王　崢

(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100044)

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淺談電力監(jiān)控系統(tǒng)在某港區(qū)變電所中的應(yīng)用

0引言

隨著電網(wǎng)現(xiàn)代化程度的不斷提高，變配電站正在向集成化、數(shù)字化、智能化、在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程故障診斷等方向飛速發(fā)展。而且，電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠明顯提高數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)有效性，使電能管理更加規(guī)范。通過安裝在監(jiān)控側(cè)的網(wǎng)絡(luò)電力儀表與變配電站電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，可以提供電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，提高整個(gè)變配電站的運(yùn)行和維護(hù)水平。

1工程概述

本文所述項(xiàng)目為煤炭碼頭港口項(xiàng)目，位于廣西某港口，港區(qū)內(nèi)共建3座6/0.4kV變電所，2座箱式變電站，其中1#變電所為港區(qū)中心變電所，負(fù)責(zé)為2#、3#變電所提供雙路6kV電源，并為1#、2#箱式變電站提供單路6kV電源。各變電所及箱式變電站均設(shè)在靠近負(fù)荷中心的位置。1#變電所位于管理區(qū)南部，主要為堆取料機(jī)、工藝皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)站照明和動力、皮帶機(jī)維修、堆場、道路照明及管理區(qū)輔助建筑物供電；2#變電所位于候工樓一層，主要為候工樓、宿舍樓、聯(lián)檢樓、機(jī)修車間、材料工具庫及流機(jī)庫、給水加壓泵房、進(jìn)出港大門等生產(chǎn)、生活輔助建筑物供電；3#變電所位于前方管理樓一層，主要為碼頭卸船機(jī)、工藝皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)站照明動力及皮帶機(jī)維修供電；1#箱式變電站位于裝車樓外，主要為裝車樓、轉(zhuǎn)運(yùn)站照明和動力、皮帶機(jī)維修及照明高桿燈供電；2#箱式變電站位于T10轉(zhuǎn)運(yùn)站外，主要為轉(zhuǎn)運(yùn)站照明和動力、皮帶機(jī)維修及照明高桿燈供電。

2電力監(jiān)控系統(tǒng)的配置及功能

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為全面監(jiān)視變電所的電力系統(tǒng)，本項(xiàng)目配置了一套電力監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控主機(jī)設(shè)置于監(jiān)控中心(1#變電所所在的辦公樓五層)。系統(tǒng)采用西門子Power manager系統(tǒng)，下級子站包括1#、2#、3#變電所和1#、2#箱式變電站，其中1#、2#、3#變電所均設(shè)置監(jiān)控后臺，各配置一臺通訊管理機(jī)和通訊屏，放置在直流屏控制室，管理機(jī)向下通過Modbus或其他規(guī)約與站內(nèi)微機(jī)保護(hù)、多功能儀表、直流屏、變壓器溫度儀等智能設(shè)備通訊，并通過光纖將數(shù)據(jù)上傳至辦公樓五層的監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，命令的發(fā)布和數(shù)據(jù)庫的建立、管理，并為用戶提供人機(jī)界面、數(shù)據(jù)報(bào)表，同時(shí)具有對下行命令進(jìn)行操作的權(quán)限。

監(jiān)控系統(tǒng)采用單機(jī)單網(wǎng)運(yùn)行方式，分散、分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按間隔單元劃分模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)分為三層，分別為站控層、通訊管理層和間隔層。

站控層：集中管理本項(xiàng)目的全部變配電設(shè)備，負(fù)責(zé)現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，命令的發(fā)布和數(shù)據(jù)庫的建立、管理，并為用戶提供人機(jī)界面、數(shù)據(jù)報(bào)表。

通訊管理層：在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，本工程每個(gè)監(jiān)控子站配置1臺通訊管理機(jī)KBD-R80，實(shí)現(xiàn)本站系統(tǒng)智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換等功能。通訊管理機(jī)采用嵌入式操作系統(tǒng)，向上與上位監(jiān)控系統(tǒng)采用IEC104協(xié)議通訊，向下采用Modbus或其他通訊規(guī)約與站內(nèi)的微機(jī)保護(hù)、直流屏及智能裝置等進(jìn)行通訊。

間隔層：由各回路的微機(jī)保護(hù)裝置、儀表、直流屏、變壓器等組成，采用RS485通訊接口，利用通訊屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

本工程所有的微機(jī)保護(hù)裝置采用的是西門子7SJ686系列，管理機(jī)在與站內(nèi)的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行通訊時(shí)，采取標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議，可讀取各個(gè)保護(hù)裝置上的信息，還可下發(fā)遙控命令，實(shí)現(xiàn)對斷路器的遠(yuǎn)程操作。

對于站內(nèi)的其他智能裝置，若其帶有RS485接口，在供貨方提供完整的通訊協(xié)議文本的條件下，可將其接入該系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)功能

1)數(shù)據(jù)采集功能和管理功能

監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過智能設(shè)備進(jìn)行通信，對所有模擬量、開關(guān)量、脈沖量進(jìn)行實(shí)時(shí)和定時(shí)數(shù)據(jù)采集，所有的電量均采用交流直接采樣，保證了測量的高精度和實(shí)時(shí)性。定時(shí)數(shù)據(jù)可根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔自動轉(zhuǎn)存于硬盤，作為歷史記錄存檔,并開放后臺數(shù)據(jù)庫接口，供管控系統(tǒng)讀取相關(guān)電量數(shù)據(jù)，通訊接口采用以太網(wǎng)接口，其接口界面位于中心監(jiān)控室服務(wù)器以太網(wǎng)卡處。

2)運(yùn)行管理功能

在監(jiān)控界面中，系統(tǒng)的使用者能夠清晰地監(jiān)視電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備詳細(xì)界面中，用戶不僅能夠獲取設(shè)備的狀況，通過分析判定故障原因，向維護(hù)者提供維護(hù)幫助，還能根據(jù)用戶需求設(shè)置畫面預(yù)置數(shù)據(jù)。

控制管理經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對智能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，且控制操作的優(yōu)先級高于設(shè)備信息采集和反饋。

3)數(shù)據(jù)處理

該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的操作包括：(1)對模擬量進(jìn)行合理性校驗(yàn)、上下限比較。(2)對開關(guān)量進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，分辨率≤2ms。(3)對開關(guān)變位事件做記錄輸出并告警。(4)對重要?dú)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存盤。

4)事件記錄與報(bào)警

當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)事故變位、遙測越限、保護(hù)動作和其他報(bào)警信號時(shí)，系統(tǒng)能發(fā)出音響提示，并自動推送報(bào)警畫面。其中，報(bào)警音響會根據(jù)報(bào)警等級的不同發(fā)出不同的音響提示，且報(bào)警提示需經(jīng)操作員確認(rèn)后方能手動復(fù)位，整個(gè)報(bào)警事件會被記錄到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

5)顯示、查詢及打印功能

操作者可以根據(jù)配電系統(tǒng)的實(shí)際情況隨時(shí)建立、編輯修改主接線圖和報(bào)表格式，圖和報(bào)表具有制作靈活、易于修改并與監(jiān)控軟件自然對接的特點(diǎn)。

系統(tǒng)軟件能自動存儲歷史數(shù)據(jù)和歷史事件，用戶可按照設(shè)備、數(shù)據(jù)類型、時(shí)間段等項(xiàng)目進(jìn)行自定義查詢。

6)圖形顯示功能

系統(tǒng)能顯示整個(gè)配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，并動態(tài)刷新顯示配電系統(tǒng)和各變電所主接線圖、系統(tǒng)和保護(hù)測控裝置配置圖，在主接線圖上實(shí)時(shí)顯示各開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、在線運(yùn)行參數(shù)等。

7)報(bào)表顯示功能

系統(tǒng)不僅支持配電系統(tǒng)和各變電所電氣運(yùn)行日報(bào)表的編輯、顯示、打印等功能，還能自動生成日、月、年報(bào)表。報(bào)表數(shù)據(jù)來源于歷史數(shù)據(jù)庫，支持手動生成歷史任意時(shí)段的運(yùn)行報(bào)表，此外，系統(tǒng)還支持各種自定義報(bào)表。

8)歷史事件及數(shù)據(jù)的查詢

當(dāng)某些事件產(chǎn)生時(shí)，可定義追憶數(shù)據(jù)的測點(diǎn)和周期，啟動相關(guān)的事故追憶記錄。

事故追憶記錄中的歷史事件包括報(bào)警事件(有定值越限報(bào)警觸發(fā)的事件)、操作事件(監(jiān)控主機(jī)對保護(hù)測控裝置進(jìn)行的整定、遙控操作、參數(shù)修改等)、一般事件(通信故障等)，同時(shí)，歷史事件可按時(shí)間、類別進(jìn)行查詢和顯示，顯示的內(nèi)容包括日期及時(shí)間、事件內(nèi)容，其中，在越限事件的事件內(nèi)容中還包括了越限值。

9)安全保護(hù)功能

為了使實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，為整個(gè)系統(tǒng)提供可靠的安全保護(hù)措施，所有的系統(tǒng)操作員都能夠根據(jù)權(quán)限大小被賦予以下特性：(1)對系統(tǒng)及各種活動的使用范圍，如用戶名、口令字、操作權(quán)及操作范圍等。(2)對重要的控制使用雙口令密碼。(3)對操作員的重要操作給予記錄，如對主變抽頭和斷路器及電動隔離開關(guān)控制操作的內(nèi)容、時(shí)間、結(jié)果及人員姓名的記錄，以備后期查詢。

10)趨勢曲線

趨勢曲線(包括實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線兩類)支持鼠標(biāo)拖拽與Zoom 功能。在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示庫中，趨勢曲線可實(shí)時(shí)刷新；在顯示歷史庫中，趨勢曲線還可根據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)間和最大/最小刻度進(jìn)行調(diào)整。

此外，用戶還可以根據(jù)需要修改曲線，并返寫到歷史數(shù)據(jù)中。

11)自診斷功能

若所有數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等主要元件模塊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)能自診斷出故障部位，報(bào)警并閉鎖故障元件，保證其他部分的正常工作，并能將故障內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間記錄在事件一覽表中。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有失電保護(hù)、通電自檢、自復(fù)位至原運(yùn)行狀態(tài)的能力。

2.3微機(jī)保護(hù)的配置及功能

1)6kV進(jìn)線、母聯(lián)保護(hù)

每回進(jìn)線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)保護(hù)功能,包括相過流保護(hù)、速斷保護(hù)、接地故障保護(hù)、欠壓/過壓保護(hù)、備自投(通過邏輯編程實(shí)現(xiàn))。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數(shù)等。

(3)監(jiān)控功能，具有16個(gè)可編程輸入和7個(gè)可編程輸出，能夠監(jiān)視開關(guān)柜手車、彈簧等信號；可以監(jiān)視各種事故；預(yù)告信號報(bào)警；閉鎖；故障錄波。

2)6kV變壓器、電容柜、PT柜饋線保護(hù)

每回饋線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)保護(hù)功能，包括相過流保護(hù)、速斷保護(hù)、接地故障保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)及溫度保護(hù)。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數(shù)等。

(3)監(jiān)控功能，具有9個(gè)可編程輸入和6個(gè)可編程輸出，能夠監(jiān)視開關(guān)柜手車、彈簧等信號；監(jiān)視各種事故；預(yù)告信號報(bào)警；閉鎖；故障錄波。

3)6kV電動機(jī)饋線保護(hù)

每回饋線配置一臺7SJ686裝置，分散安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)保護(hù)功能，包括相過流保護(hù)、低電壓保護(hù)(具有PT斷線閉鎖和報(bào)警功能)、零序電流保護(hù)、工藝連鎖跳閘、電機(jī)啟動保護(hù)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)及熱過負(fù)荷保護(hù)。

(2)測量功能，可以測量三相電流值、電壓值、有功功率、無功功率、電度、頻率及功率因數(shù)等。

(3)監(jiān)控功能，具有9個(gè)可編程輸入和6個(gè)可編程輸出，能夠監(jiān)視開關(guān)柜手車、彈簧等信號；監(jiān)視各種事故；預(yù)告信號報(bào)警；閉鎖；故障錄波。

2.4與其他系統(tǒng)接口

系統(tǒng)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的通訊規(guī)約和協(xié)議(如 IEC61850、DNP3.0、CDT、1801、IEC870-5-103、 Modbus、以太網(wǎng)、TCP/IP等)與其他監(jiān)控系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信，可采用多種通訊介質(zhì)和通信接口(RS485/232和工業(yè)以太網(wǎng))，將采集到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和電氣參數(shù)遠(yuǎn)程上傳，并接收上級調(diào)度、遙控、遙調(diào)命令。

系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能，進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展(如配電系統(tǒng)擴(kuò)建、改造等)時(shí)，可以保持原有監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控界面不變，只需增加相應(yīng)的硬件、新的監(jiān)控界面以及監(jiān)控計(jì)算機(jī)站點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展。

3本項(xiàng)目電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

電力系統(tǒng)采用典型的三層結(jié)構(gòu)，即站控層、通訊管理層、間隔層。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：

1)監(jiān)控中心

(1)監(jiān)控中心設(shè)置在1#變電所的辦公樓五樓，站控層配置1臺監(jiān)控主機(jī)、1臺HP1108打印機(jī)、1部報(bào)警音響、1臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及1臺UPS。

(2)將1#、2#、3#變電所監(jiān)控系統(tǒng)接入到監(jiān)控中心，根據(jù)實(shí)際距離，如果超過100m范圍則使用光纖通訊，保證通訊的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，防止干擾。監(jiān)控中心電力監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1　監(jiān)控中心電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

2)1#變電所

(1)1#變電所配置1臺監(jiān)控主機(jī)、1臺HP1108打印機(jī)、1部報(bào)警音響、1臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及1臺UPS。

(2)通訊管理層配置1臺通訊管理機(jī)R80，負(fù)責(zé)采集站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、智能儀表及變壓器的信息，以IEC104規(guī)約上傳至站控層監(jiān)控主機(jī)。

(3)2臺箱式變電站各配1臺通訊管理機(jī)，負(fù)責(zé)采集智能儀表信息并上傳至站控層監(jiān)控主機(jī)。由于2臺箱式變電站距離較遠(yuǎn)(距離1#變配電所大約1km)，可以增加2對光纖收發(fā)器，以光纖通道傳輸數(shù)據(jù)，以保證監(jiān)控主站對箱式變電站內(nèi)智能儀表數(shù)據(jù)采集的速度和質(zhì)量。1#變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2　1#變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

3)2#、3#變電所

(1)2#變電所配置1臺監(jiān)控主機(jī)、1臺HP打印機(jī)、1部報(bào)警音響、1臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及1臺UPS。

(2)通訊管理層配置1臺通訊管理機(jī)R80，負(fù)責(zé)采集站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、智能儀表及變壓器的信息，以IEC104規(guī)約上傳至站控層監(jiān)控主機(jī)。

(3)UPS保證對監(jiān)控主機(jī)的不間斷供電。

2#和3#變電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)圖分別如圖3～4所示。

圖3　2#變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

圖4　3#變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

4結(jié)束語

綜上所述，本文以智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為核心，結(jié)合實(shí)際變配電系統(tǒng)的工程案例，分析了電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)。在變配電室內(nèi)設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)，配置的智能多功能電力儀表具有實(shí)施簡明、投資少等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以方便實(shí)時(shí)地監(jiān)控配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并對現(xiàn)場的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去了工作人員到現(xiàn)場記錄的繁瑣工作。同時(shí)，系統(tǒng)對各種用電設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和進(jìn)行狀態(tài)了分析，便于維護(hù)人員了解設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，提高了人員效率。此外，根據(jù)建立的電能計(jì)量體系，可以實(shí)時(shí)了解、分析整個(gè)變配電系統(tǒng)的總體能耗，并及時(shí)提出降耗計(jì)劃，采取節(jié)能降耗措施，逐步提高工業(yè)場地或大型建筑等的供電可靠性，提高供電質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益和管理水平。

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Application of Power Monitoring System in a Port Substation

Wang Zheng

王崢

(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100044)

摘要結(jié)合某港口工程供配電系統(tǒng)中的電力監(jiān)控系統(tǒng)案例，論述電力監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)施階段的解決方案，該系統(tǒng)不僅方便值班人員的現(xiàn)場操作，也提高了管理水平和供電質(zhì)量，具有簡單實(shí)用、投資少等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)的集中化、數(shù)字化及智能化。

關(guān)鍵詞電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集通訊管理層通訊接口

AbstractTaking the example the power monitoring system of power supply system in a port project, the solution of power monitoring system in the implementation phase is discussed. The system not only facilitates on-site operation of the duty stuff, but improves the management level and the quality of power supply; moreover, it has the advantages of simple, practical and less investment, and further realizes the centralized, digital and intelligent of the distribution system.

Keywordspower monitoring system, data acquisition, communication management layer, communication interface