沈亚峰
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：现代变配电监控系统是利用计算机控制技术、通信技术和网络技术等，对智能变配电设备进行数字化信息采集、处理和传输，从而实现对变配电系统高、低压电气设备的远程监控管理，达到配电室的少人或无人值守的目的，全面提高变配电运行的现代化管理水平。文中以吉林火车站变配电监控系统设计为实例，提出基于以太网结合现场总线的设计思想并给出了设计方案。
关键词：变配电；监控系统；以太网；现场总线
0引言
变配电系统包括变电系统和配电系统两部分，主要作用是通过变压器来改变电压并通过配电设备向终端用户分配电能。变配电系统是否能正常运转直接影响整个火车站用电的稳定
1吉林火车站电力系统概况
吉林火车站，属于大型旅客车站，建筑等级为二级，主要包括东、西两站房。供电负荷分三级，一级负荷为信号、通信、售检票和安检设备、变电所用电、公共区照明、应急照明、公安监控、消防设备用电等。二级负荷为站房区照明、自动扶梯、垂直电梯、静态标识、排水泵、新风系统、通风系统等。三级负荷为广告照明、景观照明及其它不属于一二级负荷的用电设备。全站负荷容量东站房为3 242 kW，西站房为3 206 kW，总用电负荷容量6 448 kW．东、西站房各建一座变电所，分别选用2台1 600 kVA变压器，两站各设一个10／0．4 kV变配电室。每个变电所由站场10 kV开闭站引两路相互独立的10 kV电源，共计4路。各变电所2路10 kV电源的运行方式为正常时，2路电源分列运行，当任一路电源故障时，另一路均能承担全部一、二级负荷。
2变配电监控系统设计
2.1 融合以太网／现场总线的监控系统基本设计思想
该工程设计的是10／0．4KV电力变配电监控系统，系统设计采用的是分层分布式结构，采用以太网／现场总线方式实现变配电系统信息的传输、交换和管理。
2.1.1单纯基于现场总线的变配电监控系统的不足
现场总线是一种比较流行的工业数据总线，它主要采用标准化的全数字式通信链路在现场设备之间以及现场设备与自动化系统之问实行双向、串行、多结点的数字通信技术。单纯基于现场总线的变配电监控系统存在着各自动化仪表公司总线标准不一，种类繁多，难以实现现场控制网络与信息网络的有效集成并且监控软件开放度不高等不足，为此决定将以太网引入变配电监控系统来解决这一问题。
2.1.2以太网的发展为在监控系统中的应用提供了可能性
以太网是当前应用普遍的局域网技术，它具有应用广泛、共享资源能力强、软硬件资源丰富以及低成本等优点。随着通信技术的迅速发展，高速以太网的速率已达到或超过100Mb／s，并且交换技术的引入，使信息在传输时可以独占传输媒体带宽，保证了从源端到目的端快速的点到点连接，从而避免了网络冲突。由于变配电监控系统的监控信息信息量不大，多达几十个字节，因此对网络传输吞吐量要求不高。
2.1.3融合以太网／现场总线的监控系统设计方案
尽管现场总线数量多，标准不统一，但由于现场需要监控的电力设备数量大，实时性强，因此采用现场总线作为底层网络协议会更加节约工程投资，然后在其上层通过相应网关，将现场总线连到以太网上，从而实现多种现场总线的集成，并能很好的与因特网结合，实现远程监控。该监控系统的工作原理是电力调度员通过以太网和TCP／IP协议将信息指令发给相应
网关，然后由网关转换成现场总线协议后发给相应的监控仪表。反之，现场监控仪表有消息要发给监控终端时，也要由网关做协议转换，通过以太网和TCP／IP协议进行数据上传。
2.2监控系统结构图
根据以上设计思想，对吉林火车站变配电监控系统设计结构图如图1所示。
由图可知该变配电监控系统共分3层，即系统管理层、通 经调研在整个吉林站除了设有变配电监控系统以外，还有讯管理层和现场监控层。
(1)现场监控层位于车站现场，主要对安装在车站现场的各种高压线路保护单元、各类低压馈线以及直流屏、信号屏、变压器温控器及功率因数控制器等的工作信息进行数据采集和
(2)通讯管理层主要由放置于东、西站房变配电室的通讯机柜和放置在供电段的工业以太网交换机组成，它提供了系统管理层到现场监控层之间的连接。其中通信机柜里面放置有H3C S3100百兆以太网交换机、通讯管理机、环网交换机和路由器及协议转换器，主要完成的功能一是收集下层数据、协议转换、上传数据、主备用通道自动切换，以及接收系统管理层的指令下达给终端设备完成工作；二是诊断所管范围设备故障并将故障区域隔离。如建筑设备监控系统和其他控制系统等，都需要与各自监控终端进行实时通信。由于通信数据量大，监控设备所处环境复杂，因此在二层通讯管理层与上层监控层之间加入工监以太网交换机，型号选为H3C$5500千兆三层以太网交换机，以保证高速可靠的信息传递，并可实现资源共享。设计中在工业以太网交换机和变配电监控系统的管理层之阔的连接线选用超五类非屏蔽双绞线，传输速率可达100 Mb／s．
(3)系统管理层位于监控系统高层，由监控计算机、打印机等组成，具有远程控制、数据存储、报警显示、故障记录、图形显示以及报表打印等功能。该层设备放置在供电段的监控室，监控软件为利用组态王开发的变配电监控系统软件。
2.3通信协议
Modbus是目前工业控制领域中广泛使用的一种协议，该协议定义了控制器能识别并使用的消息结构，而并不关心它们之间采用哪种通信网络，它可以实现控制器间、控制器经由网络
和其它设备之间的通信。Modbus协议有ASCII和RTU两种模式。和Modbus--ASCII相比，Modbus--RTU模式协议更简单，传输数据量大，效率高且传输距离长。经调研吉林火车站变配电监控系统监控面积广，现场监控仪表种类多，用途各异，安装分散，因此为了能更可靠的把分布于车站各处的不同厂商生产的监控设备连入监控网络，实现集中监控，设计决定采用基于RS一485通信接口传输的Modbus—RTU通信协议，传输速率不得小于38400bps．
2.4主要实现监控功能
设计的监控系统实现以下监控功能：
(1)对于高、低压设备通过保护继电器完成保护、监视和控制功能。
(2)检测运行参数，采集每个回路的电压、电流、功率、功率因数、频率、电度量，变压器运行状态和各种告警信息等，为正常运行时的计量管理、事故发生时的故障原因分析提供数据。
(3)监视电气设备运行状态，如高、低压进线断路器等各种类型开关当前分、合，测试、投入状态，断路器小车位置，人工操作标志，保护故障信息，如发现故障自动报警。
(4)对建筑物内所有设备的用电量进线记录和统计，包括动力用电和照明用电，对高峰负荷、日用电量、平均用电量等指标进行分析和管理。
(5)对各种电气设备的检修、保养、维护进行管理。
3安科瑞配电室环境监控系统的介绍与选型
3.1简介
安科瑞电气股份有限公司根据配电室实际情况，结合多年的变电站和配电室的运行管理经验，自主研发了安科瑞配电室综合监控系统，实现了智能开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、电流电压等负载运行监控、母线测温监测、电缆测温监测、环境监测、有害气体监测、安防监控、采暖通风、门禁、灯光、风机、除湿机、空调控制等功能。实现动力环境各数据的检测与设备控制，实现动力环境优化，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，减少配电室粗放式管理导致成本过高，同时实现配电动力环境的分布式远程管理。
3.2系统功能
3.2.1 通信管理
安科瑞智能配电室综合监控系统可以完成对整个配电室范围内的通信设备进行管理、添加、删除、控制和数据的实时监测。
3.2.2实时监测
安科瑞智能配电室综合监控系统人机界面友好，能够显示配电室设备的运行状态，实时监测配电室环境参数信息，如视频、温度、湿度、漏水/水浸、水位、有害气体和电参量等。实时显示有关故障、告警等信息。
3.2.3 数据查询
在人机界面中，可以直接查看配电室个设备的运行数据。
3.2.4曲线查询
在曲线查询界面，可以直接查看遥测参量曲线，包括温度、湿度、水位、有害气体、电压、电流等曲线。
3.2.5运行报表
查询配电室内设备的运行数据报表，包括日报表、月报表、年报表和查询报表等。
3.2.6实时告警
科瑞智能配电室综合监控系统具有实时告警功能，系统能够对配电室温度、湿度、有害气体、设备故障或通信故障等事件发出告警。告警如右图所示：
3.2.7 历史事件查询
安科瑞智能配电室综合监控系统能够对产生的所有事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。
3.2.8 用户权限管理
为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
3.2.9网络拓扑图
安科瑞智能配电室综合监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构。可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。
3.2.10遥控操作
安科瑞智能配电室综合监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。
3.3Acrel-2000E/B配电室环境监控系统推荐配置选型
4结束语
吉林站变配电监控系统的设计实现了监控主机在供电段监控室内对吉林站东、西站房管辖的所有变配电设备的监控，并可以实现与现场高、低压配电设备以及整流配电设备之间的遥测、遥信。该系统集保护、控制、测量、信号采集、故障告警、谐波分析、电能质量管理、负荷控制和运行管理于一体，实现了变配电系统高、低压电气设备分散监控、集中管理功能。按照该方案设计的吉林站变配电监控系统经过一年的试运行后，整个系统工作性能稳定，安全可靠，达到了预期的使用目的。目前已通过验收，正式投入使用。
参考文献：
[1] 高文逸，戎俊．低压配电监控系统的构建．电工电气，2009(8)：27—31．
[2] 杨光，杨志杰.基于以太网的火车站变配电监控系统[J]． 仪表技术与传感器 2013
[3] 安科瑞Acrel-2000EB配电室综合监控系统2020.04版
作者简介：
沈亚峰，男，安科瑞电气股份有限公司，主要从事配电室综合监控系统的研发与应用。手机：15021503793（微信同号），QQ:2885009792，Email: 2885009792@qq.com。