电力监控系统在教学演示中的应用

1、电力监控系统在教学演示中的应用孔冠军王琪江苏安科瑞电器制造有限公司江阴摘要：介绍北京市电气工程学校（电力运行管理与维修实训中心）电力监控系统，采用智能电力仪表 采集配电现场的各种电参量，现场配冇模拟屏，通过后台控制模拟屏的分合，演示给学生高压、低压倒闸 操作等的步骤。系统釆用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并且由扩展卡传至后台，通过 acrel-2000型电力监控系统实现变电所配电冋路用电的实时监测和模拟屏的控制。关键词：北京市电气工程学校;模拟屏;智能电力仪表;acel2000型；自行组网；电力监控系统0引言北京市电气工程学校创建于1976年，1984年成立职业高中部，1991年被

2、教委批准为独立设置 的职业高中校，1995年走向规模办学，1998年评为北京市中等职业学校骨干示范校，2001年制冷与空 调设备运用与维修专业被评为北京市骨干特色专业，2003年被北京市教委评为''北京市职业教育先进单 位2003年合并了原朝阳职成中专学校，到h前己发展成拥有：经济法律事务、工商法律事务、制冷和 空调设备运用与维修、电了与信息技术、计算机及外设维修、计算机软件、楼宇智能化技术、电气设备运 行与管理、物业管理等9个专业，面向社会开展各相关专业的职业资格培训，在全市处于领先地位，是市 级再就业培训的先进单位。学校目前一校五址，冇独立使用权校舍的占地面积27370平方

3、米，建筑面积21133平方米;藏书 8万余册，学校设有塑胶跑道、人工草皮足球场、塑胶篮球场，装备了先进的闭路电视教学系统、校园局 域网、计算机房、财会模拟室、多媒体教室和远程教学系统，具有高精技术指标适应现代教学需求的空调 制冷、电工、电子、视频、钳工、电梯、汽修等实习室。学校师资力量雄厚，84%的教师具冇屮高级技术 职称，专业教师均持有中、高级专业技术资格证书。在校生近1200人。社会培训每年2000人左右，累 计毕业生3128人，就业率95%以上，近三年高职升学共计260人，升学人数居朝阳职高校第二名。目 前学校开设八个专业：制冷和空调设备运用与维修、电子与信息技术专业、计算机软件专业、计

4、算机及外 设维修、电梯安装与维修、楼宇智能化技术、汽车运用与维修、电气设备运行与管理、经济法律事务专业、 工商法律事务专业，各专业学校均冇职业资格等级培训资格，学生职高毕业可取得学历和岗位资格或等级 证两个以上的证书。多年來学校全面贯彻教育方针，秉承持续发展的人力资源开发及服务首都经济建设和 社会发展的办学宗旨，坚持学历教育与非学历教育并举的多种模式办学，为首都培养了儿千名优秀技术人 才，学校注重学生全而素质和综合职业能力的培养和提扁，办学成绩斐然，得到社会各界的普遍赞誉。由于北京市电气工程学校为了给学生充分展示配电教学的全过程，因此建立了后台电力监控系统, 对配电进行智能化管理。本项目主要是

5、对北京市电气工程学校变电所配电进行监测以及对模拟屏进行实时 控制。根据学校配电系统管理的要求，需要对变电所内的低压配出线进行电力监测，对模拟屏实时控制， 以便学生可以充分学习到配电系统的每一个部分。acrel-2000型电力监控系统，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术 的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集屮监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计 算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个冇机的整体，实现电网运行的远程监测和实时监 控。1系统设计本电力监控系统主要对一个变电所进行变配电管理，本变电所并不投入使用，主要是演示给学生 如何操作的，模拟屏

6、的作用是进行学生考核的，即学生在后台进行对模拟屏发送信号，老师在模拟屏现场 观察，以此来判断学生的操作顺序是否正确。高压并没冇运行，只是引进的220v普通用电，低压也是模 拟运行。本系统监控值班室设置在隔壁房间的监控室。因此，为实现对整个北京电气工程学校电力系统的 实吋监测及对模拟屏的实吋监控，在值班室设立了监控中心，基于acrel- 2000的电力监控系统后台，实 现对整个配电系统的实时监测与实时监控。1.1系统结构本电力监控系统主要实现北京电气工程学校变电所的0.4kv配电系统的用电监测与模拟屏的实时 监控;监测范围为变电所的tl、t2变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜中的智能电力仪表和模

7、拟屏，从 而实现远程实时监测和模拟屏的实时监控。该系统总计有61只仪表（其中全部为pz系列智能仪农）和一个 模拟屏，分4条总线，由于变电所与值班室距离较近，采用变电所内白行组网，然后通过扩展卡直接接至 电脑，实现该现场总线上仪表、模拟屏与监控主机的数据连通。系统主耍釆用分层分布式计算机网络纟吉构，如图1所示：站控管理层、网络通讯层和现场设备层l oq控主机rcp/ip一aai-!一aa4-xn_aa5-iqi-a aim01-&一(b-ci-aa2-iaa4-7aa5-2aa«-7aa7-2di-di-尬-11-aa3-iaa4-6aa5-3aa9-iaamaa7-3b-一b

8、-di-aa3-2aa4-5aa5-4aa9-2aam-5aa7-4ib-01-® is ib-aa3-3aa4-4aa5-5aa93aaa7-5n 一aamaa4-3aa5-6aa9-iaau3aa7-6(b _ib-db -(b-aa3-5aa4-2aa5-7aa9-5aa8-2aa7-7qi-di- 一n_n_d"aa3-6aa4-iaa5-xa ama/l' iaa7.« 一eaa3-7aa3-8aa6-ia a9-7aa9-8图1系统总体拓扑图com3模拟屏1）站控管理层站控管理层针对电能管理系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层

9、部分。主 要由系统软件和必耍的硬件设备，如工业级计算机、打印机、ups电源等组成。电能管理系统软件具冇良 好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现 场的运行状况。监控主机：用于数据采集、处理和数据转发。为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维 护和分析工作。打印机：系统召唤打印或口动打印图形、报表等。ups：保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正 常运行，提供足够的吋间进行数拥存储。2）网络通讯层通讯层设备为cp134u-i四口扩展卡。该层是数据信息交换的桥梁，负贵对现场设备冋送的数据 信息进行采集

10、、分类和传送等工作的同时，转达上位机对现场设备的各种控制命令。通讯介质：系统主要采用屏蔽双绞线，以rs485接口，modbus通讯协议实现现场设备与上位机 的实吋通讯。3）现场设备层现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表和模拟屏组成，采用具冇高可靠性、带冇现场总线 连接的分布式i/o控制器构成数据采集终端，向数据中心上传采集的数据。智能电力仪表担负着最基层的 数据采集任务，其监测的数据必须完整、准确并实时传送至监控主机。以上网络仪表均采用rs485接口和modbus-rtu通讯协议，rs485采用屏蔽线传输，一般都采 用二根连线,接线简单方便;通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送

11、数据但是在同一时刻只 能发送或接收数据，数据最高传输速率为10mbps。rs485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗噪声干扰能力増强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。1.2现场仪表木项目对于变压器低压主进线回路，馈线回路等，采用的都是pz-80/e4智能电力仪衣，pz-80/e4 智能电力仪表，为嵌入式安装，可安装在动力箱或低压出线柜门板上，面板尺寸为80mmx80mm,规格 为220/380v. 5a.电流经互感器接入，精度0.5级，广泛应用于高、低压进线柜、联络柜、出线柜、 动力柜等场合，带rs485接口，modbus通讯协议2。2电力监控系统主要功能2.

12、1数据采集与处理数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本 地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压u、三相电流i、频率hz、功率p、功率因数coscp、 电度epi、远程设备运行状态等数据。数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的门动化化和智 能化要求，同吋把釆集到的数拥存入数拥库供用户查询。2.2人机交互系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，cad图形显示低压配电系统电气 一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数，画面定时轮巡切换;画面实时动态刷新;模拟 量显示;开关量显示;连续记录

13、显示等。2.3历时事件历吋事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供 方便友好的人机交互，通过历史事件查看平台，您可以根据口己的耍求和查询条件方便定位您所耍查看的 历史事件，为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。2.4数据库建立与查询主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。2.5用户权限管理针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配 电系统的安全，可猱运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作，方 便用户对账号和权限的修改。2.6运行负荷

14、曲线负荷趋势曲线功能主要负贵定吋采集进线及重要回路电流和功率负荷参量，口动生成运行负荷趋 势曲线的，方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画血相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换; 可以杳看实时趋势曲线或历史趋势线;对所选曲线可以进行平移、缩放、虽程变换等操作，帮助用户进线趋 势分析和故障追忆，为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。2.7远程报表查询报表管理程序的主要功能是根拥用户的需要设计报表样式，把系统中处理的数据经过筛选、组合 和统计生成用户需耍的报表数据。木程序还可以根据用户的需耍对报表文件采用定时保存、打印或者召唤 保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报

15、衣文件管理功能。报表具有自由设置杳询时间实 现日、月、年的电能统计，数拥导出和报表打印等功能。2.8模拟屏的实时监控系统使用者可以在后台中进行高压低压倒闸模拟操作，可以通过点击后台画面中高压低压回路的 开关，对模拟屏发送信号，可以实现对模拟屏中每一个点的实时控制。3系统案例分析上位机软件为acrel-2000电力监控系统组态软件，该软件是对现场电参罠数据进行采集与监控 的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的''组态形式"而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的 用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的''组态&quo

16、t;，便可以非常容 易地实现和完成对现场数据的采集与监控功能。acrel-2000电力监控系统具冇友好的人机交互界血，可 实时和定时采集现场设备各电参量及开关量状态，并将采集到的数据上传给监控主机进行实时显示与存储。系统还提供了实时曲线和历史趋势曲线分析，符合用户设计需要的报表、窗件记录和故障报警等功能3。 整个系统可以实现所有回路用电杲的采集和统计，实现了远程自动抄表、电力监测与实时监控功能。3.1数据釆集和系统图显示现场仪表测量并采集回路数据信息，上位机软件再对现场仪表的数据进行定时或周期采集并存储, 可以自由设置采集的时间周期，最小的系统支持的采集周期。可以随时査看任-表计的瞬时表值、累

17、计量 等信息，记录时间间隔内电力仪表的电压、电流、功率因数和有功电度等。这些参数信息可以自动保存到 数据库中，便于查询。系统具有友好的人机界面，便于普通的现场值班人员查看并记录相关信息，系统一 次图（如图2）不仅显示了线路的开关状态，还实时显示电力等重要的电力参数。所冇数据信息都定期的保存到数据库中。lokviem 由开ffl网l棗北k市电气工板#妆（电力运行理与细实ii中心）高压变配电*超6219 压.0t图2高压一次系统图3.2远程抄表系统对所有采集到的数据都能实吋的显示，并保存到数据库中，为此可以手动查询每个冋路的所 冇实时及历史电参虽数据，并以表格的形式展现给用户，便于打印、保存。如图

18、3所示。b c t> ir c _i jklin01#变压器主进线抄袤时剤unn(v)ubn(v)ucn(v)uab(v)ubc(v)uca(v)ia(a)ib(a)ic(a)p(kw)q(kvar)pffr(hz)epi(kwh)2012/04/11 18:00:33235.5235.6235.2407.9407.6407.5309.0294.0359.0212.0t5.00.94250.06338067.02012/04/11 19:00:33233.2233.5233.0404.1404.0403.7306.0291.03«.o211.075.00.94550.00338

19、280.02012/04/11 20:00:33233.2233.5233.0404.1404.0403.7286.0279.0349.0200.078.00.93450.00338486.02012/04/11 21:00:33233.2233.5233.0404.1404.0403.7283.0274.0338.0195.080.00.92450.00338683.02012/04/11 22:00:33233.2233.5233.0404.1404.0403.7290.0280.0334.0198.079.00. $2450.00338880.02012/04/11 23:00:3323

20、3.2233.5233.0404.1404.0403.7280.02t1.0333.0194.079.00.92450.00339077.02012/04/12 00:00:33237.1237.723.7411.1410.8410.3276.02t0.0332.0192.078.00.92850 06339273.02012/04/12 01:00:33237.1237.7236.7411.1410.8410.3279.0272.0334.0192.076.00.93650.00339467.0图3冋路远程抄表3.3电压趋势illi线本系统对于重要回路，不仅可以对电压进行实时显示与监测，并可

21、以根据保存的历史数据做成趋 势曲线，可以查看实时和历史变化趋势，预测电能质量，并町对电力故障进行查询，保证电力负荷的安全 运行。如图4所示。1 it h 10 0bt1变压器进线电压趋势曲线imitl-vtk y(»l i) t)y«m(39o 8)300 0jti-n<t(39l 5),jt0tt(39l 8jtbialo 0i111r(»i s) t0<i(n: i) mia(»l 5)0 0 11 m17 44174?n【30 0nh«.on：so en00 0i7 c?10 0图4电流趋势曲线3.4事件记录与报警主耍用于查看历史报警信息;帮助用户进行事故查询与追忆;支持历史查询，打印等功能。实时报警 信息会即时弹岀，提醒用户所进行的操作。并对所有操作具有