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廣州亞運會開閉幕式電力監控系統
韓來發 上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定
摘 要： 輸配和保護控制是電力應用的前提條件，也是電氣建設的基本目的，對與要求用電要求用電穩定保障、力保萬無一失的亞運開閉幕式場館來說，更是如此。因此，亞組委在選擇電氣設備及供應商時，慎之又慎，上海安科瑞電氣股份有限公司的電力監控系統Acrel3000真是在這基礎上突引而出，成為亞運保供電系統的一員。
1 概述
海心沙島位于廣州市珠江內江心沙洲，在珠江北主航道上，2010年第16屆廣州亞運會開幕式以及半個月后的閉幕式在此隆重舉行。
整個島內的供電由現場發電以及廣州市供電局供電兩部分組成，整個配電設施全部位于舞臺下方的地下空間，包括四個配電區域，分別是：（1#）綜合變配電房、舞臺（2#）綜合變配電房、地下空間（3#）綜合變配電房、舞臺（4#）綜合變配電房，每個配電房包括10KV高壓配電柜、直流屏、0.4KV低壓配電柜、發電機、變壓器等。在亞運會開閉幕式當晚，所有涉及表演、噴泉、音響等重要回路全部由現場發電機供電，其余看臺、照明等由廣州市供電局供電。
作為洲際大賽的開閉幕式會場，其對供配電系統的穩定性，安全性要求極高。因此，在每個綜合變配區域設置一個電力監控系統工作站，實現對本變配電房各運行設備的運行狀態的檢測、預警，故障分析、統計輸出與自動控制；在看臺設備監控中心設一個中央控制室，系統服務器和主管理工作站設于該中央控制室，所有變配電房電力參數通過光纖傳輸至中央控制室。同時在廣州市供電局10樓設置電力監控系統工作站，數據通過網絡公司局域網，通過廣東省104規約傳輸至供電局調度中心。從多方位，全角度，深層次來確保亞運供電萬無一失。
集合以上要求，Acrel-3000電力監控系統充分利用了現代電子技術、計算機技術、計算機網絡技術、現場總線技術的最新發展，對整個島內的供配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。
2 系統的網絡構成
本系統采用分層分布式計算機網絡結構即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：
圖1
作為整個配電系統的基礎，現場間隔隔層主要的設備包括：多功能網絡電力儀表、漏電流監測裝置、微機綜合保護裝置、直流屏系統、變壓器溫度控制儀等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在高低壓電氣柜、溫控箱以及直流屏柜內，多功能網絡儀表、漏電流監測裝置、微機綜合保護裝置以及變壓器溫控儀采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，直流屏系統采用232接口，通過CDT通訊協議實現數據現場采集。
通訊網絡層主要為：通訊服務器、光端交換機、交換機。其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。
站控層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。
以上網絡儀表均采用RS485、RS232接口通過MODBUS-RTU以及CDT通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。
數據在站控層以串口協議數據轉發的形式，通過局域網，傳輸給總服務器，在總服務器，以104規約，通過高速以太網，傳輸給廣州市供電局調中心。
3 系統的主要功能
3.1 數據采集與處理
數據采集是配電監控的基礎，數據采集主要由底層的測控裝置采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數COSφ、電度Ep、遠程設備運行狀態、溫度等數據。
數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢、分析。避免了運行保障團隊直接去配電室查看配電系統運行狀態，確保在最短時間發現并排除故障。
3.2 人機交互
系統通過全中文界面，CAD圖形顯示高低壓配電系統一次主接線圖，顯示當前各回路設備運行信息，并實時刷新，并通過著色，顯示當前回路運行狀態，如下圖所示：
圖2
3.3 故障報警及事故追憶
在配電系統發生運行故障時，會及時發出聲光報警提示用戶及時響應故障回路，同時自動記錄事件發生的時間地點，以被用戶查詢，追憶故障原因，記錄如下圖所示：
圖3
圖中顯示現場回路產生分合位告警信息。
3.4 用戶權限管理
可根據用戶要求添加和刪除軟件的用戶數量和設置用戶的權限。針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現配電系統的安全，可靠運行。
3.5 運行負荷曲線
定時采集進線及重要回路電流負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況、實時顯示重要回路的諧波數據（2—31次諧波），以及查詢歷史諧波數據等。
圖4
由于開幕式當晚對配電系統安全性要求極高，因此，在重要回路部分采用現場發電，保證配電系統運行安全，穩定。圖4中，大紅色曲線表示由廣州市供電局供電功率趨勢曲線，紫色部分為現場發電機發電功率趨勢，綠色曲線表示當前總功率運行趨勢，通過實時趨勢曲線，可以幫助值班人員密切監視當前負荷運行狀況。
3.6 用數據庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數據庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
3.7 數據轉發功能
所有運行數據均通過以太網，由海心沙現場值班室通過104規約，傳輸至廣州市供電局調度中心，由市供電部門集中監視，統一運籌。
4 系統特點
系統的軟硬件全部模塊化，硬件全部智能化。軟硬件設計選擇工業級標準，可靠性非常高；整個系統的智能控制終端，遠程智能通訊控制器全部由16位微機組成，這種集散型控制系統速度快，實時性好，通訊可靠；智能控制終端自帶CPU，采集周期短，實時性強，系統冗余度高；各個子系統都是獨立工作，互不影響；并且和子系統都實現了模塊化，進一步提高了整個系統的安全及可靠性。
5 總結
本文介紹了廣州亞運會開閉幕式電力監控系統的總體結構以及實現功能。在系統投資運營以后，已經經過了亞運開閉幕式多次開幕式預演的考驗，并最終在亞運開閉幕式當晚成功發揮其功效。通過本系統對前幾次預演所得數據進行分析，得出了最合適的發電負荷量，既保證了供電的可靠性，又實現了成本的節約，響應了節約辦亞運的號召。
參考文獻：
[1] 任致程 周中. 電力電測數字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
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