淺論變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)

1、中文摘要旅大27-2/32-2油田是中海油第一座采用變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)的油田,采用的是PMCS2000變配電自動化系統(tǒng),利用現代電子技術、計算機、通信技術、軟件技術及網絡技術,將電站電網在線數據和離線數據、電網結構數據進行信息集成,構成完整的區(qū)域自動化系統(tǒng),實現變電站控制系統(tǒng)的綜合自動化。系統(tǒng)設計充分考慮到電站運行現狀以及發(fā)展需求,采用系統(tǒng)化設計思想,監(jiān)控、保護、通信網絡整體設計,在統(tǒng)一的接口標準以及開放的架構上分層實現站控、間隔自動化。系統(tǒng)提供開放接口,可以和其他自動化系統(tǒng)進行有效集成。關鍵詞:系統(tǒng)設計,總體結構,系統(tǒng)功能目錄一、微機綜合自動化系統(tǒng)概述 (3(一系統(tǒng)規(guī)模 (3(二監(jiān)

2、控系統(tǒng)基本結構 (4(三系統(tǒng)網絡結構 (5(四通訊管理機組網結構 (5二、微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能 (6(一通訊處理 (6(二實時數據處理、檢測 (7(三順序記錄與故障錄波 (7(四異常記錄處理 (7(五開關操作與安全管理 (7(六歷史數據記錄 (8(七屏幕顯示 (8(八屏幕操作 (8三、平臺負荷卸載功能在系統(tǒng)中的應用 (9(一快速脫扣 (9(二優(yōu)先脫扣 (9(三大負荷起動抑制 (9四、結束語 (10淺論變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)傳統(tǒng)的變配電系統(tǒng)結構,主要是由繼電器式保護屏,一對一強電控制屏等組成,通過斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器、控制繼電器、互感器、各種電工儀表(電流表、電壓表、功

3、率表等及變送器組合成高低壓開關控制柜,實現配電、控制、保護、監(jiān)視等功能。這種傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)自動化程度很低,一旦出現事故只能依靠跳閘保護或配電變壓器的熔斷器斷電或是人工拉閘,然后再靠人工查明故障點。運行值班人員不能及時了解設備運行狀況,即使是一個小小的故障也容易導致一片區(qū)域長時間停電,并且設備的控制及維護只能通過運行維護人員到達現場進行手動操作,對配電系統(tǒng)運行的安全性及設備的維護無法滿足用電可靠性的要求。隨著現代工業(yè)規(guī)模的擴大,高低壓配電系統(tǒng)的出線也越來越多,對供電的安全可靠性的要求也越來越高,傳統(tǒng)的運行管理維護模式越來越無法滿足現代配電系統(tǒng)的要求,因此采用變配電自動化系統(tǒng)逐漸成為工業(yè)及樓宇變配

4、電系統(tǒng)的一種趨勢,該系統(tǒng)具有很高的自動化程度,將傳統(tǒng)的繼電器保護改為數字式的微機保護、種類繁多的電工儀表僅需要一臺智能監(jiān)控儀表就能完成各種監(jiān)控功能,并且利用現代通訊技術還可以設置遠方或就地監(jiān)控系統(tǒng),使運行值班人員不用到設備現場也能了解設備運行情況,極大地提高了系統(tǒng)的運行可靠性和安全性。一、中海油旅大27-2/32-2平臺微機綜合自動化系統(tǒng)概述(一系統(tǒng)規(guī)模旅大27-2/32-2油田3個平臺設1套微機綜合自動化系統(tǒng)。本系統(tǒng)安裝在PSP平臺主配電室內,以實現對WHPA平臺、WHPB平臺和PSP平臺低壓進線等回路的遙測、遙信。(二監(jiān)控系統(tǒng)基本結構中海油旅大27-2平臺監(jiān)控系統(tǒng)由主控層、通訊管理層兩大部

5、分組成。主控層通過通信管理機接入現場間隔層各種單元測控信息,實現變電站電氣系統(tǒng)SCADA功能?，F場間隔層系統(tǒng)設備采用在信息源點安裝,獨立完成對間隔層設備的保護、測量、控制以及通訊的功能。主控層通信管理主要由通訊管理機和雙機切換裝置構成,通訊管理機通過現場總線方式接入了各種間隔設備,同時和主控層實現通信;通訊管理機也負責向其他自動化系統(tǒng)轉發(fā)各種系統(tǒng)數據。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在PSP平臺主開關間, WHPA平臺,WHPB平臺的保護裝置組網通過光MODEM,以光纖方式接入PSP主平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。1.主控層:一體化工作站、打印機、網絡交換機組成。1監(jiān)控主機配置:ADVANTECH一體化工作站AWS-8248V

6、,參數為14槽,15TFT LCD,分辨率:1024 x 768。2軟件:監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件集中體現了現代SCADA技術的特點:標準平臺、模塊化設計、靈活的通訊及連接方式、高品質的人機界面。3功能:對變電所正常運行和事故情況下的生產過程進行實時監(jiān)控,把通訊管理層采集到現場設備的數據通過人機界面(大屏幕彩色液晶顯示器的方式顯示給用戶,同時發(fā)送命令給間隔層設備;具有定時自動報表打印及越限和事故報警、時間順序記錄及故障錄波、斷路器和隔離開關分/合操作、操作閉鎖等功能;并具備向各級調度和當地局域網傳送遠動信息及要求的數據的能力;具有一些其他運行管理功能。2.通訊管理層:由通訊管理單元和I/O采集單元組成

7、1控制核心:本層是整個系統(tǒng)的通訊控制核心,它采用穩(wěn)定的工業(yè)計算機或嵌入式通訊管理機為核心,經過眾多的通訊口把上下級設備聯在一起,實現全系統(tǒng)的數據通訊,由此而形成和完成變電站層的控制功能;與監(jiān)控主機通訊把采集的信息輸入實現就地監(jiān)控功能;與智能測控裝置通訊實現測量功能;與微機繼電保護通訊實現保護信息采集功能;與對時裝置GPS通訊實現時鐘同步。2通訊功能:本層利用其眾多通訊口和豐富的規(guī)約庫,實現與各種微機保護,測量儀表的通訊。PLC軟件可以根據用戶不同的要求,利用各I/O點的輸入輸出信息,實現各種控制調節(jié)功能。(三系統(tǒng)網絡結構系統(tǒng)通信網絡支持多種網絡方式,有效地保證了網絡傳輸的實時性和可靠性;通信協

8、議采用電力行業(yè)標準規(guī)約,可方便地實現不同廠家的設備互連;提供遠動通信功能,可以不同的規(guī)約向不同的調度或集控站轉發(fā)不同的信息報文;系統(tǒng)支持硬件對時網絡,減少了GPS與設備之間的連線,方便可靠,對時準確。(四通訊管理機組網結構監(jiān)控系統(tǒng)高開放性,可以方便擴展采用系統(tǒng)網絡結構。下圖監(jiān)控系統(tǒng)組網結構。GE 保護裝置 485網 PLC監(jiān)控主機管理機多功能儀表遠方來WHPA 平臺、WHPB 平臺信號安裝于PSP 主平臺內的微機綜合自動化系統(tǒng)網絡拓撲示意圖光纖網絡交換機打印機二、 微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能是對變電站正常運行和事故情況下的生產過程進行實時監(jiān)控,大屏幕彩色顯示,定時

9、自動報表打印或召喚報表打印,越限和事故報警,事故推畫面、事件順序記錄與事故追憶,進行數據采集與處理,完成站內自動化控制功能,向調度傳送遠動信號與數據,接收調度遙控命令,以及其它一些運行管理功能。(一 通訊處理監(jiān)控系統(tǒng)首先處理各種不同規(guī)約的信息,發(fā)送和接收遙測、遙信、遙控、系統(tǒng)對時,配置信息的請求、應答、報文,將實時數據按相同的數據格式存入實時數據庫,為系統(tǒng)其它模塊提供數據來源?；镜囊?guī)約包括部頒 CDT現約,部頒 SC-1801規(guī)約和 DNP 3.0規(guī)約,MODBUS RTU 規(guī)約等,同時預留規(guī)約接口,使用戶方便地擴充通訊規(guī)約。系統(tǒng)能夠同時處理8個CCU通道信息,實時數據刷新周期小于3秒。(二

10、實時數據處理、檢測系統(tǒng)對采集到的實時數據作如下處理:1.檢測數據的合理性。當系統(tǒng)的收到的數據超出合理性范圍,對其進行復位為某一合理值。2.處理計算、統(tǒng)計。對各采集量收集其最大、最小值及發(fā)生時間,統(tǒng)計電壓、頻率合格率,對電度量按峰、平、谷值累加,實現分時計量。(三順序記錄與故障錄波事件記錄包括名開關狀態(tài)的變位,保護裝置動作信號,控制操作及操作后狀態(tài)變化等。系統(tǒng)記錄事件發(fā)生的時刻、事件性質和名稱,顯示、打印在 CRT、打印機上,供用戶分析事故原因。故障錄波功能可以顯示、打印帶時標的故障波形,供精確分析故障。(四異常記錄處理系統(tǒng)對測量實現超限報警,越限報警死區(qū)處理,越限時間累計及超時報警。對開關量狀

11、態(tài)變位報警,非操作變位報警,報警恢復、確認處理。報警以聲、光形式實現,并實時地顯示在屏幕上,存入歷史事項庫中,供操作員查詢。(五開關操作與安全管理軟件系統(tǒng)對不同的使用人員分級授權,操作人員只能進行權限允許的操作。系統(tǒng)管理員具有最高權限,能涉及系統(tǒng)各個部分,并對使用者的權限進行管理。獲得權限的人員可在監(jiān)控計算機或工作站上執(zhí)行遙控跳合閘操作,采用口令核對和操作返校確保操作準確。(六歷史數據記錄測量量周期性地存入歷史數據庫,為報表、曲線的生成提供數據源。同時記錄事件順序記錄和異常事項記錄及設備運行檢修等,形成完整的歷史數據庫。(七屏幕顯示屏幕采用流行的Windows多文稿窗口界面,畫面可放大、縮小、

12、打印。屏幕顯示的內容有:1.主接線圖:實時顯示斷路器、開關、隔離開關的狀態(tài),在各主設備旁顯示電流、功率和電度值,母線電壓等測量值,顯示系統(tǒng)時鐘。2.重要測量值的趨勢曲線圖、負荷曲線圖,電壓、電流、功率曲線及捧圖。3.變電站實時數據表格。4.事故報告信息。5.控制操作過程記錄。6.各類日報表,月報表及運行日志等。7.保護運行狀態(tài),整定值和參數等。8.自動化系統(tǒng)各設備運行工況圖。(八屏幕操作系統(tǒng)可形成各種形式的報表,用戶可在線進行修改、編輯,并可定時、召喚打印。1.日常報表,包括整點電壓、電流、有功、無功、頻率等。2.月報表,包括電度計量,保護、線路故障次數、月電壓及負荷的統(tǒng)計分析等。三、平臺負荷

13、卸載功能在系統(tǒng)中的應用油田卸載采用快速脫扣與優(yōu)先脫扣相結合的方式。(一快速脫扣:PSP平臺主電站共包括5臺主發(fā)電機,其中原油發(fā)電機2臺、天然氣發(fā)電機3臺。每臺原油發(fā)電機現場功率為7760kW,每臺天然氣發(fā)電機現場功率為3100kW。正常生產工況下,由1臺原油發(fā)電機與3臺天然氣發(fā)電機并網運行,負荷率約為83.85%。當有發(fā)電機發(fā)生故障退出運行時,系統(tǒng)執(zhí)行快速脫扣程序。由于天然氣發(fā)電機主氣源平臺目前無法確定,兩個井口平臺(WHPA、WHPB都具有快速脫扣選擇功能,可根據實際情況任意選擇。(二優(yōu)先脫扣:正常生產工況下,當主發(fā)電機負荷率達到95%及以上時,系統(tǒng)執(zhí)行優(yōu)先脫扣程序。優(yōu)先脫扣共設計四級,第一

14、級負荷卸載后,經延時,若負荷率降低在95%以下或不再增加,則中止優(yōu)先脫扣程序,二級、三級類似;否則,進入下一級負荷卸載。(三大負荷起動抑制1.大負荷起動抑制的主要對象1注水泵(PSP-P-4101A/B/C/D、WHPB-P-4105A/B2外輸泵(PSP-P-2003A/B3海水提升泵(WHPA-P-4001A/B/C經與天然氣發(fā)電機廠家聯系,天然氣發(fā)電機負荷達到80%以后,每次突增負荷不應超過發(fā)電機容量的5%。2.大負荷起動抑制的原則1系統(tǒng)的負荷率達到80%以上時,對功率超過電網剩余功率25%的負荷進行起動抑制。2若僅有天然氣發(fā)電機在線運行,負荷率達到60%以上時,對800kW電動機(PSP-P-4101A/B、WHPB-P-4105A/B進行起動抑制。大負荷起動抑制功能主要通過安裝在PSP平臺內的PMS系統(tǒng)來實現。通過實時監(jiān)測計算各并列運行發(fā)電機的剩余功率和允