王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司
0引言
智能建筑通常具有以下條件：一套先進的樓宇自動化系統(tǒng)可創(chuàng)建溫暖自然的居住環(huán)境，一套結(jié)構(gòu)化的布線系統(tǒng)可在建筑物內(nèi)或整個社區(qū)之間傳輸數(shù)據(jù)，語音通信和多媒體通信已集成在一起，可滿足現(xiàn)代信息社會的高效工作要求。智能電源監(jiān)控系統(tǒng)平臺，用于通信系統(tǒng)，電源監(jiān)控系統(tǒng)，建筑物中高壓和低壓配電設(shè)備的集成監(jiān)控和管理。
1 電力智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析
從目前情況分析，比較常見的電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括以下5個方面的子系統(tǒng)，具體如下。
1.1 控制現(xiàn)場子系統(tǒng)
控制現(xiàn)場子系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括 PLC、保護單元、遠程 I/ O 單元、傳感器、保護裝置、執(zhí)行裝置等幾部分，可以通過這 些設(shè)備的作用，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)中各種信息的采集，同時執(zhí)行有關(guān)的控制命令，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)中的運行設(shè)備的在線監(jiān)測和實時控制。傳感器能夠?qū)F(xiàn)場的各種信號，例如數(shù)字信號、模擬信號、開關(guān)量信號等及時進行采集，然后經(jīng)過相關(guān)處理后，利用電纜、光纜或者綜合通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到主控端。其中，保護單元可以對電力線路中的故障或者跳閘現(xiàn)象進行反映，而 PLC 是控制程序發(fā)出可控制操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場控制對象的遙調(diào)和遙控。
1.2 信息處理與控制子系統(tǒng)
在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，信息處理和控制子系統(tǒng)主要是通過主控端對各種信息進行采集，包括通信傳輸子系統(tǒng)傳輸過來的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息以及視頻信號等，之后通過計算機對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過加工處理后反映到人機聯(lián)系子系統(tǒng)中，實現(xiàn)狀態(tài)顯示，例如發(fā)出警報或者燈光亮起等，從而將信息傳達給相關(guān)的工作人員。為滿足工作需要，還可以進行人工干預(yù)，進行相關(guān)的操作和控制。
1.3 主控層
主控制層位于中央控制室或車間中，通常配備有高性能，高可靠性的計算機，UPS 不間斷電源，打印機和警報設(shè)備。電源監(jiān)控軟件安裝在主控計算機上，通過該軟件的人機界面和各種管理功能，可以實現(xiàn)整個配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控。
1.4 中間層
中間層位于現(xiàn)場層與主控層之間，主要完成現(xiàn)場層設(shè)備與主控計算機之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接，數(shù)據(jù)交換，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，提高了系統(tǒng)的實時性，兼容性和可擴展性。以太網(wǎng)交換機使與其他系統(tǒng)的連接和共享數(shù)據(jù)信息變得容易，對于大型系統(tǒng)，還可以設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器以與其他系統(tǒng)連接。
1.5 現(xiàn)場層
站點級別的主要任務(wù)是收集和測量現(xiàn)場各種配電系統(tǒng)的運行參數(shù)，并將收集和測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)視系統(tǒng)。主要設(shè)備是內(nèi)置電能表，軌道式電能表，能量斷路器和四個遠程設(shè)備。這些設(shè)備或儀表根據(jù)基本設(shè)備的需求進行配置，并安裝在現(xiàn)場配電盤或開關(guān)柜中。上述所有設(shè)備彼此獨立地完成功能，不依賴于主控制計算機的操作，并具有 RS485通信接口。檢測到的電氣參數(shù)和狀態(tài)信號通過現(xiàn)場 RS485總線實時傳輸?shù)街虚g層。
2 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)功能特點
2.1 提高現(xiàn)場工作效率
員工可以設(shè)置電源智能監(jiān)控系統(tǒng)，以在短的 H-f.q 范圍內(nèi)準(zhǔn)確判斷和操作。同時，現(xiàn)場工作人員可以“透明"以同步了解電能流的狀態(tài)，因此可以準(zhǔn)確，及時地處理錯誤。即使您不在現(xiàn)場，也可以通過系統(tǒng)配置通過無線傳輸模板獲取錯誤信息。它可以實時反映設(shè)備的實際使用情況，還可以使員工合理地準(zhǔn)備維護工作。
2.2 降低能源成本
電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以優(yōu)化能源成本。該系統(tǒng)可以用作基準(zhǔn)，以針對具有半公共功率檢測，功耗跟蹤和優(yōu)化管理的負(fù)載，在區(qū)域之間定制簡單的功率負(fù)載計劃，并要求賠償由于不規(guī)則電能質(zhì)量造成的損失。
2.3 優(yōu)化資源
電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確評估電網(wǎng)或變壓器，配電盤，配電柜等設(shè)備的后備容量。這是因為數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反映電力資源的實時使用情況，便于電力資源的放置并由業(yè)主做出決策。更好地促進配電系統(tǒng)的發(fā)展和變化。
3 智能建筑中電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用
3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)
這些電源監(jiān)視系統(tǒng)主要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)來監(jiān) 視電源系統(tǒng)的運行并將設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)視中心。監(jiān)視中 心可以遠程控制每個設(shè)備，使工作人員可以實時了解它。設(shè)備的操作。其中，電源監(jiān)視系統(tǒng)的主要功能包括系統(tǒng)操作的實時監(jiān)視，電源質(zhì)量監(jiān)視，遠程控制和操作記錄，事件警報和記錄，數(shù)據(jù)收集和歷史數(shù)據(jù)管理，打印各種報告以及電源管理。
3.2 常規(guī)電力監(jiān)控應(yīng)用
常規(guī)電源監(jiān)控主要滿足以下要求 ：數(shù)據(jù)采集和記錄每個開關(guān)的運行狀態(tài)，電壓，電流，功率和能量，以及常見的電氣參數(shù)（例如警報和遠程控制）。某學(xué)校的電力系統(tǒng)共有8個10 kV 變電站，每個變電站都配備有兩個變壓器。結(jié)構(gòu)采用2條輸入線和1條母線。每個變電站包含大約80個饋電回路。為了科學(xué)地管理整個學(xué)校的供電系統(tǒng)并正常使用學(xué)校的電力進行教育和科學(xué)研究，學(xué)校采用了配電監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)學(xué)校的實際情況采用了現(xiàn)有的電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)大致分為8個子工作站和1個監(jiān)控中心，主要通信網(wǎng)絡(luò)使用100MTCP/IP 光纖以太網(wǎng)，并且為了實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，現(xiàn)場監(jiān)控層使用 Modbus 總線進行通信。
3.3 電能質(zhì)量監(jiān)控應(yīng)用
某大廈共有變配電所四座，分別位于地下三層（1#、2#變電所）、21層（3# 變電所）和53層（4# 變電所）。為了保證整個大廈正常工作的可靠供電和實現(xiàn)供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，采用了電力監(jiān)控系統(tǒng)，在1# 變電所設(shè)置監(jiān)控主機，在2#、3#、4# 變配電所分別設(shè)置智能通信管理器實現(xiàn)通信上傳功能。主通訊網(wǎng)采用100mTCP/IP 光纖以太網(wǎng)，子站內(nèi)的現(xiàn)場監(jiān)控層采用 Modbus 總線通訊，系統(tǒng)采集電房內(nèi)高壓柜上微機保護、測量儀表、直流屏、變壓器溫控儀、發(fā)電機等信息。實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、報警功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、管理分析等功能。并通過采用可編程控制器，實現(xiàn)負(fù)載自動控制功能，通過 PLC 的邏輯控制實現(xiàn)動作順序的減載，以保證重要負(fù)荷的正常運行。建筑擁有兩條獨立的35kV 進線和10kV 的母線，其中母線分段運行，每段母線裝配有8~10變壓器，變壓器的型號為10 kV/400 V，每臺變壓器由30~100條饋線回路。
35 kV 進線主要配置電力線路監(jiān)控儀，由于該進線是整個系統(tǒng)的電力源頭，其對于整個系統(tǒng)的順利運行有著重要的作用，因此選用精度和功能性都比較高的設(shè)備來對這條回路進行監(jiān)控，這種電力線路監(jiān)控儀采樣頻率非常高，而且可以監(jiān)視供電電源的電能質(zhì)量對整個系統(tǒng)的影響，除此之外，它還可以監(jiān)控35kV 母線兩側(cè)的運行工況和系統(tǒng)內(nèi)的一些電氣故障。
3.4 電能損耗數(shù)據(jù)的采集和管理
從電力智能監(jiān)控系統(tǒng)運行的過程中可以看出，工作人員需要對不同的回路和計量表等進行計數(shù)和分析，同時，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成一個完整的數(shù)據(jù)庫。而且，還可以對數(shù)據(jù)軟件進行分析和探討，進而對不同單位的電能損耗程度進行采集和管理，提升數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。這些數(shù)據(jù)信息會在收費表中體現(xiàn)，住戶可以根據(jù)電能收費表來繳納電費。這種方式可以從某種程度上培養(yǎng)人們的節(jié)能意識，同時還有助于各種不同類型的能耗審計措施的貫徹和落實。
3.5 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能
從以上的電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用案例中可以看出，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下的功能 ：
（1）智能監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)計各種智能建筑和社區(qū)電源管理方法。電源監(jiān)控系統(tǒng)可以大大提高電源管理效率，并獲得節(jié)電效果。它可以提高電效率。
（2）除了主要硬件設(shè)備的工藝水平以及軟件的可靠性，電力監(jiān)控系統(tǒng)比較成熟以外，在通訊連接方面也比較先進。
（3）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)所采用的通訊協(xié)議是由國際電氣公司所提供的，能夠在很好的完成系統(tǒng)通訊的同時具有很高的可靠性和先進性。
（4）智能電力監(jiān)控系統(tǒng)借鑒了國內(nèi)外關(guān)于智能建筑應(yīng)用的大量經(jīng)驗，在進行系統(tǒng)集成和軟件設(shè)計時，能夠運用成熟和先進的方法，所設(shè)計的軟件不僅運行安全可靠，而且有較低的運行成本。
（5）作為一個分層分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在任何的監(jiān)控點處都能按照就近布置原則將其接入到系統(tǒng)中，并由相關(guān)的軟件進行處理，這樣可以對現(xiàn)場的布線和施工過程進行簡化，在節(jié)省投資的同時提高工作效率。
（6）電力監(jiān)控系統(tǒng)采用了智能化的控制理念，具有較高的自動化程度和較強的可靠性，可以自動對數(shù)據(jù)進行記錄，可以讓系統(tǒng)持續(xù)有效穩(wěn)定的運行。最后，智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在自成系統(tǒng)的基礎(chǔ)上還可以與智能建筑實現(xiàn)管理上的結(jié)合。
3.6 系統(tǒng)運行和設(shè)備管理
電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對設(shè)備運行的各項參數(shù)進行控制，做好監(jiān)測工作。工作人員在實際的監(jiān)測工作中，工作人員應(yīng)該加強對設(shè)備的節(jié)能性進行控制，如果出現(xiàn)了故障問題或者是運行異常的現(xiàn)象，就應(yīng)該做好警報，這樣相關(guān)的檢修和維護的工作人員就會在第一時間趕到現(xiàn)場對故障設(shè)備進行處理。在這種情況下，智能電力智能監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)信息和實際的耗電現(xiàn)象實現(xiàn)自動巡檢。電力智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作方式不僅具有一定的經(jīng)濟性，同時還具有一定的安全性。管理人員可以通過充分應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢來對提升設(shè)備運行的效率，為電氣節(jié)能工作的進行提供相對比較科學(xué)的依據(jù)，完善和優(yōu)化運行的整體狀態(tài)。
4 安科瑞變電所運維云平臺
4.1概述
AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
4.2應(yīng)用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。
傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。
應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。
展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1用能月報
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。
4.4.2站點監(jiān)測
站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。
4.4.3變壓器狀態(tài)
變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。
4.4.4運維
運維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。
4.4.5配電圖
配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。
4.4.6視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
4.4.7電力運行報表
電力運行報表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運行參數(shù)和電能抄表的實時值及平均值行統(tǒng)計。
4.4.8報警信息
對平臺所有報警信息進行分析。
4.4.9任務(wù)管理
任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。
4.4.10用戶報告
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。
4.4.11 APP監(jiān)測
電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報告、文檔管理等。
4.5系統(tǒng)硬件配置
5 結(jié)語
將智能電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑可提高電源系統(tǒng)的可靠性并確保電源的連續(xù)性。因此，為了進一步促進智能建筑的發(fā)展，有必要加強對電力監(jiān)控技術(shù)的研究。在智能建筑和電力節(jié)能中，電力監(jiān)控系統(tǒng)扮演著越來越重要的角色，并以其出色的節(jié)能效果和電力監(jiān)控功能而受到高度評價。與樓宇自動化系統(tǒng)的集成管理，可以有效節(jié)省人工管理的成本和時間，操作查詢方便，經(jīng)濟效益明顯。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟的發(fā)展，電力監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用將進一步深化。
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