摘要：本文主要針對綜合自動化系統一次電氣設備的安全保護問題，設計一套智能配電監控系統，實現設備運行工況的在線監測，各種可控開關的本地/遠程控制操作，負荷切換，變配電系統的經濟優化運行，適合各種運行方式的控制、聯鎖/聯動及通信網絡連接，信息共享等多種功能。系統整體架構采用模塊化、分層分布式開放系統結構設計，以分散控制、集中監視為原則，按間隔劃分、單元化設計、分布式處理，實現設備分層和網絡分層的解決方案。

關鍵詞：一次電氣設備、智能配電、監控系統、分散控制、集中監控

1引言

電氣一次設備作為直接用于生產、輸送和分配電能的生產過程的高壓電氣設備，其能否安全、可靠的運行，直接關系到整個自動化系統能否安全、穩定的運行。有鑒于此，根據綜合自動化系統一次電氣設備的安全保護的具體要求，我們研制了智能配電監控系統，系統整體架構采用模塊化、分層分布式開放系統結構設計，以分散控制、集中監視為原則，從而構成一個完整的操作、調度、監視網絡，實現對整個系統的遙測、遙信、遙控與遙視功能，以期達到變電站無人或少人值班，實現對一次設備全面監控的目的。該智能配電監控系統大大提高生產效率、降低事故率，具有重要的理論意義和實際應用價值。

2系統功能簡介

針對綜合自動化系統一次電氣設備的安全保護問題，該智能配電監控系統確定功能如下：

1、監控主機上集中顯示各電氣設備的工作狀態、運行參數、報警記錄等信息，監控主機發送控制操作命令，并通過自動化設備的出口繼電器控制各可控開關的分合，便于現場操作人員監控；

2、完善的信息處理功能，將報警信息、運行參數、操作記錄等信息自動形成標準格式的數據庫文件，并長期保存，供信息系統調用，可實現自動化控制系統與生產管理系統數據共享；

3、多種操作方式并存。控制方式有：集中聯動、集中手動、就地聯動、就地手動、緊停等方式，使系統操作靈活、可靠。在集中方式，所有設備由集控室操作員通過上位機操作；

4、通過采集電量參數，實現故障的快速定位，方便工作人員檢修；

3系統工作原理

智能配電監控系統，其核心技術是監測電氣設備的運行狀態，識別設備運行異常狀態信號，并分析判斷異常信號種類、部位、危險等級等，分析預測故障發展趨勢，并作出相應決策。如圖2-1所示，礦井皮帶運輸狀態監測與事故預警系統技術主要包括設備運行狀態識別與趨勢預測兩個方面內容，其具體過程分為三個階段：狀態檢測、分析診斷、預警治理。

圖2-1 系統運行三個階段

所設計的智能配電監控系統能智能診斷、控制系統，它能對電氣設備運行出現的各種故障，進行自動檢測與控制、聲光預警報警。電氣設備出現異常運行狀態時，能自動檢測與控制電氣設備的運行，并及時有效的采取預警報警措施，系統設計原理框圖如圖2-2所示。

圖2-2 系統設計原理框圖

系統設計工作原理是:當綜合自動化系統運行時，安裝在相應電氣設備上的智能儀表便可以檢測其相應的信號特征量，智能儀表將非電量的特征信號量轉變成為標準電信號特征量，用于現場顯示控制的同時并將該信號傳遞給控制主機。監控主機接收該信號，進行分析判斷并采取相應的策略，例如對異常信號進行停機、預警、報警等控制策略。

3 系統硬件設計

智能配電監控系統整體架構采用模塊化、分層分布式開放系統結構設計，分散控制、集中監視為原則，按間隔劃分、單元化設計、分布式處理，實現設備分層和網絡分層的解決方案，整個系統分為現場級控制層和站級控制層，如圖3-1所示。

站級控制層位于集中控制室，一般由計算機、打印機、通訊設備及不間斷電源等組成，計算機之間采用高速Ethernet(TCP/IP)網絡構成計算機局域網。硬件采用高性能高可靠性的工業PC機，系統軟件采用Microsoft Windows NT搶占式多任務多線程操作系統，實現遙測、遙信、遙控、遙調、報警顯示、數據存儲、統計報表和變電站優化運行控制等功能。集成化監控系統平臺，具有強大的組態能力，適合于本工程的技術要求；站級控制層的監控主機和其他操作工作站均具有對現場級控制層各種智能化設備完全的訪問和控制能力。外接聲光報警裝置以實現報警功能，外接打印機用以打印輸出相關信息。

現場級控制層中的自動化設備要求運行十分穩定可靠，能免維護使用，同時又能滿足工程的自動化設計要求。選用TPDCMS等系列智能測控儀表作為保護測控裝置，通過現場總線與站級控制層的監控主機連接，與站級控制層一起構成一個有機協調的低壓智能監控系統。TPDCMS系列儀表替代傳統的電網參數檢測儀表進行數據監測，主要包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、31次諧波、電度等多項電能參數，并在儀表內部自動對檢測到的數據進行A/D轉換，同時將轉換后的電網參數通過監測器上配置的標準的數據通訊接口向現場總線和上位機傳送。

整個系統的通信基于RS-485通信接口，采用Modbus通信協議進行數據傳輸。TPDCMS3032配置了標準的RS-485通信口，它即可集中組屏，亦可分散安裝。RS-485為兩線局域網，通訊速率可為300-19200波特率，TPDCMS3032儀表可以在線修改通訊地址和通訊速率，同時向用戶提供開放式的通訊協議。

圖3-1智能配電監控系統結構圖

4 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括工具軟件設計和組態軟件設計兩大部分。工具軟件完成網絡系統中交換機、控制器和遠程I／O模塊的參數設定、系統配置、診斷、標定、測試等功能。組態軟件完成各分站和總站的監測預警信息管理、動態圖形顯示、數據報表打印、歷史數據存儲和動態趨勢分析等功能。

本系統將Visual Basic、Matlab及SQL數據庫技術相結合，基于對話框模式編程，通過按鈕操作實現采集、分析和遙控功能。通過Matlab對電氣設備運行參數進行計算用以辨識系統故障類型。通過VB建立人機界面，將具體數據錄入數據庫。組態軟件采用力控,能夠顯示監測過程的總體運行畫面，有歷史曲線、報警記錄、參數設置、狀態查看、操作幫助信息、設備運行統計等畫面，系統監控界面如圖4-1所示，要求畫面簡潔、友好，便于操作。

圖4-1 智能配電系統監控界面

5 結語

本文介紹的智能配電監控系統提高了綜合自動化系統的自動化水平，減少了工人誤操作，并且能夠快速的判斷系統故障，處理十分方便。該系統采用了可視化技術和面向對象程序設計方法，提供了良好的人機交互界面。該系統整體架構采用模塊化、分層分布式開放系統結構設計，實時監測整個自動化系統運行，提高了工作效率，為企業創造了效益。該系統明顯提高綜合自動化系統的一次電氣設備的安全性、可靠性以及企業現代和科學管理水平，保證了企業的安全生產，社會效益和經濟效益非常顯著。

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