變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用                        摘要：本文對(duì)變配電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的構(gòu)成、內(nèi)容及特點(diǎn)進(jìn)行了敘述，并結(jié)合工程事例再現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制、事故報(bào)警及故障分析等功能的實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：遙測(cè) 遙信 遙控 l前言變配電站是電力系統(tǒng)組成的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是電力網(wǎng)中線路的重要連接部分，其作用是變換電壓、匯集和分配電能。

2、變配電站能否正常運(yùn)行關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，因此對(duì)變電站進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)具有十分重要的意義。變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起。改進(jìn)供電質(zhì)量，力求供電最為安全、可靠、方便、靈活，經(jīng)濟(jì)性好，變配電管理更為有效，從而改善供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運(yùn)行費(fèi)用。 2系統(tǒng)構(gòu)成變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由帶有通訊接口的采集控制模塊：多功能電力綜合儀表、開關(guān)量采集模塊、電流量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器控制輸出模塊、現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)、24V直流電源以及中央管理機(jī)等組成。中央

3、管理機(jī)是本系統(tǒng)的集中管理中心。一般安置在有人值班的總值班室內(nèi)，用于整個(gè)變配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、參數(shù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、歷史記錄、故障報(bào)警、控制、報(bào)表打印等。其典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。3系統(tǒng)內(nèi)容31變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分對(duì)35kV以下的高壓中心配電站主進(jìn)、出線、母聯(lián)可采用電力綜合儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控功能。該儀表與CT、PT直接相連，采集高精度交流信號(hào)，經(jīng)過(guò)離散數(shù)學(xué)計(jì)算，即可測(cè)量出各個(gè)回路電量參數(shù)(測(cè)量精度為05)，該儀表具有八路開關(guān)量輸入，四路繼電器輸出，同時(shí)帶有自檢功能，可與綜合繼電保護(hù)裝置配合使用。如：一般在高壓10kV中心配電站的主進(jìn)、母聯(lián)以及出線柜中采用電力綜合儀表與

4、綜合繼電保護(hù)裝置進(jìn)行配合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓10kV中心配電站的監(jiān)測(cè)與保護(hù)要求，具體接線如圖2所示。由圖2可知：1)CT、PT直接接人電力綜合儀表測(cè)量回路中，即可測(cè)量出該回路的電量參數(shù)。實(shí)現(xiàn)該回路的“遙測(cè)”；2)該儀表的八路開關(guān)量輸人分別采集該柜圖2電力綜合儀表與綜合繼電保護(hù)裝置的接線圖說(shuō)明：綜合繼電保護(hù)裝置輸出繼電器B內(nèi)的輔助點(diǎn)(端子為68,69)引至電力綜合儀表，提供接地故障跳閘信號(hào)。綜合繼電保護(hù)裝置輸出繼電器C內(nèi)的輔助點(diǎn)(端子為80,81)引至電力綜合儀表，提供過(guò)電流跳閘報(bào)警信號(hào)。綜合繼電保護(hù)裝置輸出繼電器E內(nèi)的輔助點(diǎn)(端子為74,75)引至電力綜合儀表。提供電流速斷跳閘信號(hào)。綜合繼電保護(hù)裝

5、置輸出繼電器F內(nèi)的輔助點(diǎn)(端子為70,72)引至電力綜合儀表，提供綜合繼電保護(hù)器內(nèi)部故障跳閘信號(hào)。中斷路器的分合閘狀態(tài)、手車工作位置、電機(jī)儲(chǔ)能狀態(tài)以及接地刀閘位置，同時(shí)對(duì)綜合繼電保護(hù)裝置中的故障跳閘信號(hào)和內(nèi)部故障進(jìn)行采集、分析，給予報(bào)警，并顯示該回路的故障類型。實(shí)現(xiàn)該回路的“遙信”；3)該儀表的繼電器輸出分別接至斷路器的分、合閘線圈上，實(shí)現(xiàn)斷路器的遠(yuǎn)程控制，即斷路器的“遙控”。04kV低壓主進(jìn)、母聯(lián)同樣采用電力綜合儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。該儀表與CT、母線直接相連，采集高精度交流信號(hào)，測(cè)量該回路的實(shí)際電量，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，同時(shí)對(duì)主進(jìn)、母聯(lián)開關(guān)的斷路器合、分閘狀態(tài)，框架式開關(guān)的位置以及故障報(bào)警等開關(guān)量

6、實(shí)現(xiàn)遙信，并對(duì)斷路器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。具體接線方式與圖2基本相同。根據(jù)電力綜合儀表的功能特點(diǎn)也可實(shí)現(xiàn)低壓配電出線回路的“三遙”功能，但因配電室低壓出線回路較多，采用該儀表分散安裝于開關(guān)柜內(nèi)經(jīng)濟(jì)投資較大，北京華東西瑞電氣有限公司根據(jù)低壓配電出線回路采集特點(diǎn)(即一般采集回路開關(guān)的合分閘狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)以及回路的電流、電壓等)、基于降低成本的原則，專門開發(fā)了一種實(shí)用于低壓配電出線回路的帶有KS485通訊接口，支持MODBUS通訊協(xié)議的模塊，分別對(duì)各回路實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。模塊集中組屏，可方便電力管理者對(duì)低壓站出線回路集中管理。311遙信利用開關(guān)量采集輸入模塊采集各出線回路開關(guān)分合閘狀態(tài)、開關(guān)故障報(bào)警信號(hào)、失

7、壓報(bào)警信號(hào)、過(guò)壓報(bào)警信號(hào)以及框架式開關(guān)的位置，并對(duì)變壓器的風(fēng)機(jī)狀態(tài)、高溫、超高溫信號(hào)等開關(guān)量實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，一個(gè)單獨(dú)模塊可采集16路開關(guān)狀態(tài)。具體接線方式如圖3所示。                             312遙測(cè)1)通過(guò)電流量輸人采集模塊采集各出線回路的各相電流，單個(gè)模塊可采集16回路電流。具體接線方式

8、如圖4所示。每一個(gè)回路可以由電流量輸入模塊采集該回路的電流，并根據(jù)測(cè)量的實(shí)際電壓、功率因數(shù)等來(lái)計(jì)算該回路的實(shí)際用電量。2)通過(guò)模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度信號(hào)、濕度信號(hào)以及液位信號(hào)等模擬量信號(hào)(各個(gè)模擬量信號(hào)需有4,-,20mA或0-5V輸出)。313遙控通過(guò)繼電器控制輸出模塊分別對(duì)低壓各出線回路(帶有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、失壓脫扣器的開關(guān))圖3開關(guān)量采集模塊接線原理圖圖4電流量采集模塊接線原理圖實(shí)現(xiàn)開關(guān)的遠(yuǎn)程分、合閘功能。單個(gè)模塊共有16路繼電器輸出。具體接線方式如圖5所示。圖5繼電器控制輸出模塊接線原理圖現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)在本系統(tǒng)中位于中央管理機(jī)與各模塊之間，作為一級(jí)底層控制單元，增加系統(tǒng)的可靠性。其功

9、能是：進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，利用現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)動(dòng)性對(duì)各模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)整定，獨(dú)立完成現(xiàn)場(chǎng)顯示工作，并將信號(hào)整理后通過(guò)ILS485通訊線發(fā)送給中央管理機(jī)，同時(shí)接受中央管理機(jī)所下達(dá)的命令?？勺鳛橹醒牍芾頇C(jī)的備用機(jī)，具有顯示功能、自檢功能。32變配電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所安裝的監(jiān)控軟件是基于Windows環(huán)境下的電力系統(tǒng)專用組態(tài)軟件，能夠運(yùn)行在Microsoft Windows 9x、NT、2000、XP平臺(tái)上。給用戶提供的是全中文界面，簡(jiǎn)潔的畫面設(shè)計(jì)、靈活的組態(tài)方式，高性能DDE驅(qū)動(dòng)程序，支持諸多工控產(chǎn)品，并遵循開放式數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)接(ODBC)標(biāo)準(zhǔn)。允許通過(guò)第三方，如Microsoft

10、Access，SQL Server，Oracle等訪問(wèn)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。因而它帶給您的是像Word、Excel等軟件輕松、實(shí)用、高效的工作環(huán)境。系統(tǒng)軟件功能：321顯示功能顯示變配電站實(shí)際開關(guān)柜體圖、一次系統(tǒng)圖，并在一次系統(tǒng)圖上顯示各開關(guān)的分、合狀態(tài)；顯示各配電回路的三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度、頻率以及功率因數(shù)等電量參數(shù)；顯示各開關(guān)的分、合狀態(tài)和事故報(bào)警類別等；顯示各回路電量參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線圖；顯示變壓器的運(yùn)行狀態(tài)以及高溫、超高溫報(bào)警；顯示其他工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障情況。322報(bào)警功能狀態(tài)報(bào)警：當(dāng)變配電系統(tǒng)的開關(guān)出現(xiàn)過(guò)載跳閘、短路故障跳閘以及綜合繼電保護(hù)裝置內(nèi)部故障

11、時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)多媒體音箱發(fā)出聲音報(bào)警并自動(dòng)記錄時(shí)間、站號(hào)、回路名稱、事故類別。超限報(bào)警：當(dāng)變配電系統(tǒng)的各電量參數(shù)出現(xiàn)超過(guò)額定值時(shí)或其他工藝設(shè)備超限運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)多媒體音箱發(fā)出聲音報(bào)警并自動(dòng)記錄時(shí)間、站號(hào)、回路名稱。三相不平衡系數(shù)報(bào)警：當(dāng)變、配電系統(tǒng)的三相電流或三相電壓值出現(xiàn)不平衡時(shí)(可自定義范圍)，計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)多媒體音箱發(fā)出聲音報(bào)警并自動(dòng)記錄時(shí)間、站號(hào)、回路名稱。323控制功能在變配電站總值班室中央管理機(jī)處，可以通過(guò)鼠標(biāo)器控制各種高、低壓開關(guān)(帶有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)或者帶有交流接觸器)的合閘和分閘；同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖功能，以防止具有閉鎖回路的開關(guān)誤操作；在中央管理機(jī)處鼠標(biāo)下達(dá)操作命令

12、時(shí)具有密碼識(shí)別功能，只有操作人員輸入正確密碼時(shí)才可下達(dá)操作命令。324統(tǒng)計(jì)和打印功能統(tǒng)計(jì)和打印所監(jiān)控的所有電流值、電壓值、功率值、頻率值、功率因數(shù)值以及這些參數(shù)一天24小時(shí)變化曲線；統(tǒng)計(jì)和打印各斷路器運(yùn)行狀態(tài)變化時(shí)間及故障報(bào)警時(shí)間和類別；統(tǒng)計(jì)和打印各斷路器的操作時(shí)間及操作人員代碼；統(tǒng)計(jì)和打印有功電度、無(wú)功電度的一天24小時(shí)內(nèi)單位小時(shí)用電量及電量棒圖，同時(shí)具有峰谷計(jì)費(fèi)功能。325歷史記錄值班室計(jì)算機(jī)軟件能將所監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)的各種電量參數(shù)、各斷路器或開關(guān)的狀態(tài)變化時(shí)間、報(bào)警故障類別、操作人員代碼和時(shí)間、開關(guān)機(jī)時(shí)間等永久保存，以便對(duì)整個(gè)變、配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。326通訊功能系統(tǒng)內(nèi)部遵循KS485

13、通訊協(xié)議。與上位機(jī)通訊遵循RS485或TCPIP通訊協(xié)議。327自檢功能本系統(tǒng)具有完善的自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，診斷功能將提供詳細(xì)的故障信息，以便及時(shí)排除故障。                             4工程實(shí)例41項(xiàng)目概況某綜合樓工程為高檔建筑群，屬于一級(jí)負(fù)荷，采用雙回路10KV進(jìn)線，單母線分段

14、運(yùn)行方式，當(dāng)一路電源進(jìn)線發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)手動(dòng)閉合。該綜合樓工程變配電站由14臺(tái)高壓柜、6臺(tái)變壓器、48臺(tái)低壓柜、1臺(tái)中央信號(hào)屏和1臺(tái)直流屏組成。42工程方案中央管理機(jī)(監(jiān)控工程師站主機(jī))位于變配電站值班室，內(nèi)有工控機(jī)、顯示器、打印機(jī)、鍵盤UPS電源、報(bào)警設(shè)備等。電力工程師可查找高、低壓柜每一回路的數(shù)據(jù)、故障類型以及開關(guān)狀態(tài)同時(shí)可針對(duì)顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析，并以打印。電力工程師可直接通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)下趔各種操作命令。421高壓柜監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。422變壓器監(jiān)控部分采用模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度(需有420mA或者15V溫度信號(hào)輸出)采用開關(guān)量輸入模塊分別采集變壓器的岡機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

15、、高溫報(bào)警信號(hào)以及超高溫跳閘信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。圖7變壓器監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖423低壓部分：1)低壓主進(jìn)、母聯(lián)之間的監(jiān)控示意圖如圖8所示：2)低壓配電出線回路監(jiān)控采用模塊集中組屏方式，其監(jiān)控示意圖如圖9所示。圖6高壓柜監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖圖8低壓主進(jìn)、母聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖 43功能實(shí)現(xiàn)431顯示功能432報(bào)警功能433控制功能434統(tǒng)計(jì)和打印功能435歷史記錄5系統(tǒng)特點(diǎn)51變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的末端數(shù)據(jù)采集與控制單元直接安裝于開關(guān)柜內(nèi)，采用交流采樣直接從電流互感器或電壓互感器取交流0-5A電流信號(hào)或交流0-100V電壓信號(hào)(380220V低壓系統(tǒng)直接取交流0-220V或0-

16、380V電壓信號(hào))，不再需要各種電量變送器，開關(guān)柜上各種測(cè)量?jī)x表可以取消，外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設(shè)計(jì)與施工簡(jiǎn)單。52雖然智能化開關(guān)和智能開關(guān)柜本身已經(jīng)具備監(jiān)控功能，只要設(shè)計(jì)一根通信電纜引至值班室中央管理機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)方調(diào)度。但由于各廠家的通訊協(xié)議不統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)較困難，開關(guān)柜內(nèi)的繼電保護(hù)、信號(hào)與控制回路仍保留。因此，如何統(tǒng)一通訊協(xié)議，是系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向。(如能實(shí)現(xiàn)將使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單) 53變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高次諧波的監(jiān)控、記錄和保護(hù)有待于完善。6結(jié)論變配電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)了無(wú)人值班變電站的實(shí)現(xiàn)，可以利用遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)使電網(wǎng)調(diào)度迅速而準(zhǔn)確地獲得變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，完整地掌握變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時(shí)可以使