié)合實(shí)際針對大型機(jī)電工程項(xiàng)目當(dāng)中電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行了分析和探究，闡述了電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本運(yùn)行價(jià)值和作用，并針對監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行信息反饋對電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償優(yōu)化措施進(jìn)行了探究，力求為實(shí)現(xiàn)預(yù)期電力監(jiān)控目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。