淺談數(shù)字電視大樓電力保護監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：介紹天津電視臺數(shù)字電視大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)的選擇與建立，組網(wǎng)方式，系統(tǒng)的使用與報文的顯示等，通過該系統(tǒng)對大廈所有變配電回路、UPS 線路等關(guān)鍵部位進行監(jiān)控和管理。

   關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控;數(shù)字電視;變配電;

1.總述

   天津電視臺數(shù)字電視大廈電力監(jiān)控系統(tǒng)采用深圳中電電力技術(shù)股份有限公司設(shè)備，該設(shè)備在電力監(jiān)控領(lǐng)域具有一定的地位，產(chǎn)品亦應(yīng)用于央視新址的建設(shè)，在國內(nèi)具有良好的口碑。

   數(shù)字電視大廈變電站共分為三個設(shè)備現(xiàn)場，其中 A 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 8 臺，C 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 10 臺， D 區(qū) 10/0.4Kv 變壓器 2 臺，現(xiàn)場分路共 500 余條，分布于樓內(nèi)，負責(zé)樓內(nèi)的工藝、照明、動力用電的電力輸送。由于電視臺工藝用電的特殊性，所以對這些分路用電的監(jiān)控，尤其是工藝用電就尤為重要！

   現(xiàn)場設(shè)備的復(fù)雜也加大了電力監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜程度，現(xiàn)場設(shè)備有 ABB、施耐德、久安、雙源等公司設(shè)備， 各設(shè)備之間的兼容性也存在差異，因此對電力監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性也提出了更高的要求。此外，對于變電站值班員，面對如此大量的設(shè)備分路，亦要求電力監(jiān)控系統(tǒng)有較高的實時性、有效性和準確性，以防止誤判誤操作的發(fā)生，造成對播出系統(tǒng)供電構(gòu)成安全隱患。

   現(xiàn)場設(shè)備計量儀表也根據(jù)終端用戶的不同而不盡相同，對于重要的工藝用電，采用 Powerlogic800，簡稱 PM800系列，而一般動力、照明用戶采用 Powerlogic750，簡稱 PM750 系列。對于工藝用電變壓器受總柜采用 ION7650 系列儀表。對于高壓柜保護設(shè)備采用 REF542plus，這些儀表及保護設(shè)備根據(jù)要求必須由主、備兩條線路進行數(shù)據(jù)傳輸，以保證在主通信設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，能夠迅速切換至備用通信設(shè)備，以保證供電安全。因此， 大量的通信數(shù)據(jù)處理能力以及通信設(shè)備故障迅速切換能力，也是衡量電力監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要標準。

   對于將來電視臺的技術(shù)改造等需要對電力設(shè)備進行擴容的情況也已考慮在內(nèi)，電力設(shè)備擴充，相關(guān)通信設(shè)備也必須增加，因此，通信設(shè)備的可擴充性也需考慮在內(nèi)。

2.電力監(jiān)控設(shè)備的選擇

   通信設(shè)備采用深圳中電 PMC-1380 智能通信管理機，該管理機具有多個透明傳輸串口，帶防雷和防靜電保護功能，RS485 方式信號帶隔離；具有豐富的規(guī)約庫，能直接與現(xiàn)場裝置進行通信和數(shù)據(jù)讀取，具有當?shù)卮鎯δ?；可通過多種通訊方式與監(jiān)控后臺或調(diào)度通信，實現(xiàn)向多個數(shù)據(jù)平臺、多個后臺系統(tǒng)同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)； 具有雙以太網(wǎng)口，10/100Mbps 速率可以組成雙機雙網(wǎng)熱冗余通信系統(tǒng)，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性；具有較容易的采集擴容能力，能夠隨時增加通信儀表設(shè)備。

   交換機采用 KIEN3016 型工業(yè)交換機，以太網(wǎng)端口速率 100M， PMC-1380 智能通信管理機以太網(wǎng)端口的要求，同時網(wǎng)絡(luò)路由器采用主備雙機熱冗余通信系統(tǒng)，以保證在主機故障的情況下能夠迅速切換至備機以保證通信的順暢，同時足夠的帶寬容量也避免了在極限情況下，由于多事件的同時突發(fā)，數(shù)據(jù)包大量突增可能造成的網(wǎng)絡(luò)嚴重擁塞。嚴重的網(wǎng)絡(luò)擁塞會使數(shù)據(jù)包被丟棄，前臺報警系統(tǒng)發(fā)生漏報。

   前臺計算機需要以服務(wù)器為基礎(chǔ)，需具備強大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)庫處理能力，以同時將數(shù)據(jù)、報文顯示并寫入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng) MTBF≥30000 小時，可靠率≥99.99%，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

3.電力監(jiān)控規(guī)約的選擇

   現(xiàn)場設(shè)備儀表均采用施耐德公司系列儀表，均具備 RS-485 網(wǎng)絡(luò)通訊接口，均支持 Modbus 規(guī)約，因此， 選擇以 Modbus 規(guī)約為基礎(chǔ)的 RS-485 通信。Modbus 是由 Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個品牌）在 1979年發(fā)明的，是真正用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議。

           Modbus 協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由 Modbus 協(xié)議構(gòu)成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附

   加信息以及要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。從設(shè)備產(chǎn)生正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認消息內(nèi)容是否可用。

Modbus 具有以下幾個特點：

1.標準、開放，用戶可以免費、放心地使用 Modbus 協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持 Modbus 的廠家超過 400 家，支持 Modbus 的產(chǎn)品超過 600 種。

2.Modbus 可以支持多種電氣接口，如 RS-232、RS-485 等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

3.Modbus 的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。因此，現(xiàn)場通信規(guī)約采用 Modbus 規(guī)約。

4.現(xiàn)場通信系統(tǒng)的建立

   現(xiàn)場 PM800/750 系列儀表由 RS-485 總線與 PMC-1380 通信管理機進行通信。PMC-1380 通信管理機共 16 路RS-485 串口，每個串口最多可接入 32 臺終端設(shè)備，為了保證設(shè)備通信的正?？焖龠\行，每串口最多接入16 臺終端設(shè)備。PMC-1380 通信管理機的以太網(wǎng)接口共有主備兩個，各占有一個 IP 地址，分別接入主備交換機。

   各區(qū)通信子站配備一臺監(jiān)控子站，一并接入主備交換機，以備在本站調(diào)度通信。

   由于 ION7650 儀表配備了以太網(wǎng)口，具備通過 TCP/IP 協(xié)議進行與監(jiān)控系統(tǒng)通信，因此 ION7650 儀表直接接入交換機與主服務(wù)器進行通信。

圖（2） 通信管理機、ION7650、監(jiān)控子站與交換機通信

   主控層由綜合通信系統(tǒng)，工作站系統(tǒng)組成。各站的主備交換機的輸出線路分別接入主備總交換機，由主備總交換機送出的數(shù)據(jù)包并發(fā)給各工作站，各工作站主備網(wǎng)卡同時解析更新監(jiān)控數(shù)據(jù)，提供給值班員進行判別和記錄，同時將監(jiān)控數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，以備調(diào)用。

5.監(jiān)控及系統(tǒng)報警定值的設(shè)置

   根據(jù)各線路電壓、斷路器開關(guān)量、斷路器電流過載保護設(shè)置，對系統(tǒng)內(nèi)報警數(shù)值進行設(shè)置和調(diào)整，以產(chǎn)生正確的報警報文，其中括號內(nèi)為越限值。

   同時，設(shè)定的查詢次數(shù)，根據(jù) Modbus 規(guī)約的規(guī)定，當通信設(shè)備離線或者故障發(fā)生的時候，可根據(jù)設(shè)定的查詢次數(shù)，產(chǎn)生設(shè)備通信超時，發(fā)出報警。

   通過監(jiān)控系統(tǒng)及報文系統(tǒng)，值班員可根據(jù)實時電壓、電流及開關(guān)量數(shù)據(jù)，對全站所有分路進行監(jiān)視，同時可根據(jù)報文系統(tǒng)的告警報文對相應(yīng)分路設(shè)備故障進行迅速、準確、有效的判斷并啟用相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保大廈各分路的供電安全。

6.系統(tǒng)運行性能指標

   經(jīng)過系統(tǒng)的長期運行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，各工作站日常運行穩(wěn)定，CPU 正常狀態(tài)下占用率≤20%，在事故發(fā)生狀態(tài)下≤40%；網(wǎng)絡(luò)運行負荷穩(wěn)定，正常狀態(tài)下≤25%，在事故發(fā)生狀態(tài)下≤40%；對電壓、電流等模擬量的采樣精確，精確至 1‰；從模擬量的越限、開關(guān)量改變等事件發(fā)生至系統(tǒng)報文報告，即系統(tǒng)響應(yīng)時間≤3s，滿足監(jiān)控需求。

7.安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

7.1概述

         Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實現(xiàn)對變電站方位的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供了堅實的保障。

7.2應(yīng)用場所

辦公建筑（商務(wù)辦公、國家機關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）

旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）

科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）

交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）

7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

          Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設(shè)計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標 準網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

7.4設(shè)備選型

8.結(jié)束語

   自電力監(jiān)控系統(tǒng)投入運行至今，該系統(tǒng)對大廈所有高低壓配電柜及其分路、變壓器、UPS 等設(shè)備進行了實時監(jiān)控管理，對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，形成實時事件報文、圖表、分析曲線等，同時實時顯示各分路運行狀態(tài)，不僅有效提高了電能使用效率，降低能耗，還有效降低了值班員的巡視強度，并提高了事故的發(fā)現(xiàn)、響應(yīng)時間，具有安全、可靠、穩(wěn)定的特點，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[2]王德文 閻春雨 畢建剛 袁帥《變電站狀態(tài)監(jiān)測通信網(wǎng)關(guān)中 Modbus 與IEC61850      的映射方法》《電力系統(tǒng)自動化》.2012.36(19)

[3]安科瑞電力監(jiān)控與保護類產(chǎn)品選型手冊,2022.07.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊，2022.05.

作者簡介：

張心志，男，就業(yè)于安科瑞電氣股份有限公司