变配电自动控制系统在智能建筑中的应用
摘要
随着电力行业与通讯技术、工业总线、计算机及电子技术不断结合，通过对电力设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，使建筑物更具安全、高效及舒适性。本文结合别墅小区的实例，主要介绍了电力自动监控系统在现代智能建筑小区供配电系统中的应用。
关键词：电力自动监控，智能建筑，供配电系统，节能高效
目录
摘要
绪论...
一、项目概括…………………………………………………………………….2
二、系统简介…………………………………………………………………….2
三、网络结构…………………………………………………………….2
四、系统实现功能………………………………………………………………….4
五、系统实现功能……………...…………………………………………...……….5
1、数据通讯采集…………………………………………………………………..6
2、数据处理功能…………………………………………………………………...6
六、数据库管理………………………………………………………………………6
七、人机界面功能……………………………………………………………………7
八、运行效果…………………………………………………………………………8
结论………………….…………………………………………………………….....8
参考文献…...………….………………………………………………………………9
绪论
随着电力行业与通讯技术、工业总线、计算机及电子技术不断结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，使建筑物更具安全、高效及舒适性。别墅项目由于小区供电面积大，变配电室多，其本身对供电的可靠性和供配电系统的自动化水平都有着较高的要求，因此本工程采用先进的ESDCMMI4.0电力自动监控系统，对本项目的中低压配电系统、变压器、直流屏等实施自动监测和控制。
别墅项目由于供电面积大，通常设有一个主配电室和几个分配电室。为做好供电系统的安全性及可靠性，需要实现变配电系统的自动化管理。传统变配电系统在管理上的存在的弊端主要有：对电网运行状况的掌握依赖人工巡视；运行维护人员太多，人力成本过高；事故快速反应能力不足，停电时间长；缺少优秀的供电保障系统，供电可靠性不高；对电能质量缺乏有效的监控，谐波污染严重；对电能消耗缺乏有效管理，企业成本高。
引进变配电自动化可以实现：监控功能和继电保护的有机结合；变电站站内设备监控和站外设备监控的有机结合；采用交流采样技术，无须变送器，节约成本和占地；由单元化的测控装置就地完成四遥功能；采用现场总线技术，系统通信完全网络化，实现数据共享。
从已运行的变配电室智能配电监控管理系统看，完全实现了全部无人职守，实现了遥测、遥控、遥信，操作简单方便，提高了工作效率，提高了供电可靠性，增强了安全性，减少了事故处理时间，有效的节约了电能，减少了电力管理人员，取得很好的经济效益。
配电监控管理系统在近年来已走向成熟，并成为智能的配电监控管理系统。利用监控装置形成完整的低压配电网信息采集系统，为供电企业的用电侧电能管理提供科学可靠的决策依据，其社会效益是不言而喻。
一、项目概况：
本别墅智能小区总建筑面积31万平方米，占地面积131.3公顷。包括一个主站（开闭站）和6个分变配电室，其中4号变配电室负荷中包含重要的超磁站房设备。本项目的特点就是占地面积大，供电面积范围大。除主配电室有人值班外，其余配电室皆无人值守。为提高了工作效率，提高了供电可靠性，增强了安全性，减少了事故处理时间，有效的节约电能，减少电力管理人员，本项目采用ESDCMMI4.0电力监控系统配电智能化系列产品，完全实现了上述功能。
二、系统简介：
ESDCMMI4.0电力监控系统是基于Windows2000操作系统的配置软件。该系统主要包括：一次设备(高压，低压开关柜)；二次设备(保护继电器，智能测量仪表)；监控设备(监控计算机，通信管理器)接口设备(监控管理软件，各种卡件)等。
系统采用可简单连接的双绞线作为总线，把多个测量控制仪表连成网络系统，并按公开、规范的通信协议，将位于现场的多个微机化测量控制设备、现场仪表与远程监控计算机之间进行连接，实现数字化、双向多变量数字通信。该系统特点：完全的单元独立，分布式安装，集中监控，可扩展性强；系统具有良好的开放性，支持多种规约；实现与配电现场的各种通讯设备的通讯连接和通讯数据的处理；实现对断路器、开关及刀闸等对象的远程控制；实现对现场各种通讯设备的保护定值的读写操作；查询系统采集的遥信、遥脉、遥测等数据；监视现场各种通讯设备的通讯状态及传输的报文信息；通过对用户权限的设置、口令检查等方法，保证系统操作的安全性；提供系统维护的设置功能。
系统软件实现真正的多任务，支持数据库跨平台连接，支持多种开放的数据库管理系统；利用断路器触头损耗监视功能及断路器动作次数，灵活制定检修维护计划，节省维护。
三、网络结构
该站配电系统结构采用了分层分布式设计思想，系统分成3个层面：后台监控层面、站级管理层面和现场测控层面。
在后台监控层面采用了配电网络管理组态系统，通过以太网往下连接至站级管理层。为整个配电系统提供全面管理，同时提供热备一套，大大减少系统故障，提供可靠的电力保证。在站级管理层面采用了组态嵌入式系统（触摸屏HMI）作为前端处理机，通过Modubs协议采集来自现场层的数据，并对数据进行适当处理和故障诊断。将打包后的数据通过以太网交换机传输给后台监控系统供中心管理层使用，同时，将来自中心管理层的控制信息经过以太网交换机通过HMI发送到现场层。
在现场测控层面采用配电智能化模块，将来自现场的遥信量、遥测量、保护动作等信息通过现场保护或测控单元采集处理，并通过Modbus协议上传至站级管理层和后台监控层。负责实现模拟信息、数字信息、电能量信息的采集、传输及控制等。主要应用于大楼10kV系统监控，包括10kV断路器柜的控制和保护、全部10kV高压柜的模拟量和开关量的采集、高压环网柜信号和状态的采集。模拟量包括电流、电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率、功率因数等，开关量包括断路器位置、手车位置、储能状态、保护动作信号等。
400V系统的监控，采用在低压柜回路各配置一台FMl00智能测控装置，实现各回路的模拟量采集和4个开关量采集；其余需要监测的回路各配置一台FM100—3智能测量装置，实现各回路的模拟量监测，所需开关的控制由FM100的输出接点完成。
模拟量包括电流、电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率、功率因数等，开关量包括断路器合位、就地／远方位置、工作位置等。变压器部分：变压器温度、变压器风机启动、停止状态信号、变压器事故信号等。直流系统部分：电压、电流、环境温度、断线开路信号、绝缘检测信号。
间隔层的单元化设计、分布式处理保证了系统的稳定性、可靠性和可扩充性，即便在网络失效的情况下，间隔层设备仍能独立完成间隔层的监测和断路器控制等功能。间隔层单元通过485总线型接入通讯层主控单元，布线和维护方便，数字通信抗干扰能力强、精度高，传输介质采用屏蔽双绞线(FTP)。
站级管理层面：图形工作站是电力自动监控系统的人机界面，以实现电力系统的集中监视、测量、控制和管理。用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等等。通过监控工作站，运行值班人员能实现对全所生产设备的运行监测和操作控制。
四、系统实现功能：
本项目变配电室供电采用高压10kv系统单母线分段运行，两路高压电源同时供电。当一路电源断电时，中间联络开关自动闭合，由另一路电源向全部一级，二级负荷供电。高压系统要进行进线与中间联络断路器状态控制监测，电压，电流，频率，有功功率，无功功率等。低压系统包括进线与中间联络断路器状态监测，电压，电流，功率因数，重要输出支路断路器状态控制，故障显示与报警。保护分为：进线过电流保护，电流速断保护和低电压保护；母线联络柜装设过电流保护；变压器装设过电流保护，电流速断保护，变压器温度及故障状态正常运行显示与报警；在超磁站房供电回路中，采集断路器分合及故障状态，实现远程遥控。
ESDCMMI4.0A系列产品提供丰富完整的智能电力监控产品，实时监控，监视，记录供电系统的运行情况，可以根据用户的不同需求提供使用可靠、方便灵活的系统应用方案，可适用各种复杂的现场情况及应用需求。根据各自回路的差异性，分别使用不同的产品最优化搭建合理的解决方案。本文在此系统中挑出几条具有代表性的回路分别根据各自的不同情况做一个最优化的配置。
如图所示，对于系统进线的监控，由于其回路的重要性及对监控设备的较高要求，需要全面采集各种电参量，并需要及时准确的发现回路中存在的隐患和故障。因此在本线路中采用了EX8+综合电力监控仪表。馈电回路1、馈电回路2指照明和动力回路，这些回路只要求监视电流和开关状态，并需要对回路中断路器能遥控。因此采用LCTA+ESDA9015提供对电流的监测，采用ESDA9050和ESDA9061提供了对开关量的遥测及遥控。在馈电回路3指超磁站房超磁设备等重要负荷等一些回路容量较大，需要对该回路提供更完善的监测及保护。因此采用了ESDA9150A采集断路器分合及故障状态，采用ESDA9161A对断路器实现远程遥控。同时采用了ESDA9133A实现对该线路电参量全方面的监测。
ESDCMMI4.0支持Modbus协议，通过总线将各个配电回路的控制及保护信息送往上位机监控系统，以实现对各配电回路的智能化测控。
五、监控系统软件主要功能
电力自动监控系统软件，在监控中心的图形工作站上安装ESDCMMI4.0监控系统软件。基于Windows2000操作系统的配置软件，提供方便的操作、维护界面；具有16口同时通讯处理的能力，参数配置符合有关通讯标准；实现RS232/485/422、CAN卡、Profibus－DP、局域网通讯；实现与配电现场各种通讯设备的通讯连接和通讯数据的处理，可进行现场监视和向上级系统转发数据，采集通讯装置的遥信、遥测、电度数据并显示；设置修改每个量的相关信息，实现通过信息条件查询数据量；可以实现本地遥控；能够检测通讯口和通讯装置的运行状况；可以对通讯装置下载参数；可以同时向多个上级系统转发数据，发送数据量可选且顺序可不同；后台可以通过更灵活，更高效的DCOM接口访问数据；显示每个通讯口的通讯报文，可以设定报文显示/停止、校验/不校验；可以向上级系统传送转发数据量的系数；有不同级别的权限管理；可以设置本机时间；系统易生成，恢复时间短。好的开放性、扩展性、实时性和安全可靠性。
ESDCMMI4.0监控系统软件的主要功能是对整个变配电系统正常运行和事故情况下的生产过程进行实时监控，大屏幕彩色显示，定时自动报表打印或召唤报表打印，越限和事故报警，事故推画面、事件顺序记录与事故追忆，进行数据采集与处理，完成自动化控制功能，而且具有向调度传送远动信号与数据，接收调度遥控命令，以及其它一些运行管理功能。
1、数据通讯和采集功能
通过串口通信把间隔层设备的所有电气量、非电气量采集到主控单元，实现数据采集和预处理，包括测量量、信号量、电度量等，并将采集的实时数据通过网络送至监控系统后台工作站，同时将主站有关命令发往主控单元并经主控单元传送到间隔层设备。
2、数据处理功能
数据处理包括工程值转换、零漂处理、人工设置处理、越限设置处理、信号分类处理、事件顺序记录(SOE)和故障录波功能；故障录波可以显示、打印带时标的故障波形，供精确分析故障。
六、数据库管理功能
可对实时数据库、历史数据库进行管理，具有：
◆快速访问常驻内存数据和硬盘数据，在并发操作下能满足实时功能要求；
◆允许不同程序对数据库内的同一数据集进行并发访问，保证在并发方式下数据库的完整性和一致性。
◆良好的可扩性和适应性，满足数据规模的不断扩充，及应用程序的修改。
◆在线生成、修改数据库，对任一数据库中的数据进行修改时，数据库管理系统应对所有工作站上的相关数据同时进行修改，保证数据的一致性。
◆计算机系统故障消失后，能恢复到故障前的状态。
◆可以用同一数据库定义、生成多种数据集。
实时数据库保存的是从LCU采集上来的实时数据，其数据在每次系统扫描周期之后刷新一次。在实时数据库中可以保存模拟量、数字量、电度累计量、控制量、计算量、人工设置等许多类型的点。用户可生成、查询、修改实时数据库。数据库管理系统保证了对数据库访问的实时性、灵活性和数据的一致性，以及数据的可维护性和可恢复性。
历史数据库对每一个实时数据库中的点，可选定周期实现历史数据记录，并可随时查询和使用，形成数据表、趋势曲线和用于统计分析。
◆重要数据自动归人历史库
◆历史数据可查询、计算
◆历史库能定时存人硬盘中
◆监控系统工作站中的历史数据库的压缩数据可保存一年
七、人机界面功能
采用全中文界面，根据IEC相应条例用规范的线路图形符号显示供配电系统电气主接线图和各配电站的接线图，主接线图和分支接线图之间的切换可方便地通过快捷键或地理位置图切换，具有画面漫游及大画面快速操作导航图功能。
1）动态刷新显示：电气测量参数、运行参数和状态量参数，各线路按电压等级不同以不同颜色区分（原电力部的部颁规定），具有带电自动变色功能。
2）模拟量显示：包括各模拟量的意义、对应的开关号及实时测量数据：电流、电压、功率（有功、无功）、电度（有功、无功）、频率、功率因数、电压不平衡度等。
3）开关量显示：包括供配电线路的各种开关量的含义、对应开关号及开关量的当前运行状态；如断路器位置信号、继电保护各种动作信号、装置故障信号等。
4）连续记录显示：电流、电压、功率及功率因数实时曲线、负荷曲线、电压棒图等。
5）事故顺序记录显示：将保护动作和开关跳、合闸等事件按动作顺序进行记录，在报警窗里显示保护动作，断路器变位情况，模拟量的越限值等。
在供配电系统发生故障后，系统自动记录故障发生前/后的三相电压、电流数据，同时自动弹出故障智能分析报告（包括故障跳闸的原因、性质、地点及发生时间），事故后可从计算机中调用事故追忆报告数据，以便分析事故原因。
自动记录断路器及继电保护信号的动作先后顺序，其SOE分辨率小于等于2ms。记录的内容包括断路器或保护信号的名称、动作状态及事件发生的时间。事件顺序记录可就地存档，并发送至监控主站系统。
6）报警处理和历史事件查询：报警的内容包括模拟量越限报警和开关量状态变位报警，报警分为一般报警和事故报警。一般报警包括模拟量越限报警、开关量预告信号报警及微机保护本身的故障报警。事故报警指由事故引起的保护动作及断路器跳闸信号，此时，监控系统自动推出相关画面显示，画面中的跳闸断路器应变色、闪烁，并发出特殊的报警音响，报警音响经操作员确认后能手动复位，报警音响能根据不同类型的报警信号发出不同的声音。
a）开关变位：自动推出事件报警窗和故障相关画面，画面中变位开关闪烁、变色提示，并在报警框内有汉字提示的告警语句及当前变位状态，并指明变位开关名称、运行编号和性质（正常操作或事故跳闸）。
b）电流、电压越限：画面闪烁提示，并在报警提示窗里显示当前越限值。
c）对于开关变位、保护动作、保护告警等事件在报警提示框显示相应的内容。
d）所有告警事件可打印记录和写盘保存。
历史事件查询包括越限报警事件（由定值越限报警触发的事件，包括越限值）、遥控操作事件（监控主机对保护测控装置进行的定值整定、参数修改、开关遥控操作等）、一般事件（通信故障等），历史事件查询可按日期、时间、类别进行查询、显示。
7）运行报表、负荷曲线自动生成
系统能够自动生成各类运行报表，按用户的要求和方式编制值班记录、交接班记录、设备台帐、继电保护定值表、设备检修记录表、运行人员值班表等。
a）负荷日、月和年报表的自动生成、显示、查询、打印（可选择时间段）；
b）电能日、月和年报表的自动生成、显示、查询、打印（可选择日、月、年）；
c）日负荷曲线的查询、显示、打印（可选择不同时间段）；
d）历史负荷曲线查询、显示、打印（可选择不同时间段）；
八、数据库的建立与查询
监控系统实时采集来自各分变电所的各种信息，经过处理后形成标准的数据库，并实时更新数据库；数据库容量可保证系统三年免维护。
1）可查询任一电量的日、月、年统计数据及该数据的最大值、最小值及平均值。
2）可对历史数据进行日、月、年检索，能够对历史数据库的数据进行操作，并按用户的要求定期将历史数据存盘。
3）可召唤显示、打印历史数据库中任一电量的记录数据，包括日、月、年报表。
以上的数据查询结果均能够打印，打印方式有定时打印和召唤打印等方式，打印时不影响程序的执行及系统响应能力。
九、系统自诊断和自恢复
监控系统具有良好的自诊断与自恢复功能，能在线诊断系统软件和硬件，发生故障时，能自动在屏幕上显示故障单元、故障部位及故障性质，单个组件的故障，不会引起整套装置的误动，也不影响其它装置和监控系统的运行，当发现异常及故障时能及时根据故障性质自动判别是否需要闭锁有关功能或设备，并显示和打印报警信息。
十、在线维护功能
1）各类画面、报表的在线编辑。
2）数据库部分内容的在线修改。
3）部分运行参数及限制值的在线设置，状态修改。
十一、智能供配电监控系统带来的电气节能
所有智能建筑所共有的唯一特性是其结构设计可以适用于便利、降低成本的变化。经过十几年的发展，智能建筑已经处于更高智能的发展阶段，发达国家已经进入“绿色建筑”的新境界。通过对建筑物智能功能的配备，强调高效率、低功耗、低污染，达到节约能源、保护环境的可持续发展目标。
当前，对于用户来说，设备运行消耗是商业运作的主要支出之一。在今天的竞争环境中，合理控制这些费用并不断设法提高效率、削减支出，是每个用户的目标。为了有效控制这些费用，首先应该对其进行监测，这就是智能供配电监控系统的主要功能之一。它可以提高管理效率和系统供电的可靠性，提供减少电能花费、降低成本设备投资和设备运行潜在消耗所需的信息。
智能供配电监控系统电气节能的体现：通过对电力参数历史数据的分析，建立系统和设备的电能消耗模式，在实时监视过程中及时发现电能消耗异常现象，采取有效措施进行设备改造或补偿，以避免电能损耗，如设备和谐波引起的电能消耗。优化供配电系统运行模式，减少不必要的电能花费，如对定时用电设备进行集中控制公共照明。对供配电系统内部的各用电单位进行电能分配、计量和监控，以避免电能浪费现象，提高管理效率、降低运营成本。
结论
该配电智能化系统在多个企业的配电系统投入运行以来，一直运行稳定，工作可靠。它不但使工人从繁琐的手工作业中解放出来，减少了各种事故的发生率，而且使系统维护及故障检修变得容易、迅速，从而真正实现了配电管理的科学化和准确化。不仅受到了广大运行岗位电气人员的好评，还为日后技术人员分析处理故障提供了可靠的技术资料。ESDCMMI4.0A配电智能化系统在别墅智能小区的应用，极大地提高了供电系统的高效节能、安全可靠性在已运行的变配电室全部实现无人职守，实现了遥测、遥控、遥信，操作简单方便，提高了工作效率，提高了供电可靠性，增强了安全性，减少了事故处理时间，有效的节约了电能，减少了电力管理人员，取得很好的经济效益，因此受到了用户的好评在大量工程应用经验的基础上，配电监控管理系统在近年来已走向成熟，并成为智能的配电监控管理系统。利用监控装置形成完整的低压配电网信息采集系统，为供电企业的用电侧电能管理提供科学可靠的决策依据，其经济效益和社会效益是不言而喻的。本文探讨了ESDCMMI4.0A配电智能系统在该配电系统的相关配置方案，该方案对各行业的对配电智能化要求较高的行业均具有一定的推广价值。
参考文献
[[1]]ESDCMMIV4.0前端机系统用户手册
[2]《变配电所加算机载监控系统工程案例》…..《智能建筑电气技术》
[3]《电力电测数字仪表原理与应用指南》….周中《中国电力出版社》