陳圣楊 朱彥麗 劉 浩

PCS-9700監(jiān)控系統(tǒng)在國家大劇院變配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳圣楊 朱彥麗 劉 浩

（國家大劇院，北京 100031）

國家大劇院采用南瑞PCS-9700變配電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電系統(tǒng)的智能監(jiān)控，系統(tǒng)具有站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層、現(xiàn)場設(shè)備層。本文詳細(xì)說明了各層的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)搭建。通過網(wǎng)絡(luò)通信層的通信管理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備，把現(xiàn)場設(shè)備層采集終端裝置的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行收集，然后傳輸至站控層，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場層的設(shè)備狀態(tài)在站控層中的監(jiān)控主機(jī)中的分析、處理和顯示。該監(jiān)控系統(tǒng)具有靈活多樣的使用功能，可以充分滿足用戶的需求。本文還詳細(xì)分析了一起出線開關(guān)跳閘故障，展示了該系統(tǒng)在變配電運(yùn)行中良好的時(shí)效和實(shí)用性。

變配電監(jiān)控；PCS-9700；系統(tǒng)搭建

國家大劇院是國家級(jí)表演藝術(shù)中心，供電屬于一級(jí)負(fù)荷，內(nèi)設(shè)2座10kV高壓站和9座分變配電站，低壓出線500多路。按照劇院變配電管理和運(yùn)行要求，需要對(duì)各個(gè)配電室的10kV進(jìn)線、干式變壓器、低壓配電開關(guān)等進(jìn)行電力運(yùn)行監(jiān)控，以保證劇院供電運(yùn)行的安全可靠和經(jīng)濟(jì)高效。

NARI PCS-9700監(jiān)控系統(tǒng)由若干廠站監(jiān)控應(yīng)用組成，具有統(tǒng)一的一體化設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用平臺(tái)作為支撐。系統(tǒng)靈活配置了可在各個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫，具有分布式、可擴(kuò)展、可異構(gòu)的體系框架特點(diǎn)。

1 變配電監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

國家大劇院變配電監(jiān)控系統(tǒng)采用多層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括用于終端采集的現(xiàn)場設(shè)備層、用于信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信層和用于人機(jī)交互的站控管理層。具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

1.1 主要硬件設(shè)備配置

1）現(xiàn)場設(shè)備層。多功能智能儀表和數(shù)字量模擬量采集模塊安裝在低壓配電柜內(nèi)監(jiān)控采集低壓出線回路的運(yùn)行狀態(tài)及其參數(shù)。高壓繼電保護(hù)RCS9600裝置安裝在高壓開關(guān)柜上，監(jiān)控高壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采集報(bào)警信息等。在高壓站內(nèi)的直流屏上安裝有智能監(jiān)控儀表，可以直流屏的報(bào)警信息反饋到監(jiān)控系統(tǒng)中。變壓器箱體上也安裝有帶RS 485接口的溫控裝置，可以將變壓器的三相繞組溫度和冷卻風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行上傳。

圖1 國家大劇院變配電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

2）網(wǎng)絡(luò)通信層。主要設(shè)備包括PCS-9794通信管理機(jī)、PCS-9882光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。其主要功能是把分散在現(xiàn)場各個(gè)變配電站所的智能監(jiān)控儀表、采集裝置、保護(hù)裝置和溫控裝置的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行收集，然后傳輸至站控層，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場層與站控層之間的信息通信。

3）站控管理層。主要設(shè)備包括工控主機(jī)及顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在工控機(jī)上運(yùn)行，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況并記錄存儲(chǔ)至ORACLE數(shù)據(jù)庫中，供查詢使用。系統(tǒng)還通過聲光提醒，提供文字報(bào)警信息，以便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。工控機(jī)及其外設(shè)組成的系統(tǒng)，以人機(jī)交互的形式將變配電系統(tǒng)的信息顯示給用戶。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建

現(xiàn)場設(shè)備層中的變壓器和低壓出線監(jiān)控儀表均采用RS 485接口和MODBUS通信協(xié)議；高壓開關(guān)柜中的繼電保護(hù)裝置帶有RS 485接口，采用裝置串口103規(guī)約；直流屏上的智能監(jiān)控儀表也采用RS 485接口，選用CDT規(guī)約實(shí)現(xiàn)與通信管理機(jī)的通信。本層設(shè)備之間以及與上層通信管理機(jī)采用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，接線簡單方便，傳輸穩(wěn)定可靠。

站控管理層中的監(jiān)控主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信層中的交換機(jī)采用以太網(wǎng)通信。使用超五類雙絞線進(jìn)行通信傳輸。監(jiān)控主機(jī)采用Windows操作系統(tǒng)，配置微軟SQL server標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控軟件采用廠站變配電系統(tǒng)一體化監(jiān)控組態(tài)軟件。選用中文標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，方便使用操作。采用實(shí)時(shí)多進(jìn)程系統(tǒng)，可以滿足監(jiān)控多個(gè)高低變配電室，還可以雙機(jī)雙網(wǎng)配置，具備與以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)或與上級(jí)計(jì)算機(jī)集控站或調(diào)度端端通信功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

國家大劇院變配電監(jiān)控系統(tǒng)通過安裝在現(xiàn)場終端上的傳感器和智能儀表，搭建起信息傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)各回路電力參數(shù)的遙測、遙脈、遙信，并上傳至監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)。利用監(jiān)控主機(jī)中的PCS-9700軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行記錄、顯示、處理，利用各種報(bào)表、曲線趨勢圖、柱狀圖等形式供變配電管理和值班人員參考分析，使相關(guān)人員能夠更加快速、準(zhǔn)確地掌握國家大劇院變配電系統(tǒng)的負(fù)荷情況和開關(guān)運(yùn)行狀況等。

2.1 友好的人機(jī)交互界面

PCS-9700廠站監(jiān)控系統(tǒng)配置有界面編輯器。利用該工具可以方便地繪制并生成一次單線系統(tǒng)圖，（如圖2所示）簡潔地顯示高、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線情況。由于國家大劇院變配電系統(tǒng)較大，所以人機(jī)界面采用了畫面導(dǎo)航和多畫面切換功能。

2.2 操作權(quán)限管理

該系統(tǒng)依據(jù)人員崗位的職責(zé)不同，可以授予不同的操作權(quán)限，從而保證系統(tǒng)在使用過程中的安全性和規(guī)范性。例如，系統(tǒng)的退出或重啟也需要有一定權(quán)限的管理人員進(jìn)行操作，避免誤退出或重啟信息丟失的問題。此外，對(duì)一些重要回路的分或合閘操作，除需操作員級(jí)用戶輸入操作口令外，還需主管級(jí)用戶輸入確認(rèn)口令后方可完成該操作。

2.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及處理

系統(tǒng)能通過各個(gè)層級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)，接收并傳輸智能測控儀表采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，主要包括各類參數(shù)模擬量、各類設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)量、高低壓各個(gè)回路電能量。具體采集數(shù)據(jù)見表1。

圖2 國家大劇院變配電全站高壓接線圖

表1 變配電智能監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)表

系統(tǒng)還可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，為變配電系統(tǒng)運(yùn)行和管理提供參考依據(jù)和優(yōu)化分析。

除了法律依據(jù)的缺乏以外，非政府組織參與角色的定位也影響其在環(huán)評(píng)過程中的公眾身份。實(shí)踐中，非政府組織的參與角色有兩種：一是直接參與者。非政府組織作為直接參與主體，參與到環(huán)評(píng)行動(dòng)中，或代表普遍公眾直接參與環(huán)評(píng)活動(dòng)。[注]吳滿昌：《公眾參與環(huán)境影響評(píng)價(jià)機(jī)制研究——對(duì)典型環(huán)境群體性事件的反思》，《昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)》2013年第4期，第26頁。二是間接參與者。即非政府組織是政府—公眾、企業(yè)—公眾之間重要的中間層，它們可以將圍繞環(huán)境問題的矛盾、沖突引向和平理性的解決軌道。

2.4 數(shù)據(jù)曲線分析

系統(tǒng)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，提供了實(shí)時(shí)曲線顯示和歷史趨勢兩種曲線分析界面。通過選擇相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線界面，可以分析該回路當(dāng)前的運(yùn)行狀況以及發(fā)展趨勢。例如，通過查看某變壓器的溫度實(shí)時(shí)曲線，可分析該變壓器溫度變化情況以及最大、最小值。歷史趨勢曲線，可以根據(jù)用戶選定的不同參數(shù)、不同時(shí)段，分析過去某段時(shí)間參數(shù)的突變、超限等問題，方便對(duì)某一報(bào)警或異常進(jìn)行追溯分析。

2.5 報(bào)表管理

系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表格式，可以對(duì)采集的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總?？蛇M(jìn)行有關(guān)量值的最大/最小值及出現(xiàn)時(shí)間、出現(xiàn)回路的負(fù)荷率、母線有功/無功功率分析統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)還可定期生成各種日常使用或上報(bào)的運(yùn)行日志，包括數(shù)據(jù)報(bào)表、故障及告警記錄、操作記錄等。用戶也可根據(jù)特殊需求，手動(dòng)配置報(bào)表參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)記錄填寫報(bào)表。

2.6 事件記錄

事件記錄包括用戶操作、報(bào)警提醒和故障記錄3類。系統(tǒng)對(duì)這3類事件具有詳細(xì)的記錄功能，包括事件發(fā)生的時(shí)間、站號(hào)、設(shè)備號(hào)等信息。對(duì)開關(guān)變位、參量超限等信息，還具有主動(dòng)畫面提示和聲像報(bào)警功能。

結(jié)合繼電保護(hù)裝置，該系統(tǒng)還可以對(duì)10kV高壓回路，進(jìn)行事故追憶?？梢杂涗浭鹿是?min至事故后5min相關(guān)回路的模擬量。同時(shí)可從保護(hù)裝置中讀取10個(gè)周波的故障錄波波形。

2.7 系統(tǒng)五遙功能

PCS-9700智能變配電監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的遙信、遙控、遙測和遙脈功能，還可以實(shí)現(xiàn)“遙設(shè)”功能。

1）遙信。實(shí)時(shí)對(duì)開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、變壓器冷卻風(fēng)機(jī)狀態(tài)等開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)視。在監(jiān)控畫面中實(shí)時(shí)顯示和自動(dòng)報(bào)警。

2）遙控。系統(tǒng)可以通過監(jiān)控畫面選擇相應(yīng)的站號(hào)、開關(guān)號(hào)進(jìn)行遙控操作，授權(quán)確認(rèn)后系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)操作。

3）遙測。通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)變配電系統(tǒng)的主要參數(shù)（電壓、電流、功率因數(shù)、變壓器溫度等）進(jìn)行不斷地采集、處理和顯示，自動(dòng)生成報(bào)表。

4）遙脈。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各低壓配電室主要出線回路電度的自動(dòng)抄寫。

5）遙設(shè)。通過監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)繼電保護(hù)裝置的定值進(jìn)行上傳、下裝，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)定值的修改。

3 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用舉例

下面以國家大劇院某低壓配電回路發(fā)生的跳閘故障為例，介紹PCS-9700監(jiān)控系統(tǒng)在變配電系統(tǒng)運(yùn)行故障分析中的應(yīng)用。

3.1 故障發(fā)生情況

某日夜間，PCS-9700監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警畫面彈出，同時(shí)聲光報(bào)警閃爍。值班人員立即檢查報(bào)警信息，發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息為“2017年4月17日21∶07∶40 4#變配電站4261開關(guān)遙信變位分閘”。經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn)該開關(guān)處于跳閘狀態(tài)，所帶低壓負(fù)荷（風(fēng)機(jī)）均已處于停電狀態(tài)。相關(guān)人員立即對(duì)故障進(jìn)行排查處理。

3.2 故障回路簡介

故障回路系統(tǒng)單線圖如圖3所示。4161回路上級(jí)電源取自4#站9號(hào)變壓器所帶的低壓4號(hào)母線。出線電纜接到到某區(qū)域風(fēng)機(jī)房SEB3C1和SEB3C2配電柜的雙電源互投器的主電源上口側(cè)。4251回路上級(jí)電源取自4#站10號(hào)變壓器所帶的低壓5號(hào)母線。出線電纜接到風(fēng)機(jī)房SEB3C1和SEB3C2配電柜的雙電源互投器的備電源上口側(cè)。SEB3C1和SEB3C2配電柜所帶主要負(fù)載為2臺(tái)通風(fēng)風(fēng)機(jī)。

該回路正常工作時(shí)，4161和4251均處于合閘狀態(tài)，風(fēng)機(jī)房SEB3C1和SEB3C2配電柜內(nèi)互投器均處在主路合閘供電，備路分閘備用狀態(tài)。當(dāng)互投器檢測的主路電源失電，自動(dòng)分開主路電源斷路器，合上備路電源斷路器，由備用電源供現(xiàn)場設(shè)備繼續(xù)工作。在主路電源恢復(fù)正常后，互投器自動(dòng)切換回到主路，備路斷開備用的狀態(tài)。互投器主備斷路器之間有機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu)，確保避免兩臺(tái)斷路器同時(shí)閉合或同時(shí)斷開。

圖3 故障回路系統(tǒng)單線示意圖

3.3 故障過程分析

4161和4251開關(guān)均為金鐘穆勒NZS 10-630 S塑殼斷路器，選配ZM-630-NZM10電子脫扣器。開關(guān)的整定值和速斷設(shè)定如圖4所示。

圖4 4#配4161開關(guān)設(shè)定值

4161開關(guān)的整定值r設(shè)定為500A，速斷保護(hù)值rm設(shè)定為6*r。4151開關(guān)的整定值和速斷保護(hù)值與4161開關(guān)相同。

利用變配電監(jiān)控系統(tǒng)的歷史趨勢曲線分析功能，調(diào)取該回路跳閘時(shí)間段內(nèi)的電流歷史變化曲線如圖5所示。

由圖5中可以看出，4161開關(guān)在跳閘前的電流有逐漸上升的過程，最大值達(dá)到了490A，已經(jīng)接近了開關(guān)的整定值500A。根據(jù)電流變化趨勢可以推斷4161開關(guān)跳閘的原因?yàn)檫^流跳閘。

從圖5還可以看出，4161和4251開關(guān)的電流變化趨勢一致，且4251開關(guān)所在的備用回路，在跳閘故障發(fā)生前就存在有較大電流（約425A），而正常情況下不應(yīng)有電流。這就說明下級(jí)SEB3C2配電柜的雙電源互投器的備路出現(xiàn)異常。

圖5 4#配4161、4251電流變化曲線

后經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)房SEB3C2配電柜內(nèi)雙電源互投器機(jī)械互鎖脫扣，導(dǎo)致主備斷路器均處于合閘狀態(tài)。4#配電室的兩臺(tái)變壓器通過該回路合環(huán)并列運(yùn)行，產(chǎn)生了較大的合環(huán)電流，最終導(dǎo)致4161開關(guān)過流跳閘。

通過南瑞PCS-9700變配電監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠快速地判斷出故障發(fā)生的原因，而且還可準(zhǔn)確地找出故障發(fā)生的位置，為消除故障恢復(fù)變配電系統(tǒng)正常運(yùn)行，提供了有力保障。

4 結(jié)論

NARI PCS-9700變配電監(jiān)控系統(tǒng)投用以后，表現(xiàn)出操作使用便捷、監(jiān)控實(shí)時(shí)性強(qiáng)、保護(hù)靈敏度高等特點(diǎn)。通過其遙測、遙信功能，可以使值班人員及時(shí)地獲取設(shè)備運(yùn)行狀況、報(bào)警信息。有關(guān)技術(shù)人員借助該系統(tǒng)，不僅能快速判斷出故障發(fā)生的原因，而且還能準(zhǔn)確找出故障發(fā)生的位置，為國家大劇院配電正常運(yùn)行，提供了有力保障。

[1] 楊岳, 雍景. 供配電系統(tǒng)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011.

[2] 邵凱. 國家大劇院的變配電設(shè)計(jì)[J]. 演藝科技, 2010(5): 36-39.

[3] 徐臻, 王春暉. 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)在大型公共建筑中的應(yīng)用[J]. 四川建材, 2010, 36(4): 184-185.

[4] 劉娟, 鞠登峰, 李忠晶, 等. 智能化變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及DL/T 860應(yīng)用研究[C]//2012年全國電網(wǎng)企業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會(huì)論文集, 廈門, 2012: 561-564.

[5] 劉偉浩, 張偉, 馬後. RTU在電力系統(tǒng)安全監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2015, 16(12): 176-178.

[6] 張可佳. 智能變電站功能架構(gòu)及設(shè)計(jì)原則[J]. 電氣技術(shù), 2013, 14(7): 87-90.

[7] 劉正富, 馬明, 徐柏榆, 等. 一種定制電力設(shè)備綜合測試方案[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(S1): 92-97.

[8] PCS-9700廠站監(jiān)控系統(tǒng)配置手冊(cè)[Z]. 南京南瑞繼保電氣有限公司, 2010: 10.

Application of PCS-9700 monitoring system in power distribution and transferring of NCPA

Chen Shengyang Zhu Yanli Liu Hao

(The National Centre for the Performing Arts, Beijing 100031)

This article describes the use of the NARI PCS-9700 monitoring system in the power distribution and transferring of NCPA. According to different levels, implementing the hardware configuration and network structure. Through communication management machine and network switch, the system collects the information from the terminal unit. And then the information is transferred to the station control level, so as to analysis, process and display by the monitoring host. The system has a flexible and versatile function, which can fully meet the needs of users. Combined with a breaker failure, the system shows a good effectiveness and practicability in the power running management.

monitoring of power distribution and transferring; PCS-9700; system building

2017-11-13

陳圣楊（1980-），男，本科，工程師，從事變配電運(yùn)行管理、技術(shù)改造等工作。