变电站监控及能源管理系统

部分：项目概况

1.1 项目介绍

变电站采用10kV进线，容量为8000kVA，为了提高变电站管理水平，促进设备高效管理、节能增效，配置变配电所电能管理监控系统，根据业主要求，设计本方案。

1.2 客户要求

1、 实现对回路进行定时数据采集记录。

2、 实时掌握配电系统运行状态，及时发现故障问题。

3、 对设备能耗数据进行存储分析，以期实现节能增效之目的。

第二部分: 变电站综合监控及能源管理系统介绍

2.1概述

变电站综合监控及能源管理系统应用继电保护、电网自动化、计算机、通讯及自动控制等领域的，将电力系统在线、离线数据、用户数据和系统结构进行信息集成， 构成完整的自动化系统，实现对系统正常情况及事故情况下的监测、控制、保护、用电和电气管理的现代化。给用户带来以下好处：

1) 优化电网运营和维护成本

2) 提高电力供应的可用性和可靠性

3) 优化配电设备的电力成本，通过分项计量，实现精确电能管理与节能

4) 监控电能质量的问题，为改善电力网络质量提供建设性建议

2.2环境条件

2.2.1、 我方在设计、制造、装配、检验和调试本技术文件内所记述的仪器和设备时，充分考虑下列有关当地的气候情况:

A. 温度

夏季:温度(干球) 39.6摄氏度(''指记录所得的温度)

最热月份的平均温度(干球) 2 7.8 摄氏度

夏季通风温度(干球) 3 2.0 摄氏度

冬季:温度(干球) - 7 . 7 摄氏度(''指记录所得的温度)

B. 雨量

雨量 每小时150毫米

C. 平均风速

冬季 3.1米/秒

夏季 3.2米/秒

D. 地震

基本烈度(中国标准) 8 度

水平加速度: 0.25g

垂直加速度: 0.125g

E. 相对湿度

最热月份平均值 83%

最冷月份平均值 75%

2.2.2、 设备规格及设计所需符合的环境条件

A. 所有设备包括电气设备和机械配件都能于下列的环境条件下进行测试工作及正常操作。

夏季 40摄氏度(干球温度)

冬季 -8摄氏度(干球温度)

相对湿度 99%

地震烈度 中国标准7度

其中，部分位于特殊位置(如中庭顶部)的设备，满足所在位置的温度条件运行要求。

B. 部分设备需在更恶劣的环境条件下正常性运作， 而所有设备有可能需要在较高温度和湿度的恶劣环境条件下作短暂性的操作。

C. 按当地条例的要求，达到《噪声环境质量标准》( GB3096 - 2008 )Ⅱ类标准的要求， 所有设备为低噪声和高效率型，并符合下列噪声管制要求。

白天(上午六时至晚上十时) 不大于60分贝

夜间(晚上十时至翌日上午六时) 不大于50分贝

机房内 不大于75分贝

2.2.3、 抗震保护

根据有关要求及标准对我方负责的设备装置做出适当的抗震保护。

2.3系统硬件规范

A.系统管理服务器

CPU: Intel Core i5 series 处理器英特尔酷睿i5 系列

B.内存 DDR4 2133MHZ，8G

硬盘，500G，7200转，SATA II，64M

C.网络卡 1000Mbps以太网卡

D.DVD（可刻录）

E.显示器： 21.5/23"LCD屏 分辨率1080P

F.UPS电源： 在线式不间断电源 2KVA， 0.5小时

G.打印机：

A4 黑白激光打印机

供纸方式供纸盒自动供纸

供纸器容量约 500 页

打印速度 黑白打印 : 35ppm

打印分辩率 600X600dpi

打印宽度 A4

H.其他设备：光纤转换器、网络交换机、网络组件等

并包括光纤多模、屏蔽网线等控制电缆、信号电缆，网络通信线缆应采用低烟无卤型，阻燃级别应满足GB50311－2007 规范要求。

2.4监控数据

2.4.1、 35KV/10KV 中压柜

通过安装多功能电表，可以测量三相电压、三相电流、三相功率（有功、无功、视在）、功率因数、频率、用电量显示、开关状态显示。

通过综合保护继电器，可以测量三相电流和接地电流， 开关分合闸状态以及各种报警和故障跳闸信息。

2.4.2、 变压器（温控器带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

运行状态显示、温度显示、温度报警、强制风冷运行状态显示、运行时间累计。

2.4.3、 400V低压柜

三相电压显示、三相和中性电流显示、功率因数显示、频率显示、开关状态显示，故障（跳闸）报警、用电量显示。

2.4.4、 直流屏（带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

输出电压显示、输出电流显示、工作状态显示。

2.4.5、 发电机组（带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

运行状态（转速、油温、油压、流量、水温、水质）。

供电质量（电压、电流、频率、输出功率等）。

2.4.6、 变电站通风装置（通过数据收集器与数据总线通信）

2.4.7、 风机控制工作状态，风机故障报警。

2.4.8、 电能质量分析（带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

三相电压电流总畸变率、三相电压电流基波幅值、三相电压25次谐波畸变率、三相电流25次谐波值、频率、功率、功率因数

2.4.9、 SF6气体泄露监测（带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

SF6气体浓度、氧气浓度、风机控制

2.4.10、 避雷器（带通信接口，MODBUS RTU通信协议）

被测电流、放电电流、放电次数

2.4.11、 开关柜触点测温/电容器柜电容测温

环境温度、触点温度、温升

2.5变电站综合监控及能源管理系统描述

2.5.1、 系统目标

本系统以达到如下目的为基础进行设计：

1) 提高电气系统运行管理的效率

2) 提高系统连续稳定工作能力预防并减少停电时间，避免因不正常断电造成的经济损失。

3) 减少系统运行维护费用，方便管理人员快速准备读取各电能。

4) 实时监测电能质量，及时通报潜在的电能故障。

5) 统计各个回路的在不同时间段电能，分别产生日耗电量、月耗电量、年耗电量报表并用曲线、饼图等控件显示能耗分析数据，为能耗管理和优化提供基础数据。

6) 提高变电站正常运行时间，根据遥测遥信值提供预警或各种级别的报警，为变电站预防事故或快速处理事故提供精准定位和精确信息。

2.5.2、 系统说明

变电站综合监控及能源管理系统采用全中文界面，操作方便，实用性好，抗干扰性能强，具有很好的开放性，可以和多种系统连接。系统应通过多功能的电力监控装置、通讯网络和计算机软件，实现建筑物供配电系统在运行过程中的数据采集、运行监视、事故预警、事故记录和分析、电能质量监测、三相不平衡监视、谐波分析、继电保护、电力系统分析及实时在线监测功能、负荷监视、加载/卸载与恢复管理功能、发电机管理与测试功能，完成安全供电、电能计量、能耗管理、设备管理和运行管理。系统既可提供管理信息又可提供实时信息，对中压可实现完整的 SCADA 功能，对低压可以完成各种数据监视和设备控制，并对变压器、直流屏、电能质量等也进行实时的监控，可为用户输出各种电量参数数据，实现不同报表功能，并提供能量分配和单线图,可对不同用户进行负荷分配和能源管理。满足高精度电量测量、电能的计量、分时计费、远程抄表、自动报表生成打印、电气数据集中管理、用电成本分析、用电效率分析，精确的用电成本考核；并可监控电网供电的质量，避免电网电压缺陷、电压不平衡、谐波畸变、电压上冲下陷、电压波动等重要问题（有些功能须配合现场安装的继电保护和智能电表）。

在变电站控制室可以完成对整个系统中全部变配电设备的操纵和监控，并实现声音、图形、文本分级报警和自动报表打印功能。还包括分时计费、谐波分析等功能。

变电站综合监控及能源管理系统和智能仪表、综合保护继电器构成一个完整的系统，可以独立运行。通信协议开放。适合 MODBUS 等多种通信协议， 具备 OPC 服务器和 OPC 客户功能，具备Snmp服务器和Snmp客户端功能。采用双绞线、光纤等多种介质，RS485、RS232、TCP/IP 等接口实现联接。

变电站综合监控及能源管理系统和 BAS 楼宇自动化系统可以通过 OPC、SNMP、MODBUS方式进行通讯联络，接收并实施 BAS 楼宇自动化系统送来的操作指令。变电站综合监控及能源管理系统含有 WEB 服务器功能，可以提供给 IE 浏览器等网上浏览和在权限允许情况下得设备控制功能。变电站综合监控及能源管理系统采用分布式结构，从整体结构上分为 3部分：现场控制层（监控设备层）、通信管理层（信息传输层）、主控层（信息处理和展示层）。现场控制层主要由保护单元和测控单元等组成，通信采用 RS485 现场总线或者工业以太网；通信管理层包括变电站配电网关以及规约转换器，主控层包括后台工作站、系统软件、数据库、打印机、UPS 等构成。

2.6系统构成

系统采用分层、分布式结构设计，按间隔单元划分、模块化设计，整个系统分为三层：现场设备层、通信管理层和系统管理层。

现场设备层：

现场层设备包括：各种监控仪表、测控单元、继电保护设备、智能直流电源系统、智能柴油发电机组、变压器温控单元及通讯扩展装置等。所有监测或监控单元相对独立，按一次设备对应分布式配置，就地安装在开关柜内，监控单元与开关柜融为一体，构成智能化开关柜，经各种通信接口如RS485接入现场总线，通过MODUS协议将现场采集的各种信息上传给通信管理层或系统管理层。

通信管理层：

通信管理层主要任务是完成现场数据和信息的收集、通讯协议的转换、接收和传送指令，实现监控层和管理层之间的网络连接。通信管理层设备包括：终端服务器、前端机、人机界面、可编程控制器等。

系统管理层：

系统管理层主要负责把采集上传的各种数据信息存入实时数据库，并同过友好的人机界面和强大的数据处理功能实现对配电系统现场设备的遥信、遥测、遥控、遥调和遥视（可选）的“五遥"功能。

系统具有良好的开放性基于目前国际通用的OPC技术通过以太网可实现系统与办公信息管理系统（MIS）、楼宇自控系统（BAS）和智能消防管理系统（FAS）等自动化系统的通讯及信息共享。系统通过104、103、101等通讯协议与供电公司自动化系统实现通讯及信息共享。

系统管理层设备包括：一台或多台监控主机、大屏幕彩显、打印机、UPS电源和卫星定时系统等。

2.7系统特点

配电监控管理系统具有稳定、可靠、安全、高效、经济、可扩展性强等特点。系统基于分层分布式结构，实现了变配电系统高、低压电气设备分散监控、集中管理功能，使您的配电系统“透明化"，可真正实现配电室的无人值守，全面提高变配电运行现代化管理水平。

• 系统具有良好的兼容性，与ABB、西门子、阿克法、GE、西屋等国际品牌设备兼容，同时兼容具有标准通讯协议的其它国内制造商的智能化产品。
• 系统功能全面，对电力系统实时监控具有事故报警及报警记录、电能管理及负荷优化、谐波统计及电能质量分析、各种运行统计报表自动生成和打印等综合功能。可实现自动化管理达到无人或少人值守。
• 系统网络结构简洁清晰，系统采用分层、分布式结构设计，整个系统分为三层：现场监控层、通讯管理层和系统管理层。
• 系统具有良好的开放性，可与办公信息管理系统（MIS）、楼宇自控系统（BAS）和智能消防管理系统（FAS）、供电公司管理系统等自动化系统通讯实现信息共享。
• 系统标准化程度高，符合IEC国际电工技术委员会标准、IEEE电气和电子工程师协会标准、ISO国际标准化协会标准、GB/T 中华人民共和国国家标准、DL 中华人民共和国电力工业部行业标准。
• 系统软件具有友好的操作界面，操作界面采用全中文实时监控界面，操作简便实用

2.8功能介绍

2.8.1、 数据采集和处理

实时采集回路开关报警信息和温度信息、模拟量、开关量、数字量、温度量、以及各类事件信息。对实时数据进行统计、分析及计算并存入数据库。模拟量主要包括电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、温度等； 开关量包括开关位置、事故信号和预告信号、自动装置投入及撤除信号、开关当地/远动操作位置信号、变压器温度报警信号、超温跳闸信号等； 事件信号包括开关状态的变位、综合保护装置动作信号、控制操作及操作后状态变化等以及事件发生的时刻、事件性质和名称。电流和电压波形显示， 谐波分析和展示，扰动分析。

2.8.2、 变电站地理位置地图信息

系统具有变电站地理位置地图，展示各个变电站的具体地理位置，以在地图上快速定位故障位置，并方便现场操作和设备管理。

系统高低压盘柜物理布局的示意图，既是直观的示意图，也是灵活的导航工具。在示意图上，可以直接单击对应的设备进入下一级画面。

2.8.3、 动态监控和动态着色功能

在监控系统上位机屏幕，系统单线图可以显示一次系统接线上各管理点的运行状态并动态更新，内容包括：断路器的状态，母线带电状态，开关的状态用颜色区别，通常红色表示:“合"，绿色表示:“分"，黄色表示:“不定态"。也可以根据用户要求设定。

文本或图形屏幕上均可即时查看线路状态和实时参数值，如电流、电压、频率、有功功率、无功功率、瓦时、峰值功率等

继电器整定值、模拟量的限值可以设定和修正。

所有的操作都有相应的权限设定，不同的权限有不同操作等级，保证系统的安全操作。

可以实现交接班通过登入和登出严格管理。

2.8.4、 实时趋势曲线和历史数据曲线

趋势数据以曲线形式显示。趋势数据主要包含：电流、电压、有功功率、无功功率等，具体数据的设定由管理工程师确定

趋势数据分为实时曲线和历史曲线两种，实时曲线是运行时实时更新的，历史曲线是通过保存在硬盘上的数据显示的。根据数据记录的时间的长短不同，可以显示查询的日、月、年的历史数据。查询参数、曲线样式、曲线上下限均可由用户动态设定。

2.8.5、 自诊断和自维护功能

系统检测软件完整性，网络拓扑架构完整性，冗余完整性，发现系统故障，立即发出报警，并尝试自动修复软件和网络故障。

2.8.6、 报警管理

设置预告信号和事故信号，并产生不同的音响报警及闪光，自动推出相应画面，对应事故、故障设备的图形发生闪动变位，窗口提示事件内容及处理指导。报警信号可在监控主机上人工确认复归。 报警信息以图形或文本显示。非常直观，且报警信号是实时的。时间可以显示年/月/日，时：分：秒，当一个报警信号产生时，系统给出图形闪烁和声音双重提示所有的报警信号以时间序列排序，并在画面上显示问题设备报警的参数，原因，实际值，极限设定值，报警级别，以及排除和清除的时间，并用不同的颜色表示。 报警语音设定多样化，可以由机器蜂鸣器、用户定义音频文件、机器语音播报报警详情并可以按不同报警类型和报警级别设置不同的报警语音。报警可以通过手机短信和邮件推送的方式发送到用户。

所有的报警信息均存于数据库中，警报解除的所有操作也保存于数据库中。报警内容包括: 故障信号的来源；开关量突然变位（如断路器跳闸等）；断路器故障；过压、欠压等报警信号；模拟量值超限（如电流电压超过一定值等）；要求的其它报警内容。系统具有在线或离线自检设备故障的功能，故障诊断能定位到模块。能在线或离线自检各种应用软件。在线运行时，当检测到故障，及时将故障性质上送运行操作员工作站，以便显示、打印和报警

2.8.7、 视频监控管理

在变电站不同位置安装网络摄像机，对变电站进行视频监控，在值班室可以通过计算机实时监控变电站情况，如果有动态情况发生，立即触发录像功能，把当时变电站动态情况录像并保存到计算机中。

网络摄像机通过工业光纤以太网和视频监控服务器通信，传输视频信号以及摄像机调整和控制命令。

每个变电站安装2个以上的网络交换机，互相监视，保证安全。

2.8.8、 系统事件记录管理

系统中所有的动作事件均可以文件的形式自动存入上位机硬盘，或即时打印，每个事件均有详细的说明和发生时间。

事件包括: 所有报警信息；操作人员确认报警动作的有关信息；操作员对断路器所做的操作；短路器的状态变化信息；系统通讯故障信息；系统复位和启动、重启动信息。

2.8.9、 历史数据库管理

能源管理系统生成事件数据库、模拟量数据库,并提供开放的 ODBC 数据库接口，方便与 BMS 系统数据库的整合分析管理，以备系统分析、设备维护所用。事件数据库主要包含：告警信息，故障信息，操作员操作记录；模拟量数据库可以包含：回路的三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等。历史数据库记录周期可调，根据需要选择保存监测变量：一日 24 小时、一月内每日和一年内每月的统计数据；以及重要事故、操作记录保存的时间，各历史数据及在线查询、显示，保存时间可在线修改。

2.8.10、 统计和预测性维护功能

统计计算电量的值、最小值、平均值、累计值；回路有功、无功功率分析和功率因数；

根据建立的用电负荷模型，调用历史数据，给出预测性维护方案。

2.8.11、 电能消耗管理和分项计量功能

电能消耗数据依次保存到历史数据库，包括每一回路按照分钟、小时的电能数据，每一回路电能可以按照峰、谷、平不同时段不同费率进行统计计算并生成报表（需要具有峰谷平多费率多短式电表配合）。

2.8.12、 报表生成和打印

系统可以利用数据库服务器的报表数据库数据生成各种历史数据数据报表，也可产生实时数据报表。报表均可实现自定义，由管理工程师根据实际需要，编制特定项目及格式的报表和图表。如：日、月、年报表。报表可以自动生成，也可以按照时间表生成，或者由值班人员值班时按操作规程造表。并打印输出。

2.8.13、 运行管理

数据库维护自动和手动维护，自动模式下，当数据库超过规定时间后，系统自动删除过时的数据，留出存储空间以保存新的数据。手动模式下，操作人员可以把数据压缩归档后，迁移到移动硬盘，磁带机、DVD 等外部存储介质，然后删除旧数据。并对数据库空间进行整理维护。

系统安装程序，系统工程程序，系统数据参数等的存储和管理，每次系统升级、维护后的档案、项目程序，按照更新时间和版本进行保存和归档。以利于竣工之后的系统维护。

2.8.14、 安全性和用户权限管理

系统软件设置不同级别的用户，区分多种权限分区和密级设置，为系统管理员、工程师、一般值班操作人员等提供分级密码，并对所有操作自动进行带时标事件记录，建立良好的预防事故措施。

2.9设计规范及依据

该系统软件的功能开发、运行、技术实现及相关技术指标符合如下标准：

国际标准：

IEC870（1—4） 远动设备及系统

GB/T 12505 计算机软件配置管理计划规范

GB/T 9386- 1988 计算机软件测试文件编制规范

GB/T 14394-1993 计算机软件可靠性和可维护性

GB/T 12504-1990 计算机软件质量保证计划规范

行业标准：

DL/T 634-1997 基本远动任务配套标准

DL/T 13729-92 《远动终端通用技术条件》

DL 5003-91 《电力系统调度自动化设计技术规程》

配电远程监控系统提供的变电站技术参数符合如下标准：

国际标准：

IEC694（1980） 高压开关设备标准的共用条款

IEC439-1（1997） 低压开关设备标准的共用条款

IEC298（1990） 额定电压1KV以上50KV以下交流金属封闭开关设备和控制设备

国家标准：

GB3906-91 3—35KV交流金属封闭开关设备

GB11022-89 高压开关设备通用技术条件

GB7251-1998 低压成套开关设备

配电远程监控系统硬件装置产品的功能开发、运行、技术实现及相关技术指标符合如下标准：

国际标准：

IEC61000-4-2（EN6100-4-2） 静电放电抗干扰试验 等级3

IEC61000-4-3（EN6100-4-3） 射频电磁场辐射抗干扰试验 等级3

IEC61000-4-4（EN6100-4-4） 电快速瞬变脉冲群抗干扰试验 等级3

IEC61000-4-5（EN6100-4-5） 浪涌冲击抗干扰试验 等级3

IEC61000-4-6（EN6100-4-6） 传导骚扰抗干扰试验 等级2

第三部分：能源管理系统技术方案

3.1概述

根据变电站实际情况以及客户的需求，我们为客户量身定制能源管理系统技术方案，本系统不仅可以实现“遥测、遥信、遥控和遥视"功能以及故障报警、事故记录、曲线分析、报表生成、用户管理等多种功能，还可以对不同回路电能消耗进行分析供业主有针对性的做出能量分配计划。

该系统稳定性高、可靠性好、实时性强、兼容拓展性突出、人机界面易操作维护。具体如下：

1、 传统的三遥功能（遥测电量参数、遥信开关状态、遥控开关等）；

2、 电能消耗的分配和统计（电费分解到各个回路，利于内部核算）；

3、 详尽的数据记录和方便快捷的报表生成（便于统计分析）；

4、 历史曲线查询，对用电情况、趋势一目了然；

5、 绘制中低压一次接线图

3.2监控范围

一期所有回路低压电表、变压器温控仪、10kV进线保护设备。

二期所有回路低压电表、变压器温控仪、10kV进线保护设备。

35kV站所有保护设备、直流屏、UPS系统、变压器温控仪、电能质量检测仪。

对变电站出线端每一个回路的电表进行检测，采集三相电流、电压、功率（有功、无功、视在）、功率因数、电能、频率、零序电流、断路器状态，统计出每小时发电量、每天发电量、每月发电量，生成相应的日报表、月报表、年报表。

3.3系统拓扑图

3.4软件组成

3.5配置清单

第四部分：售后服务

我们保证所提供的设备符合技术规范提出的技术要求，符合国家及行业颁发标准的优质产品，确保技术，成熟可靠的系统设备。

我们保证在项目实施过程中与甲方密切合作，保质、保量、按进度完成设备安装、工程调试和技术培训。

我公司提供长期技术咨询服务，应急、答疑、培训等相关增值服务。

• 系统硬设备的质量保证

严格按照质量保证体系，凡属于产品本身的故障，质保期内我们负责免费维护或更换。

• 售后服务

我们对项目实行项目经理负责制和客户投诉机制，并且与公司的绩效考核有机结合。质量保证期内，我公司在接到用户故障通知时，会在2小时内做出迅速响应及答复，在用户有需要时派员抵达现场，分析故障原因并予以修复。由于用户不严格按照设备的操作要求而造成的设备损坏由用户承担设备维修或更换费用。