CN110647118A - 一种面向高性能计算机的配电监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，系统包括管理层、监控层和现场层；管理层至少包括中心数据服务器、实时数据服务器、工程师操作站、若干台操作员站以及以太网的网络组件，监控层用于连接管理层的网络，监控层至少包括区域控制器、ACUPS子系统、报警子系统、温度感知子系统以及冷却子系统，现场层包括用于通过现场总线控制网络连接监控层的监控模块以及用于连接监控模块的前端采集模块，前端采集模块至少包括智能数字化仪表、IO采集单元、智能采集卡、漏电监测单元、漏电CT、绝缘检测单元和温度传感器。本发明结构紧凑，一体化集成度高，可扩展性好，数据针对性强，可靠性好，综合管理程度高，运行安全有保障，维护方便。

Description

一种面向高性能计算机的配电监测管理系统

技术领域

本发明涉及电气设备及电气工程领域，尤其涉及一种面向高性能计算机的配电监测管理系统。

背景技术

高性能计算机供电系统容量大，密度高，设备有变压器、交直流配电柜、ACUPS、HVDC、大量线缆等，分为主机供电、冷却空调供电、外围供电等分系统，电源规格有市电交流、UPS交流、直流等，配电系统运行功耗高，产生大量热量，为提高供电系统安全运行系数，保证高性能计算机稳定运行，设计一套针对机房大规模供电的集中监控系统，实时反映各供电设备运行状态很有必要。

例如公开号为CN108333972A的专利文献公开了“一种配电柜智能监测系统和配电柜”，包括：故障检测模块和智能消防模块；智能消防模块包括关键点温度检测模块和消防控制模块；故障检测模块用于检测配电柜内各个回路的电路故障信息；关键点温度检测模块用于检测配电柜内的关键点的温度，关键点包括开关位置点或接线点；消防控制模块用于在关键点的温度达到预设值时，执行消防动作。可以对配电柜内环境进行严格管控，避免损坏设备甚至发生火灾事故。

又如公开号为CN106849366A 的专利文献公开了“一种配电柜智能监测管理系统，包括供电模块、主控模块、环境数据采集模块、电参数采集模块、温湿度调节模块、存储模块、显示报警模块、开关动作模块、无线通信模块，其中环境数据采集模块、电参数采集模块用来采集配电箱内部的温度、湿度数据、母线以及各个分支线上的电流电压信号送入主控模块处理，并对温湿度调节模块、显示报警模块、开关动作模块发出相应指令信号，此外系统还能够和远程控制中心实时进行信息传输。可以实时的监测配电柜中环境及电参数信息，同时能够根据需要自动控制内部的环境温湿度以及对电路实施断连，避免造成了元件和外部设备的损坏，控制智能灵活，具有较广泛的应用前景。

但是以上的系统的综合管理程度不高，针对性不强，且无法准确掌握电缆的绝缘漏电情况，系统可靠性有待提高，安全预警能力以及可扩展性同样有待提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种面向高性能计算机的配电监测管理系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，系统包括管理层、监控层和现场层；所述管理层至少包括中心数据服务器、实时数据服务器、工程师操作站、若干台操作员站以及以太网的网络组件，所述监控层用于向上连接所述管理层的网络，所述监控层至少包括区域控制器、ACUPS子系统、报警子系统、温度感知子系统以及冷却子系统，所述现场层包括用于通过现场总线控制网络向上连接所述监控层的监控模块以及用于向上连接所述监控模块的前端采集模块，所述前端采集模块至少包括智能数字化仪表、IO采集单元、智能采集卡、漏电监测单元、漏电CT、绝缘检测单元和温度传感器。

作为本发明的优选，与所述温度感知子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器、交流柜温度监控模块、直流柜温度监控模块以及电缆温度监控模块；

与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块安装于变压器三相铁芯处；

与所述交流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于交流柜的进、馈线回路；

与所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于直流柜的进、馈线回路；

与所述电缆温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于电缆密集处、电缆远离空调部位以及电缆竖井内的电缆上。

作为本发明的优选，与所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块为温度传感器，所述温度传感器贴装于交流柜和直流柜内断路器的进、出线母排上。

作为本发明的优选，所述温度传感器通过“1-WIRE”总线连接所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块。

作为本发明的优选，所述温度传感器通过绝缘夹限位固定于相应断路器的进、出线母排上，所述绝缘夹开设有用于与所述温度传感器卡合装配的开口凹槽和贯穿所述绝缘夹用于供紧固件穿过与进、出线母排连接的紧固孔。

作为本发明的优选，与所述报警子系统连接的所述监控模块连接有所述绝缘检测单元，所述绝缘检测单元利用电桥平衡法通过获取断路器正母线和负母线的对地电压偏差值来衡量母线对地绝缘状况。

作为本发明的优选，所述中心数据服务器用于数据采集管理与分析、历史数据管理、IO服务、报警、事件管理、登陆及权限验证以及提供WEB服务。

作为本发明的优选，与所述冷却子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器，与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块为温度传感器并安装于变压器三相铁芯处，所述冷却子系统用于根据温度传感器采集上传的变压器三相铁芯处的温度和预设的报警及跳闸温度阈值，控制风机和/或总断路器。

作为本发明的优选，所述管理层网络为总线型网络拓扑结构；所述监控层通过TCP/IP协议与所述管理层通信。

作为本发明的优选，所述监控模块通过RS485总线控制网络向上连接所述监控层。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：分层递阶式的建设配电监管平台，结构紧凑，一体化集成度高，可扩展性好，数据针对性强，可靠性好，综合管理程度高，运行安全有保障，维护方便；

具体地，集成了从变压器、交流配电柜到电缆、直流配电柜等全范围内设备设施的温度感知子系统，通过特有的配电柜内母排贴装方法，布置大量温度传感器，安装可靠性好，获取的数据更有代表性，有利于实时掌握运行设备温升情况，及时发现并准确高效的定位事故隐患，有力提升配电运行安全系数；

设置漏电监测单元、漏电CT、绝缘检测单元，有利于管理层依据其采集的数据及早预警，实现对规模大、密集度高的电缆绝缘漏电情况的实时掌握，为供电系统的可靠安全运行提供了重要技术保障；

利用智能数字化仪表、IO采集单元、智能采集卡，有利于管理层根据管理对象（如机房）的运行特点监测电量参数、非电量参数以及谐波含量、功率因数，控制电源质量，提高设备运行的安全裕度，实现对运行设备安全的预警、报警，及时发现、定位事故隐患，将其应用于高性能计算机，可对高性能计算机进行全系统的能耗分析，有助于提高系统的绿色指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为本发明实施例1提供的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统框图；

图2为本发明实施例2提供的一具体实施方式下温度感知子系统与其监控模块和现场采集模块的架构示意图；

图3为本发明实施例2提供的温度传感器贴装示意图；

图4为本发明实施例2提供的直流绝缘监测原理图；

图5为本发明实施例2提供的一具体实施方式下中心数据服务器架构框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，用于对直流配电柜、外围配电柜、变压器、交流配电柜、ACUPS、电缆等用电设备设施的电力及温度参数进行实时采集，并对采集的数据进行相应的处理和存储，实现全方位集成化的运行监控。

本实施例的系统采用网络化层次结构，包括管理层、监控层和现场层；各层、层内各部分以数据服务器、区域控制器、智能控制器等为核心，以数据交换机为纽带，以网络为神经构建紧密联系，形成了分层递阶式的监测管理系统；

具体地，所述管理层至少包括中心数据服务器、实时数据服务器、工程师操作站、若干台操作员站以及以太网的网络组件，以太网的网络组件包括交换机、集线器等；

中心数据服务器以组态软件为建设平台，内嵌高速数据库，负责对监控层上传数据的实时显示和历史储存，通过OPC等方法和其它数据源进行交互，主要功能有负责数据存储、处理、显示等；实时数据服务器主要负责采集数据、产生报警和历史数据等；工程师操作站方便工程师用于软件开发、工程调试以及维护诊断等用途，主要借助计算机实现；操作员站用于提供操作、监视、报警趋势曲线显示、打印等功能，主要借助计算机实现。

监控层设置有若干个相对独立的监控子系统，各监控子系统完成本系统日常的运行监控，并向上连接到管理层网络以实现系统的一体化集成；

具体地，所述监控层至少包括区域控制器、ACUPS子系统、报警子系统、温度感知子系统以及冷却子系统；

其中，区域控制器用于对区域内的配电设备进行集中监控，可直接对采集来的数据进行处理，并上传至中心数据服务器；

ACUPS子系统用于对ACUPS进行集中监控，数据处理及存储；

报警子系统用于对报警参量的管理，例如进行阈值配置、报警约束等，还用于报警信息存储，以及以声/光形式提示值班人员；

温度感知子系统用于对高性能计算机配电系统中变压器温度、交直流配电柜内断路器接线母排温度、大量交直流电缆温度等集中监测，实时掌握配电系统内设备运行温度情况；

冷却子系统用于对高性能计算机系统配置的冷水机组、水泵、冷却塔等冷却设备配电进行区域集中监控，可现场进行警告、曲线显示等功能，并将实时数据传输到中心服务器。

所述现场层包括用于通过现场总线控制网络向上连接所述监控层的监控模块以及用于向上连接所述监控模块的前端采集模块，监控模块实现对具体设备、环境的监控，对于分布在不同位置的配电设备和温度监控测点，采用在设备和温度监控测点附近就地安装监控模块进行数据采集及控制，各监控模块采用RS485总线接入就近的区域控制器，需要强调的是，并不是所有的被监测设备都需要配备监控模块，例如工程中分布的智能设备（如ACUPS）就可以采用自身所带的智能口接入就近的区域控制器，快速实现数据的向上传输；

所述前端采集模块至少包括智能数字化仪表、IO采集单元、智能采集卡、漏电监测单元、漏电CT、绝缘检测单元和温度传感器。主要功能是完成对配电柜电压、电流、开关状态、功率、谐波、漏电流等电力遥测量、遥信量，各柜（组）配电进线及配出线的温度、绝缘情况进行实时采集和数字转换，优选按照统一的485串行通讯接口规范实施传输。例如，交流柜内设置漏电CT，用于检测设备运行漏电流大小，然后实时上传至区域控制器及后台，直流柜内设置绝缘检测单元，通过监测正负极分别对地电压实现绝缘情况的掌握。

综上，本实施例分层递阶式的建设配电监管平台，能够根据机房运行特点来监测电量参数、非电量参数以及谐波含量、功率因数，从而控制电源质量，提高设备运行的安全裕度，实现对运行设备安全的预警、报警，能够及时发现、定位事故隐患；能够实现对规模大、密集度高的电缆绝缘漏电情况的实时掌握，为供电系统的可靠安全运行提供了重要技术保障；能够实现对高性能计算机进行全系统的能耗分析，有助于提高系统的绿色指标，系统整体分布清晰，维护方便，结构紧凑，一体化集成度高，可扩展性好，所采集的数据针对性强，可靠性好，对高性能计算机的综合管理程度高，运行安全有保障。

实施例2

本实施例与之前实施例的区别在于，本实施例的温度感知子系统的温度监测对象包括变压器三相铁芯，交流配电柜进、馈线回路，电缆密集区、电缆远离空调部位及其电缆竖井内电缆上，直流配电柜内各回路等全范围内设备设施，通过特有的贴装方法，对配电柜内母排处安装温度传感器，实时掌握有关运行设备温升情况，及时发现、定位事故隐患，特别地，将变压器处温度报警及跳闸信号通过专线接入上一级继电保护系统，在设备安全的前提下配置报警及跳闸信号的温度阈值，以便提早启动风机降温，并在变压器超高温后及时切断次总断路器。

具体地，如图2所示，与所述温度感知子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器（图中简称变压器温控器）、交流柜温度监控模块、直流柜温度监控模块以及电缆温度监控模块；温度感知子系统包括后台服务器和串口服务器；

与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块安装于变压器三相铁芯处；

与所述交流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于交流柜的进、馈线回路；

与所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于直流柜的进、馈线回路；

与所述电缆温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于电缆密集处、电缆远离空调部位以及电缆竖井内的电缆上。

作为优选，与所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块为温度传感器，所述温度传感器贴装于交流柜和直流柜内断路器的进、出线母排上，即，与所述交流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块为温度传感器，与所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块也为温度传感器，这两个温度传感器是两个相互独立的器件，分别设于交流柜内和直流柜内。经过多次试验证明，断路器进、出线母排是日常出现安全隐患最高的部位，因此将温度传感器贴装在断路器的进、出线母排，能够实时准确地反映柜内重点部位的温度，尽早发现隐患，提高运行安全系数，需要注意的是，优选温度传感器在更靠近于进、出线母排与线缆连接处进行贴装，以便获取可靠性高的温度数据，代表性更强。

所述温度传感器通过“1-WIRE”总线连接所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块，即交流配电柜内断路器进、出线母排上贴装的温度传感器通过“1-WIRE”总线连接附近的交流柜温度监控模块，直流配电柜内断路器进、出线母排上贴装的温度传感器通过“1-WIRE”总线连接附近的直流柜温度监控模块。“1-WIRE”总线是一个简单的信号传输电路，可通过一根共用的数据线实现主控制器与一个或一个以上从器件之间的半双工双向通信，具有节省I/O资源，结构简单，成本低廉，便于总线扩展维护等优良特性，尤其适用于本实施例的系统中。

作为优选，设置温度传感器根据预先配置的通信地址向监测模块传输温度数据，建立通信地址映射表保存到温度感知子系统的后台服务器中，所述通信地址映射表用于链接温度传感器的通信地址和物理地址。

具体地，温度传感器安装后，会进行通信地址配置，然后会建立通信地址映射表将温度传感器的通信地址与物理地址链接起来，通信地址映射表中包含通信地址对应的温度传感器的物理地址，甚至还可以包含通信地址对应的温度传感器所在的位置具体为进线还是出线，是正极还是负极，是哪个编号的断路器，是哪个直流配电柜等等信息；有利于后续温度感知子系统以通信地址和通信地址映射表作为区分温度传感器具体安装在哪个母排的依据，使得即使大规模安装温度传感器，温度传感器在系统中也具有唯一性，能够帮助温度感知子系统方便快速准确的故障定位。

作为优选，如图3所示，所述温度传感器通过绝缘夹限位固定于相应断路器的进、出线母排上，所述绝缘夹开设有用于与所述温度传感器卡合装配的开口凹槽和贯穿所述绝缘夹用于供紧固件穿过与进、出线母排连接的紧固孔。绝缘夹的上述设计，能够充分将温度传感器贴合的与母排安装，减少震动的影响，安装亦十分便利，温度传感器与母排紧密接触后，有利于近距离高精度的测量母排的温度变化。

由于直流供配电系统是无中性点的不接地系统，发生单极接地并不会立即引起危害，但不允许直流系统单极接地长时间工作，当发生直流接地或直流对地绝缘性能降低的情况，有必要将其检测出来，并发出报警信号，通知工作人员尽快消除接地故障，防止两点接地的严重灾害；故而，作为优选，与所述报警子系统连接的所述监控模块连接有所述绝缘检测单元，所述绝缘检测单元利用电桥平衡法通过获取断路器正母线和负母线的对地电压偏差值来衡量母线对地绝缘状况。

具体一实施方式下的绝缘检测原理图如图4所示：

包括平衡桥1和平衡桥2，用于获取断路器正母线和负母线的对地电压偏差值来衡量母线对地绝缘状况；还设置光电隔离器，用于隔离一次强电与通信，避免监控模块受到干扰或者损坏；综上的绝缘监测方法简单且有效，值得强调的是，由于直流配电柜内各断路器进出线均是一对一关系，进行母线直流绝缘检测过程中不需要对分支小母线进行故障定位，因此减少了绝缘检测单元的配备需求，降低了直流绝缘监测的难度。

此外，优选绝缘检测单元与监控模块之间连接继电器，有利于方便控制绝缘检测单元的投入和退出运行。

作为优选，所述中心数据服务器用于数据采集管理与分析、历史数据管理、IO服务、报警、事件管理、登陆及权限验证以及提供WEB服务等，一具体实施方式下，架设框图如图5所示。能够统一管理电量及温度数据，直观显示电量、温度信息，提供统一界面及历史数据查询，制作各种报表、趋势曲线，实时报告报警情况，规范用户权限，实现用户利用标准浏览器软件查看现场数据等功能。

作为优选，与所述冷却子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器，与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块为温度传感器并安装于变压器三相铁芯处，所述冷却子系统用于根据温度传感器采集上传的变压器三相铁芯处的温度和预设的报警及跳闸温度阈值，控制风机和/或总断路器，以便提早启动风机降温，并在变压器超高温后及时切断次总断路器

作为优选，所述管理层网络为总线型网络拓扑结构；所述监控层通过TCP/IP协议与所述管理层通信。

作为优选，所述监控模块通过RS485总线控制网络向上连接所述监控层。

本实施例中管理层一方面完成监控层的子系统集成，另一方面作为WEB服务器，提供远程数据请求。管理层的实时数据直接来源于下属监控层的子系统或智能设备，两者之间通过多种协议接口进行会话，各种接口可动态链入，进而便于扩展。为了避免远程端直接的数据库访问，所有数据请求均通过TCP/IP协议，这种“三层结构”，一方面增加了系统的灵活性，另一方面确保系统的安全性。

本实施例的系统集成了从变压器、交流配电柜到电缆、直流配电柜等全范围内设备设施的温度感知子系统，通过特有的贴装方法，高可靠性的在断路器进、出线母排线缆连接处布置大量温度传感器，安装可靠性好，获取的数据更有代表性，有利于实时掌握运行设备温升情况，及时发现，使得通过初期形成的温度传感器位置与通信映射表，准确高效的定位事故隐患，有力提升配电运行安全系数。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，系统包括管理层、监控层和现场层；所述管理层至少包括中心数据服务器、实时数据服务器、工程师操作站、若干台操作员站以及以太网的网络组件，所述监控层用于向上连接所述管理层的网络，所述监控层至少包括区域控制器、ACUPS子系统、报警子系统、温度感知子系统以及冷却子系统，所述现场层包括用于通过现场总线控制网络向上连接所述监控层的监控模块以及用于向上连接所述监控模块的前端采集模块，所述前端采集模块至少包括智能数字化仪表、IO采集单元、智能采集卡、漏电监测单元、漏电CT、绝缘检测单元和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，与所述温度感知子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器、交流柜温度监控模块、直流柜温度监控模块以及电缆温度监控模块；

与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块安装于变压器三相铁芯处；

与所述交流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于交流柜的进、馈线回路；

与所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于直流柜的进、馈线回路；

与所述电缆温度监控模块连接的所述前端采集模块安装于电缆密集处、电缆远离空调部位以及电缆竖井内的电缆上。

3.根据权利要求2所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，与所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块连接的所述前端采集模块为温度传感器，所述温度传感器贴装于交流柜和直流柜内断路器的进、出线母排上。

4.根据权利要求3所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，所述温度传感器通过“1-WIRE”总线连接所述交流柜温度监控模块和所述直流柜温度监控模块。

5.根据权利要求3所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，所述温度传感器通过绝缘夹限位固定于相应断路器的进、出线母排上，所述绝缘夹开设有用于与所述温度传感器卡合装配的开口凹槽和贯穿所述绝缘夹用于供紧固件穿过与进、出线母排连接的紧固孔。

6.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，与所述报警子系统连接的所述监控模块连接有所述绝缘检测单元，所述绝缘检测单元利用电桥平衡法通过获取断路器正母线和负母线的对地电压偏差值来衡量母线对地绝缘状况。

7.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，所述中心数据服务器用于数据采集管理与分析、历史数据管理、IO服务、报警、事件管理、登陆及权限验证以及提供WEB服务。

8.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，与所述冷却子系统连接的所述监控模块包括变压器温度控制器，与所述变压器温度控制器连接的所述前端采集模块为温度传感器并安装于变压器三相铁芯处，所述冷却子系统用于根据温度传感器采集上传的变压器三相铁芯处的温度和预设的报警及跳闸温度阈值，控制风机和/或总断路器。

9.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，所述管理层网络为总线型网络拓扑结构；所述监控层通过TCP/IP协议与所述管理层通信。

10.根据权利要求1所述的一种面向高性能计算机的配电监测管理系统，其特征在于，所述监控模块通过RS485总线控制网络向上连接所述监控层。

Images