淺談數字電視大樓電力保護監控系統的設計與應用

1.總述

   天津電視臺數字電視大廈電力監控系統采用深圳中電電力技術股份有限公司設備，該設備在電力監控領域具有地位，產品亦應用于央視新址的建設，在國內具有良好的度。

   數字電視大廈變電站共分為三個設備現場，其中A 區10/0.4Kv 變壓器 8 臺，C 區10/0.4Kv 變壓器 10 臺，D 區10/0.4Kv 變壓器2 臺，現場分路共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控，尤其是工藝用電就尤為重要！

   現場設備的復雜也加大了電力監控系統的復雜程度，現場設備有 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，因此對電力監控系統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，亦要求電力監控系統有較高的實時性、有效性和準確性，以防止誤判誤操作的發生，造成對播出系統供電構成安全隱患。

   現場設備計量儀表也根據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要求必須由主、備兩條線路進行數據傳輸，以保證在主通信設備出現故障的情況下，能夠迅速切換至備用通信設備，以保證供電安全。因此， 大量的通信數據處理能力以及通信設備故障迅速切換能力，也是衡量電力監控系統的一個重要標準。

   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；具有豐富的規約庫，能直接與現場裝置進行通信和數據讀取，具有當地存儲功能；可通過多種通訊方式與監控后臺或調度通信，實現向多個數據平臺、多個后臺系統同時轉發數據； 具有雙以太網口，10/100Mbps 速率可以組成雙機雙網熱冗余通信系統，大大提高了監控系統的可靠性；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 型工業交換機，以太網端口速率 100M，PMC-1380 智能通信管理機以太網端口的要求，同時網絡路由器采用主備雙機熱冗余通信系統，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，數據包大量突增可能造成的網絡嚴重擁塞。嚴重的網絡擁塞會使數據包被丟棄，前臺報警系統發生漏報。

   前臺計算機需要以服務器為基礎，需具備強大的網絡數據處理能力和數據庫處理能力，以同時將數據、報文顯示并寫入數據庫。系統 MTBF≥30000 小時，可靠率≥99.99%，滿足系統穩定性要求。

3.電力監控規約的選擇

   現場設備儀表均采用施耐德公司系列儀表，均具備 RS-485 網絡通訊接口，均支持 Modbus 規約，因此， 選擇以 Modbus 規約為基礎的 RS-485 通信。Modbus 是由 Modicon（現為施耐德電氣公司的一個品牌）在 1979年發明的，是真正用于工業現場的總線協議。

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

   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。數據段包括了從設備收集的數據：寄存器值或狀態。如果有錯誤發生，功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的，同時數據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 協議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權。目前，支持 Modbus 的廠家超過 400 家，支持 Modbus 的產品超過 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，廠商開發簡單。因此，現場通信規約采用 Modbus 規約。

4.現場通信系統的建立

   現場 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常快速運行，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。

   各區通信子站配備一臺監控子站，一并接入主備交換機，以備在本站調度通信。

   由于 ION7650 儀表配備了以太網口，具備通過 TCP/IP 協議進行與監控系統通信，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、監控子站與交換機通信

   主控層由綜合通信系統，工作站系統組成。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據包并發給各工作站，各工作站主備網卡同時解析更新監控數據，提供給值班員進行判別和記錄，同時將監控數據寫入數據庫，以備調用。

5.監控及系統報警定值的設置

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

   同時，設定的查詢次數，根據 Modbus 規約的規定，當通信設備離線或者故障發生的時候，可根據設定的查詢次數，產生設備通信超時，發出報警。

   通過監控系統及報文系統，值班員可根據實時電壓、電流及開關量數據，對全站所有分路進行監視，同時可根據報文系統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.系統運行性能指標

   經過系統的長期運行總結發現，各工作站日常運行穩定，CPU 正常狀態下占用率≤20%，在事故發生狀態下≤40%；網絡運行負荷穩定，正常狀態下≤25%，在事故發生狀態下≤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生至系統報文報告，即系統響應時間≤3s，滿足監控需求。

7.安科瑞電力監控系統產品介紹與選型

7.1概述

         Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統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、監測、控制、通信等多功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現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、穩定、經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）

科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑）

通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）

交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）

廠礦企業建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發電、風能發電等）

7.3系統結構

          Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標 準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環網網絡結構，根據用戶用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

7.4設備選型

8.結束語

   自電力監控系統投入運行至今，該系統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控管理，對采集的數據進行分析處理，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，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，并提高了事故的發現、響應時間，具有安全、可靠、穩定的特點，取得了良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1]房鑫.淺談數字大廈電力監控系統的應用.

[2]王德文 閻春雨 畢建剛 袁帥《變電站狀態監測通信網關中 Modbus 與IEC61850      的映射方法》《電力系統自動化》.2012.36(19)

[3]安科瑞電力監控與保護類產品選型手冊,2022.07.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊，2022.05.