铁四院生产科研综合楼智能配电监控系统设计

1 概述

随着现代国民经济与工业技术的飞速发展，对智能化配电监控系统也提出了更高的要求，其构成也已经从最初的模拟元件发展到目前的数字化、自动化、智能 化、一体化的实时监控智能化控制系统，通过对各种电力参数的实时监控，可系统性地优化电力系统，对于提高电力系统运行的安全性、可靠性、稳定性、经济性有 极大的意义和作用。

铁四院被国家统计局评为全国勘察设计综合实力百强单位前十名，被湖北省认定为高新技术企业，国家批准设立博士后工作站。铁四院生产科研综合楼工程是 业主中铁第四勘察设计院集团有限公司（简称铁四院，见图1）投资兴建的一栋集科研与生产办公一体的智能化办公楼，总建筑面积为５４６５０ｍ２，地下２层地 上２４层，工程自２００７年１０月３０日开工建设，历时三年，于２０１０年１１月全部完工，该工程由铁四院进行勘察设计，监理单位为铁四院（湖北）工程监 理咨询有限公司，施工总承包方为中铁十二局集团建筑安装工程有限公司。

铁四院生产科研综合楼智能配电监控系统分为在建既有办公大楼变电所，科研楼空调专用变电所，科研楼综合变电所三部分。此次系统应用丹东华通研制生产 的ＰＤＭ智能仪表８４台，网络通讯控制器６台，武汉奥特高压保护１４台，网络通讯控制器１台，河南许继电气电能表７２台，每个配电室通过网络通讯控制器管 理配电室内的智能设备终端（智能仪表），使场地内的配电信息在配电室内得到管理与汇总并集中上送至配电监控中心。

监控系统结构可分为三层，包括站端控制层、前置通讯层和现场间隔层。该结构合理、稳定、便于维护，是大中型监控系统在国内应用最广泛的典型监控组网结构。

（1）站端控制层

监控主机采用高性能计算机，可实现整个能源监控管理系统设备的遥信、遥控、遥测、遥调的“四遥”功能，并且与上级系统通讯，达到实现变电所的无人值班的设计要求。

（2）前置通讯层

完成现场间隔层和站端控制层之间的网络连接，实现现场间隔层和站端控制层之间通讯数据的上行和下达；该层的核心设备是网络通讯控制器，其可不依赖于 站端控制层监控计算机系统独立运行，具有通讯数据采集、协议转换、数据二次组态、总线转换、同时与多主站进行数据交换，达到信息资源共享等功能。

（3）现场间隔层

所有低压智能能源监控装置按一次设备对应分布式配置，所内通讯介质采用屏蔽双绞线，各仪表相对独立，完成测量、控制、监测、通讯等功能，同时具有动态实时显示设备工作状态、运行参数、故障信息和事件记录等功能。

２ 低压智能化配电电力监控系统

铁四院生产科研综合楼智能配电监控系统是在低压配电系统基础上制作的一体化监控系统，该系统的主体功能是对低压配电回路的监控，低压配电系统部分采 用的是丹东华通测控的ＰＤＭ２０００智能化变配电综合监控系统软件，２０００Ｒ＋网络通讯控制器及ＰＤＭ－８０３系列三相智能型电力仪表系列产品。

２．１　ＰＤＭ２０００智能化变配电综合监控系统软件（见图2）

低压配电系统站端控制层的核心为监控系统软件，ＰＤＭ２０００智能化变配电综合监控系统软件能够在监控总站界面显示整个配电系统或各配电子系统的接 线图、设备状态、电气测量参数、异常告警信号等，各类人员可根据不同的权限方便地进行远程控制操作、定值参数查询修改、历史数据查询、事件报警记录查询和 报表统计管理等工作。

2.2 软件功能

（１）数据采集与处理

数据采集与处理是供配电系统安全监视和控制的基础，监控系统可实时和定时采集电气设备的模拟量和开关量。

（２）操作控制

监控系统为远方集中控制方式，设置在总控制室，操作人员可通过总站监控主机对受控对象进行控制操作。

（３）人机联系

采用全中文界面，ＣＡＤ图形显示高、低压变配电系统电气主接线图和各配电站的接线图，主接线图和分支接线图之间的切换可方便地通过快捷键或地理位置图切换，具有画面漫游及大画面快速操作导航图功能。

（４）故障追忆及分析功能

在配电系统发生故障后，系统自动记录故障发生前、后的三相电压、电流数据，同时自动弹出故障智能分析报告，事故后可从计算机中调用事故追忆报告数据，便于分析事故原因。

（５）事件顺序记录

事件顺序记录的功能是自动记录断路器及继电保护信号的动作先后顺序，其ＳＯＥ分辨率≤２ｍs.记录的内容包括断路器或保护信号的名称、动作状态及事件发生的时间。事件顺序记录可就地存档，并发送至监控主站系统。

（６）报警处理

报警的内容包括模拟量越限报警和开关量状态变位报警，报警分为一般报警和事故报警。一般报警包括模拟量越限报警、开关量预告信号报警及微机保护本身的故障报警。

（７）历史事件查询

历史事件查询包括越限报警事件、遥控操作事件、一般事件，历史事件查询可按日期、时间、类别进行查询、显示。

（８）运行报表、负荷曲线自动生成

系统能够自动生成各类运行报表，按用户的要求和方式编制值班记录、交接班记录、设备台帐、继电保护定值表、设备检修记录表、运行人员值班表等。

（９）数据库的建立与查询

微机监控系统实时采集来自各分变电所的各种信息，经过处理后形成标准的数据库，并实时更新数据库。

（１０）系统自诊断和自恢复

监控系统具有良好的自诊断与自恢复功能，能在线诊断系统软件和硬件，发生故障时，能自动在屏幕上显示故障单元、故障部位及故障性质，单个组件的故 障，不会引起整套装置的误动，也不影响其它装置和监控系统的运行，当发现异常及故障时能及时根据故障性质自动判别是否需要闭锁有关功能或设备，并显示和打 印报警信息。

（１１）在线维护功能

包括各类画面、报表的在线编辑。数据库部分内容的在线修改。部分运行参数及限制值的在线设置，状态修改。

（１２）其它自动化系统和智能设备通信

微机监控系统能够与上级调度系统、楼宇自控系统、消防控制系统及供配电系统智能模拟显示屏通信控屏运行。

２．3　２０００Ｒ＋网络通讯控制器（见图3）

低压配电系统前置通讯层的核心为网络通讯控制器，具有多个下行通讯接口及一个或多个上行网络接口，相当于一台小型的监控计算机，用于将一个变电站内 所有智能监控／保护装置的通讯数据整理汇总后，实时上送上级主站系统，完成遥信、遥测，另一方面接受后台机或ＤＣＳ下达的命令，并转发给变电所内ＰＤＭ系 列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的定值整定，实现遥控和遥调。即完成现场间隔层和站端控制层之间的数据交换，实现间隔层和站控层 之间通讯数据的上行和下达。同时它还配备了完成通讯数据采集、协议转换、数据组态、总线转换、同时与多主站进行数据交换，实现与上级监控系统、ＭＩＳ管理 系统，智能楼宇、消防系统等信息资源共享等多种功能。

设备功能:
具有两个下行ＲＳ－４８５通讯接口，１个上行ＲＳ－２３２/４８５通讯接口，并可选配第２个上行通讯口或高速总线接口，同步通讯协议转换，实现不同协议及总线的主机和多台ＰＤＭ产品联网；
２个下行通讯接口的波特率１．２～１９．２kbｉｔ/s可选；通讯协议为Ｍｏｄｂｕｓ；每个通讯口在１．２km内最多可连接３２台ＰＤＭ产品；
上行通讯接口支持ＣＤＴ、Ｍｏｄｂｕｓ、６０８７０－５－１０１/１０４等多种标准通讯协议，并可订制协议，可选配第２个上行通讯口，轻松实现主站网络的双网冗余配置；
现场总线接口：可选配１０/１００Ｍ的以太网、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、ＤＥＶＩＣＥＮＥＴ等当今国际主流高速总线，轻松构成大、中型监控系统的分层分布式网络架构；
具有前置机功能，可根据用户的配置顺序文件，将通讯采集到的２个下行口通讯数据高速归纳、整理和计算，实时刷新上行通讯口的数据区；
小型化外观、标准ＤＩＮ导轨安装方式及宽范围交直流通用电源；安装和维护极为便利，更符合低压智能化配电的要求。

２．4　ＰＤＭ－８０３系列三相智能型电力仪表（见图4）

低压配电系统现场间隔层的核心为ＰＤＭ－８０３系列三相智能型电力仪表，具有遥测、遥信、遥控、遥调功能，电能计量及多种综合功能，真正实现常规开关柜到智能型开关柜的完美升级换代。

（1）ＰＤＭ－８０３Ｈ－ＤＳＣ＋Ｑ设备功能

三相综合型电量表ＰＤＭ－８０３Ｈ－ＤＳＣ＋Ｑ用于低压系统进线，联络及柴油发电机回路，其功能有以下几个。

综合测量２０多种三相/单相电量：相/线电压、零序电压、三相电压不平衡度、电流、零序电流、三相电流不平衡度、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率标准ＣＴ、ＰＴ或电压直接输入，使用语各种接线方式。

电能计量；有功电能（ｋＷｈ），无功电能（ｋＶＡＲｈ）；
宽范围交直流通用电源：ＡＣ/ＤＣ７５～２５５Ｖ；
具有ＲＳ－４８５通讯接口（光隔），ＭｏｄＢｕｓ　ＲＴＵ通讯规约；
６路开关量遥信输入；大屏幕ＬＣＤ液晶实时显示，所有仪表参数均可通过显示面板或计算机远方设定；采用盘面开孔式安装方式（９方型）：外型尺寸：９６×９６×７５ｍｍ；开孔尺寸：９１×９１ｍｍ；２路继电器遥控输出（Ｑ）.

（2）ＰＤＭ－８０３ＨＥ－ＤＳＣ＋Ｑ设备功能

智能配电三相监控单元ＰＤＭ－８０３ＨＥ－ＤＳＣ＋Ｑ用于低压系统配出回路，其功能如下：

测量三相相/线电压、零序电压、三相电压不平衡度、三相电流、零序电流、三相电流不平衡度；标准ＣＴ、ＰＴ或电压直接输入，使用语各种接线方式；
电能计量；有功电能（ｋＷｈ），无功电能（ｋＶＡＲｈ）；
宽范围交直流通用电源：ＡＣ/ＤＣ７５～２５５Ｖ；
具有ＲＳ－４８５通讯接口（光隔），ＭｏｄＢｕｓ　ＲＴＵ通讯规约；６路开关量遥信输入；大屏幕ＬＣＤ液晶实时显示，所有仪表参数均可通过显示面板或 计算机远方设定；　　采用盘面开孔式安装方式（９方型）：外型尺寸：９６×９６×７５ｍｍ；开孔尺寸：９１×９１ｍｍ；２路继电器遥控输出（Ｑ）.

３ 系统功能扩展

由于该项目为综合型智能楼宇，铁四院生产科研综合楼智能配电监控系统除去基本的低压监控系统功能之外，对高压配电监控，电能管理，与上级调度系统数 据交换方面，也具有较高的要求，针对这些要求，华通做出了不同的解决方案，在低压配电监控系统的基础上，增加了多组扩展功能，以满足现场需求。

（1）高压配电监控部分

高压配电监控功能通常由高压配电监控系统来完成，但是该项目高压回路较少，且均置于低压变电所中，所以根据现场情况，将高压配电的监控功能统一归于低压监控系统之中。

高压配电监控部分采用武汉某高压保护及网络通讯控制器进行监控，因为高压配电监控传送及响应时间要求要高于低压配电监控系统，该网络通讯控制器ＡＴ９００１采用网口通讯，并使用网络１０３规约，不同于一般的串口１０３规约，而低压配电监控系统不识别此规约。

针对于１０３规约通讯方式，进行通讯驱动开发，在低压配电系统上添加此规约驱动ＩＥＣ１０３ＡＯＴＥＮｅｔ文件，从而能够成功监控高压配电回路部分，对高低压配电进行一体化监控。

（2）能源管理部分

现场能源管理通常由单独的能源管理系统来完成，在进行能源管理的同时，需要配合大量各种可与该系统进行通讯的检测设备。而因为各种检测设备所采集数 据的多样性，需要系统进行大量的数据处理，且需要配置性能极高的系统配置来实现。所以，该类型能源管理系统虽然功能强大，但并不适合在铁四院项目中使用。

根据现场情况，能源管理主要是针对于电能的统一管理和监控，在许继电气电能表计的检测信息基础上，对各种电能数据进行的分析整理。所以，在低压智能 配电系统上加入了电能管理系统专用的ＤＬ６４５规约驱动，通过低压配电系统实时读取电能数据，通过所采集的数据进行数据分析整理，并在低压配电系统上外挂 电能管理报表软件，该软件平时不运行，只有在进行能源管理时读取数据库，直接调用所需数据，占用系统资源较少，并能对主要能源有效的进行管理。

（3）与上级系统通讯部分

该项目为综合型智能楼宇，低压配电系统所采集的数据有一部分要上传给上级调度系统，设计时采用了ＯＰＣ转发的方式，采用大多数系统均能识别的ＯＰＣ服务器及通讯方式，将部分重要数据转发给上级调度系统，用单独通讯通道设计，在不影响采集数据的刷新的情况，满足现场需求。

４ 结束语

丹东华通的智能化配电电力监控系统通过近十年来的不断改革创新及其在各大工程的实际应用，已形成一套完善、稳定的配电智能化电力监控系统。该系统具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理。 &

参考文献

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