變電所綜合管理系統介紹及工程應用

劉 翀

(華東建筑設計研究院有限公司,上海 200002)

變電所綜合管理系統介紹及工程應用

劉 翀

(華東建筑設計研究院有限公司,上海 200002)

隨著經濟發展,建筑項目向大型化綜合化的方向發展。由多個變電所組成的電氣系統越來越常見,整個電氣系統的管理與維護變得尤為重要。以往的變電所基本都是獨立運行、獨立管理,它變得不適應這種發展趨勢。同時基于綜合電力技術及計算機網絡技術的變電所綜合管理系統近年來得到了大力的發展。本文介紹變電所綜合管理系統的背景,研究變電所綜合管理系統的組成和結構,并結合實際工程分析變電所綜合管理系統的應用要點和重點。

變電所;綜合管理系統;系統設計;工程應用

1 引言

近年來,隨著國家經濟發展,大型復雜的綜合基建項目越來越多。用戶對供電質量有越來越高的要求,對公共基礎設施電力供應的按時、準確和不間斷都有了更高的要求。對于建筑電氣行業來說,項目的大型化綜合化已經成為了大勢所趨。電氣工程師就需要在以往的單一小型的項目設計經驗的基礎上,增強大型復雜的項目設計能力。而這其中最大的變化就是電氣系統的復雜化大型化。以往的小型公建項目,往往只有一個核心的變電所作為整個項目的電氣核心。我們設計的重心就圍繞它展開。而現在的工程中,往往是數個變電所同時存在。如何規劃設計好整個電氣系統,成了一個新的課題[1]。

同時,現有的變電所管理運行模式基本都是基于單獨變電所的獨立運行管理的,而隨著電力技術及計算機網絡技術的發展,現有的變電所規模的不斷擴大,對電力系統的監視、遙控等遠程控制要求越來越高,而原有的樓宇管理系統對安放、空調、電力、電視等綜合監測,不能完全滿足用戶對電能量管理的要求,電力作為一種重要的能源,用戶需要有一個專業的軟件,能夠幫助其進行監測及合理的安排分配以及調度,同時又能夠安全便捷地實現以上所說的各種要求。

2 變電所綜合管理系統介紹與分析

變電所綜合管理系統就是針對這種需求而誕生的,它可提供完整的采集信息量,使得變電所內部設備運行狀況更容易被工程師掌握,設備隱患能夠被及時發現,這樣變電所的維護人數和維護成本得到極大的降低。工程師通過詳盡的報表,及時地評估整個用電狀況,合理調配資源,最大化地利用電力資源,符合當前國際上節能降耗的趨勢,使得管理水平提升一個臺階。完備的變電所日常管理功能(操作票、事故記錄、維護日志等)提高了變電所的計算機管理能力,減少了人力投入以及可能的人為誤差,提高了工作效率,這都是傳統的樓宇自控系統所無法比擬的。

2.1 系統結構

變電站綜合管理系統網絡采用分層分布式結構,按照功能劃分為三個子系統,分別是后臺機系統、服務器系統、前置機系統。后臺機、服務器、前置機之間采用高速以太網通信,遵循 TCP/IP通信協議。前置機和保護裝置、智能模塊之間采用主流工業接口(如 RS485等),內嵌 I EC870-5-103、ModbusRTU等通信規約。同時為管理系統 BA、OA、MIS等留有接口,便于內部各個系統無縫集成。系統框圖見圖 1。

2.2 各子系統介紹

2.2.1 后臺機系統

· 硬件可采用普通 PC機,操作系統采用WinXP

· 承擔電網運行的監視與控制

· 運行調度員人機接口界面

· 全圖形操作工作站方便地查看各線路運行狀況,并可以方便地進行操作

· 實現報表的制作和打印功能

· 實現操作票的生成和管理功能

· 有多媒體功能,實現報警語音提示

· 與服務器通過以太網方式通訊

2.2.2 服務器系統

· 硬件采用采用普通 PC機或者小型服務器,應用軟件為 SQL Server2000

· 承擔歷史數據的存儲

· 承擔系統運行參數的保存

· 承擔實時數據的處理

· 可以把信息上傳調度

2.2.3 前置機系統

· 采用機架式工控機(圖 2)和串口服務器(圖 3)作為硬件平臺,操作系統采用WinXP

· 可接受同步/異步信號

· 可以進行不同規約地轉換上傳

· 可以接入標準時鐘(GPS)

2.2.4 系統的通訊方式

· 這三個系統是通過 10/100M以太網連接起來的,保證了數據的傳輸速度和可靠性

· 實時信息交換

· 通過光纖或超五類雙絞線與其它系統通信

2.3 系統分析

變電站綜合管理系統的三個子系統各司其職,后臺機系統主要是通過網絡接收和發送數據和信息,監視變電站運行工況,進行參數設置和修改,報表打印,由操作人員通過鍵盤,鼠標進行操作執行調試命令等。服務器系統主要是對數據進行分析統計和存儲,并把信息上傳至電力公司或其它系統。前置機系統通過 RS232/485或以太網等方式,收集整理變電站的數據和信息,并且上傳至服務器系統。

這樣的系統能夠幫助工程設計人員把整個電氣系統的核心整合在一起。管理運行人員也可以在同一個終端完成對整個電氣系統的監控,同時系統的所有運行數據和故障參數可以很方便的獲取。實際工程中,項目運營方通常都有一個固定的辦公地點,通常也只有最重要的變電所安排有 24小時值班人員,這樣通過這個系統就可以使用最少的人力占用較少的空間完成對整個項目的電力系統的監控和管理,最大地節約了運行成本。同時它收集整理的數據對于項目的定期維護、故障排除、節能計量都有很多實際意義。

3 變電所綜合管理系統的工程應用

本次介紹的實際工程是一個典型的辦公園區,它由數幢實驗辦公樓組成,用于科技研究工作,對用電的要求較高。電氣系統設計中,在園區內設有一個核心變電所 (35kV/10kV)和 5個分變電所(10kV/0.4kV),它還預留有兩個地塊用于將來發展的需求,見圖 4。在設計中就需要將現有的 6個變電所和將來可能的兩個變電所進行綜合管理、統一設計。而運營方的實際情況是,他只有一組人員用于將來這個園區的維護和管理,故提出需要將園區的管理功能都集中于一處。

在這樣的一個實際情況下,筆者在電氣系統設計中選用了變電所綜合管理系統來實現整個園區的智能化和信息化管理,下面就這個系統的實際設計中的一些要點進行具體的介紹:

3.1 系統功能

系統的功能可以按照系統結構中介紹的三個系統分別進行描述。

圖 4 電氣總平圖

3.1.1 后臺機系統

· 主界面功能

a.畫面類型:變電所接線圖、表圖、日(月)曲線圖、地理位置圖、系統網絡圖、系統數據表及用戶自定義的各種圖形。見圖 5～圖 7。

· 智能操作票生成功能

圖 7 操作主界面

圖 8 操作票的編輯和制作圖例

1用戶可以將自動生成或單步生成的操作票保存為典型操作票。

④可以對典型操作票進行修改、刪除、插入、順序調整等等。

㈣用戶可以調用典型操作票并對其進行修改,并生成需要的操作票。

?操作票生成后,自動進入票編輯、審查界面,供審查和校正。

?系統提供插入、刪除、修改等功能,便于對操作票中的錯誤進行修改,對操作票的準確性、規范性進行確認。見圖 8。

· 人機界面功能

a.畫面類型:變電所接線圖、棒形圖、表形圖、餅圖、日(月)曲線圖、地理位置圖、系統網絡圖、系統數據表及用戶自定義的各種圖形。

b.權限管理:

先將不同的權限分給不同的角色。在給不同的人物附不同的角色。從而達到不同人物有不同權限的目的,以便于不同的人物去做自己的工作。見圖9。

權限種類:

1本機管理④角色分類㈣用戶分類

a.遙控管理

1需要監護人和操作人同時在場并輸入密碼才可遙控。

④遙控中可以有簡單的防誤操作。

㈣操作有預置,反校,執行三個步驟(需要設備支持)。見圖 10。

圖 9 權限管理圖例

圖 10 增加用戶圖例

b.參數設置

1信息列表的輸入是用 ACCESS表格式輸入的,并可方便地導入導出,若修改較少,可以直接在列表中修改。

④可以在線設置各遙信點的狀態和遙測點的值,設置并閉鎖后,不再顯示實時值。

㈣可以在線修改各遙測點的系數,各開關、閘刀的設備信息。見圖 11。

圖 11 設備資料圖例

a.可以方便地顯示各遙測值的日(月)曲線。

b.每個用戶的登錄、注銷和所有的操作、設置都記錄在操作記錄中。

c.可以方便查看歷史事項和操作記錄。

d.能方便地設置遙測值的上限、上上限、下限、下下限等。

· 報警功能

a.報警發生后,彈出報警窗口并閃爍顯示。

b.未確認的報警一直閃爍,確認后停止閃爍。

c.可以隨機打印報警事項(必須用針式打印機)。

d.可以根據報警窗口中的報警事項定位產生報警的信號所在的畫面。

e.有警報總集的功能,并且帶有事項顯示。

.f所有報警信息都記錄在歷史數據庫中。

g.具有事故跳屏功能。見圖 12。

圖 12 告警窗口圖例

· 報表功能

a.報表采用EXCEL制作,方便易用。

b.可以方便地按照用戶的要求制作。

c.報表支持召喚打印,定時打印。

d.已完成的報表可以自動存儲到硬盤中去。

e.報表種類有:日報,月報,年報。

.f具有報表統計功能。

· 系統的自我診斷功能

a.本監控系統可自我診斷,監視各軟硬件的運行狀態。

b.將系統的軟硬件狀態以圖標表示,圖標可以用不同顏色區別通斷狀態,讓用戶很容易掌握整個系統是否正常運行。

c.在硬件和軟件系統運行異常時,同時伴有事項顯示。

3.1.2 服務器系統

· 實時數據庫系統

a.通過以太網方式與前置機系統通訊,取得實時數據。

b.將從后臺機系統得到的遙控和取定值等控制命令轉發到相應的前置機系統中去。

c.數據處理功能。

1對遙測值,遙信值等進行實時監視和保存。

④遙測值和遙信值的保存間隔可以由用戶自己設定。

㈣對遙測值進行分析,統計遙測值的最大最小值,平均值。

?對各種保護信息和告警信息進行分類保存。

· 歷史數據庫系統

a.可以根據用戶定義對歷史數據進行整理,刪除掉不重要的信息。

b.歷史數據保存的時間可以由用戶設定。

c.保存時間到了之后,會自動刪除過期數據。

d.當把備份數據庫重新裝載后,不會覆蓋現有的歷史數據。

· 上傳信息功能

a.服務器有預留的以太網和RS232接口,可以用Modbus/Rtu、CDT92規約等將系統的數據按照要求上傳給 BA管理系統。

· 服務器的通訊功能

a.與前置機通過以太網方式通訊,取得所有 I/O智能單元和保護裝置的遙測,遙信,保護信息等。

b.與后臺機通過以太網進行通訊,提供給后臺機需要的所有實時的和統計分析后信息,畫面信息等。

· 數據庫的性能系統采用了 SQL Server數據庫,具有以下特點:

a.此數據庫系統為分布式數據庫。

b.可以利用SQL語句快速地訪問數據庫信息。

c.支持并發訪問,具有完整性和一致性。

d.具有良好的可擴性和適應性。

e.具有完善的保護功能,可以防止誤操作。

3.1.3 前置機系統

· 通訊功能

a.周期性采集智能單元的遙測,遙信等,并將采集到的數據通過以太網上傳給服務器。

b.接收從服務器轉發下來的控制命令,發送給相應的裝置。

c.接收服務器的對時命令,并發給所接智能裝置。

d.也可以本身接GPS定位鐘,然后將時間傳給服務器。

· 支持規約類型

a.系統支持 Modbus/Rtu,CDT92,103,101,DNP3.0等各種規約。

b.系統具有通訊規約的可擴展性,可以增加所需要的規約。

c.與智能裝置的接口可以采用以太網,RS485,RS232等方式。

· 上傳信息功能

a.前置機留有以太網接口和RS232接口,可以通過 Modbus/Tcp,Modbus/Rtu規約上傳信息給廠站管理系統。

3.2 系統性能指標

系統性能完全滿足部頒《電力系統調度自動化設計技術規程》的各項指標[2]。

3.2.1 實時性

· 站內數據采樣周期<1秒,系統測量綜合誤差 ≤1.5%。

· 控制及調節命令傳送時間(從按執行鍵到輸出)≤1秒。

· 站內 S0E分辨率 ≤3m s。

· 全系統實時數據掃描周期:2～5秒。

· 畫面實時數據刷新周期:2～10秒,可調。

· 畫面實時調用響應時間:實時畫面≤2秒,其它畫面≤3秒。

· 打印報表輸出周期:按需整定,可定時和召喚打印。

· 實時數據庫容量:模擬量＞=4000點,狀態量＞=12000點,控制量＞=1000點。歷史數據庫容量按以上配置,至少可存儲 2年。

3.2.2 可靠性

· 系統設備要上列規程規定的環境條件下使用,平均無故障時間(MTBF)＞20000小時,系統總體大于 17000小時

· 遙控正確率不小于 99.9%。

· 信號正確動作率不小于 99.9%。

· 事件順序記錄正確率 ≥95%。

3.2.3 安全性

對于整個電氣系統,安全性是至關重要的,要防止“故障”演變為“事故”,要防止事故的曼延與擴大,要杜絕重要設備損壞等特大惡性事故的發生。要做到這一些,首先要求監控系統功能完善,而且要保證實現這些功能的過程安全可靠?，F就幾個安全問題敘述如下:

· 通信安全

a.系統對通道(包括 I/O過程通道和遠動通道等)不斷進行檢測,對通道是否中斷、對數據的有效性和合理性進行判斷,發現故障及時報警。

b.在軟件設計中采取措施,保證不因信息傳輸中的個別錯誤導致關鍵性錯誤而引起誤操作和負荷擾動等后果。

· 硬件,軟件安全

a.對主機、RTU等硬件進行自行診斷。

b.CPU負載能力留有較大的裕度,平均負載率不超過 40%,重載時不超過 60%?！?操作安全性

a.不同的用戶有不同的權限。

b.遙控操作時必須有操作員和監督人員同時在場。

c.遙控操作時有簡單的防誤操作。

3.2.4 可擴展性

· 由于容量大,CPU負載輕:

· 前置機具有較大的擴展余量,可對所接模塊進行擴充。

· 服務器具有較大的擴展余量,可擴接多套前置機系統。

4 小結

當今建筑設計的智能化和信息化進展越來越快,變電所作為電氣系統的核心,它的設計、管理與運營也必須與時俱進。變電所綜合管理系統就是適應這個發展的一個產物,它在實際工程中的運用中取得了較好的運行效果和管理效益,得到用戶的肯定。筆者希望能通過此工程實例的探討起到拋磚引玉的效果,吸納更多有識之士投入此領域的研究與學習。

[1]溫伯銀,趙濟安,瞿二瀾,王東偉等.智能建筑設計技術同濟大學出版社,2002.11.

[2]能源部西北電力設計院,能源部中南電力設計院.電力系統調度自動化設計技術規程.中華人民共和國能源部,2006.6.

Introduced and Engineering Application of Electric Power Substation Integrated Management Syste

Liu Chong

(East China ArchitecturalDesign&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai200002,China)

Alongw ith the econom ical developmen,t construction project toward large and comprehensive.Composed by multiple substation ismore common in the electrical system,the whole electrical system m anagement and maintenance is particularly importan.t Previous substation mostly is independent operation and Independentm anagemen,t It's not the develop m ent trend.At the sa m e t ime,substation manage m ent system that based on integrated power technology and network technology in recent yearsobtained the strong developmen.t Thispaper introduces the background of substation integrated manage m ent system,study the substation integratedmanagement system composition and structure,and combined w ith the actual engineering analysis substation integrated m anagement system,application points and key.

Electric Power Substation;IntegratedManage ment System;System Design;Engineering Application

TM63;C931.9

B

1674-7461(2011)02-0091-08

劉翀(1979-),男,工學學士,注冊電氣工程師。主要從事建筑電氣設計、智能建筑電氣技術、建筑設計信息技術等方面的研究。