電力監控管理系統

電力監控管理系統

 

概述

        由武漢舜通智能科技有限公司所開發的QTouch電力監控管理系統是軟、硬件都已實現標準化、模塊化的集成式定制產品，可以集中或分布配置。它是電力系統終端用戶從10kV開閉站到400V低壓配電室進行“遙信、遙測、遙控、遙調”以及故障就地自動應急處理的最佳解決方案。采用該系統后可以真正做到變電站的無人或少人值守及與用戶的實時互動。因此，它也是智能電網和配網自動化的重要組成部分。
 

        QTouch電力監控管理系統可對中、低壓配電柜、直流屏、變壓器、UPS電源、柴油發電機組等多種變電、配電設備進行全方位的監測和控制；可對配電系統的供電質量進行連續不斷的實時監測，為諧波污染的治理并降低供配電系統的能耗和進行故障及事故原因的分析提供可靠的數據和信息；可在各種情況下保證系統的可操作性，具有多重軟件聯鎖能完全防止誤操作；除可進行遙控外，系統還具有自動進行故障的應急處理和負荷管制等強大功能；它具有可視化的人機界面，能實時監控供電系統的運行狀況，自動記錄進行參數、故障報警和操作內容等各種事件，管理完全實現自動化；它具有開放的通信接口，可以用OPC等多種方式與IBMS及其它計算機系統進行通信上傳數據，從而成為配網自動化系統或建筑設備自動化監控管理系統、能源管理系統的一個組成部分；它的智能化程度高，變電站可實現無人或少人值守，大大減少人工費用；同時其故障自動應急處理和負荷管制功能，保證供電的連續性，縮短停電時間，降低因停電所造成的經濟損失。

        QTouch電力監控管理系統具有既先進又實用的強大功能和長時間穩定運行的良好性能，因此它不僅被應用在諸如北京首都國際機場3號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小區等眾多的民用項目中，并且都獲得了用戶的好評，取得了良好的經濟和社會效益。
 

需求分析

總則

        整套電力監控管理系統包括系統監視主機，打印機，通訊管理機，綜合保護測控裝置，智能配電儀表裝置。整套通信系統包括通信總線等。整套系統供應電源包括監視主機，打印機，通信管理機的UPS 電源等。其他必需安裝附件。
 

系統要求

系統結構

        變電站以計算機站控系統為核心，對整個變電站的一次主設備實現遙測，遙信，遙控，遙調功能，對二次設備和輔助設備實現遠方的控制。系統可以根據電網運行方式的要求，實現各種閉環控制功能。實現對全部的一次設備進行監視、測量、控制、記錄和報警功能，并與保護設備和遠方控制中心通訊，實現變電站綜合自動化。

        系統采用分布式數據庫。綜合自動化系統分為二層：站級控制層和間隔級控制層，間隔級控制層將采集和處理后的數據信號，經光纖媒介傳輸到站級控制層，通過通信網在站控層溶為一體。各間隔級單元相互獨立，不相互影響，功能上不依賴于站控計算機，增強整個系統的可靠性和可用性。
 

系統功能

(a) 總的要求

        綜合自動化系統綜合和集中變電站的所有功能，應用自動控制技術、計算機數字化技術和數字化信息傳輸技術，將變電站相互有關連的各部分總成為一個有機的整體，用以完成從變電站安全監測、遠方監視調度控制到單個點和公共點的操作處理。系統的設計、配置和選型應符合國際標準、國際工業標準以及國內標準。
 

(b) 數據采集與處理

        通過間隔層單元采集來自生產過程的模擬量、數字量及溫度量等，生產過程設備包括CT、PT、配電裝置保護、直流系統、所用電系統等。對所采集的輸入量進行數字濾波，有效性檢查，工程值轉換、故障判斷、信號接點抖動消除、刻度計算等加工。從而產生出可供應用的電流、電壓、有功功率、無功功率、電度、功率因數等各種實時數據，供數據庫更新。系統應形成分布式的數據庫結構，在就地控制單元中保留本地處理的各種實時數據。
 

(c) 統計計算

        對實時數據進行統計、分析、計算，例如通過計算產生電壓合格率、有功、無功、電流、總負荷、功率因數、電量日、月、年最大值、最小值及出現的時間、日期、負荷率、電能分時段累計值、數字輸入狀態量邏輯運算值等，設備正常、異常變位次數并加以區分等，并提供一些標準計算函數，用來產生用戶可定義的虛擬測點進行平均值、積分值和其它計算統計。具體算法按甲方提出的要求制定。
 

(d) 畫面顯示

(i) 概述

        A. 通過站級控制機的21 英寸彩色液晶顯示器和人機聯系工具顯示變電站各種信息畫面，顯示內容主要包括全部設備的位置狀態、變位信息、保護設備動作及復歸信息、直流系統及所用電系統的信息、各測量值的實時數據，各種告警信息、計算機監控系統的狀態信息。

        B. 在需要分區顯示的畫面中，可按要求分為：過程畫面區、提示信息區、報警信息區，各區以相互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行修改、定義、編輯、生成、刪除，畫面總數≥60 幅。
 

(ii) 畫面顯示的形式：顯示器上顯示的各種信息以報告、圖形、聲光等形式及時提供給運行人員。
 

(iii) 顯示畫面的調用：運行人員在工作站上通過控制鍵盤、鼠標實現對監視畫面的調用。調用方式力求簡單，最好手動操作一次完成，最多不超過三次。

(e) 打印記錄：記錄功能指計算機站控系統通過打印機將各種要求的信息按指定的格式輸出到打印紙上。

(f) 事件順序記錄：事件順序記錄的內容為事故狀態變化的快速記錄，時間分辨率應不大于1 毫秒，并按要求的報告形式打印輸出。

(g) 報警處理：報警處理分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限、復限、計算機站控系統的各個部件、間隔層單元的狀態異常等。

(h) 控制功能：對變電所各電壓等級斷路器，有載調壓開關等采用就地和遠方控制方式：
 

(i) 就地控制方式： 10 kV 開關柜上可進行斷路器分、合操作；35 kV 開關柜上可進行斷路器分、合操作；主變有載調壓開關機構箱上可進行升、降、停操作；
 

(ii) 遠方控制方式：站級控制層控制方式，調度端控制方式；
 

(iii) 就地和遠方操作選擇開關：對于10kV開關柜，裝設在柜上；對于35kV開關柜，裝設在柜上。
 

(iv) 遠方調度中心控制操作方式的選擇切換在站級控制層中以軟件開關的形式完成。
 

(i) 操作權限：具有操作權限等級管理，當輸入正確操作口令和監護口令才有權進行操作控制，參數修改，并將信息給予記錄。并具有記錄操作修改人，操作修改內容的功能。

(j) 信息分層：站控單元應具有信息分層功能，并能將信息分類、歸并。

(k) 遠方信息交換：計算機站控系統實現與遠方調度中心的信息交換，即與電力調度部門通信,具體的功能已在有關章節描述。

(l) 時鐘同步：計算機監控系統可實現與調度端的時鐘同步。

(m) 與其他設備的接口：計算機監控系統應具備與甲方配置的其他設備的接口能力。
 

(i) 與保護設備接口：計算機站控系統可以與安裝在開關室和控制室內各個間隔層單元的各保護設備接口，接口采用兩種方式，一種是與數字化保護測控一體化裝置通過現場總線通訊。另一種則通過電纜連接將非數字化保護設備的接點狀態輸入到計算機的I/0通道。
 

(ii) 與調度端的接口：計算機監控系統通過通信控制器提供與電力調度部門計算機監控系統獨立的數據通信口。
 

(iii) 所采用的通信規約及連接方式應根據電力調度部門的要求，用戶可在線在工作站上自行定義編輯與遠方通信的數據集(包括控制點設置)。
 

(iv) 與其他設備的接口：系統提供與模擬屏、直流屏、智能電度表、消防等設備的數據通信口。并預留一定數量的數據通信口和I/O接口作備用。

(n) 維護功能：維護功能指變電站負責管理計算機監控系統的工程師通過工作站對該系統進行的診斷、管理、維護、擴充等工作。

(i) 數據庫維護：工程師用交互方式在線對數據庫中的各個數據項進行修改和增刪。
 

(ii) 功能維護：自動控制功能的啟動停止，對各種應用功能運行狀態的監測，各種報表的在線生成和顯示畫面的在線編輯。
 

 (iii) 站控系統的故障診斷：對計算機站控系統的各個設備進行狀態檢查，通過在線自診斷確定故障發生的部位，并發出報警信號，檢查、診斷的結果可顯示、打印出來。
 

11.3.系統結構設計

        QTouch電力監控管理系統采用分布式配置，終端采集設備分別配置在400V低壓配電柜、10kV中壓配電柜、變壓器以及直流屏中，所有終端采集設備均通過RS485通訊接口經現場總線與監控計算機進行通訊。電力監控管理計算機設在變電室值班室內。

        電力監控管理系統原理圖見圖一所示。

 

 

圖一   電力監控管理系統原理圖

 

QTouch電力監控管理系統按監控功能可分為：現場監控層、通信網絡層和系統管理層。
 

3.1.現場監控層

         集中式現場監控層包括：分別配置在各低壓配電柜內的網絡電力儀表和現場監控裝置以及10kV微機綜保裝置、變壓器溫控器、直流屏控制器等。
 

3.2.通信網絡層

        通信網絡層包括：現場總線通信網絡和以太網通信網絡這兩部分。前者是現場監控層中設備與監控計算機或設備之間進行通信的通信網絡，常見有RS485通信接口，支持Modbus-RTU協議的現場總線；后者是現場總線與監控計算機進行通信的通信網絡，主要設備有串口聯網服務器和以太網交換機等設備。

 

3.3.系統管理層

        系統管理層包括：位于中控室內的電力監控管理計算機及其外圍設備、網絡通信設備等。

4. QTouch電力監控管理系統的功能

4.1.對10kV中壓配電系統的監測功能

        A)對10kV中壓配電柜的監測功能：通過微機綜合保護裝置和網絡電力儀表用通訊方式實時監測微機綜保裝置和10kV真空斷路器（10kV進線、出線和母聯柜真空斷路器）提供的以下參數和信號：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；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/負荷開關的狀態信號、故障跳閘信號、接地故障信號、斷路器位置信號、隔離手車位置信號、彈簧儲能狀態信號；接地刀位置信號；自動/手動狀態信號、控制回路斷線信號；微機綜合保護裝置的故障跳閘信號和內部故障信號�？捎涗�12個模擬量和64個開關量信號通道，最多可記錄100條故障錄波，最長可達20秒。模擬量通道可記錄測量電流和電壓的波形或趨勢�？捎涗�512個帶時標的事件（SOE）記錄。裝置定義了4個級別的操作權限：瀏覽者、操作員、工程師和管理員。

B)對變壓器的監測功能

        通過RS485通信接口，支持Modbus-RTU工業現場總線用通訊方式將來自變壓器溫控器的下列參數和信號送到監控計算機進行監測：三相繞組的溫度；超溫報警信號；冷卻風機運行/停止和故障報警信號。

 

C)對直流屏的監測功能

        與監測變壓器類似用通訊方式監測直流屏的以下參數和信號：輸出母線電壓、蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池內阻；輸出母線過電壓、欠電壓、裝置失電報警信號；進線（兩路）電源狀態信號：絕緣下降、系統接地故障信號、直流故障信號、高頻開關電源模塊故障信號、控制器故障信號；浮充、均充以及預告警、單體電池失效告警、故障等信號。

 

對400V低壓配電系統的監測功能

        低壓配電柜運行參數的監測功能：通過安裝在低壓配電柜上的網絡電力儀表用通訊方式實時監測400V斷路器提供的以下參數和信號：三相電壓（相電壓、線電壓）；三/單相電流；頻率；功率因數；功率（有功功率、無功功率、視在功率）；斷路器分/合信號、故障信號；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%。

4.3.管理功能

       監控界面：友好的人機界面，方便運行人員及時準確的了解系統運行情況，監控界面以不同的顏色顯示所有斷路器或其他配電設備的工作/故障狀態，與實際情況完全一致，且系統運行參數可實時顯示供用戶查閱。如下圖所示：

 

 

 

圖二  低壓一次系統圖                                                                  圖三  子畫面功能

用戶管理

        對用戶進行分級管理，使系統管理員對運行人員的操作權限進行設置，用戶分成一般操作員、系統管理員和工程配置員三個等級，并由用戶名和口令字唯一確定，保證操作的安全可靠性，從而使系統能夠安全穩定的運行。如下圖所示：
 

                                                                                                         

圖四  用戶管理                                                                             圖五  用戶登錄

 

歷史數據存儲與查詢功能：

        定時存儲監控數據，并為用戶提供歷史曲線查詢和報表查詢等功能。如圖六所示。
        事件報警及報警信息查詢功能：監控系統可實時監測并記錄開關的運行狀態變位、故障報警、通訊異常報警、越線報警等報警信息，同時彈出報警提示窗口或在監控畫面上以圖形方式進行顯示。這里斷路器的故障圖標只有在故障消除后才會消失。

        報警信息查詢包括：報警類型、發生報警的對象、報警內容、發生報警具體時間、確認狀態等；通過報警信息查詢功能，方便用戶對事故進行分析和對系統進行維護。如圖七所示。
 

 

                                           

圖六  歷史曲線查詢                                                                            圖七  報警信息查詢

 

電能統計及報表管理功能

        監控系統可為用戶提供電能消耗統計功能，并可以進行查詢和打印等功能。如下圖所示。
 

 

                                           

圖八  電能查詢                                                                            圖九  電能報表

 

其他輔助功能

        主要包括：網絡測試、數據備份、報文診斷和用戶文件管理。監控管理軟件不斷進行通信狀態監測和通信報文監測，一旦出現通信異常立即報警。