電力監控系統在辦公樓建筑電力運行和節能中的應用

【摘要】本文中概述電力監控系統結構和作用，通過列舉工程實例，詳細介紹了電力監控系統在民用建筑電力系統運行和節能中的應用，以及在推廣和發展方面需要改進的問題。
【關鍵詞】民用建筑；電力監控系統；運行和節能中的應用
 
引言
 
        隨著國民經濟的不斷增強，城鎮建設速度不斷加快，智能建筑已經從發達城市向普通城市發展推廣，而作為智能建筑的重要組成部分--電力監控系統已成為電力系統管理中不可或缺的技術手段，通過這種智能化管理，提高了電力系統可靠性、安全性和連續性，同時便于及時、全面、快捷的掌握電力系統運行工況，簡便、有效的進行用電負荷變化、電能消耗和電能質量分析，提高電能使用效率、節約用電成本，還能借助電力監控系統準確、快速地判斷故障位置和故障原因。
 
一、電力監控系統概述
 
        電力監控系統采用分層分布式結構，具體分為三層：現場設備層、通訊轉換層、系統管理層。現場設備層設置在于電力線路系統中的配電現場，負責完成各種電力現場數據參數及信息狀態的的采集、保護和控制，執行監控系統的各類動作指令和管理操作；通訊轉換層設置在于電力線路系統中的配電現場，呈分布式布局，相互獨立，互不影響，完成系統數據的通訊轉換以及與系統管理層的數據交換。負責將現場設備層的各類電力智能監控及第三方設備通過現場總線形式所采集的相關信息數據轉換為網絡形式的信號，并進行組合、配網和轉發；系統管理層設置在監控中心內，管理層主機與通訊轉換層各子站間相互通訊，并通過以太網形式進行局域網組網，實現電力系統信息的交換與管理。
電力監控系統主要功能：1系統運行實時監視，進行數據采集與處理；2電能質量監視與管理；3事件報警信息與記錄；4遠程控制與操作；5歷史數據管理與各種報表打印等。
 
二、電力監控系統在民用建筑電力系統運行和節能中的應用
 
1.工程實例
        某辦公樓分為主樓、東附屬樓、西附屬樓三個部分，主樓建筑面積10萬m,東西附屬樓各1.5萬m。電力系統分為3個變配電室，主樓變配電室作為總變配電室，高壓電源采用雙電源進線中間設置母聯形式，高壓饋出線包含主樓、東西附屬樓高壓電源，共計8條。主樓配電室低壓配電系統作為獨立部分，共有4臺SCB9-2000KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，其中2臺為主樓照明動力用，低壓配電采用兩進線一母聯形式，低壓饋出線90多條。另外2臺為空調制冷設備用，每臺變壓器及低壓配電系統均與制冷設備對應。東、西附屬樓變配電室各有2臺SCB9-800KVA-AF(10/0.4KV)干式變壓器，低壓配電系統均采用兩進線一母聯形式，低壓饋出線分別為60多條和40多條，主要負荷以普通照明、動力為主。由于變配電室較為分散，距離遠，而且各建筑功能不同，用電負荷性質不同，因此采用電力監控系統對電力系統進行監控，三層結構如下：
        (1)系統管理層。將主樓變配電室作為總監控中心，東、西附屬樓作為2個子工作站。各工作站電力監控系統采用電力專用監控軟件、Windows2003/XP中文版操作系統、SQLserver2005數據庫作為服務器的數據庫。與第三方通訊支持DDE方式、OPC方式、ODBC接口，支持與樓控系統的數據交換。
        (2)通訊轉換層。主通訊網采用100MTCP/IP光纖以太網，子工作站通過OPC轉發接口接入TCP/IP以太網與主樓監控中心系統互聯，實現三個區域配電室現場數據交換，方便值班人員查看電力系統運行數據，進行實時監控。為提高數據交換速度以及通訊的穩定性和可靠性，該系統采用IEEE802.3(TCP/IP)通訊標準，星形結構，標準RS485接口，5類UTP或Fibercable網線傳輸，傳輸速率達到100M標準。
        (3)現場設備層。高壓進線、高壓母聯以及低壓進線、低壓饋出線等均配置PM800系列電力參數測試儀及相應檢測器件，該設備不僅可以在現場顯實時顯示各種參數，而且通過RS485接口，采用MODBUS通訊協議傳送到系統管理層。
 
2.在民用建筑電力系統運行中的應用價值
        (1)電力監控系統相對以往常規人工管理方式，能及時、全面的掌握電氣運行信息，提高電氣運行的安全性、可靠性。比如系統實時和定時采集電氣設備的模擬量和開關量；直接讀取各配電所、各條線路檢測器件采集的數據，并進行顯示、統計、分析、計算和存儲。通過系統自動監控及信息共享，可減少甚至取消子工作站運行管理人員，節省了人工管理的成本。
        (2)電力監控系統具有報警及事件管理功能以及網絡診斷故障功能。方便監控中心管理人員全面了解電氣運行狀況，準確、快速的判斷故障位置和查明故障原因，有助電氣維修人員及時解除故障，提高電氣安全性，可靠性和持續性。
        (3)系統可將歷史數據可以通過曲線方式和數據表格方式直觀地顯示，用戶可很方便地選擇欲查看回路的歷史數據。通過數據的分析，可以對關鍵回路的電流和功率變化進行監控，實現故障的及時修正和預測、設備的運行調配管理。
 
3.在民用建筑電力系統節能方面的應用價值
        (1)通過監控系統的各用電負荷電能消耗數據和電力參數分析，可對配電系統內各用電負荷進行電能分配、計量和監控，減少三相電流不平衡情況，以避免電能浪費的現象。
        (2)根據電力監控系統記錄的各用電負荷在峰、谷、平時段電能消耗數據分析，合理的采取運行方式和周期，減少不必要的設備添置，減少資金投入，節約電能。
        (3)通過電力參數的實時分析，能夠及時發現電能消耗異�，F象，如發生諧波問題或功率因數過低的問題，可以采取有效措施進行設備改造或補償，以避免電能過度損耗和設備老化的問題。
 
4.電力監控系統在推廣應用過程需解決和改進的問題
        (1)應用產品及生產廠家較多，且標準規范各不相同，無統一標準規范，制約電力監控系統推廣和發展。比如制冷機組自帶電氣控制器件無法與電力監控系統進行通訊和信息共享，在電力監控數據采集方面存在不足。
        (2)電力監控系統投資規模較大，尤其要求精度高、傳輸速度快的監控元器件投資更高，一般說來，電力監控在變配電系統投資中占到30%-40%,一些業主自籌資金，在預算不足情況下，相應減少電力監控投資。
        (3)用戶對電力監控系統認知度不高，管理人員業務能力和知識水平不高，系統利用率低，部分用戶僅作為擺設，忽略了其應用價值，造成認識上的誤解，在系統推廣和發展上造成障礙。
 
三、安科瑞Acrel-2000Z電力監控系統解決方案
 
1.概述
        針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監測裝置、配電室環境監控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。
        Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站全方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經濟運行提供了堅實的保障。
 
2.應用場所
        適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
 
3.系統架構
        Acrel-2000Z電力監控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

 
4.系統功能
4.1實時監測：直觀顯示配電網的運行狀態，實時監測各回路電參數信息，動態監視各配電回路有關故障、告警等信號。

 
 
4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

 
4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

 
4.4運行報表：查詢各回路或設備指定時間的運行參數。

 
4.5實時告警：具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發出告警。

 
4.6歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

 
4.7電能統計報表：系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況。

 
4.8用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
 

4.9網絡拓撲圖：支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

 
4.10電能質量監測：可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。
 

4.11遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

 
4.12故障錄波：可在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

 
4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩態信息。

 
4.14Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備通信狀態，用電分析和事件記錄。
 

4.15APP訪問：設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

 
5.系統硬件配置
 




 
 
 
四、結束語
 
        電力監控系統在民用建筑中發揮越來越多的作用，以其出色的電力監控功能和節能效果廣受好評，特別是與樓宇自控系統的一體化管理，能夠更加節省人工管理的開支，節約時間，操作和查詢更加方便，而且具有更明顯的經濟效益。隨著經濟發展和科學技術的進步，電力監控系統正在向更高、更深的領域發展和應用。
 
【參考文獻】
[1]姜傳超.電力監控系統在民用建筑電力系統運行和節能中的應用。
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版
 
作者簡介：
陳芳芳，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監控系統的研發宇藥業。