淺談變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)

淺談變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)摘要：本文對變電所的計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的構(gòu)成、內(nèi)容、功能及特點進(jìn)行了敘述。近年來，變電所監(jiān)控技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用。但由于目前我國的推廣工作正處于起步階段，技術(shù)應(yīng)用還不成熟，新的運行管理模式正在摸索之中，因而在運行中也暴露出一些問題。

關(guān)鍵字：計算機監(jiān)控系統(tǒng)遙測遙信遙控抗電磁干擾1、前言變配電所是電力系統(tǒng)組成的一個重要環(huán)節(jié)，是電力網(wǎng)中線路的重要連接部分，其作用是變換電壓、匯集和分配電能。變配電所能否正常運行關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，因此對變電所進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)具有十分重要的意義。變電所計算機監(jiān)控技術(shù)是利用現(xiàn)代自動化技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起。完成調(diào)度端遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能。改進(jìn)供電質(zhì)量，力求供電最為安全、可靠、方便、靈活，經(jīng)濟(jì)，變配電管理更為有效，從而改善供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運行費用。近年來，變電所計算機監(jiān)控技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，但為更好的保證計算機監(jiān)控系統(tǒng)性能的安全可靠、運行穩(wěn)定，還應(yīng)提高變電所的抗電磁干擾能力。2、系統(tǒng)構(gòu)成變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)由帶有通訊接口的采集控制模塊：多功能電力綜合儀表、開關(guān)量采集模塊、電流量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器控制輸出模塊、現(xiàn)場管理機、24V直流電源以及中央管理機等組成。中央管理機是本系統(tǒng)的集中管理中心。一般安置在有人值班的總值班室內(nèi)，用于整個變配電系統(tǒng)的實時狀態(tài)顯示、參數(shù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、歷史記錄、故障報警、控制、報表打印等。3、系統(tǒng)內(nèi)容3.1變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分對35kV以下的高壓中心配電站主進(jìn)、出線、母聯(lián)可采用電力綜合儀表來實現(xiàn)遙測、遙信、遙控功能。該儀表與CT、PT直接相連，采集高精度交流信號，經(jīng)過離散數(shù)學(xué)計算，即可測量出各個回路電量參數(shù)(測量精度為0.5％)，該儀表具有八路開關(guān)量輸入，四路繼電器輸出，同時帶有自檢功能，可與綜合繼電保護(hù)裝置配合使用。（1）將CT、PT直接接入電力綜合儀表測量回路中，即可測量出該回路的電量參數(shù)。實現(xiàn)該回路的“遙測”；（2）該儀表的八路開關(guān)量輸人分別采集該柜中斷路器的分合閘狀態(tài)、手車工作位置、電機儲能狀態(tài)以及接地刀閘位置，同時對綜合繼電保護(hù)裝置中的故障跳閘信號和內(nèi)部故障進(jìn)行采集、分析，給予報警，并顯示該回路的故障類型。實現(xiàn)該回路的“遙信”；（3）該儀表的繼電器輸出分別接至斷路器的分、合閘線圈上，實現(xiàn)斷路器的遠(yuǎn)程控制，即斷路器的“遙控”。在0.4kV低壓主進(jìn)、母聯(lián)同樣采用電力綜合儀表來實現(xiàn)“三遙”功能。該儀表與CT、母線直接相連，采集高精度交流信號，測量該回路的實際電量，實現(xiàn)遙測，同時對主進(jìn)、母聯(lián)開關(guān)的斷路器合、分閘狀態(tài)，框架式開關(guān)的位置以及故障報警等開關(guān)量實現(xiàn)遙信，并對斷路器實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。3.1.1遙信利用開關(guān)量采集輸入模塊采集各出線回路開關(guān)分合閘狀態(tài)、開關(guān)故障報警信號、失壓報警信號、過壓報警信號以及框架式開關(guān)的位置，并對變壓器的風(fēng)機狀態(tài)、高溫、超高溫信號等開關(guān)量實現(xiàn)監(jiān)控，一個單獨模塊一般可采集16路開關(guān)狀態(tài)。3.1.2遙測（1）通過電流量輸人采集模塊采集各出線回路的各相電流，單個模塊可采集16回路電流。每一個回路可以由電流量輸入模塊采集該回路的電流，并根據(jù)測量的實際電壓、功率因數(shù)等來計算該回路的實際用電量。（2）通過模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度信號、濕度信號以及液位信號等模擬量信號(各個模擬量信號需有4—20mA或0—5V輸出)。3.1.3遙控通過繼電器控制輸出模塊分別對低壓各出線回路(帶有電動操作機構(gòu)、失壓脫扣器的開關(guān))實現(xiàn)開關(guān)的遠(yuǎn)程分、合閘功能?，F(xiàn)場管理機在本系統(tǒng)中位于中央管理機與各模塊之間，作為一級底層控制單元，增加系統(tǒng)的可靠性。其功能是：進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，利用現(xiàn)場管理機動性對各模塊進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)整定，獨立完成現(xiàn)場顯示工作，并將信號整理后通過通訊線（ILS485）發(fā)送給中央管理機，同時接受中央管理機所下達(dá)的命令?？勺鳛橹醒牍芾頇C的備用機，具有顯示功能、自檢功能。3.2變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)所安裝的監(jiān)控軟件是基于Windows環(huán)境下的電力系統(tǒng)專用組態(tài)軟件，能夠運行在MicrosoftWindowsNT、2000、XP平臺上。給用戶提供的是全中文界面，簡潔的畫面設(shè)計、靈活的組態(tài)方式，高性能DDE驅(qū)動程序，支持諸多工控產(chǎn)品，并遵循開放式數(shù)據(jù)庫聯(lián)接(ODBC)標(biāo)準(zhǔn)。允許通過第三方，如MicrosoftAccess，SQLServer等訪問本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。3.2.1監(jiān)控系統(tǒng)的的基本功能要求：微機的監(jiān)控系統(tǒng)是用戶掌握和控制設(shè)備運行狀況的主要途徑，特別是保護(hù)設(shè)備的可靠性的提高已經(jīng)簡化了人機接口和就地控制的功能，所以更應(yīng)具有性能安全可靠、運行穩(wěn)定、功能完善、人機界面友好、便以擴展、擴容、修改和增加新的功能、接口簡單，重新安裝和運行維護(hù)方便，最好能是各設(shè)備廠家可以統(tǒng)一使用的適用于不同通訊方式的監(jiān)控系統(tǒng)。3.2.2監(jiān)控系統(tǒng)基本功能（1）顯示功能顯示變配電站實際開關(guān)柜體圖、一次系統(tǒng)圖，并在一次系統(tǒng)圖上顯示各開關(guān)的分、合狀態(tài)；顯示各配電回路的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率以及功率因數(shù)等電量參數(shù)；顯示各開關(guān)的分、合狀態(tài)和事故報警類別等；顯示各回路電量參數(shù)的實時曲線圖；顯示變壓器的運行狀態(tài)以及高溫、超高溫報警及瓦斯保護(hù)；顯示其他工藝設(shè)備的運行狀態(tài)及故障情況。（2）報警功能狀態(tài)報警：當(dāng)變配電系統(tǒng)的開關(guān)出現(xiàn)過載跳閘、短路故障跳閘以及綜合繼電保護(hù)裝置內(nèi)部故障時，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱、事故類別。超限報警：當(dāng)變配電系統(tǒng)的各電量參數(shù)出現(xiàn)超過額定值時或其他工藝設(shè)備超限運行時，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。三相不平衡系數(shù)報警：當(dāng)變、配電系統(tǒng)的三相電流或三相電壓值出現(xiàn)不平衡時(可自定義范圍)，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。（3）控制功能在變配電站總值班室中央管理機處，可以通過鼠標(biāo)器控制各種高、低壓開關(guān)(帶有電動操作機構(gòu)或者帶有交流接觸器)的合閘和分閘；同時也可實現(xiàn)電氣閉鎖功能，以防止具有閉鎖回路的開關(guān)誤操作；在中央管理機處鼠標(biāo)下達(dá)操作命令時具有密碼識別功能，只有操作人員輸入正確密碼時才可下達(dá)操作命令。（4）統(tǒng)計和打印功能統(tǒng)計和打印所監(jiān)控的所有電流值、電壓值、功率值、頻率值、功率因數(shù)值以及這些參數(shù)一天24小時變化曲線；統(tǒng)計和打印各斷路器運行狀態(tài)變化時間及故障報警時間和類別；統(tǒng)計和打印各斷路器的操作時間及操作人員代碼；統(tǒng)計和打印有功電度、無功電度的一天24小時內(nèi)單位小時用電量及電量圖，同時具有峰谷計費功能。（5）歷史記錄值班室計算機軟件能將所監(jiān)測并統(tǒng)計的各種電量參數(shù)、各斷路器或開關(guān)的狀態(tài)變化時間、報警故障類別、操作人員代碼和時間、開關(guān)機時間等永久保存，以便對整個變、配電系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行分析。（6）通訊功能系統(tǒng)內(nèi)部遵循KS485通訊協(xié)議。與上位機通訊遵循RS485或TCP／IP通訊協(xié)議。（7）自檢功能系統(tǒng)應(yīng)具有完善的自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，診斷功能將提供詳細(xì)的故障信息，以便及時排除故障。4、系統(tǒng)特點4.1變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的末端數(shù)據(jù)采集與控制單元直接安裝于開關(guān)柜內(nèi)，采用交流采樣直接從電流互感器或電壓互感器取交流0-5A電流信號或交流0-100V電壓信號(380／220V低壓系統(tǒng)直接取交流0-220V或0-380V電壓信號)，不再需要各種電量變送器，開關(guān)柜上各種測量儀表可以取消，外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設(shè)計與施工簡單。4.2雖然智能化開關(guān)和智能開關(guān)柜本身已經(jīng)具備監(jiān)控功能，只要設(shè)計一根通信電纜引至值班室中央管理機，就可以實現(xiàn)集中監(jiān)測與遠(yuǎn)方調(diào)度。但由于各廠家的通訊協(xié)議不統(tǒng)一，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)較困難，開關(guān)柜內(nèi)的繼電保護(hù)、信號與控制回路仍保留。因此，如何統(tǒng)一通訊協(xié)議，是系統(tǒng)未來發(fā)展方向，這樣系統(tǒng)將更加簡單。4.3變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)對高次諧波的監(jiān)控、記錄和保護(hù)有待于完善。4.4應(yīng)用新技術(shù)，一次斷路器設(shè)備無油化，二次控制元件無觸點集成模塊化，提高了設(shè)備運行可靠性，減少了設(shè)備維修工作。4.5變電所負(fù)荷調(diào)整、電壓調(diào)節(jié)及電量報表等工作都由調(diào)度直接完成，改變了過去那種調(diào)度下令，變電運行人員接令執(zhí)行操作的繁瑣環(huán)節(jié)，降低了變電所運行誤操作事故的發(fā)生。4.6調(diào)度可直接監(jiān)視變電設(shè)備運行情況，發(fā)生故障能及時、準(zhǔn)確地提供原始數(shù)據(jù)，為事故處理提供方便。5、目前監(jiān)控系統(tǒng)運行中普遍存在的問題（1）實時數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用上的不足。實時數(shù)據(jù)的采集是關(guān)系到能否安全正常運行的基礎(chǔ)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備將所有設(shè)備運行監(jiān)視的模擬量如電流、電壓、頻率、溫度、開關(guān)刀閘位置、開關(guān)儲能信號、裝置運行信號、有功和無功電度量。首先普遍的監(jiān)控軟件均具有小的數(shù)據(jù)量時不顯示或不正常顯示。特別是有的軟件修改單位都不是很方便。潮流方向不易更改等。溫度的接口存在技術(shù)上處理的難點，基本上不能正確顯示主變的溫度。其次就是在應(yīng)用上存在很多缺點，如各種采集量均沒有越限報警變壓器滿載時便不能設(shè)定告警，如同常規(guī)變電站一樣。電壓偏低時不能提示唯有接地時由保護(hù)裝置提供報警信號，而不能利用電腦也分析直觀表示是哪相接地，而電壓回路斷線也同樣不能由監(jiān)控軟件來提供告警信號和分析。（2）在設(shè)計上存在的不足。①廠家生產(chǎn)的通訊規(guī)約的不同，造成了監(jiān)控軟件適應(yīng)性不強。②由于廠家自身的能力問題，開發(fā)的軟件穩(wěn)定性和可靠性差。造成系統(tǒng)死機，軟件崩潰，系統(tǒng)文件丟失，造成我們還要維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。③由于監(jiān)控系統(tǒng)使用的通訊方式和對事件的記錄方式的不同，通訊時間顯得尤為重要，所以要求監(jiān)控系統(tǒng)的的快速響應(yīng)方面有更高的要求。④接口容量不夠，導(dǎo)致刀閘等的開關(guān)量不能全部送入監(jiān)控系統(tǒng)，使結(jié)線圖的直觀性受到影響。因此，在自動化變電所建設(shè)中，要十分重視廠家的產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)質(zhì)量。要堅持簡單、實用、可靠的原則，以達(dá)到保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠，優(yōu)質(zhì)運行為目的，快速提高計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)并發(fā)揮它的最大潛力。6、變電所內(nèi)電磁干擾變電所綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，它們所工作的環(huán)境是電磁干擾極其嚴(yán)重的強電場所，很容易受到這些電磁的干擾而不能正常工作，給電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行帶來非常嚴(yán)重的后果。所以，提高自動化監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，有著非常重要的意義。6.1電磁干擾的來源目前，電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面：外部干擾包括了高壓開關(guān)操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設(shè)備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。6.2變電所抗電磁干擾的措施干擾對變電所綜合自動化系統(tǒng)在線運行的影響是嚴(yán)重的，若不采取有效的措施，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。消除或抑制電磁干擾可針對電磁干擾的三要素來進(jìn)行。電磁干擾三要素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備。我們可在系統(tǒng)的硬件和軟件方面采取一些必要的措施，以期消除或抑制電磁干擾。（1）隔離和屏蔽變電所的微機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護(hù)裝置以及其它自動化裝置所采集的模擬量，大多數(shù)來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入到綜合自動化系統(tǒng)，必須經(jīng)過設(shè)置在自動化系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器。這些隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻信號通過分布電容進(jìn)入自動化系統(tǒng)的相應(yīng)部件。變電所綜合自動化系統(tǒng)開關(guān)量的輸入，主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點等。開關(guān)量的輸出，大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關(guān)的控制。這些斷路器和隔離開關(guān)都處于強電回路中，如果與自動化系統(tǒng)直接相連，必然會引起強的電磁干擾。因此要通過光耦合隔離或繼電器隔離，這樣會取得比較好的效果。開關(guān)量輸入回路前及信號變換部分應(yīng)考慮采用濾波，開關(guān)量輸入信號送給CPU之前，必須進(jìn)行隔離處理，可采用光電隔離，而且兩級光電隔離的效果會比較好，在開關(guān)量輸入板的出口處和CPU板的入口處各設(shè)置一級光電隔離。開關(guān)量輸出回路也應(yīng)該在前端采取隔離措施，可通過光耦合或繼電器進(jìn)行隔離，而且兩級隔離的效果比較好，在CPU板的出口處和開關(guān)量輸出板的入口處各設(shè)一級隔離。開關(guān)量輸出回路一般都用于控制現(xiàn)場的設(shè)備，要求實時性強，所以一般不能加濾波器。二次回路布線時，應(yīng)考慮隔離，減少互感耦合，避免干擾由互感耦合侵入。控制電纜盡可能離開高壓母線，并盡可能減少平行布設(shè)長度。避雷器和避雷針的接地點、電容式電壓互感器等都是高頻暫態(tài)電流的入地點，控制電纜也應(yīng)盡可能離開它們，以便減少感應(yīng)耦合。（2）接地在變電所中，一次系統(tǒng)接地是以防雷和保證安全（系統(tǒng)中性點接地）為目的的，但它對二次回路的電磁兼容有重要的影響。如果接地合適，可以減少所內(nèi)的高頻瞬變電壓幅值，特別是減少電網(wǎng)中各點的瞬變電位差，減低了電網(wǎng)中的瞬變電位升高。這對二次設(shè)備的電磁兼容很有好處。二次系統(tǒng)的接地，從電磁兼容的角度來說，應(yīng)做到：①多個電路共用接地線時，其阻抗應(yīng)盡量減少；②由多個電子器件組成的系統(tǒng)，各電子器件的工作接地應(yīng)連在一起，通過一點與安全接地網(wǎng)相連；③工作接地網(wǎng)各點的電位應(yīng)盡量保持一致。電磁干擾可能進(jìn)入綜合自動化系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過微機電源。因為電源與干擾源的聯(lián)系比較緊密，同時電源線直接連接至系統(tǒng)各部分，因此來自電源的干擾很容易引起死機。所以對微機電源的地線處理問題是很重要的。微機電源地線與機殼的連接方法有一點連接、多點連接和不連接三種。實踐中，多采用微機電源地線和機殼不連接，它的優(yōu)點是：由于干擾造成的流過電源的浪涌電流可大大減少，從而增加了抗共模干擾的能力，可明顯地提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。（3）微機電源的抗干擾對于微機電源的抗干擾，實踐中，采取如下措施都是很有效的：①在電源的輸入側(cè)安裝電源濾波器，可以濾去交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。②在電源的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，有隔離變壓器的輸出端直接向微機供電；③通過UPS電源向微機系統(tǒng)供