3.9.1 设计原则与拓朴结构

配变电所计算机监控系统的方案选择与设计，应根据建筑物的性质、特点及业主和电力系统的条件，经技术经济比较后确定。变配电所计算机监控系统的拓朴结构一般宜采用分散、分层、分布式结构，按间隔单元划分。整个系统分为如下三层：现场监控层(间隔层)、网络管理层(通信层或中间层)及主站层(系统管理层)。

1 现场监控层(间隔层)

1) 现场监控层宜采用分散分布式结构，按供配电系统一次设备间隔单元化设计，分布式处理。各间隔单元相互独立，不依赖计算机，以增强系统的可靠性。

2〕现场监控层的主要设备由多功能继电保护装置、多功能电力网络仪表及开关量、模拟量采集模块、断电器输出模块等组成。这此装置和模块宜一次设备对应分散式配置，就地安装在开关柜内。上述设置均带有网络通信RS485接口，通过Modbus现场总线相关设备连接起来，上传至通信网络层，完成保护、控制、监测和通信等功能，同时还应具有动态实时显示（如开关状态、运行参数、保护定值）以用故障信息和事故记录等功能。

各监控单元可以不依赖网络而独立完成对监控对象(一次设备的保护)的测量及实时进行监控。

2 网络管理层 (通信层或称中间层)

1) 网络管理层位于系统管理层(站控层)与现场监控层之间，它的主要任务是完成现场监控层和网络管理层之间的网络连接、转换和数据、命令的传输与交换，通过以太网可以实现与安全防范系统(SAS)、建筑设备监控系统(BAS)和火灾自动报警系统(FAS)等自动化系统的网络通信，以达到信息资源共享。

2) 网络管理的主要设备组成，由于各厂家网络系统的不同，设备设置也有差异，一般采用现场管理机，对现场监控层的各测控单元模块的数据采集上传绐站控层主机，井对现场各采集单元进行管理和调试；或设置网络服务器、以太网交换机、通讯处理器等将网络升级为以太网。

3 系统管理层(站控层)

1) 系统管理层(站控层)位于控制室或值班室内、宜配置高性能工业控制计算机、显示器、打印机、UPS不间断电源、报音箱、GPS对时机构及动态模拟屏等。

2) 安装在工业计算机内的控制软件，将中间层传来的现场设备的数据，通过人机界面的方式显示绐用户，通过处理发送命令绐现场控制层设备，完成相应的操作(如跳闸、合闸、报警等)和整定设置。

3.9.2 配变电所电力监控系统的基本功能要求

1 数据采集与处理功能

1) 数据采集与处理是供配电系统安全监视和控制的基础，监控系统可实时采集电气设备的模拟量(电流、电压、电度、频率、温度等)和开关量(断路器及隔离开关位置信号、继电保护及自动装置信号、设备运行状态信号等)。

2 操作控制功能

1) 在系统管理层，操作人员可通过总站监控主机，对受控对象进行操作控制。

2) 在网络管理层，操作人员可通过监控子站主机对配电子系统内的受控对象迸行操作控制。

3) 在现场监控层可通过就地控制按钮进行操作控制。对上述三层操作控制，对受控对象而言，三种控制方式在同一时刻，只有一种有效。

3 全中文界面操作显示功能：CAD图形显示高、低压变配电系统电气主接线图，具有画面浏览及大画面怏速操作导航图，实现动态刷新显示、模拟量和开关量显示、连续记录显示、事故顺序记录显示以及电力品质分析等功能。

4 电能成本管理：自动进行小时、日、月、年的电能统计，可进行峰、谷、平时段设定，实现具有电能分时计费的小时、日、月、年报表并同时完成的功能。

5 故障追忆及分析功能：在配电系统发生故障后、系统自动记录发生前、后的相关参数数据，自动弹出故障智能分析报告(包括：故障跳闸的原因、性质、地点及发生时间)，事故后可从计算矶中调出，便于分析事故原因。

6 时间顺序记录功能：自动记录断路器及继电器保护信号的动作先后顺序，其SOE分辨率≤2ms。

7 历史事件查询和报警处理功能：可任意查询历史事件；对模拟量越限和开关量状态变位及时报警，报警分为一般报警和事故报警。

8 运行报表、负荷曲线自动生成功能：系统能够自动生成各类运行报表、按用户要求和方式编制值班记录、交接班记录、继电保护定值表、设备检修记录表、运行人员值班表等。

9 数据库的建立与查询功能：微机监控系统将实时采集来自各分变配电所的各种信息，经过处理后形成标准的数据库, 并实时更新数据库。

10 在线维护功能：各类画面、报表的在线编辑，实现数据库部分内容的在线修改。

11 系统具有网络扩展功能。

3.9.3 对6~10kV供配电系统的监控功能

1 10（6）kV主进线的保护系统；

1）三段式定时限低电压闭锁过流保护；

2）反时限过流保护；

3）前加速、后加速及手合加速；

4）三相重合闸保护；

5）分布式低周减载保护；

6）零序过流保护；

7）过负荷保护；

8）零式电压超限报警；

9）零式方向接地选线保护。

2 变压器的保护系统：

1）三段式定时限过流保护；

2）反时限过流保护；

3）边负荷保护；

4）不平衡电流保护；

5）低压侧中性线反时限过流保护；

6）低电压保护；

7）非电量保护（如温度、瓦斯保护等）；

8）零序方向接地选线保护。

3 母线联络开关保护系统：

1）负荷电压闭锁过流保护；

2）反时限过流保护；

3）合闸后加速保护；

4）自产零序电流保护；

5）母线充电保护。

4 测量及计算功能系统：

1）电流：测量精度不低于0.2级；

2）电压：测量精度不低于0.2级；

3）频率：测量精度不低于0.02级；

4）功率：P、Q、cosΦ；

5）电能：有功电度、无功电度；

6）谐波分量；

7）电流互感器三相接法也可以两相接法。

5 控制功能系统：

1）开关量输入信号不少于8路；

2）继电器输出信号不少于8路；

3）脉冲累加信号不少于2路；

4〕断路器遥控分合2路；

5）遥控事件记录及事件为标准操作环境(SOE)；

6）通信接口RS485或LONWORKS现场总线；

7）两种可切换的对时方式；

8）实现备用自投:

9）PT自动切换；

10) 控制连锁、防越级跳闸、断路器失灵保护及柜内温度自动控制等。

6 监视功能系统：

1）断路器、接地刀闸、隔离刀闸状态和手车正常，手车试验位置；

2）弹簧操作机构储能状态；

3）PT、CT断线报警；

4）控制电源的失电报警；

5）合闸、跳闸回路断线报警；

6）装置自检功能；

7）温度、瓦斯超限报警。

3.9.4 对变压器低压侧的监控功能

1 进线柜、联络柜及框架开关馈出回路监测其三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等。其他非重要小负荷的回路只测其电流。

2 无功补偿柜监测其三相电流及接触器的通断信号。

3 所有断路器运行、故障及脱扣器状态信号。

4 变压器的温度监测及超温报警。

3.9.5 对直流屏的监测功能

1 交流电源电压及电源电流。

2 直流合闸电源电压及电流。

3 直流控制电源电压及电流。

4 充电机运行状态及故障报警信号。

3.9.6 对应急发电机的监测功能

1 发电机已自带微机控制系统时，应能与其联网。

2 应急配电系统的进线、馈出回路，监测其三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等。

3 应急配电系统所有断路器的运行、故障、脱扣器的状态信号。

3.9.7 对低压配电系统的监控功能

1 操作控制功能：0.4kV低压配电系统中，配置电动操作机构的进线、联绝断路器和部分框架式馈出断路器，系统应提供遥控或自动控制分/合闸功能。为了进一步提高配电系统的可靠性，控制软件还应设联锁环节，对装有分励线的断路器监控系统，应能远程自动进行操作。

2 故障紧急处理功能：当低压配电系统电源进线失电时，监控系统应能进行故障的自动应急处理。

1）双路供电时，若有一路进线失电或高压开关跳闸，经延时设定的时间后，系统自动转换成单路供电。此时如果该路变压器超负荷，变配电计算机监控系统自动按事先设定的负荷重要性顺序，从最不重要的负荷开始每隔固定的时间(可按要求设定或更改)逐一断开一路负载，直至变压器不超负荷,从而保证了对重要用户的连续供电。

2) 单路供电时，若这一路的进线失电，经延时设定的时间后，系统将自动断开该路的进线断路器，然后将另一路进线断路器自动接通，保证供电的连续性。

3) 市电全部失电时，经延时设定的时间后两路进线断路器自动断开，同时向应急发电机系统发出启动命令。当柴油发电机应急电源系统完成启动并转人正常运行时，自动接通该系统进线断路器，此时如果应急发电机超负荷，变配电计算机系统仍可自动按事先设定的负荷重要性顺序从最不重要的负荷开始每隔固定的时间(可按要求设定或更改)逐一断开一路负载，直至发电机不超负荷，从而保证了对重要用户的连续可靠供电。

3 其它控制功能

1）无功补偿的自动控制。

2）火灾时非消防负荷电源的自动断电控制接口。

3）公共照明或路灯预设时间控制或照度自动控制显示功能。

4）两台或多台太容量电动机的启动错峰控制。

5）自动记录设备的运行时间，并超过设定时间时报警，避免盲目停电维修，提高设备的运行效率和使用寿命。

6) 计算机监控系统宜选用智能型断路器。

3.9.8 电能质量的监测功能

1 对需要进行高性能电能质量监控的回路

1）稳态参数测量：三相电压、单相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、2~31次的各次谐波含有率等电参数。其中电压、电流的测量精度为0.04%，电能和功率等参数的测量精度是0.2%。

2) 态过程监测：电压、电流<2μs的瞬变(如：电压升、电压中断、电压波动、雷电波、放电、浪涌电流咖动电流等)；监测电压凹陷、电压不平衡度、频率变化、电压和电流的总谐波含有率以及2~255次的各次谐波含有率、谐波功率。

3) 自适应波形捕捉：在出现超限或满足其它预设的条件时，电能质量监测单元一方面自动报警，同时自动记录从故障发生前开始直到预先设定的周期数结束的电压和电流的瞬态波形。电流电压采样频率不低于5MHz，应能精确的捕捉至<2μs的电压、电流突变波形。

2 对需进行通用电能质量监测的回路

1) 稳态参数：三相电压、单相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、2-63次的各次谐波含量等电参数。其中电压、电流的测精度为0.1%，电能和功率等参数的测量精度是0.5%。

2) 态过程监测：电压凹陷、电压不平衡度、频率变化、电压和电流的总谐波含量以及2~31次的各次谐波含量等。

3) 稳态波形捕捉：根据预设的条件或前端机发出的指令，通用电能质检测单元可捕捉预先设定的周期数或时间长度的电压/电流的稳态波形。其采样频度为每周波128个采样点。

4）所有的测量的结果通过M0DBUS-RTU工业控制现场现场总线实时传送给前端机。在积累了一定时间的电能质量数据后，可以据以采取治理谐波污染的相应措施，从而既可以改善供电的质量，又可以减少谐波造成的损耗，实现节能，还可以降低谙波对变压器、电容器等设备的损害，延长设备的使用寿命。

3.9.9 管理功能

监控站的计算机监控系统应能实时监控整个配变电系统的运行，并对其运行参数、故障、时间及操作圭己录等进行管理、存档及分析。

1 监控计算机的显示器以图形界面的方式实时显示所有断路器的状态。断路器接通时图标为接通状态，且显示红色；正常分断时图标为分断状态，且显示绿色；出现短路或过载脱扣等故障时，图标为分断状态且显示黄色，同时有声音报警和文字提示。同时，在监控计算机图形界面的相应位置显示出配电系统运行参数的实时值和累计电度值等其它需要显示的信息。

2 监控计算机中建有数据库，按设定的时间间隔自动采集并存储所有的运行参数，并将配电系统的操作记录如操作时间、操作内容、故障发生和排除时间等，也自动记录存档。故障记录可实时打印，也可以事后打印和凋阅，以便值班人员及时了解和分析处理事故。

3 监控计算机根据数据库中存储的数据可以自动生成日负荷表、代表日负荷表及年度报表等报表。这些报表可以在屏幕上随时调阅也可以打印输出；除了用报表的形式，监控计算机还可以用曲线的形式显示在所要求的时间段内的电压、电流以及负荷等参数的历史曲线，当然这些曲线也可以打印输出。

4 当配电系统中出现故障报警时，除有声音报警外，正在工作的显示器画面会自动切换到与故障相关的画面，并弹出事件报警窗口提示发生了什么故障。运行值班人员了解了所发生的故障后，用鼠标点击“报警复位”按钮图标使声音报警停止，并及时通知维护人员处理故障。断路器的放障状态图标只有在故障消除后才会消失。

5 监控站内操作人员桉职责设置不同等级的操作权限：系统工程师为最高权限人，有权进行断路器的远程操作，根据系统需要进行运行/保护参数的远程设置和修改、联锁关系的修改，还可以调阅和打印报表或曲线；值班电工有进行断路器远程操作、凋阅和打印报表或曲线的权限。其他人员无权进行任何操作。

3.9.10 计算机监控系统对配变电所网络监控仪表的选型要求

1 网络电力仪表是变配电所监控系统现场监控层的主要末端设备，是针对电力系统而设计的监控装置，是一种应用于可编程测量、显示、数字通信和多种输出功能于一体的智能化电力仪表；以利监控系统对配电变电所网络参数的实时采样，经过运算处理后能实现对电网中的各项参数的高精度的测量和显示。

2 通过对电网中的电压、电流回路的交流采样，经过运算处理后应能实现对电网中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和电能的高精度的测量和显示。同时还可以具有多种功能模块，如通讯模块、开关量模块、摸拟量模块等。

3 应具有数字通信接口，(如RS485数字接口）, 以实现网络的保护、遥测、通信、遥控、遥调等多种通信功能，且应具有多路脉冲量及模拟量输出，便于实现本地和远程的开关信号检测和控制功能，可实现保护、遥测、通信、遥控、遥凋等多种功能。

4 微机型综合继保装置应具有以下功能:

1）保护功能：过流、速断、单相接地、零序电流、中性点接地过流、过负荷、负序过流（不平衡电流保护）、过/欠电压、重合闸、温度保护等。

2）控制功能：分/合闸控制，重合闸控制报警和信号输出等。

3）测量功能：电流、电压、功率、电能、频率、功率因数、谐波含量等。

4) 监视功能: 有LED屏幕显示测量数据和设备状态。

5) 通信功能: 应具有多个开关量输入和输出标准接口。

5 网络监控仪表的选择应符合如下原则:

1) 先进性：应技术先进、性能优良、功能完善。可根据具体工程规模的大小和智能化程度的不同，配置不同的监控仪表。

2) 实用性: 应结合项目的常规管理摸式的升级和采用新技术的可行性、实用性要求，配置不同的监控仪表。

3) 灵活性: 应考虑产品升级、更换元器件、方便维修、备件采购及系统集成等因素。

4) 可靠性: 产品功能齐全、品质优良、性能可靠、稳定性好、适应运行环境要求。

5) 通用性: 符合通用标准，参数、接口、规约等应符合开放式标准化国际通用标准。

6) 经济性: 应结合工程实际，经技术经济比较确定初懒案，得到业主的认可后确定。

3.9.11 监控系统网络组成的一般原则

1 应根据用户供配电系统的不同要求和特点及规模等不同因素，采用不同的网络形式。以达到经济、适用、安全、可靠的目的。

2 当只有一个变电所且要求不高的小型供配电系统，宜采用单机系统，可以直接采用双绞线（即现场的Modbus总线），将现场的全部设备连接起来，再通过一个RS485/232接口转换器，直接与监控主机连接完成与主机的交换。

3 对于较大用户的供配电系统，宜采用分散分层网络，将现场的所有智能设备接入现场Modbus总线，再将总线通过网关（或网络服务器）转换成以太网与监控主机连接。并通过以太网可以和其它系统如BAS、FAS、SAS等系统连接进行网络通信，以实现信息资源共享。

4 对大型工程且要求较高的供配电系统应进行方案比较、论证，可以采用星形网络或环形网络。

5 监控系统的设计应技术先进、经济实用、通用灵活、安全可靠，符合国家规范要求。