摘要：本文结合南方电力调度通信大楼的实例，主要介绍了电力自动监控系统在现代楼宇中的应用，以及该系统与建筑智能化集成系统的完美结合。
1.前言
工业及楼宇变配电自动化系统，综合应用了汁算机、控制、通信、网络和数据库技术，将工业设备用电控制和电网变配电控制两个传统领域的控制技术有机地结合在一起，完成变配电控制和设备控制，很好地解决厂传统：正业及楼宇变配电领域中，设备配置只能采用就地控制方式，靠专人看护、手动操作，控制设备过于庞杂、控制功能简单、维修保养繁杂、不能实时掌握运行情况等问题。
电力配电自动化系统具有自动化程度高，设备品种繁多且已经发展成熟，可靠性高，节约维护成本和有色金属材料等优点，已在电力系统中得到了普遍的应用，尤其在发电厂，变电站，高压及超高压输电系统中应用最为广泛普及；
而近几年随着自动化水平的不断发展，以及智能楼宇对设备控制和管理的要求逐步提高，配电自动化已经在大型或重要建筑中得到越来越广泛的应用，如南方电力调度通信大楼、广州新白云国际机场、深圳市民中心等。
传统变配电系统的缺点：
•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；变配电自动化优越的性能：
•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；
•系统通信完全网络化，采用现场总线技术，实现数据共享；
•系统的主要元件采用嵌入式PC机的技术，用固化于嵌入式PC中的各种功能软件模块来实现上述各自动化功能；
•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；
•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。 2.变配电自动化系统在楼字中的应用
南方电力调度通信大楼，是国家电力南方分公司自用的办公大楼和“西电东送”的调度通信中心。本工程作为一座现代化的“电力调度通信大楼”，大楼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FARAD200C电力自动监控系统，对大楼的中低压配电系统、变压器、发电机组、直流屏等实施自动监测和控制。 2.1 系统简介
FARAD 200C电力自动监控系统主要包括：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。FARAD200C变配电监控系统对大楼内的中低压配电系统、变压器、发电机组、直流屏等实施自动监测(中压系统可控制)，实现大楼电力系统的自动化，提高供配电系统运行的可靠性，同时还可为楼字设备管理系统(BMS)提供大楼能源消耗的准确依据，使物业管理科学化。
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。一改过去长时间运用4—20mA的模拟信号标准，同时大量减少了电缆的布放，降低了工程造价。 2.2 系统结构
FARAD 200C变配电监控系统结构分为间隔层，通信层，主站层。在监控中心实现集中监控。电力自动监控系统的FM600主控单元、以太网交换机、GPS卫星时钟、FDM320主要作为一个信号采集单元，集中组屏安装于配电房，把一些设备的空接点信号采集后，以通信方式上送工作站。
主要设备的选用如下：
2.2.1 间隔层
间隔层由美国SEI。公司SEL—351A微机综合保护测控单元和FARAD 200C的FMl00型智能测控单元构成，以相对独立的方式分散安装于中低压开关柜上。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。
SEL—351A微机综合保护测控单元是集保护、控制、测量、信号等功能一体的微机综合保护测控装置，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。
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。
所需开关的控制由FM100的输出接点完成。
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)。
2.2.2 通信层配置
通讯层由FM600主控单元构成，主要负责将间隔层设备采集的电力系统数据的处理、储存、调配以及通信协议的转换，并通过高速双以太网将经处理后的数据上传到主站层，同时将主站层下传的各种指令经处理、转换并传送到相应的间隔层设备。
在变配电房配置2台FM600主控单元。作为通信管理器使用，负责完成间隔层设备所采集数据的处理、储存、调配以及通信协议的转换，并将经处理后的数据上传给主站层，同时也接受来自主站层的各种命令，并转送至相应的间隔层设备。同时，下行所接的设备结构为总线方式；上行所接设备为双以太网结构；正常运行时双机双网同时运行。
变电站发电机、变压器、直流系统通过RS485总线直接与通讯层通讯，传送如下数据：
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
发电机部分：
发电机启动、供电、主断路器状态
发电机电压、电流、功率、功率因数
发电机转速
油压、温度
发电机事故信号
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
传输介质采用屏蔽双绞线(FTP)。
2.2.3 主站层配置
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。 2.3 电力自动监控系统软件
在监控中心的图形工作站上安装FARADSEA4.0监控系统软件。
FARAD 200C变配电监控软件是基于Microsoft Windows NT平台，以SQL SERVER数据库为基础，并采用客户／服务器模式等技术实现的。FARAD200C系统具有很好的开放性、扩展性、实时性和安全可靠性。
FARADSEA4.0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。 2.4 监控系统软件主要功能
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。
3.计算功能
在线方式下完成所有计算任务，按照数值变换和规定的时间间隔不断处理计算点。对模拟量、数字量进行计算。在计算中，可使用多种计算类型，也可定义计算类型来完成一些特殊计算，计算类型有：
◆加、减、乘、除运算，以及积分运算。
◆计算系统按周期间隔完成有关的模拟量和数字量的计算。
◆累加值和平均值的计算。
◆最大／最小值的计算。
◆电度量区分高峰值、低谷值，提供分时值、累计值。
◆开关、保护动作次数的统计；电压合格率统计(日、月、年统计)；无功装置投入率；线损管理计算。
◆电能量平衡统计等。
4.信息与报警功能
可以设置多种报警级别和音响，以便值班员区分不同类型的故障。声光时间长度可人工设置，对于越限告警，可设置4对报警限值，即上上限、上限、下限、下下限值，可人工设置或修改。发生断路器跳闸等事故及电能不平衡越限时，自动推出主接线图和报警窗，并伴有音响和闪烁。
5.事故追忆功能
系统发生事故后可保存事故前后点数据信息，形成追忆文件，可通过触发事故追忆，进行事故分析。
6.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
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
7.人机界面功能
◆图形系统
可在线绘制、修改各种图形界面，使用简单方便。图形包括电气主接线图可局部信息图、曲线图、棒图、系统运行工况图、实时数据表格等，并具备缩放功能。
◆曲线和棒图
统计图形(曲线、棒图)均为动态生成，用户可通过菜单方便的选择对象数据、时标、时间区间、坐标轴的最大最小值，并可同时生成并显示一系列统计数据，用户可在图形和画面和表格上修改数据。
◆报表生成
操作员可在CRT上以交互方式定义报表格式、报表数据及打印时间，具有丰富的报表编辑手段，可以任意设计表格的格式。报表的数据不受限制。
◆图形生成
系统提供丰富的绘图工具，使操作员能方便灵活地绘制各种图形。并能改变背景设置。
◆报表打印
可以调用打印调度员所需的各种报表，如整点记录，日报表、月报表、年报表等。调度员可任意设定打印时间。
汉字
监控采用全中文汉字图形界面，支持拼音输入法、五笔输入法和其它汉字输入法。
8.趋势显示功能
可提供显示历史数据，实时数据。由该趋势显示提供的各种曲线或数据可在输出设备上显示打印，并有时间游标和数据显示窗口。
利用窗口技术，可在CRT上看到多幅趋势曲线。
9.局域网通信功能
网络结构采用星型网络结构，主控单元、图形工作站通过网络联结起来。
10.安全措施
为了使实时系统能够安全稳定的运行，整个系统有安全保护措施，所有的系统操作员能够根据权限大小赋予某些特性，这些特性规定了各个操作员对系统及各种业务活动的使用范围，如用户名、口令字、操作权及操作范围等特性，。对控制操作必须有操作员和监护员双重口令检查，且给予记录，如对主变抽头和断路器及电动隔离开关控制操作的内容、时间、结果及人员姓名应登录下来备查。
11.控制和操作功能
◆对主接线上全部断路器和电动隔离开关的合跳控制，对运行人员的任何操作，计算机都将作命令合法性检查和控制闭锁条件检查，对非法命令和不满足闭锁条件的控制操作，控制系统拒绝执行，并在屏幕上提示运行人员拒绝执行的原因。
◆所有控制操作都有就地／远方操作把手，以确保控制的唯一性，。计算机的分合命令出口继电器触点有足够的容量，保证分、合闸命令的顺利实施。
◆具有合闸同期检测功能。
◆具有电压无功综合控制功能。
◆对操作员进行控制操作权限限制，操作人员应事先登录，并有密码措施。
◆为保证控制操作的安全可靠，控制命令按选点、校验、执行的步骤进行。
12.监测、维护功能
对整个系统的运行状况实施自诊断和监视，能以图、表来直观反映，并能报警，提示维护人员。对运行设备的故障发生时间，恢复时间能自动记录。
13.远方诊断功能
可通过MODEM远方拨号对监控系统进行远方诊断。
14.对时功能
监控系统具有与GPS时钟对时的功能，接收卫星对时误差小于1ms。 2.5 电力自动监控系统和BMS的配合
1.电力自动监控系统向BMS系统提供OPC服务传送其所需的监测数据。
2.对于和BMS系统接口规约，可以采用电力系统调度通行的CDT，DNP，103，104以及MODBUS规约；由于是不同的两个系统的衔接，BMS系统对于电力系统的构成和要求不是十分深入；因此FARADSEA4设置了WEB发布功能，可以和BMS系统以INTERNET方式连接，BMS系统只能进行画面和数据浏览，不能进行操作!
通过以上介绍可以看出：电力监控配电自动化未来将成为建筑领域中不可或缺的重要内容，必将得到越来越广泛的应用。
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