电力监控系统的设计及应用
变电所系统
本文以实际工程为例，下面就以某小区变电所为依据予以探讨。
一、电力监控系统的设计及应用
1.电力监控系统简介：
电网智能化：
现有电力网络中设备的运行状态是由设备本身的工作指令来实现的，而与电网运行状态无关，此为被动配电网络；当设备的运行不仅由本身的工作指令来实现，还要由配电网络在自我诊断后，再根据电网能力，负荷重要性，发出设备运行指令，按负荷重要性等级顺序控制运行时为主动配电网络。
把一个被动配电网络转变为主动配电网络：
——要合理地进行电力负荷分配；
——要把负荷按其重要性分为儿个等级(相对的动态的概念)；
——要使电力网有“自诊断”能力；
——要有负荷的控制和调节功能。
(1)正常工作状态：
首先要使系统工作合理，负荷分配合理：
——充分地消峰填谷；
——充分利用变压器的过负荷能力；
一充分地采用各种技术措施节能。储能。
(2)发生电力故障状态(如双路电源一路停电，某台变压器发生故障等)：
智能系统经过监测。分析，判断，确保一级负荷，有效的控制二，三级负荷。
2.电力监控系统特点：
系统软、硬件全部模块化，硬件全部智能化。软、硬件设计选择工业级标准，可靠性非常高。
1)整个系统的ICU(智能控制终端)、 RTU(远程智能通讯控制器)全部由16位微机组成，这样的集散型监控系统，速度快，实时性好，同机种通讯可靠。
2)ICU自带CPU，采集周期短，实时性强，系统冗余度高，通讯帧数少，可大大减 少通讯误码率。
3)各系统都是独立工作，互不干扰，实现了控制的硬件系统模块化，采用总线方式可节省缆线和工程费用。
4)各子系统实现了模块化，进一步提高整个系统的安全及可靠性。
5)系统可带电插拔，维护、检修更加方便。
3.本系统构成：
1)控制中心安装的设备：
操作台内有主控机、显示器、打印机、键盘、备用电源、抗干扰电源、 UPS、接线端子、报警设备等。操作台上有电源开关、遥控开关、遥控按钮、模拟盘电源、开、关指示灯面板等。
2)本楼控制主机可在楼内值班室，总控制室在变电所内。传感器信号通过总线传至本楼控制主机及总控制主机。对电量进行遥测、遥信、遥控。
3)现场数据采集和控制设备为ICU，电流变送器，电压变送器等传感器将信号送至ICU，ICU通过RTU与ZTK(智能通讯卡)相连，实现数据的双向传送。ICU通过设在配电系统内的接触器来实现预定程序中对电源的控制。
每套系统可容纳1024个ICU，使系统有极高的可扩展性。
4.本系统设置范围：
为保证整个小区供电数据采集的一致性。控制的灵活性及负荷的高可调性，宜在每个 单体建筑内装设电力监控系统。
二、小区供电负荷说明：
1.建筑概况：
小区内建筑类型分为高档公寓、地下车库及配套用锅炉房、变电气等。地上、地下总建筑面积约为14万平方米。其中公寓面积约为11万平方米，地下车库面积约为3万平方米。
2.负荷计算：
设10KV自管变电所一座，电源引自供电局110KV变电站。甲方要求每户总用电容量为8.5KW (约合35W/m2至45W/m2)，暖风机系统为户用集中暖风机，每户约为3.0－5.0KW，每户照明负荷3.5－5.5KW，按变压器70％负荷率(经济运行)计算，变电所总负荷为6636KVA，初步计算小区变压器应报装容量≥6,400KVA。
3.甲方要求：提高公寓照明负荷的等级，采用双路电源互投。在非火灾等情况下应确保公寓照明供电的正常。
4.经计算，在有电力监控系统作为可靠保证的前提下，充分利用变压器的过负荷能力，可按4×1,2500KVA装。
三、小区可靠供电的两种方式比较：
本小区为高档公寓为主，因此确保供电的可靠性就成为高档小区的标志之一，而由于条件所限，此种方式的供配电系统又不可能确保全部的负荷，如：甲方要求、外线方式等，决定了本供电系统的原则是：确保用户照明负荷。
照明负荷为用户的生活用电，而暖风机负荷为舒适性用电。当照明负荷被切断后，会造成用户的心理恐慌，并会给用户造成一定的损失，而暖风机负荷短时切断不会给用户的舒适性带来很大影响，必要时，通过对用户的暖风机负荷进行调节以确保用户的照明负荷。
1.技术实施方面：
1)采用电力监控系统的可行性：
(1)本系统在单体建筑的功能：
a.监视整个大楼照明、暖风机及动力的电流模拟量及开关量状态，并与以计录，便于对整个小区负荷予以统计、分析。
6.控制层照明与层暖风机配电箱间的互投：
楼内公寓的照明和暖风机采用1,600A封闭毋线供电，每一根封闭母线均负责楼内一半的照明和暖风机。
当一条封闭母线或进线电源等发生故障或检修时，为保证住户用电的可靠性就需将一条封闭母线的照明负荷投切至另一条封闭母线。由负荷计算表可看出，另一条封闭母线不可能承担起全楼照明和暖风机的供电任务。此时便可由本系统先将楼内暖风机负荷切除，然后再将照明负荷投切至正常之封闭母线，然后依据电力监控系统所测算的数值，有计划的将暖风机负荷重新投入。
c.当非故障状态电力不足时，切除部分暖风机负荷以保证整个大楼的用电安全，同时避免过负荷对上级变电所出线开关乃至变压器的影响。暖风机负荷投，切时，可采用循环投、切的方式，避免用户长时间无法使用暖风机。以保证用户居住的舒适性。
当以上几类情况中供电系统恢复正常时，再由电力监控系统控制，将负荷恢复到正常供电方式，即保证供电可靠性及提高供电等级，也减小了物业管理部门的工作强度。
暖风机负荷的投，切，均由设在层照明与层暖风机配电箱内的接触器来实现，这就保证了事故面的减小、系统可调性的提高及操作的灵活性。
2)本系统在变电所的功能：
a.根据厂家提供的技术参数，变压器本身在有强迫风冷的情况下，输出容量可提高40％－50％。因此在以电力监控系统的调节作为可靠保证的情况下，可充分利用变压器的过负荷能力。
当一台变压器电源发生故障或检修时，为保证住户用电的可靠性就需将一台变压器的负荷投切至另一台变压。在充分利用变压器的过负荷能力的前提下，电力监控系统对所测得数据进行分析判断，如变压器间互投将可能造成正常变压器过负荷及更大的事故面，便切除部分非重要负荷：如非消防的风机，水泵；如尚不能满足要求，视情况再由楼内电力监控系统将楼内的部分暖风机负荷切除。然后再将照明负荷投切至正常变压器，并依据电力监控系统所测算的数值，有计划的将暖风机负荷重新投入。
变压器的保护只有二级，即过流和速断保护，其功能为负荷达至断路器的这两个整定值时，断路器切断电源，由此会造成非预见性停电及较大事故面，给用户带来极大不便。当采用本系统后，通过监测元件可测算负荷趋势，在事故发生前采用有效调控手段(如以上步骤)予以避免。
当供电系统恢复正常时，再由电力监控系统控制，将负荷恢复到正常供电方式。
b.在小区建设初期，由于有可靠的调控手段作为保证，可有依据的降低变压器报装容量，节约大量初投资。相应带来变电所面积减小，设备投资减少等优点。
2)变压器增容可行报告：
(1)当一台变压器发生故障时，另一台变压器就要承担起它的负荷，若无可靠的调控手段作为保证(例如非重要负荷出线开关增设欠压脱扣装置)，在最不利的情况下需投入的负荷>2,000A，单台变压器总负荷电流>3,500A，有可能出现正常变压器过负荷跳闸的可能。如在各单体建筑内层暖风机配电箱增设欠压脱舞装置，也只能切除故障变压器中的暖风机负荷，在最不利的情况下单台变压器总负荷电流>2,000A。若再切除正常变压器中的暖风机负荷会给楼内配电系统带来很多的麻烦，增加系统的复杂程度。
若仍利用变压器的过负荷能力，在没有自动控制系统的情况下，需有人实时观测负荷参数，然后判断需采取的措施。一会造成值班人员的工作量较大，二可能会因人的因素产、生供电事故。
(2)就单体建筑楼内来说：
当一条封闭母线或进线电源发生故障或检修时，为保证住户用电的可靠性就需将一条 封闭母线的照明负荷投切至另一条封闭母线。
若按一条封闭母线承担起全楼照明和一半暖风机的供电来设计，即事故母线暖风机负荷切除，而正常母线暖风机负荷仍保留。由以上数据可看出，楼内封闭母线及出线开关均需加大。若不增大则需增设欠压脱扣或由继电器和接触器来实现；若按一条封闭母线承担起全楼照明，而暖风机全部切除，则只能由继电器和接触器来实现。在层暖风机配电箱增设欠压脱扣装置，暖风机负荷切除后需由物业管理部门手动复位；层照明配电箱与层暖风机配电箱间由继电器和接触器来实现的互投，相对于电力监控系统来说过于复杂，且会造成投入运行后故障率高，维护量大，无法保护一定前提下用户的可靠用电。
2.经济方面的比较：(不考虑现已设计完毕的配电系统造价，只含变压器报装及由此而产生的设备改动费用)。
供电局电缆供电工程贴费标准规定。
——本工程为电缆供电方式，按电缆标准收费。
——北京市四环路以内的用户，其供配电工程贴费标准为600元/千伏安。
——双路供电接用多台变压器的用户，如具备技术措施，保证不同时使用，按其一侧最大接用容量的双倍交贴费，否则按接用变压器总和的双倍交纳贴费。
1)本小区变电所工程收费标准：
为10KA进线，双路供电，高压有联络，应按1，200元／干伏安交纳贴费。
2)电力监控系统费用：
采用电力监控系统，则按5,000KVA报装(即现有报装条件，已经供电局审批通过)。
总应交贴费6,000,000元，本工程设计建议装设电力监控系统4套，即A座、B座、C座、变电所等。电力监控系统总投资需<8,000,000元。(本电力监控系统造价是按照国产系统的报价估算)。
3)变压器增容：
若采用变压器增容的方式，变压器容量最小需按6，400KVA报装(最大需按8,000KVA报装)总应交贴费76,800,000元。
单体建筑内需在现有配电系统投资的基础上增加大约5％一10％。
变电所内也需在现有基础上相应增加大约为10％一15％的投资。
由以上数据可说明，仅贴费一项，使用电力监控系统的方案便比最小的变压器增容方案，节约880,000元。而整个工程变电所和楼内的节约大约在1,500,000元，其费效比是不言而喻的。
由以上阐述可以得出结论，在本小区内使用电力监控系统的投入，占小区总电气设备投资的3％－4％，占小区变压器增容投资的30％－40％。这比变压器增容更加节约，更加可靠，并减少变压器低负载运行的可能性。在运行于后还可以节约运行费用，降低变电所管理人员的工作强度，提高管理的自动化程度。
因本工程的性质为公寓，甲方主要以提高居民用电负荷等级，保证供电可靠性为目的，而电力监控系统所具有的节能、储能等特点，在此次甲方未提出要求，考虑到如增加以上功能会增加部分投资，故此次电力监控系统并未涉及。若能采取电力监控系统节能、储能等设计，在后期的运行过程中其节能效益也是相当可观的。
