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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14011.3.1.現(xiàn)場監(jiān)控層 14111.3.2.通信網(wǎng)絡(luò)層 14111.3.3.系統(tǒng)管理層 14111.4.北京四達(dá)項(xiàng)目JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能 14111.4.1.對(duì)10kV中壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能 14111.4.2.對(duì)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(jī)械工業(yè)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)”以及故障就地自動(dòng)應(yīng)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(shí)時(shí)互動(dòng)。因此，它也是智能電網(wǎng)和配網(wǎng)自動(dòng)化的重要組成部分。JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)可對(duì)中、低壓配電柜、直流屏、變壓器、UPS電源、柴油發(fā)電機(jī)組等多種變電、配電設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)測和控制；可對(duì)配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)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(jìn)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(jìn)行遙控外，系統(tǒng)還具有自動(dòng)進(jìn)行故障的應(yīng)急解決和負(fù)荷管制等強(qiáng)大功能；它具有可視化的人機(jī)界面，能實(shí)時(shí)監(jiān)控供電系統(tǒng)的運(yùn)營狀況，自動(dòng)記錄進(jìn)行參數(shù)、故障報(bào)警和操作內(nèi)容等各種事件，管理完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信上傳數(shù)據(jù)，從而成為配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)或建筑設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分；它的智能化限度高，變電站可實(shí)現(xiàn)無人或少人值守，大大減少人工費(fèi)用；同時(shí)其故障自動(dòng)應(yīng)急解決和負(fù)荷管制功能，保證供電的連續(xù)性，縮短停電時(shí)間，減少因停電所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)具有既先進(jìn)又實(shí)用的強(qiáng)大功能和長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營的良好性能，因此它不僅被應(yīng)用在諸如北京首都國際機(jī)場3號(hào)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(xiàng)目中，并且都獲得了用戶的好評(píng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jī)，打印機(jī)，通信管理機(jī)，綜合保護(hù)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(yīng)電源涉及監(jiān)視主機(jī)，打印機(jī)，通信管理機(jī)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(jié)構(gòu)變電站以計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)為核心，對(duì)整個(gè)變電站的一次主設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙測，遙信，遙控，遙調(diào)功能，對(duì)二次設(shè)備和輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的控制。系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營方式的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)各種閉環(huán)控制功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制、記錄和報(bào)警功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心通訊，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化。系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分為二層：站級(jí)控制層和間隔級(jí)控制層，間隔級(jí)控制層將采集和解決后的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)光纖媒介傳輸?shù)秸炯?jí)控制層，通過通信網(wǎng)在站控層溶為一體。各間隔級(jí)單元互相獨(dú)立，不互相影響，功能上不依賴于站控計(jì)算機(jī)，增強(qiáng)整個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)綜合和集中變電站的所有功能，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化信息傳輸技術(shù)，將變電站互相有關(guān)連的各部分總成為一個(gè)有機(jī)的整體，用以完畢從變電站安全監(jiān)測、遠(yuǎn)方監(jiān)視調(diào)度控制到單個(gè)點(diǎn)和公共點(diǎn)的操作解決。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、配置和選型應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)、國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。(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(shè)備涉及CT、PT、配電裝置保護(hù)、直流系統(tǒng)、所用電系統(tǒng)等。對(duì)所采集的輸入量進(jìn)行數(shù)字濾波，有效性檢查，工程值轉(zhuǎn)換、故障判斷、信號(hào)接點(diǎn)抖動(dòng)消除、刻度計(jì)算等加工。從而產(chǎn)生出可供應(yīng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。系統(tǒng)應(yīng)形成分布式的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，在就地控制單元中保存本地解決的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。(c)記錄計(jì)算對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析、計(jì)算，例如通過計(jì)算產(chǎn)生電壓合格率、有功、無功、電流、總負(fù)荷、功率因數(shù)、電量日／月／年最大值／最小值及出現(xiàn)的時(shí)間、日期、負(fù)荷率、電能分時(shí)段累計(jì)值、數(shù)字輸入狀態(tài)量邏輯運(yùn)算值等，設(shè)備正常／異常變位次數(shù)并加以區(qū)分等，并提供一些標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算函數(shù)，用來產(chǎn)生用戶可定義的虛擬測點(diǎn)進(jìn)行平均值、積分值和其它計(jì)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(jí)控制機(jī)的21英寸彩色液晶顯示器和人機(jī)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(shè)備的位置狀態(tài)、變位信息、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作及復(fù)歸信息、直流系統(tǒng)及所用電系統(tǒng)的信息、各測量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，各種告警信息、計(jì)算機(jī)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(bào)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(jìn)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(bào)告、圖形、聲光等形式及時(shí)提供應(yīng)運(yùn)營人員。(iii)顯示畫面的調(diào)用：運(yùn)營人員在工作站上通過控制鍵盤、鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視畫面的調(diào)用。調(diào)用方式力求簡樸，最佳手動(dòng)操作一次完畢，最多不超過三次。(e)打印記錄：記錄功能指計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)通過打印機(jī)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(shí)間分辨率應(yīng)不大于1毫秒，并按規(guī)定的報(bào)告形式打印輸出。(g)報(bào)警解決：報(bào)警解決分兩種方式，一種是事故報(bào)警，另一種是預(yù)告報(bào)警。前者涉及非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)。后者涉及一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限／復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。(h)控制功能：對(duì)變電所各電壓等級(jí)斷路器，有載調(diào)壓開關(guān)等采用就地和遠(yuǎn)方控制方式：(i)就地控制方式：10kV開關(guān)柜上可進(jìn)行斷路器分、合操作；35kV開關(guān)柜上可進(jìn)行斷路器分、合操作；主變有載調(diào)壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱上可進(jìn)行升、降、停操作；(ii)遠(yuǎn)方控制方式：站級(jí)控制層控制方式，調(diào)度端控制方式；(iii)就地和遠(yuǎn)方操作選擇開關(guān)：對(duì)于10kV開關(guān)柜，裝設(shè)在柜上；對(duì)于35kV開關(guān)柜，裝設(shè)在柜上。(iv)遠(yuǎn)方調(diào)度中心控制操作方式的選擇切換在站級(jí)控制層中以軟件開關(guān)的形式完畢。(i)操作權(quán)限：具有操作權(quán)限等級(jí)管理，當(dāng)輸入對(duì)的操作口令和監(jiān)護(hù)口令才有權(quán)進(jìn)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(yīng)具有信息分層功能，并能將信息分類、歸并。(k)遠(yuǎn)方信息互換：計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)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(guān)章節(jié)描述。(l)時(shí)鐘同步：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與調(diào)度端的時(shí)鐘同步。(m)與其他設(shè)備的接口：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有與甲方配置的其他設(shè)備的接口能力。(i)與保護(hù)設(shè)備接口：計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)可以與安裝在開關(guān)室和控制室內(nèi)各個(gè)間隔層單元的各保護(hù)設(shè)備接口，接口采用兩種方式，一種是與數(shù)字化保護(hù)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(hù)設(shè)備的接點(diǎn)狀態(tài)輸入到計(jì)算機(jī)的I/0通道。(ii)與調(diào)度端的接口：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信控制器提供與電力調(diào)度部門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)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(yīng)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(yuǎn)方通信的數(shù)據(jù)集(涉及控制點(diǎn)設(shè)立)。(iv)與其他設(shè)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(shè)備的數(shù)據(jù)通信口。并預(yù)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(hù)功能：維護(hù)功能指變電站負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工程師通過工作站對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行的診斷、管理、維護(hù)、擴(kuò)充等工作。(i)數(shù)據(jù)庫維護(hù)：工程師用交互方式在線對(duì)數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行修改和增刪。(ii)功能維護(hù)：自動(dòng)控制功能的啟動(dòng)停止，對(duì)各種應(yīng)用功能運(yùn)營狀態(tài)的監(jiān)測，各種報(bào)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(duì)計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)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(bào)警信號(hào)，檢查、診斷的結(jié)果可顯示、打印出來。11.3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)北京四達(dá)項(xiàng)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(shè)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(shè)備均通過RS485通訊接口經(jīng)現(xiàn)場總線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。電力監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)設(shè)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(luò)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(luò)電力儀表和現(xiàn)場監(jiān)控裝置以及10kV微機(jī)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(luò)層通信網(wǎng)絡(luò)層涉及：現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)這兩部分。前者是現(xiàn)場監(jiān)控層中設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間進(jìn)行通信的通信網(wǎng)絡(luò)，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(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的通信網(wǎng)絡(luò)，重要設(shè)備有串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和以太網(wǎng)互換機(jī)等設(shè)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(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等。11.4.北京四達(dá)項(xiàng)目JZN03型電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能11.4.1.對(duì)10kV中壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能對(duì)10kV中壓配電柜的監(jiān)測功能通過微機(jī)綜合保護(hù)裝置和網(wǎng)絡(luò)電力儀表用通訊方式實(shí)時(shí)監(jiān)測微機(jī)綜保裝置和10kV真空斷路器（10kV進(jìn)線、出線和母聯(lián)柜真空斷路器）提供的以下參數(shù)和信號(hào)：·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(fù)荷開關(guān)的狀態(tài)信號(hào)、故障跳閘信號(hào)、接地故障信號(hào)、斷路器位置信號(hào)、隔離手車位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)；·接地刀位置信號(hào)；·自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)信號(hào)、控制回路斷線信號(hào)；·微機(jī)綜合保護(hù)裝置的故障跳閘信號(hào)和內(nèi)部故障信號(hào)?！た捎涗?2個(gè)模擬量和64個(gè)開關(guān)量信號(hào)通道，最多可記錄100條故障錄波，最長可達(dá)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(gè)帶時(shí)標(biāo)的事件（SOE）記錄?！ぱb置定義了4個(gè)級(jí)別的操作權(quán)限：瀏覽者、操作員、工程師和管理員。對(duì)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(hào)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測：·三相繞組的溫度；·超溫報(bào)警信號(hào)；·冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)營/停止和故障報(bào)警信號(hào)。對(duì)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(hào)：·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(bào)警信號(hào)；·進(jìn)線（兩路）電源狀態(tài)信號(hào)：·絕緣下降、系統(tǒng)接地故障信號(hào)、直流故障信號(hào)、高頻開關(guān)電源模塊故障信號(hào)、控制器故障信號(hào)；·浮充、均充以及預(yù)告警、單體電池失效告警、故障等信號(hào)。11.4.2.對(duì)400V低壓配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能低壓配電柜運(yùn)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(luò)電力儀表用通訊方式實(shí)時(shí)監(jiān)測400V斷路器提供的以下參數(shù)和信號(hào)：·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(hào)、故障信號(hào)；·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(jī)界面，方便運(yùn)營人員及時(shí)準(zhǔn)確的了解系統(tǒng)運(yùn)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(shè)備的工作/故障狀態(tài)，與實(shí)際情況完全一致，且系統(tǒng)運(yùn)營參數(shù)可實(shí)時(shí)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(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)管理，使系統(tǒng)管理員對(duì)運(yùn)營人員的操作權(quán)限進(jìn)行設(shè)立，用戶提成一般操作員、系統(tǒng)管理員和工程配置員三個(gè)等級(jí)，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(yùn)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(chǔ)與查詢功能：定期存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并為用戶提供歷史曲線查詢和報(bào)表查詢等功能。如圖六所示。事件報(bào)警及報(bào)警信息查詢功能：監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄開關(guān)的運(yùn)營狀態(tài)變位、故障報(bào)警、通訊異常報(bào)警、越線報(bào)警等報(bào)警信息，同時(shí)彈出報(bào)警提醒窗口或在監(jiān)控畫面上以圖形方式進(jìn)行顯示。這里斷路器的故障圖標(biāo)只有在故障消除后才會(huì)消失