計算機職稱論文淺析港口碼頭變配電所的設(shè)計

　　摘要：本文對變配電所的計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的構(gòu)成、內(nèi)容及特點進行了敘述，并結(jié)合港口碼頭工程事例再現(xiàn)了實時檢測、遠(yuǎn)程控制、事故報警及故障分析等功能的實現(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：遙測,遙信,遙控

　　l　前言

　　變配電所是電力輸送系統(tǒng)中的一個重要組成環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是接受電能，變換電能電壓，將電網(wǎng)輸送來的35kv或10kv高壓電能降低為普通電力設(shè)備及照明燈具能使用的額定電壓380v/220v，并分配和輸送到所需的地方。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，因此對變電所進行監(jiān)控和保護具有十分重要的意義。

　　變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(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，能改進供電質(zhì)量，力求供電最為安全、可靠、方便、靈活，經(jīng)濟性好。真正實現(xiàn)變配電所的無人值守，全面提高變配電運行管理的現(xiàn)代化水平，減少運行費用。

　　2　系統(tǒng)構(gòu)成

　　變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分散、分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，按間隔單元劃分、模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)分為三層;現(xiàn)場監(jiān)控層、通信管理層和系統(tǒng)管理層。

　　2.1 現(xiàn)場監(jiān)控層：所有監(jiān)控單元相對獨立，按一次設(shè)備對應(yīng)分布式配置，就地安裝在開關(guān)柜回路內(nèi)，完成保護、控制、監(jiān)測和通信等功能，同時具有動態(tài)實時顯示開關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)、運行參數(shù)、故障信息和時間記錄、保護定值等功能。監(jiān)控單元與開關(guān)柜融為一體，構(gòu)成智能化開關(guān)柜，經(jīng)RS485通信接口介入現(xiàn)場總線。

　　2.2 通信管理層：完成監(jiān)控層和管理層之間的網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)、命令的交換，通過以太網(wǎng)可實現(xiàn)系統(tǒng)與辦公信息管理系統(tǒng)(MIS)、建筑設(shè)備監(jiān)控(BAS)和智能消防管理系統(tǒng)(FAS)等自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，達到信息資源共享，系統(tǒng)還具備與模擬顯示屏、智能直流電源系統(tǒng)、柴油機發(fā)電機組、變壓器溫控單元等其他智能設(shè)備的通信接口。

　　2.3 系統(tǒng)管理層：由監(jiān)控主機、大屏幕彩顯、打印機、UPS電源等組成。監(jiān)控主機采用高性能計算機，選用專業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件完成變配電系統(tǒng)的全部監(jiān)控功能，系統(tǒng)軟件基于多進程、多任務(wù)MicrosftWindowsNT/2000中文操作系統(tǒng)。

　　2.4 變配電數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場監(jiān)控層進行分散采集和就地顯示，經(jīng)過變配電通信管理層的通信網(wǎng)絡(luò)接口與系統(tǒng)管理層的主機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，MODBUS通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對各種配電網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電能量等電參數(shù)進行監(jiān)測以及對斷路器的分合狀態(tài)、故障信息進行監(jiān)測，以及對斷路器的分合狀態(tài)進行控制，最終由系統(tǒng)管理層實現(xiàn)集中的管理。其典型的系統(tǒng)遠(yuǎn)離方框圖如圖1所示。

　　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

　　首先，對于35kV以下的高壓中心配電所主進、出線、母聯(lián)可采用電力綜合儀表來實現(xiàn)遙測、遙信、遙控功能是必不可少的。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，可與綜合繼電保護裝置配合使用。如：一般在高壓10kV中心配電所的主進、母聯(lián)以及出線柜中采用電力綜合儀表與綜合繼電保護裝置進行配合使用，來實現(xiàn)高壓10kV中心配電所的監(jiān)測與保護要求，即全電量(電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、有功電度和無功電度)遙測，斷路器、失壓跳閘故障、過電流故障、單相接地故障的遙信，斷路器合閘、跳閘的遙控。具體接線如圖2所示。

　　由圖2可知：

　　1)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)量輸入分別采集電氣設(shè)備的模擬量(電流、電壓、功率、電度、頻率、溫度等)和開關(guān)量(斷路器及隔離開關(guān)位置信號、繼電保護及自動裝置信號、設(shè)備運行狀態(tài)信號等)。如配電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裝置中的故障跳閘信號和內(nèi)部故障進行采集、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”。

　　0.4kV低壓主進、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、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。具體接線方式與圖2基本相同。

　　根據(jù)電力綜合儀表的功能特點也可實現(xiàn)低壓配電出線回路的“三遙”功能，但因配電室低壓出線回路較多，采用該儀表分散安裝于開關(guān)柜內(nèi)經(jīng)濟投資較大，電氣設(shè)備制造商根據(jù)低壓配電出線回路采集特點(即一般采集回路開關(guān)的合分閘狀態(tài)、報警信號以及回路的電流、電壓等)、基于降低成本的原則，專門開發(fā)了一種實用于低壓配電出線回路的帶有RS485通訊接口，支持MODBUS通訊協(xié)議的模塊，分別對各回路實現(xiàn)“三遙”功能。模塊集中組屏，可方便電力管理者對低壓站出線回路集中管理。

　　3.1.1遙信

　　通過系統(tǒng)電流量輸入采集模塊實現(xiàn)變配電所中所有各出線回路開關(guān)量的采集，如斷路器的分合閘狀態(tài)、手車工作位置、操作機構(gòu)電機儲能狀態(tài)、斷路器故障報警信號、失壓報警信號、過壓報警信號、事故跳閘信號、綜合保護器的故障類型、以及框架式空氣開關(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)量實時監(jiān)控。一個單獨模塊可采集16路開關(guān)狀態(tài)。具體接線方式如圖3所示。

　　3.1.2遙測

　　1)通過電流量輸人采集模塊對各出線回路的各相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、超限報警、頻率等進行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線，自動生成報表。單個模塊可采集16回路電流。具體接線方式如圖4所示。

　　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高、低壓開關(guān)柜各進出線回路(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。單個模塊共有16路繼電器輸出。具體接線方式如圖5所示。

　　現(xiàn)場監(jiān)控層可設(shè)有現(xiàn)場管理機，其在本系統(tǒng)中位于系統(tǒng)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：進行現(xiàn)場調(diào)試，利用現(xiàn)場管理機動性對各模塊進行現(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485通訊線發(fā)送給系統(tǒng)管理機，同時接受系統(tǒng)管理機所下達的指令。也可作為系統(tǒng)管理機的備用機，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Microsoft Windows 9x/NT/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Microsoft Access，SQL Server，Oracle等訪問本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。因而它帶給您的是像Word、Excel等軟件輕松、實用、高效的工作環(huán)境。

　　系統(tǒng)軟件功能特點：

　　3.2.1顯示功能

　　顯示變配電所實際開關(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、超高溫報警和風(fēng)機運行狀態(tài);顯示直流屏、柴油發(fā)電機的運行狀態(tài)以及運行參數(shù);顯示其他工藝設(shè)備的運行狀態(tài)及故障情況。

　　3.2.2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。

　　3.2.3控制功能

　　在變配電所總值班室系統(tǒng)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;在系統(tǒng)管理機處鼠標(biāo)下達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操作命令。

　　3.2.4統(tǒng)計和打印功能

　　統(tǒng)計和打印所監(jiān)控采集到的所有電流值、電壓值、功率值、頻率值、功率因數(shù)值，并可通過負(fù)荷曲線進行分析;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棒圖，同時具有峰谷計費功能。

　　3.2.5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)的運行情況進行分析。

　　3.2.6通訊功能

　　系統(tǒng)內(nèi)部采用RS485通訊接口。與上位機通訊遵循MODBUS規(guī)約或TCP/IP通訊協(xié)議。可給其他系統(tǒng)提供通信接口。

　　3.2.7自檢功能

　　本系統(tǒng)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　工程實例

　　4.1項目概況

　　某碼頭工程為2x1萬噸級散貨泊位，屬于二級負(fù)荷，采用兩回路10KV進線，單母線運行方式，當(dāng)一路電源進線發(fā)生故障時，另一路電源進線柜主開關(guān)閉合。該碼頭工程變配電所由7臺高壓開關(guān)柜、2臺變壓器、10臺低壓柜、1臺中央信號屏和1臺直流屏組成。

　　4.2工程方案

　　系統(tǒng)管理機位于后方辦公樓調(diào)度室，內(nèi)有工控機、顯示器、打印機、鍵盤UPS電源、報警設(shè)備等，現(xiàn)場監(jiān)控層設(shè)有現(xiàn)場管理機，并配有電腦、打印機等。電力調(diào)度員通過系統(tǒng)管理機查找高、低壓柜每一回路的數(shù)據(jù)、故障類型以及開關(guān)狀態(tài)同時可針對顯示的實時數(shù)據(jù)進行記錄、分析，并以打印。電力調(diào)度員可直接通過鍵盤和鼠標(biāo)下答各種操作命令，現(xiàn)場管理機可進行現(xiàn)場調(diào)試，利用現(xiàn)場管理機動性對各模塊進行現(xiàn)場參數(shù)整定，獨立完成現(xiàn)場顯示工作，傳輸和接收各種指令。

　　4.2.1高壓柜監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

　　高壓系統(tǒng)采用保護裝置和變配電監(jiān)控裝置分開的形式，實現(xiàn)變配電計算機自動化監(jiān)控管理。#1#2電源進線柜、#3饋線柜、#6#7變壓器柜采用變配電計算機監(jiān)控裝置，#3柜采用線路保護裝置、#6#7柜采用變壓器保護裝置。

　　4.2.2變壓器監(jiān)控部分

　　采用模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度(需有4~20mA或者1~5V溫度信號輸出)信號。

　　采用開關(guān)量輸入模塊分別采集變壓器的風(fēng)機運行狀態(tài)、高溫報警信號以及超高溫跳閘信號。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

　　4.2.3低壓部分：

　　1)低壓主進、母聯(lián)之間的監(jiān)控示意圖如圖8所示：

　　2)低壓配電出線回路監(jiān)控采用模塊集中組屏方式，其監(jiān)控示意圖如圖9所示。

　　4.3功能實現(xiàn)

　　4.3.1顯示功能

　　4.3.2報警功能

　　4.3.3控制功能

　　4.3.4統(tǒng)計和打印功能

　　4.3.5歷史記錄

　　5　系統(tǒng)特點

　　5.1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保留，外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設(shè)計與施工相對簡單。

　　5.2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、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。(如能實現(xiàn)將使系統(tǒng)更簡單)

　　5.3變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)對高次諧波的監(jiān)控、記錄和保護有待于完善。

　　6　結(jié)論

　　由于一般港口碼頭具有單機裝卸用電負(fù)荷大，碼頭布置分散，貨船停靠碼頭有間斷性等的特點，變配電所供電負(fù)荷情況也相應(yīng)變化。若不及時調(diào)整變電所變壓器運行情況，將會造成運行成本提高和浪費能源。變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)，促進了無人值班變電站的實現(xiàn)，可以利用遠(yuǎn)程技術(shù)使電網(wǎng)調(diào)度迅速而準(zhǔn)確地獲得變電所運行的實時信息，完整地掌握變電所的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)變電所運行的故障并做出相應(yīng)的決策和處理，同時可以使值班管理人員根據(jù)變配電系統(tǒng)的運行情況進行負(fù)荷分析、合理調(diào)度、遠(yuǎn)控合分閘、躲峰填谷，把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作、誤判斷，縮短事故停電時間，實現(xiàn)對變配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化運行管理。

　　總之，變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、實時性好及維護簡單等特點。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，變配電所的計算機化進程越來越快，變配電所計算機監(jiān)控及無人值守已成為當(dāng)今電氣自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢其發(fā)展勢頭方興未艾。