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劉細鳳
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要:介紹天津電視臺數(shù)字電視大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的選擇與建立,組網(wǎng)方式,系統(tǒng)的使用與報文的顯示等,通過該系統(tǒng)對大廈所有變配電回路、UPS 線路等關(guān)鍵部位進行監(jiān)控和管理。
關(guān)鍵詞:電力監(jiān)控;數(shù)字電視;變配電;
1.總述
天津電視臺數(shù)字電視大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)采用深圳中電電力技術(shù)股份有限公司設(shè)備,產(chǎn)品亦應(yīng)用于央視新址的建設(shè)。
數(shù)字電視大廈變電站共分為三個設(shè)備現(xiàn)場,其中 A 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 8 臺,C 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 10 臺, D 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 2 臺,現(xiàn)場分路共 500 余條,分布于樓內(nèi),負責(zé)樓內(nèi)的工藝、照明、動力用電的電力輸送。由于電視臺工藝用電的特殊性,所以對這些分路用電的監(jiān)控,尤其是工藝用電就尤為重要!
現(xiàn)場設(shè)備的復(fù)雜也加大了電力監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜程度,現(xiàn)場設(shè)備有 ABB、施耐德、久安、雙源等公司設(shè)備, 各設(shè)備之間的兼容性也存在差異,因此對電力監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性也提出了更高的要求。此外,對于變電站值班員,面對如此大量的設(shè)備分路,亦要求電力監(jiān)控系統(tǒng)有較高的實時性、有效性和準(zhǔn)確性,以防止誤判誤操作的發(fā)生,造成對播出系統(tǒng)供電構(gòu)成安全隱患。
現(xiàn)場設(shè)備計量儀表也根據(jù)終端用戶的不同而不盡相同,對于重要的工藝用電,采用 Powerlogic800,簡稱 PM800系列,而一般動力、照明用戶采用 Powerlogic750,簡稱 PM750 系列。對于工藝用電變壓器受總柜采用 ION7650 系列儀表。對于高壓柜保護設(shè)備采用 REF542plus,這些儀表及保護設(shè)備根據(jù)要求必須由主、備兩條線路進行數(shù)據(jù)傳輸,以保證在主通信設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下,能夠迅速切換至備用通信設(shè)備,以保證供電安全。因此, 大量的通信數(shù)據(jù)處理能力以及通信設(shè)備故障迅速切換能力,也是衡量電力監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。
對于將來電視臺的技術(shù)改造等需要對電力設(shè)備進行擴容的情況也已考慮在內(nèi),電力設(shè)備擴充,相關(guān)通信設(shè)備也必須增加,因此,通信設(shè)備的可擴充性也需考慮在內(nèi)。
2.電力監(jiān)控設(shè)備的選擇
通信設(shè)備采用深圳中電 PMC-1380 智能通信管理機,該管理機具有多個透明傳輸串口,帶防雷和防靜電保護功能,RS485 方式信號帶隔離;具有豐富的規(guī)約庫,能直接與現(xiàn)場裝置進行通信和數(shù)據(jù)讀取,具有當(dāng)?shù)卮鎯δ?;可通過多種通訊方式與監(jiān)控后臺或調(diào)度通信,實現(xiàn)向多個數(shù)據(jù)平臺、多個后臺系統(tǒng)同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù); 具有雙以太網(wǎng)口,10/100Mbps 速率可以組成雙機雙網(wǎng)熱冗余通信系統(tǒng),大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性;具有較容易的采集擴容能力,能夠隨時增加通信儀表設(shè)備。
交換機采用 KIEN3016 型工業(yè)交換機,以太網(wǎng)端口速率 100M,可以滿足 PMC-1380 智能通信管理機以太網(wǎng)端口的要求,同時網(wǎng)絡(luò)路由器采用主備雙機熱冗余通信系統(tǒng),以保證在主機故障的情況下能夠迅速切換至備機以保證通信的順暢,同時足夠的帶寬容量也避免了在極限情況下,由于多事件的同時突發(fā),數(shù)據(jù)包大量突增可能造成的網(wǎng)絡(luò)嚴重擁塞。嚴重的網(wǎng)絡(luò)擁塞會使數(shù)據(jù)包被丟棄,前臺報警系統(tǒng)發(fā)生漏報。
前臺計算機需要以服務(wù)器為基礎(chǔ),需具備強大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)庫處理能力,以同時將數(shù)據(jù)、報文顯示并寫入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng) MTBF≥30000 小時,可靠率≥99.99%,滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。
3.電力監(jiān)控規(guī)約的選擇
現(xiàn)場設(shè)備儀表均采用施耐德公司系列儀表,均具備 RS-485 網(wǎng)絡(luò)通訊接口,均支持 Modbus 規(guī)約,因此, 選擇以 Modbus 規(guī)約為基礎(chǔ)的 RS-485 通信。Modbus 是由 Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌)在 1979年發(fā)明的,是真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。
Modbus 協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式:設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由 Modbus 協(xié)議構(gòu)成,包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤,或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令,從設(shè)備將建立錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附
加信息以及要告之從設(shè)備的信息:從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。從設(shè)備產(chǎn)生正常的回應(yīng),在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù):寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生,功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯誤的,同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認消息內(nèi)容是否可用。
Modbus 具有以下幾個特點:
1.標(biāo)準(zhǔn)、開放,用戶可以免費、放心地使用 Modbus 協(xié)議,不需要交納許可證費,也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前,支持 Modbus 的廠家超過 400 家,支持 Modbus 的產(chǎn)品超過 600 種。
2.Modbus 可以支持多種電氣接口,如 RS-232、RS-485 等,還可以在各種介質(zhì)上傳送,如雙絞線、光纖、無線等。
3.Modbus 的幀格式簡單、緊湊,通俗易懂。用戶使用容易,廠商開發(fā)簡單。因此,現(xiàn)場通信規(guī)約采用 Modbus 規(guī)約。
4.現(xiàn)場通信系統(tǒng)的建立
現(xiàn)場 PM800/750 系列儀表由 RS-485 總線與 PMC-1380 通信管理機進行通信。PMC-1380 通信管理機共 16 路RS-485 串口,每個串口最多可接入 32 臺終端設(shè)備,為了保證設(shè)備通信的正??焖龠\行,每串口最多接入16 臺終端設(shè)備。PMC-1380 通信管理機的以太網(wǎng)接口共有主備兩個,各占有一個 IP 地址,分別接入主備交換機。
各區(qū)通信子站配備一臺監(jiān)控子站,一并接入主備交換機,以備在本站調(diào)度通信。
由于 ION7650 儀表配備了以太網(wǎng)口,具備通過 TCP/IP 協(xié)議進行與監(jiān)控系統(tǒng)通信,因此 ION7650 儀表直接接入交換機與主服務(wù)器進行通信。
圖(2) 通信管理機、ION7650、監(jiān)控子站與交換機通信
主控層由綜合通信系統(tǒng),工作站系統(tǒng)組成。各站的主備交換機的輸出線路分別接入主備總交換機,由主備總交換機送出的數(shù)據(jù)包并發(fā)給各工作站,各工作站主備網(wǎng)卡同時解析更新監(jiān)控數(shù)據(jù),提供給值班員進行判別和記錄,同時將監(jiān)控數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫,以備調(diào)用。
5.監(jiān)控及系統(tǒng)報警定值的設(shè)置
根據(jù)各線路電壓、斷路器開關(guān)量、斷路器電流過載保護設(shè)置,對系統(tǒng)內(nèi)報警數(shù)值進行設(shè)置和調(diào)整,以產(chǎn)生正確的報警報文,其中括號內(nèi)為越限值。
同時,設(shè)定的查詢次數(shù),根據(jù) Modbus 規(guī)約的規(guī)定,當(dāng)通信設(shè)備離線或者故障發(fā)生的時候,可根據(jù)設(shè)定的查詢次數(shù),產(chǎn)生設(shè)備通信超時,發(fā)出報警。
通過監(jiān)控系統(tǒng)及報文系統(tǒng),值班員可根據(jù)實時電壓、電流及開關(guān)量數(shù)據(jù),對全站所有分路進行監(jiān)視,同時可根據(jù)報文系統(tǒng)的告警報文對相應(yīng)分路設(shè)備故障進行迅速、準(zhǔn)確、有效的判斷并啟用相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案,確保大廈各分路的供電安全。
6.系統(tǒng)運行性能指標(biāo)
經(jīng)過系統(tǒng)的長期運行總結(jié)發(fā)現(xiàn),各工作站日常運行穩(wěn)定,CPU 正常狀態(tài)下占用率≤20%,在事故發(fā)生狀態(tài)下≤40%;網(wǎng)絡(luò)運行負荷穩(wěn)定,正常狀態(tài)下≤25%,在事故發(fā)生狀態(tài)下≤40%;對電壓、電流等模擬量的采樣精確,精確至 1‰;從模擬量的越限、開關(guān)量改變等事件發(fā)生至系統(tǒng)報文報告,即系統(tǒng)響應(yīng)時間≤3s,滿足監(jiān)控需求。
7.安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型
7.1概述
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求,針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù),集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站,可實現(xiàn)對變電站方位的控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。
7.2應(yīng)用場所
辦公建筑(商務(wù)辦公、國家辦公建筑等)
商業(yè)建筑(商場、金融機構(gòu)建筑等)
旅游建筑(賓館飯店、娛樂場所等)
科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑)
通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等)
交通運輸建筑(機場、車站、碼頭建筑等)
廠礦企業(yè)建筑(石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等)
新能源建筑(光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等)
7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計,可分為三層:站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層,組網(wǎng)方式可為標(biāo) 準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。
7.4設(shè)備選型
8.結(jié)束語
自電力監(jiān)控系統(tǒng)投入運行至今,該系統(tǒng)對大廈所有高低壓配電柜及其分路、變壓器、UPS 等設(shè)備進行了實時監(jiān)控管理,對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理,形成實時事件報文、圖表、分析曲線等,同時實時顯示各分路運行狀態(tài),不僅有效提高了電能使用效率,降低能耗,還有效降低了值班員的巡視強度,并提高了事故的發(fā)現(xiàn)、響應(yīng)時間,具有安全、可靠、穩(wěn)定的特點,取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
參考文獻
[1]房鑫.淺談數(shù)字大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用.
[2]王德文 閻春雨 畢建剛 袁帥《變電站狀態(tài)監(jiān)測通信網(wǎng)關(guān)中 Modbus 與IEC61850 的映射方法》《電力系統(tǒng)自動化》.2012.36(19)
[3]安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手冊,2022.07.
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊,2022.05.
作者簡介:
劉細鳳,女,現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司,主要從事微機保護測控裝置和電力監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。