淺析國家圖書館電力監控系統的應用與管理

摘要：隨著科技的進步發展，國家圖書館建立了一套較為完善的電力監控系統，對每棟建筑物內的用電能耗均有監測、控制和分析管理。建筑物內的電能源相關數據通過通訊管理設備傳輸通訊信號至電力監控系統，系統對所收集到的電力數據進行統一分析處理，系統在將建筑內主要設備的用電數據統一進行收集和整理，并通過后臺設備進行分析和管理，最終實現電力系統的集中運作管理，能有效的實現電力后臺監控和用電設備電量分析，建立以數據為依據的用電消耗評價體系。

關鍵詞：電力監控系統用電能耗監控管理

隨著生產、生活和辦公質量以及效率的逐步提高，電力系統運行時的安全穩定和連續不間斷成為了電力工作者迫切需要解決的問題。針對國家圖書館建筑群的電力監控是將智能斷路器與變送器有效的結合在了一起，形成屬于國家圖書館的電力監控系統，管理人員可以通過系統提供的信息全面監控整個建筑群體的用電運行過程和設備用電消耗情況，實時掌握設備用電情況，按照用電標準分析管理設備用電情況，監控管理各棟建筑物設備用電異常情況，發現電力問題及時處理。電力監控系統可以對系統的電能質量及供電可靠性進行分析，實現快速報警響應，預防故障發生。

1國家圖書館南區電力監控系統

國家圖書館高壓配電室內安裝有變壓器、高壓開關柜、低壓開關柜、直流屏等配電設備，并設置有分區配電室及強電間，用于保障南區供電正常。國家圖書館電力引自市電，采用雙路10kV供電。雙路電源首先進入國家圖書南區總配電室內的高壓配電間，經過南區高壓開關柜接至南區變壓器室的變壓器內，將10kV電力降壓到380V后送到各個建筑物用電系統。

目前國家圖書館南區借助數字式電量儀或遠傳電表，依托通訊管理機根據建筑電能消耗情況，建立具有電能采集功能的電力監控系統，做到用電實時監管【1】。

1.1國家圖書館南區電力監控系統組成

國圖南區電力監控系統采用分層分布式三層結構，通過館內現有局域網絡，實現電力數據的傳輸及反饋。

系統軟件為服務器架構，管理人員根據不同權限可隨時隨地通過大部分主流瀏覽器進行登錄，實時掌握建筑總體用電能耗情況以及預測報警等，通過系統反饋數據，幫助管理人員進一步管理好南區配電系統的運行。

1.1.1設備終端層

通過在配電系統設備末端加裝數據采集設備，進而對各建筑物用電能耗進行檢測。數據采集設備各自獨立運行，可自主完成設備電力數據采集和處理，并通過系統進行遠程控制，各設備出現問題不會影響其它設備的正常運行。

1.1.2網絡通訊層

系統通訊是通過相關通訊設備以及網絡聯絡，網絡通訊層起到承上啟下的作用，是重要的紐帶環節。

1.1.3系統管理層

系統通過以上層級把數據匯總到管理層，并通過處理后把最直觀的圖表展示給管理人員，以便于幫助管理人員配電系統運行狀態進行分析，管理人員亦可以通過不同瀏覽界面監控配電系統，并查看各建筑物用電情況【2】。

1.2國家圖書館南區電力監控系統范圍

1.2.1電力參數采集

n 1.2.1.1低壓電力參數采集

低壓配電間、各分區配電間內每個低壓開關柜、配電柜上安裝有PMAC625－Z型數字式電量儀，經通訊管理機接入同一局域網，實現電力監控數據（三相電壓和電流以及電能等）的上傳。

n 1.2.1.2高壓電力參數采集

高壓配電間內每個高壓開關柜安裝有PM9806型諧波型數字式電量儀，經通訊管理機接入同一局域網，除常規電力參數外，同時可以實現配電控制母線電壓、浮充電壓、充電電流、故障信號等數據的上傳。

n 1.2.1.3開關柜狀態監測

南區總配電室及分區配電室內設置的高、低壓配電開關柜，分別從斷路器下口引出220V?交流電，通過DAM開關狀態監測模塊轉為RS485信號輸出至通訊管理機，經通訊管理機接入同一局域網，實現分合閘狀態的監測。

n 1.2.1.4溫度監測

南區各高壓、低壓開關柜的總閘、分閘分別加裝無線測溫傳感器，通過數據采集主機接至通訊管理機，經通訊管理機接入同一局域網，實現監測設備溫度數據的實時監控。

1.2.2變壓器運行監測

n 1.2.2.1變壓器運行狀態監測

南區總配電室設有干式變壓器6座，各自通過低壓開關柜進行控制。

n 1.2.2.2變壓器溫度監測

南區總配電室6座干式變壓器，各自獨立設置。在各變壓器內安裝有溫度傳感器，通過通訊管理機接入同一局域網，實現變壓器溫度數據的上傳。

1.2.3直流屏監測

南區總配電室的直流屏控制柜內具有直流屏服務器，通過RVS－2×1.0線纜，以“手拉手”的形式接成485總線，依托通訊管理機接入同一局域網，實現控制母線電壓、浮充電壓、充電電流、故障信號等參數的上傳。

1.2.4電能采集

電力監控系統通過支持RS－485通信的數字式電量儀，依托通訊管理機接入同一局域網，實現電力監控數據（三相電壓、三相電流、頻率、電能等）的上傳。通過匯集低壓電力參數采集和高壓電力參數采集兩個子系統實現電能監測，在通過對電表、記錄期限進行篩選、統計，以便于用電情況的監測。

1.3國家圖書館南區電力監控系統特點

國家圖書館電力監控系統可滿足管理、維護人員對于各建筑用電數據的采集、匯總、對比、分析、抄報，從而指導建筑節能。提供動態信息發布、多角度建筑總體節能數據實時監控、對比分析、節能計劃制訂與實施監督、設備管理等功能，達到節能管理的目的。

電量數據化：對設備用電量進行采集，數據展示清晰明了，使用電能耗以數據的形式明確的展示出來。

數據分析化：把用電量通過設備采集出來后，在通過后臺進行計算和分析，從而使管理人員能夠快速分析數據保障配電系統運行。

管理動態化：在系統顯示的電力能耗數據的基礎上，進一步實現預判，從而使管理人員能預測風險，加強能耗管理。

1.4國家圖書館南區電力監控系統功能

1.4.1電力監測

電力監控系統主要包括：系統總覽、網絡通訊管理、人機界面、遠程控制和操作記錄、歷史數據、報警及事件管理、系統管理、故障預測和擴展功能。

1.4.2實時數據

電力監控系統能通過配電系統末端的采集設備對用電情況進行分時、實時的采集，通過對各建筑物電氣設備采集出來的電流、電壓、功率等用電數據。采集的數據通過系統處理，采用復合式結構對數據進行提取和加載【3】。

1.4.3數據分析

電力監控系統提供數據的多維分析，實現數據的深度挖掘，按5分鐘、時、日、月、年、任意時間段以及不同的能源類別、不同分析對象（包括部門、建筑、區域等）來進行統計分析。

1.4.4用電診斷

電力監控系統能夠對用電數據進行異常診斷，找出電力管理中的能耗漏洞和管理漏洞。通過系統診斷結果，并結合圖書館實際運營特點，提出本月能耗資源消耗情況、能耗問題監測以及節能建議等，從而實現能源消耗的合理評價、能耗走勢的科學管理，為電力能源節約提供相對專業的技術支持，從而幫助單位減少碳排放。包括：用電量異常突增、夜間用電浪費等。

1.4.5用電報警

電力監控系統具有報警功能，系統能夠對配電系統運行過程中出現的各種報警事件進行顯示、存儲、查詢等功能；針對實時數據告警，發生故障后1秒內推出報警畫面，并能進行關聯數據分析，顯示歷史報警情況，同時能對故障位置進行定位。

2國家圖書館北區電力監控系統

國家圖書館北區高壓配電室內安裝有變壓器、高壓開關柜、低壓開關柜、模擬盤等配電設備，并設置有強電間用于保障北區供電正常。北區電力由南區高壓配電室供給，采用雙路10kV供電。

2.1國家圖書館北區電力監控系統組成

國家圖書館北區電力監控系統采用分層分布式網絡結構，是一套較為完整地配電系統監控系統。系統完全滿足遙測、遙信、遙控等功能。同時北區電力監控系統支持開放的網絡結構，可與第三方系統（如BAS、DCS等）實現無縫的互連。系統自下而上共分三層。

2.1.1現場層

現場層是指在電力監控系統中對電力參數進行測控的儀表等設備。根據北區供電要求及負荷性質具體要求，采用多功能表分別對高、低壓配電柜進出線進行監測。各監測設備就近安裝于電力開關柜內[4]。

2.1.2網絡層

網絡層是指電力監控系統中通訊所涉及到的鏈路（如RS485；光纖以太網、TCP/IP網絡）以及通訊轉換設備（如多串口通訊卡、串口服務器）等的總稱。網絡層這一部分是承上啟下和連接作用的環節。

北區通信底層鏈路支持Modbus通訊規約。通訊設備采用專為工業環境設計的串口服務器。串口服務器擴展監控機的串行接口，同時支持Modbus現場總線協議，使每個?RS-422/485?通道能連接多個智能電力設備。

通過串口服務器把低速串行信號轉換為高速以太網，將現場層的電力數據轉送入局域網內，方便系統統一管理。這種網絡結構組網靈活，可以根據現場層電力設備的分布進行方便快捷的分配。

2.1.3管理層

管理層是指電力監控系統中的指揮界面，負責管理圖書館北區的配電系統。通過對采集到的用電數據進行分析，并把處理好的數據以方便管理人員查看的形式顯示在系統的控制屏幕上，以便管理人員隨時隨地的查看配電系統運行狀態。同時，可以向其他系統轉發相關的電力數據。

2.2國家圖書館北區電力監控系統范圍

2.2.1配電室高壓部分

2.2.1.1高壓進線/母聯回路以及高壓饋線回路

配電設備反饋出來的實時數據，如：相電壓、線電壓、三相交流電流、有功功率、無功功率、功率因數以及頻率等可傳輸至系統。以及斷路器或隔離開關的分合狀態、接地位置、手車位置、故障信號等遠動通信數據亦可傳輸到系統。

2.2.1.2變壓器溫控儀

電力監控系統通過在變壓器安裝監測設備并通過智能借口接入?？杀O視A、B、C三相電壓的溫度，同時可以監測變壓器故障報警、故障跳閘、風機起停等狀態。

2.2.2配電室低壓部分

獲取的低壓進線/母聯回路、電容補償柜以及電容補償柜的實時數據參數，如：相電壓、線電壓、三相交流電流、有功功率、無功功率、功率因數以及頻率等可傳輸至系統。以及斷路器或隔離開關的分合狀態、故障信號等遠動通信數據亦可傳輸到系統。

2.3國家圖書館北區電力監控系統特點

2.3.1性能比高，功能全面

北區電力監控系統采用智能產品實現電力設備的監控和管理。通過先進的變配電自動化技術來實現遙測、遙信等功能。滿足北區電力系統的監控及電能質量的檢測和整治方面的要求【5】。

2.3.2功能齊全、安全可靠

北區電力監控系統采用的結構方便管理和維護，屬于分層分布式。系統對配電設備的運行情況能進行實時監控，同時數據亦能實時進行反饋，并及時、精準地對故障進行上報，能自行進行數據分類，并匯總數據繪制各種圖表，同時進行傳送、上報和存儲。

2.3.3組網靈活，通用性強

北區高低壓開關柜中均安裝有保護測控單元用于測量電力參數，并配置有RS485通訊接口，采用標準的Modbus-RTU通訊規約，同時系統支持開放的網絡結構，可與第三方系統實現無縫的互連。

2.3.4技術優越，反饋及時

北區電力監控系統能對配電設施運行情況進行及時反饋，如出現某個元器件損壞，不會影響整體系統運行，也不會引起整套系統誤動作。同時，系統能及時對配電設備出現的異?；蚬收线M行反饋，能及時準確地判斷故障點是否需要關閉或直接關閉故障設備，并能在監控屏設備上顯示出報警信息，以便管理人員進行后續處理。

2.4國家圖書館北區電力監控系統功能【6】

2.4.1數據采集

電力監控系統能實時采集配電設備的運行數據和配電設備的運行工況量，并對采集的所有數據和情況通過后臺系統進行處理分析和存儲。

2.4.2故障報警和記錄

電力監控系統能顯示系統出現的各故障點及故障原因，如：開關事故變位、遙測越限、保護動作或其他報警信號等。電力監控系統能及時準確出現報警提示，并在監控界面出現報警頁面，提醒管理人員設備存在故障隱患。同時系統一旦出現報警信息，必須經管理人員確認后手動操作方可復位，進一步加強監控管理以免管理人員由于失誤未發現報警信息產生嚴重損失，故障記錄會存儲在監控數據庫里方便查詢。

2.4.3系統管理及故障預測

電力監控系統通過數據分析和對關鍵回路的各項參數進行實時監控，來預測故障趨勢，以實現故障的及時修正和預判以及設備的運行工況。通過配電系統監控設備，設定被監控設備運行工況時運行的上下限，當設備超出或低于設定的上下限時，系統可發出報警信息，提醒管理人員進行處理。

2.4.4系統自診斷和恢復

電力監控系統能進行自自診斷和恢復，能進行在線診斷，當系統發生故障時，不會影響整體系統運行，也不會引起整套系統誤動作。

2.4.5系統擴展

電力監控系統具有功能擴展的能力，如需對配電設備進行升級或設備損壞進行更換時，只需對系統添加相應的硬件以及添加新的監控界面和監控計算機站點即可實現系統擴展。

3總結

國家圖書館南、北區電力監控系統能對建筑整體用電運行的現狀進行實時反饋，同時對未來用電運行的趨勢也能提供參考數據。這些年國圖的電力工作者一直從日常設備用電情況，以及借助電力監控系統來發現、分析、判斷設備運行問題，并通過對建筑樓體內不同功能區域的用電特點來進一步分析，從而建立起一套“數據采集?-?數據整理?-?數據分析處理?–運行狀況預判?-故障分析”的配電系統管理流程，成為一個逐漸提升建筑用電利用率的電力監控系統【7】。

參考文獻：

[1]王穎.特長隧道智能配電系統設計與應用［J］．城市道橋與防洪，2022（8）：232-237+29.

[2]張晨.電力后臺監測系統在配電室中的應用［J］．廣播電視信息，2016（287）：125-127.

[3]成健.電力監控系統在供配電設計中的應用分析[J］．設備管理與維修，2022（7）129-130.

[4]王誼.地鐵電力監控系統存在問題及解決對策[J］.科技創新與應用，2022（26）：129-132.

[5]吳曉新.電力調度中后臺監控系統的應用[J］.科技視界，2017：95+49.

[6]傅磊.電力調度中后臺監控系統的應用[J］.河南科技，2014（6）：164.

[7]苗艷.電力調度中后臺監控系統的應用探析[J］.科技傳播，2014（10）：182-183.

作者簡介：劉婧怡（1990—??），女，漢族，北京人，碩士研究生，工程師，研究方向：暖通系統、集中空調通風系統、電氣系統等。