孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

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電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

摘要介紹了電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例分析了行業(yè)內(nèi)的特殊需求，提供了針對(duì)性的解決方案。

關(guān)鍵詞電力監(jiān)控系統(tǒng) 液晶面板 電能質(zhì)量

Design and Application of Electric Power SCADA System in a LCD Panel Factory

Sun Hailong

Abstract The design and application of electric power SCADA system in LCD panel factory are introduced.Combined with engineering example，the special needs of the industry is analyzed，and the targeted solution is put forward.

Keywords power SCADA system，LCD panel，power quality

0　引言

在電子系統(tǒng)行業(yè)中，液晶面板廠具有規(guī)模大、自動(dòng)化程度高及配變電系統(tǒng)龐大等特點(diǎn)。其對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性要求相對(duì)較高。通過(guò)合理配置電力監(jiān)控系統(tǒng)，可模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，對(duì)各類電氣設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班模式，在發(fā)生故障時(shí)，能在最快的時(shí)間內(nèi)切除故障，保護(hù)一次設(shè)備，縮小停電范圍，對(duì)發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運(yùn)行管理人員分析故障原因，快速定位和排除故障，盡量縮短停電時(shí)間；平時(shí)運(yùn)行時(shí)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，提高運(yùn)行效率，提高系統(tǒng)供電可靠性。本文通過(guò)對(duì)具體案例進(jìn)行分析來(lái)探討電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的應(yīng)用。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1.1系統(tǒng)概述

電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)力求每個(gè)配變電所獨(dú)立、穩(wěn)定運(yùn)行，任意一個(gè)配變電所監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，都不會(huì)影響到其他配變電所的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)，也可以在總控室中方便、快捷地瀏覽任何一個(gè)配變電所中供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行情況，基于網(wǎng)絡(luò)完成所有供配電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息匯總。

各配變電所中分別設(shè)有一臺(tái)前置通信機(jī)，作為一處監(jiān)控子站。子站負(fù)責(zé)采集各站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理，處理結(jié)果通過(guò)光纜傳送給總監(jiān)控系統(tǒng)的雙前置處理機(jī)，同時(shí)對(duì)各站發(fā)送相應(yīng)的控制命令。

電力監(jiān)控系統(tǒng)配置雙監(jiān)控主機(jī)和一臺(tái)后臺(tái)調(diào)度機(jī)，并配置WEB服務(wù)器。雙監(jiān)控主機(jī)可將各個(gè)分變監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理，給值班人員提供直觀的畫面、報(bào)表和故障信息查詢。雙監(jiān)控主機(jī)應(yīng)互為熱備用，提高系統(tǒng)可靠性。

1.2監(jiān)控內(nèi)容

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各配變電所高壓開關(guān)柜的監(jiān)視、測(cè)量和控制；各變壓器溫度信號(hào)的顯示和報(bào)警；各變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器的監(jiān)視和測(cè)量；各變壓器低壓側(cè)饋線回路斷路器的監(jiān)視和測(cè)量；應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)視和測(cè)量；UPS不間斷電源系統(tǒng)的監(jiān)視和測(cè)量；車間配電總盤系統(tǒng)、工藝母線系統(tǒng)的監(jiān)視和測(cè)量。

2　系統(tǒng)常規(guī)功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)必須具有五防閉鎖功能，除此外，其他的常規(guī)功能如下。

1）圖形功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)的圖形顯示功能：可通過(guò)顯示屏直觀體現(xiàn)出電源線路的排列順序和物理位置；可顯示現(xiàn)場(chǎng)斷路器和接地刀狀態(tài)、斷路器小車的位置及相關(guān)故障、告警信號(hào)；可在顯示的供配電回路單線圖上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)斷路器進(jìn)行遙控操作，并有安全操作的雙重驗(yàn)證；可結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)行各類模擬順序的操作和演示；圖形畫面可實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各種測(cè)量值；具有“遙信”、“遙測(cè)”、“遙脈”及“遙控”等功能；動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治?，以不同顏色形象化顯示帶電與失電區(qū)域，按電壓等級(jí)以標(biāo)準(zhǔn)顏色顯示帶電區(qū)域，體現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；可提供圖形編輯平臺(tái)及環(huán)境，用戶可進(jìn)行配置和編輯，使用靈活，表現(xiàn)形式多樣。

2）曲線功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)的曲線功能：可顯示測(cè)量值的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，通過(guò)曲線參數(shù)的變化趨勢(shì)，可對(duì)曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。如：某段周期內(nèi)工藝母線出現(xiàn)的最大值、最小值、平均值及最大（小）值出現(xiàn)的時(shí)刻等；有越限變色、縱（橫）向伸縮、橫向平移等分析功能；曲線可逐條顯示也可多條組合顯示；曲線顏色、時(shí)間、坐標(biāo)、單位、取樣等均可自定義；支持曲線打印。

3）告警功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具有相應(yīng)的告警功能。可通過(guò)畫面顯示、語(yǔ)音告警、打印告警等方式完成越限告警、變位告警、事件告警及通訊狀態(tài)告警。

告警信息需要包括告警類型、發(fā)生告警的對(duì)象、告警內(nèi)容、發(fā)生告警的具體時(shí)間、確認(rèn)狀態(tài)等。并將相應(yīng)的告警信息實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)告警信息查詢系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱歷史告警信息；緊急告警優(yōu)先彈出專用告警確認(rèn)對(duì)話框；可進(jìn)行通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)和通信報(bào)文監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)通信異常立即報(bào)警。

4）用戶管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要將所有用戶分級(jí)，不同級(jí)別的操作人員可具有不同權(quán)限，并由用戶名和密碼唯一確定，保證操作安全、可靠；提供完善的用戶權(quán)限及密碼控制，對(duì)重要的操作（如遙控操作及整定值下發(fā)）設(shè)置雙重驗(yàn)證；不同用戶在注冊(cè)、登錄時(shí)需鍵入相應(yīng)的密碼。

5）項(xiàng)目管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)用戶文件采用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)形式，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢、復(fù)制、拷貝、二次開發(fā)和再利用。并且可將系統(tǒng)中重要的配置表和歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份保存，以防數(shù)據(jù)丟失影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

6）事故追憶

保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄，供系統(tǒng)進(jìn)行事故追憶，可任意選擇想要查看的事故追憶數(shù)據(jù)?？勺x取相對(duì)應(yīng)的故障線路數(shù)據(jù)參量點(diǎn)前、后設(shè)定的全部數(shù)據(jù)，分析事故前電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和事故后具體發(fā)生的電流、電壓變化，以便快速找到故障原因，排除故障。

7）操作票

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具備制作操作票功能，提供操作票編輯工具軟件，完成典型操作票制作。操作員可在計(jì)算機(jī)屏幕顯示的被監(jiān)控系統(tǒng)圖上進(jìn)行模擬操作，系統(tǒng)可檢查操作的準(zhǔn)確性，并記錄操作時(shí)間和操作員姓名，可在線修改操作票并支持操作票打印、輸出。

8）故障錄波

系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，按照一定的采樣頻率采集故障點(diǎn)前、后一段時(shí)間內(nèi)各種電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，快速了解、排除故障，提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。

3　系統(tǒng)特殊需求

3.1需求調(diào)研

液晶面板制造行業(yè)為用能集中行業(yè)，主要能源消耗為電能。電能在液晶面板制造廠中有復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過(guò)程，按用途可劃分為主要生產(chǎn)設(shè)施用電、輔助生產(chǎn)設(shè)施用電及附屬生產(chǎn)設(shè)施用電。其中，主要生產(chǎn)設(shè)施用電、輔助生產(chǎn)設(shè)施用電占電耗的絕大部分。并且此部分用電設(shè)備突然斷電會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對(duì)人身造成危害。故此，液晶面板廠對(duì)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量都有很高的要求。電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)此特點(diǎn)考慮一些特殊功能。

經(jīng)與北京某液晶面板廠的動(dòng)力部相關(guān)人員探討，結(jié)合同行業(yè)的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，在液晶面板廠的項(xiàng)目中對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)提出了如下需求：需具有在當(dāng)前規(guī)模下可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)能力、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份能力、大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度的保證能力、工藝母線安全隱患的監(jiān)測(cè)能力、電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)能力、提供靈活的報(bào)表樣式能力等。

3.2解決方案

3.2.1數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)

廠區(qū)內(nèi)部有辦公網(wǎng)絡(luò)和各種控制系統(tǒng)架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，雖與其他系統(tǒng)共用網(wǎng)絡(luò)可以降低成本，但是考慮到系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)的要求，需要建立自己的專有網(wǎng)絡(luò)。

廠區(qū)內(nèi)配變電所數(shù)量一般在十個(gè)以上，且距離較遠(yuǎn)，因此，各配變電所之間和配變電所至中控室部分采用光纖網(wǎng)絡(luò)。光纜敷設(shè)有輻射狀、手拉手及環(huán)狀三種敷設(shè)方式可供選擇，輻射狀敷設(shè)的優(yōu)勢(shì)在于配變電所間無(wú)直接聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障只會(huì)影響一個(gè)配變電所，但敷設(shè)成本最高；手拉手敷設(shè)方式敷設(shè)成本最低，但若中間某一根光纜發(fā)生問題則向后所有配變電所的數(shù)據(jù)都會(huì)中斷；環(huán)狀方式成本比手拉手方式稍高，但是可以通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)自愈。綜合考量采用光纖環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2.2可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份

液晶面板廠檢測(cè)用的終端設(shè)備數(shù)量多，微機(jī)保護(hù)、智能儀表、電能質(zhì)量分析儀、UPS控制儀、變壓器溫控儀等終端設(shè)備總數(shù)可達(dá)2 000臺(tái)以上，為保證可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份，除利用不間斷電源及定期備份功能外，對(duì)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等均需充分考慮。系統(tǒng)可以在中心站服務(wù)器處采用雙機(jī)熱備機(jī)制，同時(shí)在配變電所子站處設(shè)置本地站，處理本站數(shù)據(jù)。

雙機(jī)熱備機(jī)制：一主一備兩臺(tái)服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行工作，共用一套磁盤陣列，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)文件位于磁盤陣列。磁盤陣列的讀寫權(quán)限由熱切更換軟件控制，當(dāng)主用服務(wù)器正常時(shí)讀寫權(quán)限由主站負(fù)責(zé)，當(dāng)主站異常時(shí)讀寫權(quán)限切換到備用服務(wù)器。磁盤陣列采用Raid5模式，提供數(shù)據(jù)安全保證。

設(shè)置本地站：為保障數(shù)據(jù)安全還需將數(shù)據(jù)多地存儲(chǔ)，在配變電所內(nèi)設(shè)置本地站，用以存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)極端情況出現(xiàn)時(shí)，若主站服務(wù)器數(shù)據(jù)不完整，本地站的數(shù)據(jù)可以作為補(bǔ)充。配變電所的通訊管理機(jī)需要同時(shí)向本地站和主站服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)，要求通訊管理機(jī)有雙通道上傳能力。

3.2.3大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度的保證

液晶面板廠電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的配置信息條目可達(dá)數(shù)十萬(wàn)條，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄規(guī)模呈幾何級(jí)上漲。要保證數(shù)據(jù)查詢調(diào)用的快速響應(yīng)，就必須要求電力監(jiān)控系統(tǒng)使用成熟的商用數(shù)據(jù)庫(kù)，如SQL Server或Oracle。同時(shí)啟用該數(shù)據(jù)庫(kù)的分區(qū)存儲(chǔ)功能，將數(shù)據(jù)庫(kù)文件按照時(shí)間條件拆分成若干個(gè)小文件，每個(gè)文件存放少量數(shù)據(jù)。通過(guò)應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可以并行訪問數(shù)據(jù)，快速定位，改善系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢的響應(yīng)情況，保證大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度。

3.2.4工藝母線安全隱患的監(jiān)測(cè)

液晶面板廠有大量的工藝母線，以密集母線的形式從配變電所引至工藝設(shè)備。密集母線的接頭如果處理不當(dāng)，隨著時(shí)間的推遲可能產(chǎn)生隱患。一般密集母線接頭出現(xiàn)隱患時(shí)溫度會(huì)異常上升，因此只需要在各個(gè)接頭處加裝溫度監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)此進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常溫度變化，快速定位故障點(diǎn)。及時(shí)排除故障，可有效減少停電時(shí)間。

由于工藝母線跨度為從配變電所出線柜到工藝設(shè)備控制柜，距離長(zhǎng)且橫跨支持區(qū)域和潔凈區(qū)域，采用傳統(tǒng)工業(yè)總線方式在成本及后期維護(hù)上都會(huì)比較復(fù)雜。經(jīng)綜合分析后，設(shè)計(jì)采用無(wú)線溫度傳感裝置。傳感器通過(guò)無(wú)線信號(hào)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度信息上送至集中器，集中器再通過(guò)工業(yè)總線送入電力監(jiān)控系統(tǒng)。

通過(guò)無(wú)線測(cè)溫終端以及在電纜及電纜接頭上安裝連續(xù)測(cè)量溫度的探頭，對(duì)母線、觸頭、電纜、電纜頭的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并把測(cè)量結(jié)果通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)軟件分析能夠預(yù)知設(shè)備的早期過(guò)熱現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)故障的早期預(yù)測(cè)，防患于未然，達(dá)到預(yù)警的目的。測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2　測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.5電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)

為保證工藝設(shè)備的可靠運(yùn)行，電力系統(tǒng)除常規(guī)監(jiān)測(cè)的電壓、頻率、功率因數(shù)、諧波等電參量外還需要對(duì)更多的電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)，并以事件形式進(jìn)行記錄，同時(shí)附有當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)快照。主要需要監(jiān)測(cè)的事件包括：電壓暫降、暫升以及中斷，沖擊電流超限；過(guò)頻率和欠頻率事件；1μs高頻脈沖偵測(cè)；電壓/電流諧波總畸變率；電壓不平衡度和電流不平衡度；諧波和間諧波；各次電壓和電流諧波分量及相位；均方根值閃變；溫度-濕度趨勢(shì)和累計(jì)概率。

要實(shí)現(xiàn)上述功能，需要在高壓進(jìn)線回路、低壓進(jìn)線回路及重點(diǎn)設(shè)備回路上加裝電能質(zhì)量分析儀，要求電能質(zhì)量分析儀具備上述事件檢測(cè)能力，能根據(jù)預(yù)設(shè)條件觸發(fā)事件快照，并通過(guò)以太網(wǎng)方式將文件上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)以供解析。考慮到電能質(zhì)量分析儀并不要求數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上送，且傳輸文件可能對(duì)總線資源占用較久，電能質(zhì)量分析儀可采用以太網(wǎng)接口，通過(guò)電力監(jiān)控系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)上傳至中心。

3.2.6靈活的報(bào)表樣式

用戶對(duì)電力參數(shù)匯總的需求會(huì)隨著管理的精細(xì)化程度不斷變化，項(xiàng)目建設(shè)前期的固有電力監(jiān)控系統(tǒng)很難一步到位，完全滿足用戶需求。為滿足液晶面板廠可隨時(shí)調(diào)取電力系統(tǒng)的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表，且數(shù)據(jù)報(bào)表樣式可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整。電力監(jiān)控系統(tǒng)的C/S構(gòu)架系統(tǒng)不能滿足其要求，因此，需要建設(shè)一個(gè)方便自定義設(shè)計(jì)的報(bào)表平臺(tái)，在該平臺(tái)上用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)報(bào)表樣式，能調(diào)取電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)。根據(jù)此需求，考慮采用第三方平臺(tái)加控件的方式實(shí)現(xiàn)。利用微軟的Excel系統(tǒng)＋VBS插件可以完美地解決上述問題，Excel的報(bào)表樣式靈活，通過(guò)VBS插件可以定義每個(gè)單元格的數(shù)據(jù)源，可以設(shè)置時(shí)間等篩選條件，簡(jiǎn)單易操作。

4　結(jié)束語(yǔ)

隨著液晶面板制造行業(yè)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理模式的不斷細(xì)化，對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求不斷增多。電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也需要不斷完善、發(fā)展，充分發(fā)揮電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

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