交通枢纽电力监控系统

　　摘要：本文介绍南阳卧龙站综合交通枢纽电力监控系统，采用智能电力仪表、采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过光纤通讯并远传至后台，通过Acrel-2000型电力监控系统实现配电室配电回路用电的实时监控和管理。

　　关键词：交通枢纽;智能电力仪表;Acrel-2000;电力监控系统;

　　0概述

　　随着社会经济发展、生产自动化程度的提高、劳动力的解放和生活质量的改善，大量电能驱动设备投入到生产、生活中，人们对电力的依赖程度越来越高。供电的可靠性、连续性已经成为整个社会关心的重要问题之一。由于供电系统具有产生和消费同时发生的特殊性，对整个供电过程进行有效的监控，是保证供电可靠性和连续性的重要手段。

　　南阳卧龙站综合交通枢纽位于河南省南阳市，现场共有3个配电室。

　　本次项目主要涉及南阳卧龙站综合交通枢纽配电室内的网络多功能仪表、微机保护、直流屏等设备，监控主机位于地下1层的值班室。

　　1需求分析

　　为保证生产管理用电负荷的统计与分析及对危险源实时监控。需要对项目现场的配电室中进线及出线回路进行电压、电流、功率等参数进行实时在线监控。一旦监控点被监视参数异常，能够及时检测报警，有关人员采取必要的措施，避免安全事故的发生。自动抄表功能节省了人力物力，功率趋势曲线功能能够直观的显示各回路的工作状态与时间，方便用户找出非正常用电回路并且及时进行整改，建立电能多级计量体系提供用能分析依据。

　　2 系统方案

　　安科瑞Acrel-2000系统根据南阳卧龙站综合交通枢纽电力监控系统现场实际情况，整体网络结构采用屏蔽双绞线直接接至数据采集器然后通过光纤将数据上至配电室的监控主机，保障了电力监控系统传输的稳定性与实时性。

　　1）站控管理层

　　站控管理层针对电力监控系统的管理人员，是人机交互的直接窗口。在南阳卧龙站综合交通枢纽电力监控系统工程中主要指置于地下一层配电室的监控主机。

　　2）网络通讯层

　　通讯层主要是由采集器、以太网设备及总线网络组成。串口服务器主要功能是监测现场智能仪表；以太网设备及总线网络的主要功能是实现分站与主站之间的数据交互，使配电系统管理集中化、信息化、智能化，提高了配电系统的安全性、可靠性和稳定性，真正达到了无人值守的目的。

　　3）现场设备层

　　现场设备层是数据采集终端，主要由智能仪表组成，智能仪表通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器，经通讯服务器到达该配电间监控主机进行组网，实现远程控制。

　　系统结构图

　　3 系统功能

　　变电所实时监控系统图为主监控画面，主要实时监测变电所所有回路的运行状态，红色代表合闸，绿色代表分闸。在系统图中可以直观的看到每路进线和出线的运行参数和状态，可以看到变压器出线侧的所有常规电力参数，如：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度等。如下图所：

　　一次系统图

　　遥信和遥测报警功能，主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控，对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警，提醒值班人员及时处理。负载越限值在相应权限下可自由设置。

　　事件告警记录功能，主要完成对查询时间段内出现的报警信息事件记录以及发生时间，为值班人员提供依据并且分析事故发生的原因，如下图所示：

报警功能实时查询

　　参数抄表功能，主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询，具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询南阳卧龙站综合交通枢纽电力监控系统配电室进出线各低压回路的电参数，主要包括：三相电流、有功功率和有功电度。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示:

　　电参数抄表

　　用电量报表功能，可选择时间段进行查询，支持任意时间段电度累计查询，具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联，方便用户修改回路名称。如下图所示，用户可以直接打印报表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。 如下图所示：

　　电能报表

　　系统通讯结构示意图，主要显示系统的组网结构，系统采用分层分布式结构，同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常，绿色表示通讯故障。下图为变电所通讯状态示意图。

　　通讯结构示意图

　　4 结束语

　　在当今配电设施的应用中，项目的配电安全性至关重要，本文介绍的Acrel-2000电力监控系统在南阳卧龙站综合交通枢纽的应用，可以实现对配电室供配电回路用电的实时监控，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示配电室内各配电回路的运行状态，对负载越限具有弹出报警对话框、语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究，该系统运行安全、可靠、稳定，为商业广场项目解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的企业效益。

功能特点：
1) 交通枢纽电力监控系统采用 IEC 61850 与 Modbus 双协议并行通讯架构，实现跨品牌设备无缝集成。
2) 系统采样频率达 200 kHz，谐波分析分辨率至 63 次，满足电能质量 A 级监测标准。
3) 双冗余光纤环网组网，通讯链路故障切换时间 <20 ms，数据零丢失。
4) 内置国密 SM4 加密模块，传输数据符合网络安全等级保护 2.0 三级要求。
5) 支持 10 万条历史事件掉电存储，保存周期达 10 年，无电池依赖。
6) 具备故障录波功能，可自动触发记录故障前 5 周波、故障后 10 周波波形。

适用行业场景：
1) 交通枢纽电力监控系统适用于高铁站、机场航站楼、城市轨道交通换乘中心等大客流变配电场所。
2) 适用于大型综合管廊、数据中心、三级甲等医院等对供电连续性要求苛刻的建筑群。
3) 适用于含分布式光伏接入的微网配电系统，支持逆功率监测与防孤岛保护逻辑。

与其他产品对比：
| 对比维度 | 交通枢纽电力监控系统 | 传统工矿企业电力监控系统 |
|----------|------------------------|---------------------------|
| 协议支持 | IEC 61850 + Modbus 双协议 | 仅支持 Modbus，扩展性差 |
| 冗余切换 | 双光纤环网，切换<20ms | 单星型网络，故障断网 |
| 安全加密 | 国密 SM4 加密 | 无加密或明文传输 |
| 谐波分析 | 63 次谐波，A 级精度 | 一般 31 次，B 级 |
| 历史存储 | 10 万条，掉电 10 年 | 1 万条，掉电丢失 |
| 故障录波 | 支持 | 不支持 |

核心优势：
1) 双路冗余电源输入（AC 220V/DC 220V 自动切换），单路故障不影响系统运行。
2) 前端采集器支持热插拔，更换无需断电，平均恢复时间 <5 分钟。
3) 全链路数据刷新延迟 <100 ms，满足实时控制与保护联锁需求。
4) 单站最大可接入 4096 个智能终端，适用于超大规模枢纽扩建场景。

选型与使用注意事项：
1) RS485 总线单段长度不超过 1200 米，超长需加中继器；光纤传输距离可达 20 km。
2) 监控主机须配置 UPS，后备时间不低于 30 分钟，避免断电导致数据丢失。
3) 现场仪表屏蔽层需单点接地，避免地环流干扰通讯质量。
4) 采集器工作温度范围 -20 ℃~+60 ℃，相对湿度 ≤95%（无凝露）。
5) 数据存储建议采用固态硬盘，满足 7×24 小时连续写入可靠性要求。

常见问题解答：
1. 交通枢纽电力监控系统如何对接老旧设备？
系统内置 Modbus RTU/ASCII、DL/T645 协议转换网关，无需更换原有仪表即可接入。
2. 通讯中断后如何快速定位故障点？
监控主机自动生成拓扑诊断图，用颜色标识异常节点，并显示 IP 地址与物理位置。
3. 历史存储空间不足时怎么办？
支持循环覆盖存储，也可扩展 NAS 或云存储，保留周期可设 1 个月至 5 年。
4. 现场施工对通讯线缆有何要求？
推荐使用 120 Ω 屏蔽双绞线（STP），线径 ≥0.5 mm2；穿金属管时两端需可靠接地。