浅谈ACREL-2000供配电监控系统在高速公路领域的应用
时间：2011-04-02 阅读：489
浅谈ACREL-2000供配电监控系统在高速公路领域的应用
陆晓君
上海安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801
摘要：安科瑞的ACREL-2000型电力监控系统软件借助了计算机、通信设备、计量保护装置等，为系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台。该电力监控系统可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案，在很多领域都有很好的应用，例如建筑、冶金、石化、煤炭、铁道、环保、轻工、高速公路等行业以及工业企业等供配电系统中。本文主要介绍ACREL-2000型供配电监控系统在高速公路中的应用。高速公路供配电呈带状分布、点多且分散，利用光纤组网，吸收当前电力自动化、计算机通信组网、自动控制领域的*技术，按分层分布式结构设计，并经实际运行使用，证明其性能可靠、功能适用，能有效地提高我国高速公路特别是隧道较多的山区高速公路供配电管理的安全可靠性。
关键词：ACREL-2000、高速公路、供配电监控系统
0 概述
高速公路供配电系统给沿路各收费系统、通信系统、隧道通风、照明、运行监控及办公、生活设施等提供可靠的电力保障，这些负荷从不同角度保证整个高速公路的安全可靠运行和运营单位的正常经营，任何电力中断均有可能给交通安全和管理运营带来不可估量的损失，而高速公路的供配电系统又随着负荷点的分散呈现出沿着高速公路呈狭长的带状分布的特点，供配电所数量大，位置分散，按运营管理单位的不同可能面临几十公里和几百公里不等的供电范围，给整个供配电系统的管理提出了严峻的考验，供配电管理部门常常不得不面临人员少、维护劳动强度大的问题以及供配电网常期处于山区或乡村所面临的高风险、高技术、大责任的电力专业管理需求和人员素质之间的矛盾，设计一套能有效的减低工作人员的劳动强度、提高工作效率、避免人为事故发生的供配电远程监控及其维护管理系统意义重大，为此，我们结合电力系统的自动化运行经验，根据高速公路的供电运营实际，使ACREL-2000供配电监控系统更好的为高速公路供配电监控服务。
1 分层分布式结构
我们将具有从当地供配电系统直接引入电源的变电所（或开闭所）称为中心变电所，一条高速公路往往由几个中心变电所组成，各收费站、服务区、隧道或办公楼从中心变电所取电源经变压后给相应负荷供电。
根据供配电网络架构和设备安装的需要，我们设计了三层分布式供配电监控系统网络模式，即在高速公路管理中心设立供配电监控中心，为分层设计的zui高层，也是全网数据汇流中心，负责全段高速公路供配电系统的电网监视、远程控制和设备维护管理，在各中心变电所设立监控分中心，负责本所辖区各配电所的电网运行状态监视、远程控制和设备维护管理，在各收费站、隧道、高速公路服务区等配电所设立第三层监控站，负责相应配电所的电网数据采集和当地设备维护。随着网络技术和计算机技术的发展，使得设备层的数据采集和远程传送成为现实，因此我们所有的数据采集装置均随着一次系统的布置就地安装，各监控站、不同监控分中心之间功能分布、互不影响，构成了一套系统分层、功能分布、安装分散的高速公路供配电监控系统，监控中心、监控分中心、监控站之间以及监控站各采集装置间均采用高速工业以太网通信，并通过网络式远动传输规约IEC870-5-103规约进行数据交互。
2 组网设计
要真正实现系统的分层分布式运行，使得系统各单元间相互影响程度达到zui小，还必须建立一个良好的通讯网络。在高速公路的通信网络中，可提供用于供配电监控的组网通常有专线组网和光纤直接组网。专线组网利用高速公路运营企业自身的交换网络，在需要通信的监控中心和各监控分中心之间、监控分中心和各监控站之间申请设置若干对音频专线（条件许可也可以租用地方音频专线），通过音频MODEM将采集来的数据信号调制成音频信号在上传播，并在数据接收时将音频信号还原成数据信号通过串口服务器或计算机多串口卡送给监控中心或分中心的计算机处理。这种方式的特点是拓扑结构简单，扩展方便，在目前数据量小的监控领域应用较为广泛，但其缺点是数据的传输采用RS232接口模式，传输速率和传输可靠性较低，各站间采用点对点通信模式，占用通信资源大，维护也较为困难，特别是在底层监控站数量较多时，将占用大量的线路资源，且受串口服务器的数据处理能力限制，也很容易在监控中心点造成数据通信的瓶颈。
另外一种可以选择的通信模式为直接利用光纤组建供配电监控局域网。由于通信需要，沿高速公路两侧往往铺设数量不等的光缆，我们可以利用光缆中的少数光芯组建供配电系统的监控局域网。由于局域网通信可以很方便的达到10M或100M以上的通信速率，因此这种组网方式不存在供配电监控的任何瓶颈，且由于局域网通信可以方便的组建成总线结构，所以在未来的扩容和维护上能给用户带来很大的方便。在京珠高速粤境北段供配电监控系统中采用了光纤局域网通信模式，为了节省主干光缆，在网络组建时可以大量使用网络交换机级联技术，如附图。
由附图可以看出，整个系统组网可zui多占用两对主干光纤完成。
3 ACREL-2000（高速公路）供配电系统实现的主要功能
以ACREL-2000供配电监控系统为基础，结合ACREL-2000供配电监控系统在其他行业的应用经验，综合当今电力自动化研究新成果和高速公路供配电管理运营的实际情况，经多次设计、研讨、改进，使得ACREL-2000供配电监控在高速公路供配电监控能够实现以下功能：
3.1友好的人机交互界面（HMI）
标准的变配电系统具有CAD一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况；庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新。
3.2用户管理
本软件可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。
3.3数据采集处理
ACREL-2000型电力监控系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等），将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷zui大值、功率因数上下限等），并对重要的信息量进行数据库存储。
3.4趋势曲线分析
系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。
3.5报表管理
系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。
3.6事件记录和故障报警
系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有详细的记录功能，包括事件发生的时间位置，当前值班人员事件是否确认等信息，对开关变位、参量越限等信息还具有声音报警功能，同时自动对运行设备发送控制指令或提示值班人员迅速排除故障。
3.7四遥功能
ACREL-2000型电力监控系统不仅能实现常规的“遥信”、“遥控”、“遥测”、“遥调”功能，还可以实现“遥设”功能。
l 遥信：实时对开关运行状态、保护工作等开关量进行监视。计算机实时显示和自动报警。
l 遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息，并在屏幕上将选择的开关状态反馈出来，确认后执行，实时记录操作时间、类型、合开关号等。
l 遥测：通过计算机实时对系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、超限报警、频率进行不断地采集、分析、处理、记录、显示曲线、棒图，自动生成报表。
l 遥设：用于远方修改分散继电保护装置的定值、控制字；以及调整各种仪表的工作状态。
3.8 GPS天文卫星时钟对时，使得整个监控系统包括各数据采集装置具有统一的时钟，便于运行数据的管理和事件分析；
3.9电网分析和操作闭锁功能，可根据电网的实时运行工况进行网络拓扑分析和动态着色、潮流计算、短路电流计算等功能，还能根据电网开关、刀闸的实时状态进行分析判断，对危及电网安全的操作进行闭锁；
3.10地理位置显示，设备的属性和地理位置关联，以将设备的电气位置与实际地理位置相对应，给设备的维护管理提供方便；
3.11系统运行工况监视，可自动监视供配电监控系统本身的运行状况，及时发现系统自身隐患，保障监控系统的可靠运行。
基于上述设计思想，我们设计了京珠高速公路粤境北段供配电监控系统。整个供配电监控系统设立监控中心、监控分中心、监控现场三层结构，监控中心设立于东田管理中心，下属4个监控分中心，监控分中心共下辖22个监控站，下级层从属于上级层结构，又能独立运行且功能协调，同一层结构中的任一部件故障均不影响同级层的其它功能和上级层的整体功能，监控站各数据采集装置和协议转换装置相互独立，互不干扰，既有利于提高系统可靠性，又极大的方便了系统的检修维护。系统采用至下而上的全工业以太网通信组网模式，具有抗*力强、接口方便可靠、传输速率快的特点。对10KV高压进线、10KV高压馈出线、6KV中压开关柜、所辖各站低压（380V）总配电柜均实现了电网运行参数和状态的远方监视控制，实现了低压各分支路的电压、电流等实时运行参数的监视，以判断是否正常供电等。还实现了对干式变压器、柴油发电机、消弧线圈等设备的运行监视以及微机继电保护装置的运行状态监视、保护定值管理等功能。我们采用网络式RTU作为监控站的数据测控主要设备，并配备网络交换机和光纤收发器组建工业以太网，满足了配电所、隧道等工业应用环境要求经现场运行，系统稳定，适用性高，给供配电管理带来了很大的效益。
现场监控仪表主要采用安科瑞的ACR230ELH、PZ80L-E4、ARTU-K32等智能监控单元，它们的功能如下：
ACR230ELH主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
PZ80L-E4主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜。
ARTU-K32主要功能有：32路开关量采集，RS485/Modbus协议，SOE事件记录。
经过现场运行表明，该套系统满足了监控站的无人职守或无人值班要求，实现了供配电网的自动化管理，对于提高工作效率，减少设备维护工作量，避免人为操作事故，减少停电时间有着很重要的作用，产生了较大的经济效益。
4结束语
本文阐述了ACREL-2000供配电监控系统在高速公路中实现远程监控和自动化管理的意义及方法，并就系统组网、网络通信、功能设置等多方面设计要点进行了论述，结合高速公路供配电监控系统实例，证实了ACREL-2000供配电监控系统具有较强的适用性和可靠性，能有效地提高供配电管理的效率，提高供配电网的可靠性，减少了供配电维护人员的工作强度，减少了管理维护人员数量，缩短事故处理时间，减少了人为事故和设备事故的发生概率。
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