电力监控系统在办公楼建筑电力运行和节能中的应用

【摘要】本文中概述电力监控系统结构和作用，通过列举工程实例，详细介绍了电力监控系统在民用建筑电力系统运行和节能中的应用，以及在推广和发展方面需要改进的问题。
【关键词】民用建筑；电力监控系统；运行和节能中的应用
 
引言
 
        随着国民经济的不断增强，城镇建设速度不断加快，智能建筑已经从发达城市向普通城市发展推广，而作为智能建筑的重要组成部分--电力监控系统已成为电力系统管理中不可或缺的技术手段，通过这种智能化管理，提高了电力系统可靠性、安全性和连续性，同时便于及时、全面、快捷的掌握电力系统运行工况，简便、有效的进行用电负荷变化、电能消耗和电能质量分析，提高电能使用效率、节约用电成本，还能借助电力监控系统准确、快速地判断故障位置和故障原因。
 
一、电力监控系统概述
 
        电力监控系统采用分层分布式结构，具体分为三层：现场设备层、通讯转换层、系统管理层。现场设备层设置在于电力线路系统中的配电现场，负责完成各种电力现场数据参数及信息状态的的采集、保护和控制，执行监控系统的各类动作指令和管理操作；通讯转换层设置在于电力线路系统中的配电现场，呈分布式布局，相互独立，互不影响，完成系统数据的通讯转换以及与系统管理层的数据交换。负责将现场设备层的各类电力智能监控及第三方设备通过现场总线形式所采集的相关信息数据转换为网络形式的信号，并进行组合、配网和转发；系统管理层设置在监控中心内，管理层主机与通讯转换层各子站间相互通讯，并通过以太网形式进行局域网组网，实现电力系统信息的交换与管理。
电力监控系统主要功能：1系统运行实时监视，进行数据采集与处理；2电能质量监视与管理；3事件报警信息与记录；4远程控制与操作；5历史数据管理与各种报表打印等。
 
二、电力监控系统在民用建筑电力系统运行和节能中的应用
 
1.工程实例
        某办公楼分为主楼、东附属楼、西附属楼三个部分，主楼建筑面积10万m,东西附属楼各1.5万m。电力系统分为3个变配电室，主楼变配电室作为总变配电室，高压电源采用双电源进线中间设置母联形式，高压馈出线包含主楼、东西附属楼高压电源，共计8条。主楼配电室低压配电系统作为独立部分，共有4台SCB9-2000KVA-AF(10/0.4KV)干式变压器，其中2台为主楼照明动力用，低压配电采用两进线一母联形式，低压馈出线90多条。另外2台为空调制冷设备用，每台变压器及低压配电系统均与制冷设备对应。东、西附属楼变配电室各有2台SCB9-800KVA-AF(10/0.4KV)干式变压器，低压配电系统均采用两进线一母联形式，低压馈出线分别为60多条和40多条，主要负荷以普通照明、动力为主。由于变配电室较为分散，距离远，而且各建筑功能不同，用电负荷性质不同，因此采用电力监控系统对电力系统进行监控，三层结构如下：
        (1)系统管理层。将主楼变配电室作为总监控中心，东、西附属楼作为2个子工作站。各工作站电力监控系统采用电力专用监控软件、Windows2003/XP中文版操作系统、SQLserver2005数据库作为服务器的数据库。与第三方通讯支持DDE方式、OPC方式、ODBC接口，支持与楼控系统的数据交换。
        (2)通讯转换层。主通讯网采用100MTCP/IP光纤以太网，子工作站通过OPC转发接口接入TCP/IP以太网与主楼监控中心系统互联，实现三个区域配电室现场数据交换，方便值班人员查看电力系统运行数据，进行实时监控。为提高数据交换速度以及通讯的稳定性和可靠性，该系统采用IEEE802.3(TCP/IP)通讯标准，星形结构，标准RS485接口，5类UTP或Fibercable网线传输，传输速率达到100M标准。
        (3)现场设备层。高压进线、高压母联以及低压进线、低压馈出线等均配置PM800系列电力参数测试仪及相应检测器件，该设备不仅可以在现场显实时显示各种参数，而且通过RS485接口，采用MODBUS通讯协议传送到系统管理层。
 
2.在民用建筑电力系统运行中的应用价值
        (1)电力监控系统相对以往常规人工管理方式，能及时、全面的掌握电气运行信息，提高电气运行的安全性、可靠性。比如系统实时和定时采集电气设备的模拟量和开关量；直接读取各配电所、各条线路检测器件采集的数据，并进行显示、统计、分析、计算和存储。通过系统自动监控及信息共享，可减少甚至取消子工作站运行管理人员，节省了人工管理的成本。
        (2)电力监控系统具有报警及事件管理功能以及网络诊断故障功能。方便监控中心管理人员全面了解电气运行状况，准确、快速的判断故障位置和查明故障原因，有助电气维修人员及时解除故障，提高电气安全性，可靠性和持续性。
        (3)系统可将历史数据可以通过曲线方式和数据表格方式直观地显示，用户可很方便地选择欲查看回路的历史数据。通过数据的分析，可以对关键回路的电流和功率变化进行监控，实现故障的及时修正和预测、设备的运行调配管理。
 
3.在民用建筑电力系统节能方面的应用价值
        (1)通过监控系统的各用电负荷电能消耗数据和电力参数分析，可对配电系统内各用电负荷进行电能分配、计量和监控，减少三相电流不平衡情况，以避免电能浪费的现象。
        (2)根据电力监控系统记录的各用电负荷在峰、谷、平时段电能消耗数据分析，合理的采取运行方式和周期，减少不必要的设备添置，减少资金投入，节约电能。
        (3)通过电力参数的实时分析，能够及时发现电能消耗异常现象，如发生谐波问题或功率因数过低的问题，可以采取有效措施进行设备改造或补偿，以避免电能过度损耗和设备老化的问题。
 
4.电力监控系统在推广应用过程需解决和改进的问题
        (1)应用产品及生产厂家较多，且标准规范各不相同，无统一标准规范，制约电力监控系统推广和发展。比如制冷机组自带电气控制器件无法与电力监控系统进行通讯和信息共享，在电力监控数据采集方面存在不足。
        (2)电力监控系统投资规模较大，尤其要求精度高、传输速度快的监控元器件投资更高，一般说来，电力监控在变配电系统投资中占到30%-40%,一些业主自筹资金，在预算不足情况下，相应减少电力监控投资。
        (3)用户对电力监控系统认知度不高，管理人员业务能力和知识水平不高，系统利用率低，部分用户仅作为摆设，忽略了其应用价值，造成认识上的误解，在系统推广和发展上造成障碍。
 
三、安科瑞Acrel-2000Z电力监控系统解决方案
 
1.概述
        针对用户变电站（一般为35kV及以下电压等级），通过微机保护装置、开关柜综合测控装置、电气接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、配电室环境监控设备、弧光保护装置等设备组成综合自动化的综合监控系统，实现了变电、配电、用电的安全运行和全面管理。监控范围包括用户变电站、开闭所、变电所及配电室等。
        Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求，针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系统是应用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通信等功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统，适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户变电站，可实现对变电站全方位的控制和管理，满足变电站无人或少人值守的需求，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
 
2.应用场所
        适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。
 
3.系统架构
        Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层，组网方式可为标准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。

 
4.系统功能
4.1实时监测：直观显示配电网的运行状态，实时监测各回路电参数信息，动态监视各配电回路有关故障、告警等信号。

 
 
4.2电参量查询：在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量。

 
4.3曲线查询：可以直接查看各电参量曲线。

 
4.4运行报表：查询各回路或设备指定时间的运行参数。

 
4.5实时告警：具有实时告警功能，系统能够对配电回路遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。

 
4.6历史事件查询：对事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

 
4.7电能统计报表：系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况。

 
4.8用户权限管理：设置了用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限。
 

4.9网络拓扑图：支持实时监视并诊断各设备的通讯状态，能够完整的显示整个系统网络结构。

 
4.10电能质量监测：可以对整个配电系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。
 

4.11遥控功能：可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。

 
4.12故障录波：可在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况。

 
4.13事故追忆：可自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息。

 
4.14Web访问：展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备通信状态，用电分析和事件记录。
 

4.15APP访问：设备数据页面显示各设备的电参量数据以及曲线。

 
5.系统硬件配置
 




 
 
 
四、结束语
 
        电力监控系统在民用建筑中发挥越来越多的作用，以其出色的电力监控功能和节能效果广受好评，特别是与楼宇自控系统的一体化管理，能够更加节省人工管理的开支，节约时间，操作和查询更加方便，而且具有更明显的经济效益。随着经济发展和科学技术的进步，电力监控系统正在向更高、更深的领域发展和应用。
 
【参考文献】
[1]姜传超.电力监控系统在民用建筑电力系统运行和节能中的应用。
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版
 
作者简介：
陈芳芳，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电力监控系统的研发宇药业。