安科瑞 李可欣

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電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1?數(shù)據(jù)采集與處理

通過間隔層單元采集來自用電過程的模似量、數(shù)字量、脈沖量及溫度量等，用電過程設(shè)備包括CT、PT、配電裝置保護、直流系統(tǒng)、所用電系統(tǒng)等。對所采集的輸入量進行數(shù)字濾波，有效性檢查，工程值轉(zhuǎn)換、故障判斷、信號接點抖動消除、刻度計算等加工。從而產(chǎn)生出可供應(yīng)用的電流、電壓、有功功率、無功功率、電度、功率因數(shù)等各種實時數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。在可能時，形成分布式的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，在就地控制單元中保留本地處理的各種實時數(shù)據(jù)。間隔層單元對保護模擬量和遙測模擬量的采集應(yīng)相對獨立，遙測量的精度應(yīng)滿足有關(guān)標準的要求。

2?電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

監(jiān)控層包括工程師站和遠動通信站，包含監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、打印機、UPS以及ACREL-3000電能管理軟件，其中軟件部分具有良好的人機交互界面，通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議讀取通訊管理機采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息，自動經(jīng)過計算處理，以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況；電能計量管理功能設(shè)計各種符合用戶的報表格式，報表內(nèi)數(shù)據(jù)嚴格按照各種標準進行計量，搭建完整的計量體系，用戶只需查找打印即可，方便了操作，提高了工作效率。

通訊網(wǎng)絡(luò)層包括通訊管理機、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

系統(tǒng)依據(jù)客戶實際需求進行設(shè)計，并實現(xiàn)了一次主接線圖界面顯示；電參量遙測及電參量越限報警；事件記錄；系統(tǒng)運行異常監(jiān)測；故障報警及操作記錄；電能報表查詢與打??；系統(tǒng)負荷實時、歷史曲線，用戶權(quán)限管理等主要功能。

系統(tǒng)功能

上位機軟件采用ACREL-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)，通過軟件進行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)庫變量配置、界面設(shè)計等，完成了在上位機軟件監(jiān)控及電力監(jiān)控的功能。

1 功能特點

ACREL-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)采用全中文界面，操作簡單方便；運行穩(wěn)定可靠的特點。點擊相應(yīng)快捷按鈕即可進入相應(yīng)的系統(tǒng)功能模塊；系統(tǒng)具有一次系統(tǒng)圖顯示，模擬圖顯示和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖顯示；系統(tǒng)具有人機界面友好，顯示數(shù)據(jù)直觀，方便用戶查閱。

2 軟件功能

2.1畫面顯示

軟件的界面可以根據(jù)項目的特點和客戶的要求來設(shè)計。初始界面為“登錄界面”，客戶需通過用戶名，輸入相應(yīng)密碼，方能進入本系統(tǒng)。界面如圖2所示。

2.2通訊示意圖

通訊示意圖為拓撲圖，顯示系統(tǒng)與儀表的通訊是否正常。通過界面模塊顏色的變化來反映整個系統(tǒng)各個監(jiān)控點位的運行狀態(tài)。界面如圖3所示。

2.3 監(jiān)測詳圖

監(jiān)測詳圖反應(yīng)了整個系統(tǒng)配電回路名稱，相應(yīng)的配電體系以及回路的主要電參量。通過實時數(shù)據(jù)的顯示，直觀反映本項目各個監(jiān)測回路的運行數(shù)據(jù)，便于管理者實時了解系統(tǒng)運行狀態(tài)。界面如圖4所示。

2.4 參數(shù)抄表

參數(shù)報表反映了本項目監(jiān)測回路的在過去某時間點的運行數(shù)據(jù)，通過當前或者過去某時間點的實時參量數(shù)據(jù)反映回路狀態(tài)。主要的數(shù)據(jù)包括：三相電壓，三相電流，電能，有功功率，無功功率，功率補償因數(shù)，頻率。界面如圖5所示

2.5 電能報表

電能報表是對用電量的管理以報表形式呈現(xiàn)，該報表可以實現(xiàn)系統(tǒng)運行期間的任意時間段內(nèi)的月抄表，日抄表，小時抄表等功能，且可以Excel形式導(dǎo)出或打印。界面如圖6所示。

2.6報警處理

報警處理分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預(yù)告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。

硬件推薦：安科瑞AM5SE-M系列微機保護測控裝置

1 裝置介紹

1.1 概述

安科瑞AM5SE-M電動機綜合保護測控裝置(以下簡稱裝置)集保護、控制、測量、通訊和監(jiān)視功能于一體，資源豐富、配置完善、維護方便、性能穩(wěn)定，適用于 35kV 及以下電壓等級電力系統(tǒng)的保護和測控，實現(xiàn)進線、主變、配電變、電動機、電容器、母聯(lián)、PT 等保護。應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋電力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)。裝置硬件設(shè)計采用可靠性配置，軟件配以專門的保護算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現(xiàn)方式靈活，能與 Acrel-2000Z 電力監(jiān)控系統(tǒng)配套使用，為電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供保障。

1.2 特點

1)高性能的硬件平臺

裝置采用主頻為 168MHz 的處理器，16 位同步采樣 A/D，每周波 48 點高速采樣、實時并行計算;配置 512K 字節(jié) Flash、(192+4)K 字節(jié) Sram、外置 4M 字節(jié) NorFlash、外置512K 字節(jié) Sram，硬件資源充足，可靠性高。

2)統(tǒng)一的硬件設(shè)計和完善的保護功能

裝置硬件包括電源模塊、CPU 模塊、開入開出模塊、控制回路模塊、模擬量采集、通訊模塊等采用模塊化設(shè)計，通用性強。在同一硬件平臺上針對不同對象進行保護功能設(shè)計，實現(xiàn) 35kV 及以下電壓等級的電力系統(tǒng)保護，適用于進線、饋線、主變(一般容量 2000kVA以上)、配電變壓器(一般容量 2000kVA 以下)、高壓電動機、高壓電容器、母聯(lián)、PT 等設(shè)備的保護和自動控制功能。

3)豐富的接口資源

12 路(可擴展到 14 路)交流電壓/電流通道，測量三相電流、兩路零序電流、三相電壓、零序電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能。保護電流的測量不僅反映基波，還可以通過邏輯可編程軟件增加測量 2~10 次諧波，具有帶諧波制動的保護功能。

獨立操作回路，可自適應(yīng) 0.25~5A 開關(guān)跳合閘電流;

2 路 4～20mA 直流模擬量變送輸出，可通過邏輯可編程軟件自定義變送量;

20 路有源開關(guān)量輸入通道、10 路獨立無源開關(guān)量輸出通道;

2 路 RS485 串行通訊接口，支持 IEC60870-5-103、Modbus-RTU 規(guī)約;

2 路以太網(wǎng)接口，支持 TCP IEC60870-5-103、TCP Modbus-RTU 規(guī)約;

GPS 對時功能，支持 IRIG-B 對時方式(RS485 接口);

1 個 UBS 接口，可通過 U 盤升級裝置程序，也可導(dǎo)出裝置的定值、故障錄波數(shù)據(jù)，方便故障分析;

1 個 RS232 接口，可通過 USB 轉(zhuǎn) 232 數(shù)據(jù)線升級裝置程序，還可上傳裝置定值、動作事件信息和故障錄波數(shù)據(jù)，方便現(xiàn)場事故分析。

4)人性化

裝置采用全漢化大屏幕液晶顯示，人機界面清晰易懂。

靈活的按鈕設(shè)計，菜單式操作簡單、便捷。

保護功能的出口可通過跳閘矩陣進行設(shè)置，方便用戶選擇要動作的繼電器。

配備計算機界面的調(diào)試與分析軟件，調(diào)試及維護簡單方便。

5)透明化

實時記錄交流量、開入量、開出量和所有保護模塊的狀態(tài)。

裝置記錄內(nèi)部各元件動作行為、動作時間和錄波數(shù)據(jù)，共可記錄 16 條故障錄波，每條錄波可觸發(fā) 12 次錄波，每次錄波可錄故障前 8 個周波、故障后 4 個周波波形，共計 46s。每個采樣點錄波至少包含 12 個模擬量、10 個開關(guān)量波形。

6)可靠性設(shè)計

裝置采用全圖形編程技術(shù)設(shè)計每個保護功能，以提高程序的可靠性及正確性。

軟硬件具有持續(xù)完善的自檢功能，抗干擾性能好，裝置通過多項電磁兼容檢測認證，電快速瞬變脈沖群、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達到 IV 級標準。

1.3 裝置選型表

1.4 裝置功能對照表

注：√表示具備此功能，■表示可選功能， 空白表示無此功能。

2 技術(shù)參數(shù)

2.1 額定參數(shù)

2.1.1 工作電源

額定電壓：AC/DC 220V 或 AC/DC 110V

范圍：額定電壓×(1±20%)

功耗：≤15 VA

2.1.2 輸入激勵電壓

額 定 值：線電壓 AC 100V 或相電壓100 / 3 V

測量范圍：0.1V～120V

準 確 度：±1%

功率損耗：每相功率損耗不大于 0.5VA

過載能力：1.2 倍額定電壓，連續(xù)工作;

2 倍熱過載，允許 10s。

2.1.3 輸入激勵電流(保護電流)

額 定 值：AC 5A 或 1A

測量范圍：0.04In～20In

功率損耗：每相功率損耗不大于 0.5VA

過載能力：2 倍額定電流，連續(xù)工作;

40 倍額定電流，允許 1s。

2.1.4 輸入激勵電流(測量電流)

額 定 值：AC 5A 或 1A

測量范圍：0.04In～1.2In

功率損耗：每相功率損耗不大于 0.5VA

過載能力：1.5 倍額定電流，連續(xù)工作;

4 倍額定電流，允許 1s。

2.1.5 頻率

額定頻率：50Hz 或 60Hz

頻率范圍：47～63Hz

準 確 度：±0.1Hz

2.1.6 開關(guān)量輸入

額定電壓：AC/DC 220V 或 AC/DC 110V

電壓范圍：額定電壓×(1±20%)

功率消耗：每通道功率消耗≤1W(DC220V)

2.1.7 開關(guān)量輸出

機械壽命：≥10000 次

接通容量：≥1000W, L/R = 40ms

導(dǎo)通電流：連續(xù)≥5A，短時(

200ms)≥30A

斷開容量：≥30W, L/R = 40ms

2.2 主要技術(shù)性能

電壓元件：整定值容許誤差應(yīng)不大于±3%;過壓返回系數(shù) 0.95，欠壓返回系數(shù) 1.05;

電流元件：整定值容許誤差應(yīng)不大于±3%;過流返回系數(shù) 0.95，欠流返回系數(shù) 1.05;

頻率元件：整定值容許誤差應(yīng)不大于±0.02 Hz;

比較元件：過量比較元件返回系數(shù)為 0.95，欠量比較元件返回系數(shù) 1.05;

反時限元件：反時限動作時間誤差為±5%或±40ms;返回系數(shù)：0.95;

時間元件：延時時間 2s 內(nèi)誤差≤40ms;延時時間大于 2s，誤差≤(2%)整定值±40ms;

差動保護：

動作時間：差動速斷<25ms (1.5 倍整定值)

比例差動<35ms (2 倍整定值，無涌流制動)

電流定值誤差不大于±3%。

比率差動制動系數(shù)一折段固定 0.5，二折段固定 0.7。

2.3 正常工作環(huán)境條件

環(huán)境溫度： -10℃～+55℃;

裝置的貯存、運輸允許的環(huán)境溫度為-25℃～+70℃;

相對濕度：5%～95%(產(chǎn)品內(nèi)部不凝露，不結(jié)冰);

海拔高度：≤2500m;

防護等級：IP20。

2.4 絕緣性能

絕緣電阻：>100MΩ, 500Vdc

介質(zhì)強度：回路和地之間，獨立回路之間：工頻耐壓 2kV

沖擊電壓：±5kV(1.2/50μs, 0.5J)