武汉广电变配电监控系统设计探讨

1 引言

随着现代化的发展，各行业对电力的依赖性日益增强，电力系统已成为各企事业单位重要的一部分。而对广播电视台而言，一旦供配电系统出现故障，就会影响整个节目的制作与播出，如果事故严重又不能及时处理，就可能损坏其他设备，造成停播等严重后果。为减轻值班人员的负担和实现现代化的管理要求，变配电机房有必要实现自动化管理，达到无人或少人值守、及时发现隐患、快速排除故障的目的，为电力机房的高效管理和安全运维提供有力保证。

2 设计原则

2.1 系统的安全性

广播电视变配电网络的系统配置不同于其他行业，任何一点疏忽都可能带来巨大的安全隐患，这要求系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的行业安全标准，强大的实时监控功能和联动功能。

2.2 系统的实时性

电力系统中的电参量时刻都处在变化中，超负荷、不平衡等因素会对配电设备造成巨大损害，然而这些因素的产生并不是预期的，所以对系统的实时性要求非常关键，同时对一些必要的事件还应具有记录存储功能。

2.3 系统的稳定性

由于变配电监控是一项长期不间断运行的系统，肩负着监测供配电网络的运行状况，并具有一定的处理事件功能，所以系统的稳定性显得尤为重要。

2.4 系统的可扩展性

系统的设计并不是一层不变，若今后有工程扩建、改造，或者与其他系统兼容、并入，这需要系统的设计应预留多路与其他系统的通讯接口，能追加变配电子站系统及与上级调度系统。

2.5 系统的易维护性

变配电监控系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。在做到系统故障率最低的同时，还需考虑因意想不到的原因而发生问题时，数据能可靠保存和快速恢复。

3 系统架构

本系统分为站控管理层、网络通讯层和现场设备层三大部分。

站控管理层设备放置于配电监控室内，包含计算机、显示器、操作系统、ifix 组态软件、水晶报表、打印机、UPS 等。负责协调和管理各现场控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。两台计算机同时在线，均可实时监控各现场设备，另监控主机还增加有历史数据保存、运行报表、故障报警的功能。值班人员可在工作站上通过人机接口对数据库和画面在线修改、进行人工设定、修改越限值等功能。

网络通讯层采用 10/100Mbps 快速以太总线及 10/100Mbps 多端口网络交换机和一系列通讯模块构成。通讯模块通过通讯转换器，自行采集设备层数据，实现 RS485 接口与以太网之间的数据转换。

现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型仪表、温湿度控制器、开关量监测模块和电动机保护器等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。这些装置不仅肩负着采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件，其中智能仪表通过设定地址码后经 RS485 网络将数据上传，并且提供本地显示。RS485 具有结构简单、通信速率高、组网方便等等优点，仍然是变配电站内一种重要的通信方式。

4 系统功能

系统以智能电力监控装置、微机继电保护装置、计算机网络、组态软件为基础，满足电力行业规范及相关标准，采用分层分布式结构，是一种智能化、网络化、单元化的监控管理系统。本系统具有对变配电设备的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、自动控制、继电保护等功能，同时把能耗预警、电源质量管理系统融为一体，其主要特点如下：

4.1 系统数据采集与处理

实时采集变配电站及各个出线回路仪表的全部电参量，如 I、U、P、Q、

kWh、THD 等；实时监视供配电线路的状态量，如设备通讯状态、开关状态、断路器状态、操作电源故障等。

4.2 人机交互界面

系统动态刷新显示主接线图，对各开关运行状态，在线运行参数，网络通讯状态，曲线趋势，复费率统计和需量统计等采用模拟图的方式实时显示。运行状态监视图分为主接线图（主画面、分画面）、负荷曲线图、波形分析图以及其它需要显示的运行状态画面。

4.3 事故报警与记录

与控制中心和机组继电保护装置等相结合，完成安全监视任务，出现开关事故变位、遥测越限、保护动作、开关跳闸或其他报警信号时，系统能发出音响提示，并在屏幕上显示报警内容或推出特定的报警画面。周期性存储运行数据，保存操作记录、设备运行状态、保护动作记录、事故记录等信息，形成完备的历史数据库。

4.4 远程控制

现场设备旁设有控制权切换开关（上行信息不受切换开关位置影响）。开关置于“远方”时，机组仅受控于控制中心，置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。

4.5 统计分析、报表打印

用户可自定义报表格式和计算方法，对时、日、月、年用电量统计，可设定所有报表的定时打印、召唤打印和事件记录打印，且数据库对历史记录保留 2 年以上。

5 系统主要软硬件介绍

5.1 硬件部分

多功能综合仪表：是集测量三相相电压、相电流、线电压、线电流、有功、无功、视在功率、频率、功率因数、电度等参数于一体的智能仪表。该表带有报警功能和智能通讯接口，可与计算机、PLC 等控制器连接，将测量的各种电力参数发送到控制器。该仪器采用 RS-485 接口方式使用 Modbus 协议与控制器进行通信。

可编程控制器：可自动周期性地采集设备的开关量、模拟量等实时运行参数及运行状态，并对采集的数据进行记录、保存和检查，同时完成对被控设备的控制操作和调节。

通讯模块：即综保通讯管理机，主要实现与高压综保设备、低压综保、电力计量仪表等设备之间的通信，其与主控层设备间的通信采用以太网方式，带有多个 RS232 和 RS485 通讯口。

5.2 软件部分

该系统的软件包括操作系统软件、应用软件、网络软件、数据库软件。这些软件管理整个系统资源，实现实时数据采集管理、人机接口管理，通讯调度，自诊断，参数统计计算，数据库管理等功能。

系统软件采用标准的智能扩展卡采集数据，并应用 Client/Server 模式和分布式处理技术实现 SCADA 系统，全部程序均采取面向对象的方法设计，系统维护、扩展配置方便灵活。

应用软件采用 IFIX 组态软件，iFIX 是 HMI/SCADA 自动化监控组态软件，是 GE 智能平台(GE-IP)过程处理及监控产品中的一个核心组件。

SQL Server 数据库具备提供高性能的数据处理能力，支持大规模的事务处理和复杂的查询操作。其自带的安全机制包括数据加密、访问控制和审核，确保数据的安全性。

6 结束语

未来，随着人工智能、大数据和物联网等技术的不断发展和应用场景的不断拓展，还将推进智能监控与故障诊断技术逐步从单一数据采集向多源信息融合、从被动响应向主动预测、从局部优化向全局协同的方向演进。

参考文献

[1]谭柏平.广东广播电视台中心供配电智能监控系统及配电改造项目设计.现代电视技术.2023,(1):119-122

[2]刘永城.10kV 配电房远程监控系统的建设与运维管理.今日自动化.2024,(6):180-182