王蒙蒙

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：現(xiàn)代變配電監(jiān)控系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，對(duì)智能變配電設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化信息采集、處理和傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，達(dá)到配電室的少人或無(wú)人值守的目的，全面提高變配電運(yùn)行的現(xiàn)代化管理水平。文中以吉林火車(chē)站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為實(shí)例，提出基于以太網(wǎng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的設(shè)計(jì)思想并給出了設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：變配電；監(jiān)控系統(tǒng)；以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

0引言

  變配電系統(tǒng)包括變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分，主要作用是通過(guò)變壓器來(lái)改變電壓并通過(guò)配電設(shè)備向終端用戶(hù)分配電能。變配電系統(tǒng)是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接影響整個(gè)火車(chē)站用電的穩(wěn)定和安全，因此對(duì)變配電系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理具有非常重要的意義?，F(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的智能監(jiān)控系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，采用遙信、遙控、遙測(cè)的方式對(duì)變配電系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、交換，完成保護(hù)、監(jiān)視、報(bào)警及診斷記錄等功能，使工作人員不親臨現(xiàn)場(chǎng)就能全面掌握整個(gè)車(chē)站變配電系統(tǒng)工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備故障，快速制定解決方案，縮短停電時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失，并可實(shí)現(xiàn)變配電室的無(wú)人值守，提高系統(tǒng)可靠性和適應(yīng)性，達(dá)到電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理的目的。

1吉林火車(chē)站電力系統(tǒng)概況

   吉林火車(chē)站，屬于大型旅客車(chē)站，建筑等級(jí)為二級(jí)，主要包括東、西兩站房。供電負(fù)荷分三級(jí)，一級(jí)負(fù)荷為信號(hào)、通信、售檢票和安檢設(shè)備、變電所用電、公共區(qū)照明、應(yīng)急照明、監(jiān)控、消防設(shè)備用電等。二級(jí)負(fù)荷為站房區(qū)照明、自動(dòng)扶梯、垂直電梯、靜態(tài)標(biāo)識(shí)、排水泵、新風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。三級(jí)負(fù)荷為廣告照明、景觀照明及其它不屬于一二級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備。全站負(fù)荷容量東站房為3 242 kW，西站房為3 206 kW，總用電負(fù)荷容量6 448 kW．東、西站房各建一座變電所，分別選用2臺(tái)1 600 kVA變壓器，兩站各設(shè)一個(gè)10／0．4 kV變配電室。每個(gè)變電所由站場(chǎng)10 kV開(kāi)閉站引兩路相互獨(dú)立的10 kV電源，共計(jì)4路。各變電所2路10 kV電源的運(yùn)行方式為正常時(shí)，2路電源分列運(yùn)行，當(dāng)任一路電源故障時(shí)，另一路均能承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷。

2變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想

該工程設(shè)計(jì)的是10／0．4KV電力變配電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)／現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)信息的傳輸、交換和管理。

2.1.1單純基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的變配電監(jiān)控系統(tǒng)的不足

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是一種比較流行的工業(yè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，它主要采用標(biāo)準(zhǔn)化的全數(shù)字式通信鏈路在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)之問(wèn)實(shí)行雙向、串行、多結(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信技術(shù)。單純基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的變配電監(jiān)控系統(tǒng)存在著各自動(dòng)化儀表公司總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不一，種類(lèi)繁多，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的有效集成并且監(jiān)控軟件開(kāi)放度不高等不足，為此決定將以太網(wǎng)引入變配電監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。

2.1.2以太網(wǎng)的發(fā)展為在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能性

以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，它具有應(yīng)用廣泛、共享資源能力強(qiáng)、軟硬件資源豐富以及低成本等點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，高速以太網(wǎng)的速率已達(dá)到或超過(guò)100Mb／s，并且交換技術(shù)的引入，使信息在傳輸時(shí)可以獨(dú)占傳輸媒體帶寬，保證了從源端到目的端快速的點(diǎn)到點(diǎn)連接，從而避免了網(wǎng)絡(luò)沖突。由于變配電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控信息信息量不大，多達(dá)幾十個(gè)字節(jié)，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐量要求不高。

2.1.3融合以太網(wǎng)／現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

盡管現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)量多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，但由于現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)控的電力設(shè)備數(shù)量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，因此采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)更加節(jié)約工程投資，然后在其上層通過(guò)相應(yīng)網(wǎng)關(guān)，將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連到以太網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的集成，并能很好的與因特網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是電力調(diào)度員通過(guò)以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議將信息指令發(fā)給相應(yīng)

網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議后發(fā)給相應(yīng)的監(jiān)控儀表。反之，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表有消息要發(fā)給監(jiān)控終端時(shí)，也要由網(wǎng)關(guān)做協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過(guò)以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

2.2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，對(duì)吉林火車(chē)站變配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由圖可知該變配電監(jiān)控系統(tǒng)共分3層，即系統(tǒng)管理層、通 經(jīng)調(diào)研在整個(gè)吉林站除了設(shè)有變配電監(jiān)控系統(tǒng)以外，還有訊管理層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層。

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層位于車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)，主要對(duì)安裝在車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)的各種高壓線(xiàn)路保護(hù)單元、各類(lèi)低壓饋線(xiàn)以及直流屏、信號(hào)屏、變壓器溫控器及功率因數(shù)控制器等的工作信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議傳給上一層。該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)所采用的傳輸線(xiàn)為12芯光纜。

    (2)通訊管理層主要由放置于東、西站房變配電室的通訊機(jī)柜和放置在供電段的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成，它提供了系統(tǒng)管理層到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層之間的連接。其中通信機(jī)柜里面放置有H3C S3100百兆以太網(wǎng)交換機(jī)、通訊管理機(jī)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和路由器及協(xié)議轉(zhuǎn)換器，主要完成的功能一是收集下層數(shù)據(jù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、上傳數(shù)據(jù)、主備用通道自動(dòng)切換，以及接收系統(tǒng)管理層的指令下達(dá)給終端設(shè)備完成工作；二是診斷所管范圍設(shè)備故障并將故障區(qū)域隔離。如建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)等，都需要與各自監(jiān)控終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。由于通信數(shù)據(jù)量大，監(jiān)控設(shè)備所處環(huán)境復(fù)雜，因此在二層通訊管理層與上層監(jiān)控層之間加入工監(jiān)以太網(wǎng)交換機(jī)，型號(hào)選為H3C$5500千兆三層以太網(wǎng)交換機(jī)，以保證高速可靠的信息傳遞，并可實(shí)現(xiàn)資源共享。設(shè)計(jì)中在工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和變配電監(jiān)控系統(tǒng)的管理層之闊的連接線(xiàn)選用超五類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)，傳輸速率可達(dá)100 Mb／s．

(3)系統(tǒng)管理層位于監(jiān)控系統(tǒng)高層，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成，具有遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警顯示、故障記錄、圖形顯示以及報(bào)表打印等功能。該層設(shè)備放置在供電段的監(jiān)控室，監(jiān)控軟件為利用組態(tài)王開(kāi)發(fā)的變配電監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

2.3通信協(xié)議

Modbus是目前工業(yè)控制領(lǐng)域中廣泛使用的一種協(xié)議，該協(xié)議定義了控制器能識(shí)別并使用的消息結(jié)構(gòu)，而并不關(guān)心它們之間采用哪種通信網(wǎng)絡(luò)，它可以實(shí)現(xiàn)控制器間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)

和其它設(shè)備之間的通信。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種模式。和Modbus--ASCII相比，Modbus--RTU模式協(xié)議更簡(jiǎn)單，傳輸數(shù)據(jù)量大，效率高且傳輸距離長(zhǎng)。經(jīng)調(diào)研吉林火車(chē)站變配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控面積廣，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控儀表種類(lèi)多，用途各異，安裝分散，因此為了能更可靠的把分布于車(chē)站各處的不同廠商生產(chǎn)的監(jiān)控設(shè)備連入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，設(shè)計(jì)決定采用基于RS一485通信接口傳輸?shù)腗odbus—RTU通信協(xié)議，傳輸速率不得小于38400bps．

2.4主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能

設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下監(jiān)控功能：

(1)對(duì)于高、低壓設(shè)備通過(guò)保護(hù)繼電器完成保護(hù)、監(jiān)視和控制功能。

(2)檢測(cè)運(yùn)行參數(shù)，采集每個(gè)回路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電度量，變壓器運(yùn)行狀態(tài)和各種告警信息等，為正常運(yùn)行時(shí)的計(jì)量管理、事故發(fā)生時(shí)的故障原因分析提供數(shù)據(jù)。

(3)監(jiān)視電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如高、低壓進(jìn)線(xiàn)斷路器等各種類(lèi)型開(kāi)關(guān)當(dāng)前分、合，測(cè)試、投入狀態(tài)，斷路器小車(chē)位置，人工操作標(biāo)志，保護(hù)故障信息，如發(fā)現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警。

(4)對(duì)建筑物內(nèi)所有設(shè)備的用電量進(jìn)線(xiàn)記錄和統(tǒng)計(jì)，包括動(dòng)力用電和照明用電，對(duì)高峰負(fù)荷、日用電量、平均用電量等指標(biāo)進(jìn)行分析和管理。

(5)對(duì)各種電氣設(shè)備的檢修、保養(yǎng)、維護(hù)進(jìn)行管理。

3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型 

3.1簡(jiǎn)介

安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門(mén)禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

3.2系統(tǒng)功能

3.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對(duì)整個(gè)配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

3.2.3 數(shù)據(jù)查詢(xún)

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.2.4曲線(xiàn)查詢(xún)

在曲線(xiàn)查詢(xún)界面，可以直接查看遙測(cè)參量曲線(xiàn)，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線(xiàn)。

3.2.5運(yùn)行報(bào)表

查詢(xún)配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表，包括日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表和查詢(xún)報(bào)表等。

3.2.6實(shí)時(shí)告警

科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

3.2.7 歷史事件查詢(xún)

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

3.2.8 用戶(hù)權(quán)限管理

為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

3.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€(xiàn)診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

3.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。 

3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型 

4結(jié)束語(yǔ)

吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控主機(jī)在供電段監(jiān)控室內(nèi)對(duì)吉林站東、西站房管轄的所有變配電設(shè)備的監(jiān)控，并可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)高、低壓配電設(shè)備以及整流配電設(shè)備之間的遙測(cè)、遙信。該系統(tǒng)集保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)采集、故障告警、諧波分析、電能質(zhì)量管理、負(fù)荷控制和運(yùn)行管理于一體，實(shí)現(xiàn)了變配電系統(tǒng)高、低壓電氣設(shè)備分散監(jiān)控、集中管理功能。按照該方案設(shè)計(jì)的吉林站變配電監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年的試運(yùn)行后，整個(gè)系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，安全可靠，達(dá)到了預(yù)期的使用目的。目前已通過(guò)驗(yàn)收，正式投入使用。

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作者簡(jiǎn)介：

王蒙蒙，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。