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 線路等關鍵部位進行監(jiān)控和管理。

   關鍵詞：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股份有限公司設備，該設備在電力監(jiān)控領域具有一定的地位，產(chǎn)品亦應用于央視新址的建設，在國內具有良好的口碑。

   數(shù)字電視大廈變電站共分為三個設備現(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，負責樓內的工藝、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)場設備的復雜也加大了電力監(jiān)控系統(tǒng)的復雜程度，現(xiàn)場設備有 ABB、施耐德、久安、雙源等公司設備， 各設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)供電構成安全隱患。

   現(xiàn)場設備計量儀表也根據(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。對于高壓柜保護設備采用 REF542plus，這些儀表及保護設備根據(jù)要求必須由主、備兩條線路進行數(shù)據(jù)傳輸，以保證在主通信設備出現(xiàn)故障的情況下，能夠迅速切換至備用通信設備，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改造等需要對電力設備進行擴容的情況也已考慮在內，電力設備擴充，相關通信設備也必須增加，因此，通信設備的可擴充性也需考慮在內。

2.電力監(jiān)控設備的選擇

   通信設備采用深圳中電 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埽豢赏ㄟ^多種通訊方式與監(jiān)控后臺或調度通信，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)絡嚴重擁塞。嚴重的網(wǎng)絡擁塞會使數(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器為基礎，需具備強大的網(wǎng)絡數(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)場設備儀表均采用施耐德公司系列儀表，均具備 RS-485 網(wǎng)絡通訊接口，均支持 Modbus 規(guī)約，因此， 選擇以 Modbus 規(guī)約為基礎的 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)議建立了主設備查詢的格式：設備（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。從設備回應消息也由 Modbus 協(xié)議構成，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，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設備要執(zhí)行功能的任何附

   加信息以及要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。從設備產(chǎn)生正常的回應，在回應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應。數(shù)據(jù)段包括了從設備收集的數(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備確認消息內容是否可用。

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。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 臺終端設備，為了保證設備通信的正?？焖龠\行，每串口最多接入16 臺終端設備。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，以備調用。

5.監(jiān)控及系統(tǒng)報警定值的設置

   根據(jù)各線路電壓、斷路器開關量、斷路器電流過載保護設置，對系統(tǒng)內報警數(shù)值進行設置和調整，以產(chǎn)生正確的報警報文，其中括號內為越限值。

   同時，設定的查詢次數(shù)，根據(jù) Modbus 規(guī)約的規(guī)定，當通信設備離線或者故障發(fā)生的時候，可根據(jù)設定的查詢次數(shù)，產(chǎn)生設備通信超時，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)的告警報文對相應分路設備故障進行迅速、準確、有效的判斷并啟用相應的應急預案，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、開關量改變等事件發(fā)生至系統(tǒng)報文報告，即系統(tǒng)響應時間≤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)是應用電力自動化技術、計算機技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網(wǎng)絡化、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應用場所

辦公建筑（商務辦公、國家機關辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）

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、風能發(fā)電等）

7.3系統(tǒng)結構

          Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通信層和現(xiàn)場設備層，組網(wǎng)方式可為標 準網(wǎng)絡結構、光纖星型網(wǎng)絡結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡結構，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設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設備選型

8.結束語

   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)設計與應用手冊，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