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(tǒng)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(jīng)濟發(fā)展,建筑項目向大型化綜合化的方向發(fā)展。由多個變電所組成的電氣系統(tǒng)越來越常見,整個電氣系統(tǒng)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(fā)展趨勢。同時基于綜合電力技術及計算機網(wǎng)絡技術的變電所綜合管理系統(tǒng)近年來得到了大力的發(fā)展。本文介紹變電所綜合管理系統(tǒng)的背景,研究變電所綜合管理系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu),并結(jié)合實際工程分析變電所綜合管理系統(tǒng)的應用要點和重點。

變電所;綜合管理系統(tǒng);系統(tǒng)設計;工程應用

1 引言

近年來,隨著國家經(jīng)濟發(fā)展,大型復雜的綜合基建項目越來越多。用戶對供電質(zhì)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(yè)來說,項目的大型化綜合化已經(jīng)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(jīng)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(tǒng)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(xiàn)在的工程中,往往是數(shù)個變電所同時存在。如何規(guī)劃設計好整個電氣系統(tǒng),成了一個新的課題[1]。

同時,現(xiàn)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(wǎng)絡技術的發(fā)展,現(xiàn)有的變電所規(guī)模的不斷擴大,對電力系統(tǒng)的監(jiān)視、遙控等遠程控制要求越來越高,而原有的樓宇管理系統(tǒng)對安放、空調(diào)、電力、電視等綜合監(jiān)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(yè)的軟件,能夠幫助其進行監(jiān)測及合理的安排分配以及調(diào)度,同時又能夠安全便捷地實現(xiàn)以上所說的各種要求。

2 變電所綜合管理系統(tǒng)介紹與分析

變電所綜合管理系統(tǒng)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(nèi)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(fā)現(xiàn),這樣變電所的維護人數(shù)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(diào)配資源,最大化地利用電力資源,符合當前國際上節(jié)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(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)所無法比擬的。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

2.2 各子系統(tǒng)介紹

2.2.1 后臺機系統(tǒng)

· 硬件可采用普通 PC機,操作系統(tǒng)采用WinXP

· 承擔電網(wǎng)運行的監(jiān)視與控制

· 運行調(diào)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(xiàn)報表的制作和打印功能

· 實現(xiàn)操作票的生成和管理功能

· 有多媒體功能,實現(xiàn)報警語音提示

· 與服務器通過以太網(wǎng)方式通訊

2.2.2 服務器系統(tǒng)

· 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(shù)據(jù)的存儲

· 承擔系統(tǒng)運行參數(shù)的保存

· 承擔實時數(shù)據(jù)的處理

· 可以把信息上傳調(diào)度

2.2.3 前置機系統(tǒng)

· 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(tǒng)采用WinXP

· 可接受同步/異步信號

· 可以進行不同規(guī)約地轉(zhuǎn)換上傳

· 可以接入標準時鐘(GPS)

2.2.4 系統(tǒng)的通訊方式

· 這三個系統(tǒng)是通過 10/100M以太網(wǎng)連接起來的,保證了數(shù)據(jù)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(tǒng)通信

2.3 系統(tǒng)分析

變電站綜合管理系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)各司其職,后臺機系統(tǒng)主要是通過網(wǎng)絡接收和發(fā)送數(shù)據(jù)和信息,監(jiān)視變電站運行工況,進行參數(shù)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(zhí)行調(diào)試命令等。服務器系統(tǒng)主要是對數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計和存儲,并把信息上傳至電力公司或其它系統(tǒng)。前置機系統(tǒng)通過 RS232/485或以太網(wǎng)等方式,收集整理變電站的數(shù)據(jù)和信息,并且上傳至服務器系統(tǒng)。

這樣的系統(tǒng)能夠幫助工程設計人員把整個電氣系統(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)控,同時系統(tǒng)的所有運行數(shù)據(jù)和故障參數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)控和管理,最大地節(jié)約了運行成本。同時它收集整理的數(shù)據(jù)對于項目的定期維護、故障排除、節(jié)能計量都有很多實際意義。

3 變電所綜合管理系統(tǒng)的工程應用

本次介紹的實際工程是一個典型的辦公園區(qū),它由數(shù)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(tǒng)設計中,在園區(qū)內(nèi)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(fā)展的需求,見圖 4。在設計中就需要將現(xiàn)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(tǒng)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(qū)的維護和管理,故提出需要將園區(qū)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(tǒng)設計中選用了變電所綜合管理系統(tǒng)來實現(xiàn)整個園區(qū)的智能化和信息化管理,下面就這個系統(tǒng)的實際設計中的一些要點進行具體的介紹:

3.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的功能可以按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中介紹的三個系統(tǒng)分別進行描述。

圖 4 電氣總平圖

3.1.1 后臺機系統(tǒng)

· 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(tǒng)網(wǎng)絡圖、系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(diào)整等等。

㈣用戶可以調(diào)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)網(wǎng)絡圖、系統(tǒng)數(shù)據(jù)表及用戶自定義的各種圖形。

b.權(quán)限管理:

先將不同的權(quán)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(quán)限的目的,以便于不同的人物去做自己的工作。見圖9。

權(quán)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(jiān)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(zhí)行三個步驟(需要設備支持)。見圖 10。

圖 9 權(quán)限管理圖例

圖 10 增加用戶圖例

b.參數(shù)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(tài)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(shù),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(fā)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(jù)報警窗口中的報警事項定位產(chǎn)生報警的信號所在的畫面。

e.有警報總集的功能,并且?guī)в惺马楋@示。

.f所有報警信息都記錄在歷史數(shù)據(jù)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(tǒng)計功能。

· 系統(tǒng)的自我診斷功能

a.本監(jiān)控系統(tǒng)可自我診斷,監(jiān)視各軟硬件的運行狀態(tài)。

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

c.在硬件和軟件系統(tǒng)運行異常時,同時伴有事項顯示。

3.1.2 服務器系統(tǒng)

· 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

a.通過以太網(wǎng)方式與前置機系統(tǒng)通訊,取得實時數(shù)據(jù)。

b.將從后臺機系統(tǒng)得到的遙控和取定值等控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到相應的前置機系統(tǒng)中去。

c.數(shù)據(jù)處理功能。

1對遙測值,遙信值等進行實時監(jiān)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(tǒng)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

a.可以根據(jù)用戶定義對歷史數(shù)據(jù)進行整理,刪除掉不重要的信息。

b.歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

d.當把備份數(shù)據(jù)庫重新裝載后,不會覆蓋現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)。

· 上傳信息功能

a.服務器有預留的以太網(wǎng)和RS232接口,可以用Modbus/Rtu、CDT92規(guī)約等將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照要求上傳給 BA管理系統(tǒng)。

· 服務器的通訊功能

a.與前置機通過以太網(wǎng)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(wǎng)進行通訊,提供給后臺機需要的所有實時的和統(tǒng)計分析后信息,畫面信息等。

· 數(shù)據(jù)庫的性能系統(tǒng)采用了 SQL Server數(shù)據(jù)庫,具有以下特點:

a.此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為分布式數(shù)據(jù)庫。

b.可以利用SQL語句快速地訪問數(shù)據(jù)庫信息。

c.支持并發(fā)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(tǒng)

· 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(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳給服務器。

b.接收從服務器轉(zhuǎn)發(fā)下來的控制命令,發(fā)送給相應的裝置。

c.接收服務器的對時命令,并發(fā)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(guī)約類型

a.系統(tǒng)支持 Modbus/Rtu,CDT92,103,101,DNP3.0等各種規(guī)約。

b.系統(tǒng)具有通訊規(guī)約的可擴展性,可以增加所需要的規(guī)約。

c.與智能裝置的接口可以采用以太網(wǎng),RS485,RS232等方式。

· 上傳信息功能

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

3.2 系統(tǒng)性能指標

系統(tǒng)性能完全滿足部頒《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設計技術規(guī)程》的各項指標[2]。

3.2.1 實時性

· 站內(nèi)數(shù)據(jù)采樣周期<1秒,系統(tǒng)測量綜合誤差 ≤1.5%。

· 控制及調(diào)節(jié)命令傳送時間(從按執(zhí)行鍵到輸出)≤1秒。

· 站內(nèi) S0E分辨率 ≤3m s。

· 全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)掃描周期:2～5秒。

· 畫面實時數(shù)據(jù)刷新周期:2～10秒,可調(diào)。

· 畫面實時調(diào)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(shù)據(jù)庫容量:模擬量＞=4000點,狀態(tài)量＞=12000點,控制量＞=1000點。歷史數(shù)據(jù)庫容量按以上配置,至少可存儲 2年。

3.2.2 可靠性

· 系統(tǒng)設備要上列規(guī)程規(guī)定的環(huán)境條件下使用,平均無故障時間(MTBF)＞20000小時,系統(tǒng)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(tǒng),安全性是至關重要的,要防止“故障”演變?yōu)椤笆鹿省?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(fā)生。要做到這一些,首先要求監(jiān)控系統(tǒng)功能完善,而且要保證實現(xiàn)這些功能的過程安全可靠?，F(xiàn)就幾個安全問題敘述如下:

· 通信安全

a.系統(tǒng)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(shù)據(jù)的有效性和合理性進行判斷,發(fā)現(xiàn)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(quán)限。

b.遙控操作時必須有操作員和監(jiān)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(tǒng)。

4 小結(jié)

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(tǒng)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(tǒng)就是適應這個發(fā)展的一個產(chǎn)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(tǒng)調(diào)度自動化設計技術規(guī)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。