電力監(jiān)控系統(tǒng)方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)目錄11.1.概述 13811.2.需求分析 13811.2.1.總則 13811.2.2.系統(tǒng)規(guī)定 13811.3.系統(tǒng)結構設計 14011.3.1.現(xiàn)場監(jiān)控層 14111.3.2.通信網(wǎng)絡層 14111.3.3.系統(tǒng)管理層 14111.4.北京四達項目JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能 14111.4.1.對10kV中壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能 14111.4.2.對400V低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能 14211.4.3.管理功能 14211.電力監(jiān)控系統(tǒng)11.1.概述由北京機械工業(yè)自動化研究所開發(fā)的JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)是軟、硬件都已實現(xiàn)標準化、模塊化的集成式定制產(chǎn)品，可以集中或分布配置。它是電力系統(tǒng)終端用戶從10kV開閉站到400V低壓配電室進行“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)”以及故障就地自動應急解決的最佳解決方案。采用該系統(tǒng)后可以真正做到變電站的無人或少人值守及與用戶的實時互動。因此，它也是智能電網(wǎng)和配網(wǎng)自動化的重要組成部分。JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)可對中、低壓配電柜、直流屏、變壓器、UPS電源、柴油發(fā)電機組等多種變電、配電設備進行全方位的監(jiān)測和控制；可對配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量進行連續(xù)不斷的實時監(jiān)測，為諧波污染的治理并減少供配電系統(tǒng)的能耗和進行故障及事故因素的分析提供可靠的數(shù)據(jù)和信息；可在各種情況下保證系統(tǒng)的可操作性，具有多重軟件聯(lián)鎖能完全防止誤操作；除可進行遙控外，系統(tǒng)還具有自動進行故障的應急解決和負荷管制等強大功能；它具有可視化的人機界面，能實時監(jiān)控供電系統(tǒng)的運營狀況，自動記錄進行參數(shù)、故障報警和操作內(nèi)容等各種事件，管理完全實現(xiàn)自動化；它具有開放的通信接口，可以用OPC等多種方式與IBMS及其它計算機系統(tǒng)進行通信上傳數(shù)據(jù)，從而成為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)或建筑設備自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)的一個組成部分；它的智能化限度高，變電站可實現(xiàn)無人或少人值守，大大減少人工費用；同時其故障自動應急解決和負荷管制功能，保證供電的連續(xù)性，縮短停電時間，減少因停電所導致的經(jīng)濟損失。JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)具有既先進又實用的強大功能和長時間穩(wěn)定運營的良好性能，因此它不僅被應用在諸如北京首都國際機場3號航站樓等許多重要的大型公共建筑中，也用于像北京亦莊定海園社區(qū)等眾多的民用項目中，并且都獲得了用戶的好評，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。11.2.需求分析11.2.1.總則整套電力監(jiān)控系統(tǒng)涉及系統(tǒng)監(jiān)視主機，打印機，通信管理機，綜合保護測控裝置，智能配電儀表裝置。整套通信系統(tǒng)涉及通信總線等。整套系統(tǒng)供應電源涉及監(jiān)視主機，打印機，通信管理機的UPS電源等。其他必需安裝附件。11.2.2.系統(tǒng)規(guī)定系統(tǒng)結構變電站以計算機站控系統(tǒng)為核心，對整個變電站的一次主設備實現(xiàn)遙測，遙信，遙控，遙調(diào)功能，對二次設備和輔助設備實現(xiàn)遠方的控制。系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)運營方式的規(guī)定，實現(xiàn)各種閉環(huán)控制功能。實現(xiàn)對所有的一次設備進行監(jiān)視、測量、控制、記錄和報警功能，并與保護設備和遠方控制中心通訊，實現(xiàn)變電站綜合自動化。系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫。綜合自動化系統(tǒng)分為二層：站級控制層和間隔級控制層，間隔級控制層將采集和解決后的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)光纖媒介傳輸?shù)秸炯壙刂茖?，通過通信網(wǎng)在站控層溶為一體。各間隔級單元互相獨立，不互相影響，功能上不依賴于站控計算機，增強整個系統(tǒng)的可靠性和可用性。系統(tǒng)功能(a)總的規(guī)定綜合自動化系統(tǒng)綜合和集中變電站的所有功能，應用自動控制技術、計算機數(shù)字化技術和數(shù)字化信息傳輸技術，將變電站互相有關連的各部分總成為一個有機的整體，用以完畢從變電站安全監(jiān)測、遠方監(jiān)視調(diào)度控制到單個點和公共點的操作解決。系統(tǒng)的設計、配置和選型應符合國際標準、國際工業(yè)標準以及國內(nèi)標準。(b)數(shù)據(jù)采集與解決通過間隔層單元采集來自生產(chǎn)過程的模擬量、數(shù)字量及溫度量等，生產(chǎn)過程設備涉及CT、PT、配電裝置保護、直流系統(tǒng)、所用電系統(tǒng)等。對所采集的輸入量進行數(shù)字濾波，有效性檢查，工程值轉換、故障判斷、信號接點抖動消除、刻度計算等加工。從而產(chǎn)生出可供應用的電流、電壓、有功功率、無功功率、電度、功率因數(shù)等各種實時數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。系統(tǒng)應形成分布式的數(shù)據(jù)庫結構，在就地控制單元中保存本地解決的各種實時數(shù)據(jù)。(c)記錄計算對實時數(shù)據(jù)進行記錄、分析、計算，例如通過計算產(chǎn)生電壓合格率、有功、無功、電流、總負荷、功率因數(shù)、電量日／月／年最大值／最小值及出現(xiàn)的時間、日期、負荷率、電能分時段累計值、數(shù)字輸入狀態(tài)量邏輯運算值等，設備正常／異常變位次數(shù)并加以區(qū)分等，并提供一些標準計算函數(shù)，用來產(chǎn)生用戶可定義的虛擬測點進行平均值、積分值和其它計算記錄。具體算法按甲方提出的規(guī)定制定。(d)畫面顯示(i)概述A.通過站級控制機的21英寸彩色液晶顯示器和人機聯(lián)系工具顯示變電站各種信息畫面，顯示內(nèi)容重要涉及所有設備的位置狀態(tài)、變位信息、保護設備動作及復歸信息、直流系統(tǒng)及所用電系統(tǒng)的信息、各測量值的實時數(shù)據(jù)，各種告警信息、計算機監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)信息。B.在需要分區(qū)顯示的畫面中，可按規(guī)定分為：過程畫面區(qū)、提醒信息區(qū)、報警信息區(qū)，各區(qū)以互相不干擾的方式同步顯示信息。C.顯示畫面可由用戶在線以交互式進行修改、定義、編輯、生成、刪除，畫面總數(shù)≥60幅。(ii)畫面顯示的形式：顯示器上顯示的各種信息以報告、圖形、聲光等形式及時提供應運營人員。(iii)顯示畫面的調(diào)用：運營人員在工作站上通過控制鍵盤、鼠標實現(xiàn)對監(jiān)視畫面的調(diào)用。調(diào)用方式力求簡樸，最佳手動操作一次完畢，最多不超過三次。(e)打印記錄：記錄功能指計算機站控系統(tǒng)通過打印機將各種規(guī)定的信息按指定的格式輸出到打印紙上。(f)事件順序記錄：事件順序記錄的內(nèi)容為事故狀態(tài)變化的快速記錄，時間分辨率應不大于1毫秒，并按規(guī)定的報告形式打印輸出。(g)報警解決：報警解決分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預告報警。前者涉及非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者涉及一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限／復限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。(h)控制功能：對變電所各電壓等級斷路器，有載調(diào)壓開關等采用就地和遠方控制方式：(i)就地控制方式：10kV開關柜上可進行斷路器分、合操作；35kV開關柜上可進行斷路器分、合操作；主變有載調(diào)壓開關機構箱上可進行升、降、停操作；(ii)遠方控制方式：站級控制層控制方式，調(diào)度端控制方式；(iii)就地和遠方操作選擇開關：對于10kV開關柜，裝設在柜上；對于35kV開關柜，裝設在柜上。(iv)遠方調(diào)度中心控制操作方式的選擇切換在站級控制層中以軟件開關的形式完畢。(i)操作權限：具有操作權限等級管理，當輸入對的操作口令和監(jiān)護口令才有權進行操作控制，參數(shù)修改，并將信息給予記錄。并具有記錄操作修改人，操作修改內(nèi)容的功能。(j)信息分層：站控單元應具有信息分層功能，并能將信息分類、歸并。(k)遠方信息互換：計算機站控系統(tǒng)實現(xiàn)與遠方調(diào)度中心的信息互換，即與電力調(diào)度部門通信,具體的功能已在有關章節(jié)描述。(l)時鐘同步：計算機監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)與調(diào)度端的時鐘同步。(m)與其他設備的接口：計算機監(jiān)控系統(tǒng)應具有與甲方配置的其他設備的接口能力。(i)與保護設備接口：計算機站控系統(tǒng)可以與安裝在開關室和控制室內(nèi)各個間隔層單元的各保護設備接口，接口采用兩種方式，一種是與數(shù)字化保護測控一體化裝置通過現(xiàn)場總線通訊。另一種則通過電纜連接將非數(shù)字化保護設備的接點狀態(tài)輸入到計算機的I/0通道。(ii)與調(diào)度端的接口：計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過通信控制器提供與電力調(diào)度部門計算機監(jiān)控系統(tǒng)獨立的數(shù)據(jù)通信口。(iii)所采用的通信規(guī)約及連接方式應根據(jù)電力調(diào)度部門的規(guī)定，用戶可在線在工作站上自行定義編輯與遠方通信的數(shù)據(jù)集(涉及控制點設立)。(iv)與其他設備的接口：系統(tǒng)提供與模擬屏、直流屏、智能電度表、消防等設備的數(shù)據(jù)通信口。并預留一定數(shù)量的數(shù)據(jù)通信口和I/O接口作備用。(n)維護功能：維護功能指變電站負責管理計算機監(jiān)控系統(tǒng)的工程師通過工作站對該系統(tǒng)進行的診斷、管理、維護、擴充等工作。(i)數(shù)據(jù)庫維護：工程師用交互方式在線對數(shù)據(jù)庫中的各個數(shù)據(jù)項進行修改和增刪。(ii)功能維護：自動控制功能的啟動停止，對各種應用功能運營狀態(tài)的監(jiān)測，各種報表的在線生成和顯示畫面的在線編輯。(iii)站控系統(tǒng)的故障診斷：對計算機站控系統(tǒng)的各個設備進行狀態(tài)檢查，通過在線自診斷擬定故障發(fā)生的部位，并發(fā)出報警信號，檢查、診斷的結果可顯示、打印出來。11.3.系統(tǒng)結構設計北京四達項目JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)采用分布式配置，終端采集設備分別配置在400V低壓配電柜、10kV中壓配電柜、變壓器以及直流屏中，所有終端采集設備均通過RS485通訊接口經(jīng)現(xiàn)場總線與監(jiān)控計算機進行通訊。電力監(jiān)控管理計算機設在變電室值班室內(nèi)。電力監(jiān)控管理系統(tǒng)原理圖見圖一所示。圖一電力監(jiān)控管理系統(tǒng)原理圖JZN03電力監(jiān)控管理系統(tǒng)按監(jiān)控功能可分為：現(xiàn)場監(jiān)控層、通信網(wǎng)絡層和系統(tǒng)管理層。11.3.1.現(xiàn)場監(jiān)控層集中式現(xiàn)場監(jiān)控層涉及：分別配置在各低壓配電柜內(nèi)的網(wǎng)絡電力儀表和現(xiàn)場監(jiān)控裝置以及10kV微機綜保裝置、變壓器溫控器、直流屏控制器等。11.3.2.通信網(wǎng)絡層通信網(wǎng)絡層涉及：現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡和以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡這兩部分。前者是現(xiàn)場監(jiān)控層中設備與監(jiān)控計算機或設備之間進行通信的通信網(wǎng)絡，常見有RS485通信接口，支持Modbus-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線；后者是現(xiàn)場總線與監(jiān)控計算機進行通信的通信網(wǎng)絡，重要設備有串口聯(lián)網(wǎng)服務器和以太網(wǎng)互換機等設備。11.3.3.系統(tǒng)管理層系統(tǒng)管理層涉及：位于中控室內(nèi)的電力監(jiān)控管理計算機及其外圍設備、網(wǎng)絡通信設備等。11.4.北京四達項目JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能11.4.1.對10kV中壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能對10kV中壓配電柜的監(jiān)測功能通過微機綜合保護裝置和網(wǎng)絡電力儀表用通訊方式實時監(jiān)測微機綜保裝置和10kV真空斷路器（10kV進線、出線和母聯(lián)柜真空斷路器）提供的以下參數(shù)和信號：·三相電壓（相電壓、線電壓）；·三相電流；·零序電壓、零序電流；·頻率；·功率因數(shù)；·功率（有功功率、無功功率、視在功率）；·電能（有功電度、無功電度）；·斷路器/負荷開關的狀態(tài)信號、故障跳閘信號、接地故障信號、斷路器位置信號、隔離手車位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號；·接地刀位置信號；·自動/手動狀態(tài)信號、控制回路斷線信號；·微機綜合保護裝置的故障跳閘信號和內(nèi)部故障信號?！た捎涗?2個模擬量和64個開關量信號通道，最多可記錄100條故障錄波，最長可達20秒。模擬量通道可記錄測量電流和電壓的波形或趨勢。·可記錄512個帶時標的事件（SOE）記錄。·裝置定義了4個級別的操作權限：瀏覽者、操作員、工程師和管理員。對變壓器的監(jiān)測功能通過RS485通信接口，支持Modbus-RTU工業(yè)現(xiàn)場總線用通訊方式將來自變壓器溫控器的下列參數(shù)和信號送到監(jiān)控計算機進行監(jiān)測：·三相繞組的溫度；·超溫報警信號；·冷卻風機運營/停止和故障報警信號。對直流屏的監(jiān)測功能與監(jiān)測變壓器類似用通訊方式監(jiān)測直流屏的以下參數(shù)和信號：·輸出母線電壓、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池內(nèi)阻；·輸出母線過電壓、欠電壓、裝置失電報警信號；·進線（兩路）電源狀態(tài)信號：·絕緣下降、系統(tǒng)接地故障信號、直流故障信號、高頻開關電源模塊故障信號、控制器故障信號；·浮充、均充以及預告警、單體電池失效告警、故障等信號。11.4.2.對400V低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能低壓配電柜運營參數(shù)的監(jiān)測功能通過安裝在低壓配電柜上的網(wǎng)絡電力儀表用通訊方式實時監(jiān)測400V斷路器提供的以下參數(shù)和信號：·三相電壓（相電壓、線電壓）；·三/單相電流；·頻率；·功率因數(shù)；·功率（有功功率、無功功率、視在功率）；·斷路器分/合信號、故障信號；·有功電度、無功電度；·4路DI量，2路DO量；·電壓、電流精度0.2%，有功、無功精度0.5%。11.4.3.管理功能監(jiān)控界面和諧的人機界面，方便運營人員及時準確的了解系統(tǒng)運營情況，監(jiān)控界面以不同的顏色顯示所有斷路器或其他配電設備的工作/故障狀態(tài)，與實際情況完全一致，且系統(tǒng)運營參數(shù)可實時顯示供用戶查閱。如下圖所示：圖二低壓一次系統(tǒng)圖圖三子畫面功能用戶管理對用戶進行分級管理，使系統(tǒng)管理員對運營人員的操作權限進行設立，用戶提成一般操作員、系統(tǒng)管理員和工程配置員三個等級，并由用戶名和口令字唯一擬定，保證操作的安全可靠性，從而使系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定的運營。如下圖所示：圖四用戶管理圖五用戶登錄歷史數(shù)據(jù)存儲與查詢功能：定期存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)，并為用戶提供歷史曲線查詢和報表查詢等功能。如圖六所示。事件報警及報警信息查詢功能：監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)測并記錄開關的運營狀態(tài)變位、故障報警、通訊異常報警、越線報警等報警信息，同時彈出報警提醒窗口或在監(jiān)控畫面上以圖形方式進行顯示。這里斷路器的故障圖標只有在故障消除后才會消失