大型樓宇電力監控管理系統概述

武 鑫

北京大興國際機場管理中心 北京 102602

1 電力監控管理系統架構及系統構成

1.1 系統總體結構

1）電力監控管理系統是一個相對獨立的系統，對開閉站、變電室、發電機房及電氣小間等不同層面的電力設備進行實時監控。

2）總值班室設置電力監控管理系統工程師主站，對整個樓宇電力系統進行監控。在每個開閉站、變配電所和發電機房設置一個現場控制站，對本站的所有變、配電設備進行連續不斷的實時監控，各現場控制站設置工控機（兼做分站服務器）及通訊管理機，工控機與通訊管理機通過工業交換機相聯，實現了樓宇開閉站、變配電所和發電機房無人值守、集中管理的功能。

3）現場控制站采用多功能表分散配置的方式，將現場多功能儀表、I/O 模塊、傳感器、變送器等現場監控元件安裝在開關柜內，工控機、工業交換機及電源裝置安裝在現場專用的監控柜中，然后將采集的所有運行/故障狀態信號和運行參數等信息通過通訊網絡上傳至工程師主站。

1.2 網絡架構

1）建筑設備網為電力監控管理系統所有開閉站、變配電所、發電機房監控提供專用的光纖環網，用于連接各控制分站及工程師主站。

2）末端電氣小間設置通信管理機接入建筑設備網完成對末端第三方設備的監控。

3）現場控制站通信管理機、弱電小間通信管理機與現場監控儀表或設備之間，可編程控制器（PLC）與其擴展模塊間通過現場總線相連，構成現場總線控制系統。

1.3 現場控制站

1）現場控制站采用集中配置的方式，將通信管理機、工業交換機、可編程序控制器（PLC）、UPS電源、直流電源等設備統一安裝在現場專用的監控柜中，通過網線和通訊線與高、低壓配電柜及其它變配電設備相連，然后將采集的所有運行參數和狀態信號等信息通過網絡上傳至工程師主站電力監控管理系統；各現場控制站可接收來自工程師主站電力監控管理系統的遠程控制命令，對本變電站相應的配電設備進行控制；本變電站的低壓進線出現失電故障時，現場控制站能自動進行故障應急處理。

2）本系統現場控制站及工程師主站均可對來自電力監控管理系統的控制命令設置優先級。

1.4 工程師主站

1）工程師主站設若干服務器或工作站，還設有動態、實時全面反映所有下屬的開閉站、變電站運行狀況和運行參數的模擬顯示大屏。現場控制站設靜態模擬屏，畫面反映變配電系統的主接線形式，顯示斷路器當前狀態等信號。

2）通過服務器將電力監控系統的所有運行參數和狀態上傳至樓宇電力監控系統。

1.5 系統構成

電氣設備監控管理系統按監控功能分為：現場監控層、現場管理層和系統管理層。

1）現場監控層

變電站/發電機房內的現場監控層包括：集中安裝在監控柜中的監控裝置和元件以及分散配置在配電柜或其他配電設備內的監控裝置和元件兩部分。包括微機綜保裝置、無功補償控制器、變壓器溫控器、直流屏控制器、可編程序控制器（PLC）、電能質量監測儀表、綜合電量監測儀表、母線測溫裝置、溫濕度探測器等。變電站外的現場監控層包括：電氣小間內的UPS/EPS/ATSE控制器、電子電度表等設備。

2）現場管理層

現場管理層包括：變電站/發電機房內的前端監控計算機、通信管理機、工業交換機、UPS電源、直流電源等設備。具有雙向通訊功能，向上通過以建筑設備網連接系統管理層工程師主站的監控計算機，與它們交換數據和信息，向下則通過工業控制現場總線、及網線連接網絡電力儀表、綜保，從儀表采集本站的各種信息和數據，經過處理后的運行狀態及參數除在前端機上就地顯示外還上傳到工程師主站。值班人員既可以通過前端機查閱本站的各種實時或歷史數據以及報警等事件記錄，也可以通過前端機對本站的斷路器進行遠程操作。前端機還接收來自工程師主站的遠程控制或調度命令，并自動轉發給相關設備去執行。

3）系統管理層

位于總值班室的工程師主站屬于系統管理層，由若干服務器、工作站、網絡交換機、動態模擬屏、網絡視頻存儲、短信報警裝置、UPS電源等設備組成，他們負責所有系統數據的存儲、管理、分析、發布、顯示、報警……

2 電力監控管理系統功能

2.1 10kV中壓配電系統監控功能

1）電力監控管理系統所需參數與信號通過微機綜合繼電保護器以聯網的方式提供，若微機綜合繼電保護器不能完全滿足要求，開關柜則按電力監控功能要求預留所需測控參數與信號的接線端子排。

2）監視10kV中壓配電柜所有進線、出線和母聯斷路器/負荷開關的開關狀態及故障報警等，包括：斷路器/負荷開關狀態信號、故障跳閘信號、接地故障信號、斷路器位置信號、彈簧儲能狀態信號、接地刀位置信號、隔離手車位置信號、自動/手動狀態信號、控制回路斷線信號，以及綜合繼電保護器的故障跳閘信號和內部故障信號等。

3）監測10kV中壓配電柜進線、出線和母聯的三相電流、三相電壓、零序電流、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能等。

4）開閉站電能質量監測10kV中壓配電柜進線電壓瞬變、電壓驟升、電壓中斷、電壓波動等，且在故障發生時自動記錄電壓和電流的瞬態波形；監測穩態電壓不平衡度、頻率變化、電壓和電流的總諧波含量以及諧波功率等。

5）變配電所電能質量監測10kV進線的電壓凹陷、電壓不平衡度、頻率變化、電壓和電流的總諧波含量等，還可捕捉穩態波形。

2.2 低壓配電系統監控與控制功能

1）監測功能

監視所有變配電所低壓配電柜內的開關狀態及故障報警，包括：斷路器狀態信號、故障跳閘信號、自動/手動狀態信號、框架斷路器電機儲能及內部故障信號等。

2）控制功能要求

所有變配電所低壓配電柜內的斷路器通／斷控制有四種操作方式：手動操作、電動操作、遠程操作和全自動控制操作。低壓配電系統中所有需遠程分斷投切的斷路器配置了電操或分勵脫扣器，系統可提供遙控或自動控制分合閘功能。

2.3 變壓器監控功能

具有標準接口的變壓器溫控器，通過現場總線適配器（通訊模塊）接入電力監控系統現場控制機，通過專業管理軟件，對變壓器三相繞組溫度、超溫報警、鐵芯溫度、外殼門行程開關、冷卻風機運行狀態和故障報警等各類信號進行監測。

2.4 直流電源監控功能

具有標準接口的直流裝置，通過現場總線適配器（通訊模塊）接入電力監控系統現場控制機，通過專業管理軟件，對所有直流屏監測如下信號和參數：輸出母線電壓信號；過、欠電壓報警，裝置失電報警，絕緣下降信號；系統接地故障信號；直流故障信號；高頻開關電源模塊故障信號等。

2.5 UPS監控功能

具有標準接口的UPS，通過現場總線適配器（通訊模塊）接入電力監控系統現場控制機，對所有不間斷電源UPS監測如下信號和參數：逆變器工作電壓、電流及過載、過流、過壓、過溫等報警信號；電池電壓、電流、內阻、浮充、均充等信號；維修旁路開關狀態信號等。

2.6 自備應急柴油發電機組監控功能

具有標準接口的柴油發電機組控制裝置，通過現場總線適配器（通訊模塊）接入電力監控系統現場控制機，對所有柴油發電機組進行以下監測和報警：發電機工作狀態、輸出頻率、電壓、電流、功率因數等參數；油箱液位超限、油壓過低、油溫過高及啟停故障等報警信號等。

3 系統可靠性設計

3.1 選用高可靠的元件設備

現場監控元件、設備都具有抗干擾能力強、可靠性高、電磁兼容性好的優點。

3.2 系統在任何情況下都具備可操作性

電力監控系統具有用四種控制方式，保證了在任何情況下，包括失去所有電源供應時的可操作性。

此外，現場控制站可在完全失電的情況下繼續工作30分鐘，工程師主站可自主運行1小時，這大大提升了整個供電系統供電的可靠性。

3.3 強大的運行監控和故障處理能力

在進線失電或變壓器、中壓配電柜出現故障時，系統會自動進行應急處理和負荷管制，與人工操作相比，可大大縮小停電范圍，縮短停電時間。

當輸出回路出現故障，斷路器脫扣時，不僅監控計算機屏幕上有圖標、顏色的改變和文字提示，同時還發出聲報警，運行參數超值時亦然。因此，非常便于工作人員及時進行處置，盡早恢復供電。

由于每個變電站的運行監控和故障自動應急處理程序駐留在該站PLC的CPU中，即使管理層通信網絡因故中斷，電力監控系統仍然具備監控變電站正常運行和故障的自動應急處理的能力[2]。

3.4 雙機熱備

因監控的設備多、范圍大，采集的信息和數據量非常大且對系統的可靠性要求較高時，故在中控室設置兩臺電力監控系統服務器，且互為熱備，大大提高了管理層的可靠性。

4 結束語

大型樓宇電力系統復雜且各級電力設備設施數量繁多，搭建電力監控管理系統，對諸如高壓柜、變壓器、柴油發電機組、主進柜、母聯柜、饋出柜、ATSE等設備進行有效監控與管理，既能高效整合、分析各類電力數據，又能確保對電力故障實時監測并快速響應，是樓宇可靠安全運行的必要保證。