电力智能监控系统和五防系统的应用案例

摘要：随着电力、计算机、信息和网络等技术的不断发展，推动了电力监控的快速发展，人们对电力系统运行的安全性以及稳定性的要求越来越高。本文针对锡林郭勒供配电系统特点及供配电系统高可靠性的要求，提出了保护类、监测类和防误闭锁产品解决方案。本文介绍的AM5SE系列微机保护装置，可以针对锡林郭勒配电工程中不同保护对象提供对应的保护功能，并且通过电力监控系统采集相关遥测、遥信和SOE等数据完成监视、控制和预警，配合五防系统，大大提高了变电站运行的可靠性、安全性、提高供电质量。实现变电站供配电系统的整体监测与管理。

1概述

中国移动通信集团内蒙古有限公司锡林郭勒分公司位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市巴办达布希勒特社区。从事移动通信、IP电话和因特网等网络设计、投资和建设;移动通信、IP电话和因特网设施的安装、工程施工和维修;经营与移动通信、IP电话和因特网业务相关的系统集成、漫游结算清算、技术开发、技术服务、设备销售，以及其他电信及信息服务。

本工程为中国移动通信集团内蒙古有限公司锡林郭勒分公司10kV供配电工程项目，10kV系统为单母线分段接线形式，两进线，母联开关之间设置电气连锁，电缆下进线上出线，变压器采用真空式断路器，采用户内金属铠装移开式高压开关柜，主变进线柜、分段柜、出线柜断路器额定电流选用1250A，额定开断电流选用25kA。10kV电压互感器选用户内环氧树脂浇注式，全封闭、全工况电压互感器。变电所平面布局图如下：

2项目需求

根据用户配电系统管理需求，需要对10kV进线、变压器出线、交直流系统等进行全方面监控与保护，及时发现故障，保证配电系统可靠运行。

结合用户实际生产工艺要求，为实现本项目10kV配电室的监控与管理，针对不同保护对象配置微机保护装置：10kV进线柜配置线路保护装置AM5SE-F;10kV变压器出线柜配置AM5SE-T变压器保护装置;10kV分段柜配置AM5SE-B备自投保护装置;10kV母线设备柜配置AM5SE-UB PT并列及监测装置。

在电气监控室配置一套电力监控系统和一套五防系统，通过通信管理机及网络交换机实时采集微机保护装置、电力仪表等二次设备数据，实现整个厂区供配电系统的电力监控与自动化管理。在电气监控室配置一套电源系统，为整个变电站的断路器、二次设备及监控主机等重要设备运行提供稳定可靠的电源。并配置时钟同步装置，放置在电气监控室通讯屏，时钟源支持GPS和北斗。监控系统、通讯管理机和微机保护装置均从该装置获得授时(对时)信号，保证I/O数据采集单元的时间同步达到1ms精度要求。具体需求如下

(1)10kV配电室监控

1)10kV进线保护：

10kV进线柜各配置一台线路保护AM5SE-F，当回路故障时，用于跳开本柜断路器，切断故障。

2)10kV变压器柜保护：

10kV变压器柜共配置2台变压器保护装置AM5SE-T，当回路故障时，用于跳开本柜断路器，切断故障。

3)10kV母联保护

母联柜配置一台备自投保护装置AM5SE-B，用于实现两进线和母联之间的自动投切(进线备自投/母联备自投/联切备自投/自适应备自投)，同时实现母联保护功能。

4)10kV PT监测

PT柜配置一台PT并列及监测装置AM5SE-UB，实现两台PT柜间的切换以及监测，当回路电压出现异常时，及时发出告警信号。

(2)微机五防闭锁方案

针对10kV开关柜，每台断路器配置五防电气锁1把，每个手车(包含断路器手车、PT手车、隔离手车)配置手车闭锁套件1套，按手车数量的2倍配置柜内闭锁套件，每个接地刀与隔离刀配置接地刀闭锁套件1套，配置接地头(按柜子数量的一半配置)。五防解锁钥匙4把、充电器2个、电脑钥匙2把、微机五防软件一套。

(3)时钟同步

配置时钟同步装置一台，放置在电气监控室通讯屏，时钟源支持GPS和北斗。监控系统、通讯管理机和微机保护装置均从该装置获得授时(对时)信号，保证I/O数据采集单元的时间同步达到1ms精度要求。当时钟失去同步时，自动告警并记录事件，当时钟失去电源时，自动生成告警信号。监控系统设备采用NTP对时方式，微机保护装置对时接口采用IRIG-B对时方式。

(4)公共测控屏

配置公共测控屏一面，放置AM5SE-K公共测控装置4台。其中一台AM5SE-K采集10kV I段母线侧站用变电压、10kV I段母线开口三角电压和10kV 1#进线电流;另一台AM5SE-K采集10kV II段母线侧站用变电压、10kVII段母线开口三角电压和10kV 2#进线电流;还有2台AM5SE-K分别采集站内各微机保护装置异常信号和通信设备异常信号。

(5)电源

本项目针对10kV开关室和10kV开关室内监控设备的提供电源，具体配置方案如下：

直流蓄电池屏为100Ah后备电源，内含12V×18只蓄电池组1组;

直流充电屏内含3+1组10A模块，直流接地监测仪(具备64路直流监测接口)，斩波降压装置，硅链降压装置30A，双路交流进线自动切换装置;

直流馈电屏支持36路直流馈线，3kVA逆变电源，8路馈线;

站用电源屏配置进线开关2只，ATS切换模块1个，进线电度表2只，24路馈线。

(6)后台监控系统

在10kV开关室内配置通讯管理机1台，实现10kV开关柜微机保护装置的数据采集;在电气监控室的通讯屏上配置通讯管理机1台，实现10kV开关柜微机保护装置、测控装置、直流屏以及其它智能设备的数据采集。在电气监控室配置监控系统和微机五防系统主机1台、用于实现变电站的遥测、遥信、遥控、报警、报表、操作票、防误操作等相关功能。监控系统按照单网组网方式，实现变电站内数据采集与实时监控。系统组网拓扑图如下：

3 产品方案

3.1 概述

AM5SE 系列微机保护测控装置(以下简称装置)集保护、控制、测量、通讯和监视功能于一体，资源丰富、配置完善、维护方便、性能稳定，适用于 35kV 及以下电压等级电力系统的保护和测控，实现进线、主变、配电变、电动机、电容器、母联、PT 等保护。应用领域覆盖电力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。

装置硬件设计采用可靠性配置，软件配以专门的保护算法，抗干扰性能强，可靠性高，保护实现方式灵活，能与 Acrel-2000Z 电力监控系统配套使用，为电力系统的安全可靠运行提供保障。

3.2 特点

1)高性能的硬件平台

装置采用主频为 168MHz 的处理器，16 位同步采样 A/D，每周波 48 点高速采样、实时并行计算;配置 512K 字节 Flash、(192+4)K 字节 Sram、外置 4M 字节 NorFlash、外置512K 字节 Sram，硬件资源充足，可靠性高。　

2)统一的硬件设计和完善的保护功能

装置硬件包括电源模块、CPU 模块、开入开出模块、控制回路模块、模拟量采集、通讯模块等采用模块化设计，通用性强。在同一硬件平台上针对不同对象进行保护功能设计，实现 35kV 及以下电压等级的电力系统保护，适用于进线、馈线、主变(容量 2000kVA 以上)、配电变压器(容量 2000kVA 以下)、高压电动机、高压电容器、母联、PT 等设备的保护和自动控制功能。

3)丰富的接口资源

12 路(可扩展到 14 路)交流电压/电流通道，测量三相电流、两路零序电流、三相电压、零序电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能。保护电流的测量不仅反映基波，还可以通过逻辑可编程软件增加测量 2~10 次谐波，具有带谐波制动的保护功能。

独立操作回路，可自适应 0.25~5A 开关跳合闸电流;

2 路 4～20mA 直流模拟量变送输出，可通过逻辑可编程软件自定义变送量;

20 路有源开关量输入通道、10 路独立无源开关量输出通道;

2 路 RS485 串行通讯接口，支持 IEC60870-5-103、Modbus-RTU 规约;

2 路以太网接口，支持 TCP IEC60870-5-103、TCP Modbus-RTU 规约;

GPS 对时功能，支持 IRIG-B 对时方式(RS485 接口);

1 个 UBS 接口，可通过 U 盘升级装置程序，也可导出装置的定值、故障录波数据，方便故障分析;

1 个 RS232 接口，可通过 USB 转 232 数据线升级装置程序，还可上传装置定值、动作事件信息和故障录波数据，方便现场事故分析。

4)人性化

装置采用全汉化大屏幕液晶显示，人机界面清晰易懂。

灵活的按钮设计，菜单式操作简单、便捷。

保护功能的出口可通过跳闸矩阵进行设置，方便用户选择要动作的继电器。

配备计算机界面的调试与分析软件，调试及维护简单方便。

5)透明化

实时记录交流量、开入量、开出量和所有保护模块的状态。

装置记录内部各元件动作行为、动作时间和录波数据，共可记录 16 条故障录波，每条录波可触发 12 次录波，每次录波可录故障前 8 个周波、故障后 4 个周波波形，共计 46s。

每个采样点录波至少包含 12 个模拟量、10 个开关量波形。

6)可靠性设计

装置采用全图形编程技术设计每个保护功能，以提高程序的可靠性及正确性。

软硬件具有持续完善的自检功能，抗干扰性能好，装置通过多项电磁兼容检测认证，电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到 IV 级标准。

本项目的微机保护装置的产品上图如下：

各型号主要实现的保护功能如下：

整个配电室所设微机保护型号与数量如下：

整个配电室所设防误闭锁装置型号与数量如下：

4系统功能

(1)实时监测

Acrel-2000电力监控系统可以直观显示一次系统图，并实时显示10kV电压等级各回路的遥测量、遥信量和报警信号等。遥测量包括电压、电流、功率、功率、电能等电参量等;遥信量包括中压开关柜内路断路器、手车、隔离开关、负荷开关、地刀开关的分合状态、断路器弹簧储能状态及远方就地控制状态;报警信号包括微机保护装置的告警信号、保护跳闸信号及装置异常信号。

(2)电参量查询

Acrel-2000电力监控系统在配电一次图中，可以直接查看该回路详细电参量，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、电能等。

(3)曲线查询

Acrel-2000电力监控系统在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、温度等曲线。并统计该曲线查询范围内发生时间、平均值等。

(4)运行报表

Acrel-2000电力监控系统可以查询各回路或设备指定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、温度值等。可以按照日、月、年的格式进行查询、导出、打印。

(5)实时告警

Acrel-2000电力监控系统具有实时告警功能，系统能够对配电回路断路器、隔离开关、接地刀分、合动作等遥信变位，保护动作、事故跳闸等事件发出告警。

1.图元告警

2.弹出事件报警窗口

3.实时语音功能，系统能够对所有事件发出语音告警。

(6)历史事件查询

Acrel-2000电力监控系统能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯、查询统计、事故分析。可以按时间、类型和设备进行查询和排序。

(7)电能统计报表

Acrel-2000电力监控系统具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。

(8)用户权限管理

Acrel-2000电力监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如遥控的操作，数据库修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

(9)网络拓扑图

Acrel-2000电力监控系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构;可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

(10)遥控

Acrel-2000电力监控系统可以对整个配电系统范围内的设备进行远程遥控操作。配电系统维护人员可以通过监控系统的主界面点击相应的断路器遥信点调出遥控操作界面，通过五防软件解锁后，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

(11)防误闭锁功能

Acrel-2000电力监控系统与五防软件系统之间建立通信协议链接，当某一设备需要进行遥控操作时，首先进行五防规则判断(即防止误分、合断路器;防止带负荷分、合隔离开关;防止带电合接地开关;防止带地线送电;防止误入带电间隔)。符合五防规则后，则发送解锁命令至自动化监控后台，自动化监控后台进行遥控操作。五防软件可以模拟遥控步骤，形成操作票。

(12)通信管理

Acrel-2000电力监控系统可以对整个配电系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。可以查看某个设备的通信和数据报文。可以完成与各种智能电子设备的通信和数据转发，包括微机保护、电力仪表、智能操控、直流屏、模拟屏、五防系统和调度等。

5结束语

随着电力系统正向着高可靠性、高自动化、高信息化水平方向迅猛发展，对电网的监控已成为国内外高度重视的关键问题，特别是电力系统中起着控制和保护等重要作用的开关柜的监控。智能配电监控保护类、监测类和防误闭锁产品解决方案对于供配电系统的可靠稳定运行起着至关重要的作用，尤其是微机保护装置在电力系统中具有举足轻重的地位，它能够反映设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在很小范围，提高系统运行的可靠性，很大限度地保证向用户安全、连续供电。本文针对中锡林郭勒项目中不同保护对象提供对应的保护功能和监测功能，并且通过电力监控系统采集相关遥测、遥信数据进行监控，配合五防系统能大大提高变电站运行的可靠性、安全性、提高供电质量，有利于实现变电站综合自动化，实现无人或少人值守。

审核编辑：汤梓红