电子厂房的电力监控系统设计

王毅，欧丽

（世源科技工程有限公司，北京，100142）

0 引言

近几年，电子厂房对电力资源供应系统的可靠性、安全性、连续性提出了更高的要求，电子厂房电力系统管理也迈入了信息化、集中化阶段。根据电子厂房的生产管理要求，在厂房电力资源供应系统中设计、安装电力监控系统，已成为解决电力企业在电力系统平稳应用方面的基本需求问题、摆脱窘迫境遇的必然举措。

1 电子厂房的电力监控系统设计项目

电子厂房电力监控系统项目主体为一个变电所，负责对变电所内0.4kV、10.0kV配电系统中的电力能源进行管控。即在厂房监控系统的辅助下，完成变电所运行管理以及对厂房物业、配电维护作业。电力能源配置模块主要能源耗费回路测量任务的完成主要通过对照工矿企业、电力系统、公共设施、智能设备的电力能源监控需求，进行以ACR系列多功能电能表为基本单元的网络电力仪表的设计，需要具备有功功率、三相电压、频率、无功功率、电流、无功电度、功率因数、有功电度等常规电路参数测量功能。同时经具有两路光电隔离开关量的输入节点，配合智能断路器，实现断路器的遥信操控。

2 电子厂房的电力监控系统设计用技术

2.1 多线程采集技术

多线程数据采集技术主要是面向大量用户，利用多线程机制进行数据实时采集，可提高系统资源利用率、执行效率，弥补简单轮询法的应用缺陷。电子厂房电力监控系统的数据采集层主要涉及了电力数据采集主线程、监听线程、数据采集线程三个线程。其中电力数据采集主线程主要是通过数据库读取电力黑匣子IP地址（Internet Protocol Address，网际协议地址）、序列号、端口等配置信息后存入内存，同时创建数据采集、监听线程，并将远程开关控制、配置文件读写等定义在主线程内；监听线程主要是根据电网IP地址资源紧缺导致的数据节点网络地址不稳现状，以上位机、黑匣子间数据传输协议为主导，以黑匣子重启时刻为本级序列号发送依据，直至接收到上位机确认信息为止；数据采集线程主要是远程向电力黑匣子请求实时数据。即在定义最优数据采集子线程力度的前提下，经多线程管理器，将配置信息列表划分为长度与采集力度一致的若干个子列表。逐次类推，直至完成对全部数据的一次性采集。

2.2 状态诊断技术

电力状态诊断技术主要是以输电线路、变压器等电力元器件故障实时诊断为目标，将电力系统的状态划分为检查、正常、紧急、注意几个等级，允许相应权限等级内管理者对整体状态进行监测并查看系统具体细节。同时依据系统指数化描述的思想，通过品质指数（功率因数、频率、电压波形畸变率等）、安全指数（过电流、变压器温度、漏泄电流、过电压、高压线路温度等）、综合指数（能源、安全、品质加权计算）、能源指数（平均功率因数、使用电力量、无效电力损失、变压器损失等）的分析，判定每一项电力指数是否位于正常区间内。

3 电子厂房的电力监控系统设计过程

3.1 电力监控系统总体结构

在电子厂房电力监控系统结构设计时，主要采用分层模块化思想，设计含系统应用层（权限管理、电子地图、报警现况、客户管理、环境设置、分析预测、日常运转）、用户接入层（平台服务、客户服务）、物理层（电力黑匣子）、数据采集层（通信连接→消息访问→数据采集）的软件体系结构[1]。同时根据业务对象之间的关联程度，遵循“高内聚合、低度耦合”的理念，将电力监控系统划分为若干个耦合度低、结构清晰的子模块，降低后期维护管理难度。比如，数据采集层可以通过通信连接模块与电力黑匣子进行通信连接的构建，而消息访问封装则可以与电力黑匣子之间进行信息交互。

图1 电子厂房电力监控系统结构

3.2 电力监控系统主要功能

电子厂房电力监控系统功能主要包括电量遥测、参数抄表、历史查询、遥信报警几个部分[2]。其中电量遥测主要根据低压配电二次图，远端测量电流、频率、电能、功率、三相电压、功率因数等电参量。同时根据配出回路的三相电流，实时显示开关合闸运行状态、分闸运行状态、通信故障报警以及断路器变位报警信号，以便厂房管理者可以第一时间发现并解决故障。

参数抄表主要是以低压各出线回路电参数为对象，在其进线时，进行任何时刻的三相电流、变压器温度、有功电度、有功功率数值查询。同时将回路名称与数据库关联，便于数据导出、名称更改及报表打印。

历史查询主要是选择任意时间段，对电度累计数值进行查询。

遥信报警主要是在监控低压各出线回路开关运行状态、负载进线监控的过程中，以负载越限、开关变位为指标，弹出含具体报警位置、声音的报警界面。对于负载越限而言，厂房管理者可以根据现有权限，查询历史记录，进行相关数值的自由设置。具体如表1所示。

表1 电子厂房电力监控系统遥信报警数据（局部）

3.3 电力监控系统业务数据库

考虑到电子厂房电力监控系统后期维护开发需要，可以在构件化设计思想的指导下，单独开发具有较高相关性的软件构件，并在各构件间设置接口，便于同步调用[3]。电子厂房电力监控系统主要包括客户信息管理（定义客户、信息查询、客户维护）、报警管理（报警、历史查询）、诊断管理（自我诊断、电力状态诊断）、日常运转（实时监控、系统图）、黑匣子通信管理（配置数据读写、采集、交互）、设备管理（虚拟仪表定义、查询）、数据处理（报警计算、数据解析、电力状态解析）、通讯连接（上位机、下位机无线通信）、标准信息管理（参数标准、指数标准定义及管理）、管理员维护、文件服务（配置文件解析、功能更新）等几个业务构件。各业务构件之间存在一定业务关联，但关联程度具有较大差异。其中数据处理模块与其他业务构件具有最多关联关系，是核心构件，可以保障系统应用展示层中电力数据的基本来源一定。

根据电子厂房电力监控系统现有业务构件间依赖关系，可以初步确定系统的基本数据表，经过编码后，可以形成完整的数据库。比如黑匣子数据表、客户数据表等代表电力系统中物理设备的数据表，可以展示电力设备间交互干系，存储相关配置信息、电力设备基本信息；而系统图、实时数据表则用于存储系统中经过计算、分析、处理的电力信息，为报表预测提供依据。

4 总结

电力监控系统是电子厂房电力资源管理的主要工具之一，可以依靠现场监控仪器实时面向电力回路收集数据，为电子厂房的连续平稳、可靠运行提供支持。因此，技术人员应依据电子厂房平面分布，从低压配电线路、高压配电线路、UPS系统等方面，进行监控模块的规划及构件关联方式的选择。随后依据配电屏组成，结合现场监控要求，确定最终通信方案，为电力系统信息的集中管理提供支持。