引言
随着科技的发展和生产力的不断提高，电力成本以及和电力相关的运营成本所占的比重正大幅度增长。为了提高效率、减少损失、降低运营成本，供电企业和用户对电力系统运行管理的要求也越来越高。电力监控系统逐渐成为供配电设计中不可或缺的重要组成部分。
1 电力监控系统基本功能
电力监控系统充分运用现代电子技术、计算机技术、网络技术、控制技术及现场总线技术的最新发展，实现变配电系统的集中监控管理和分散数据采集，通过遥测、遥信、遥控、遥调及电能质量监视、历史数据分析等高级功能，使用户的电力系统透明化，是一套提高电力系统安全性、可靠性和经济性的智能化系统。
电力监控系统具有以下几个基本功能：
(1)数据采集。包括模拟量的采集、开关量的采集和电能计量。
①模拟量的采集。电力监控系统需采集的模拟量有各段母线电压、线路电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等。
对模拟量的采集，有直流采样和交流采样两种方式。直流采样是将交流电压、电流等信号经变送器转换为适合于A／D转换器输入电平的直流信号；交流采样则是指输入给A／D转换器后经互感器转换为与线路电压、电流成比例关系的交流电压、电流信号。
②开关量的采集。电力监控系统需采集的开关量有断路器状态、隔离开关状态、接地刀闸状态、断电保护动作信号、运行报警信号、同期监测状态等。
③电能计量。电能计量是指对有功电能和无功电能的采集。传统的方法是采用机械式的电能表，由电能表盘转动的圈数来反映电能的大小。
这类机械式的电能表无法与计算机直接接口。电力监控系统中对电能的采集有两种方法：电能脉冲计量法和软件计算法。电能脉冲计量法采用脉冲电能表或机电一体化电能仪表。电能表转盘每转一圈输出一或两个脉冲，用脉冲数代替转盘转动的圈数，计算机对输出的脉冲进行计数，再乘以系数，便得到电能量。软件计算方法是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能和无功电能。
(2)事件顺序记录。事件顺序记录包括断路器合闸／分闸记录和保护动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，能够存放足够数量和足够长时间段的事件顺序记录，确保当后台监控系统或远方集中控制主战通信中断时，不丢失事件信息。
(3)故障记录。故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压等。记录时间一般考虑保护起动前2个电压周期和保护起动后10个电压周期以及保护动作和重合闸等全过程的情况。
(4)远程操作。操作人员可通过计算机对断路器和隔离开关(如果允许电动操作)进行分、合闸操作。为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时应保留人工直接分、合闸手段。断路器操作应有闭锁功能。操作闭锁包括以下内容：
①断路器操作时应闭锁自动重合闸。
②就地操作和远方操作互相闭锁，避免互相干扰。
③根据实时信息自动实现断路器与隔离开关间的闭锁操作。
④无论就地操作或远程操作都应有防误操作的闭锁措施，必须有对象校核、操作性质和命令执行三步，以保证操作的正确性。
(5)安全监视。监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压等模拟量要不断进行越限监视，如发生越限，立刻发出报警信号，同时记录和显示越限时间和越限值。另外，还需监视保护装置及自控装置工作是否正常等。
(6)数据处理。数据处理包括对数据的分析及记录存储，方便用户查询，并能以报表的形式输出。
(7)电能质量监视。导致电力设备故障或误操作的电压、电流或频率的静态偏差和动态扰动统称为电能质量问题。具体表现为：电压、频率有效值的变化；电压波动和闪变、电压暂降、短时中断和三相电压不平衡、谐波；暂态和瞬态过电压以及这些参数变化的幅度。近年来，国家针对此发布了一批电能质量标准。目前，已制订颁布的电能质量系列国家标准有：GB／T 15543--1995《三相电压允许不平衡度》、GB／T 15945--1995《电力系统频率允许偏差》、GB 12325--2003《供电电压允许偏差》、GB 12326--2000((电压允许波动和闪变》、GB／T 14549--1993((公用电网谐波》和GB／T 18481q00l《暂时过电压和瞬态过电压》。
2 电力监控系统设计
电力监控系统主要由系统管理层、通信接口层、现场监控层3部分组成。
2．1 电力监控组态软件的基本功能
监控组态软件是指具有组态功能，面向数据监控和数据采集，能生成目标应用系统的应用软件。通过监控组态软件的使用，可以使操作人员方便、直观地获取现场的实时数据，并适时地下达控制指令，达到实时监控的目的。电力监控组态软件具备以下基本功能：
(1)绘图功能。包括绘制位图、元图、按钮、编辑框、滑动条、标签、时钟、ActiveX控件、OLE文档等。各种对象均具有隐藏／显示、操作级别、图层等属性。
(2)编辑功能。具有对画图对象的拷贝、粘贴、剪切、删除、撤销等功能，能对对象进行旋转、翻转、移动、对齐等操作。
(3)身份校验功能。在程序启动和退出时分别进行用户的登录和退出；用户在监控组态程序中的某些操作(如修改文件、删除文件、读／写数据、连接服务器等)需要进行权限的校验，防止某些用户进行非法操作。
(4)实,if／历史曲线功能。显示实时曲线和历史曲线，使用户更加方便地了解现场数据的变化情况。
(5)报表功能。将指定的各种数据信息进行汇总，按预定格式输出到打印机或保存为文件，报表格式组态灵活，操作方便。
(6)OPC接口功能。电力监控系统作为变电站自动化、楼宇自控等系统的子系统，应提供OPC接口，使上级系统能够方便地通过OPC接口与电力监控系统进行数据交换，读／写OPC数据项。
(7)报警功能。实现报警的组态，包括选择报警服务器、报警数据源、报警显示方式、报警信号打印等，还要实现动态报警确认功能。
2．2网络方案设计
电力监控系统采用现场总线技术，实现分散控制、集中管理。它将挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接成为网络系统。简便的组网方案可以有效地传输现场智能监控设备采集的数据，并迅速、准确地传达操作命令，实现电力系统监控功能。
2．2．1 网络方案一
对于集中的小系统(现场智能监控设备数量少且分布集中)，可将全部智能设备连接于一条总线上，再通过接口转换器直接与监控主机进行数据交换。网络方案一如图1所示。
图1 网络方案一
2．2．2网络方案二
对于分散的大系统(现场智能监控设备较多，且分布相对分散)，先把现场智能监控设备接入就地的现场总线，再把各条总线分别接入网关。网络方案二如图2所示。
图2网络方案二
2．2．3 网络方案三
对于有多个子变电站的大系统，为了提高系统稳定性，可在每个子站设置一台监控主机。该主机负责管理本站内的现场智能监控设备，对本站内的数据进行运算处理，只将一些必要的信息发送给远方的监控中心主机。同时监控中心主机根据授权，可以查询或控制子站监控主机，从而大大提高了系统效率和可靠性。网络方案三如图3所示。
图3网络方案三
2．3 现场智能监控设备应具备的功能
每个现场智能监控设备应相对独立，完成数据的采集与传输，并执行由监控主机发出的操作命令。同时具有动态实时显示开关设备工作状态、运行参数、故障信息和事件记录等功能。它不依赖于监控网络而独立运行，即在网络传输故障的情况下，现场监控设备仍能实现数据采集、动态显示相关信息等功能。
目前市场上可供选择的智能监控设备种类很多。在进行电力监控系统设计时，对智能监控设备的选择应考虑用户需求、电力网络结构及负荷等级等因素。现场监控设备选型是否适当，直接影响到电力监控系统功能及系统经济成本。
3 电力监控系统设计案例
以Schneider公司的PowerLogic产品为例，对电力监控系统功能进行简要阐述。
3．1 系统配置
电力监控系统典型配置方案如图4所示。
图4典型配置方案举例
3．2 监控系统基本要求
(1)主中压进线回路／重要低压进线回路的
监控要求如下：
①遥测。三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、频率、电流／电压谐波畸变率(THD，、THD。，)、最大／最小值等，测量精度为0．2％。
②遥信。开关分合状态或故障状态。
③遥控。开关的远程分／合控制。
④可设定告警输出。
⑤就地显示。
⑥标准通信接口，通用通信规约。
⑦电能质量监测。单次谐波分析(>63次)、电压骤升／骤降及扰动监视、波形报警(电压和电流)、波形捕捉(自适应、扰动、标准)。
⑧设备配置。选择CM4250。
(2)低压进线回路／重要出线回路的监控要
①遥测。三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、频率、电流／电压谐波畸变率(THD，、THD，，)、最大／最小值等，测量精度为o．5％。
②遥信。开关分合状态或故障状态。
③遥控。开关的远程分／合控制。
④可设定告警输出。
⑤就地显示。
⑥标准通信接口，通用通信规约。
⑦电能质量监测(部分客户)。单次谐波分析(<63次)、电压骤升／骤降监视。
⑧设备配置。选择PM800(PM810／PM820／PM850／PM870)。
(3)一般出线回路的监控要求如下：
①遥测。单相(或三相)电流和母排电压，可设定报警及延时。
②遥信。断路器分合状态、故障状态。
③遥控。开关的远程5Y／合控制。
④标准通信接口，通用通信规约。
⑤设备配置。MC系列多回路监控单元，每个单元实现多条馈出线回路的监控。
4 结语
监控组态软件应具有通信、绘图、对象编辑、身份校验、报警、实时／历史曲线等功能，使操作人员通过使用基于组态软件开发的人机界面，方便、直观地了解电网运行状态，并能准确、迅速地下达操作命令。现场监控设备采集的数据及监控机下达的命令是通过网络传输的。因此根据不同的系统，应设计合适的组网方式，在力求布网简单的条件下，保证数据迅速、准确地传输。设计时，应根据企业需要及负荷情况合理地选择现场智能监控设备。常规电力监控系统中，智能设备应具有遥信、遥测及遥控功能。部分高端用户对电能质量监控提出更高要求，需选择更高端的智能设备，以满足企业需求。
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