淺談變配電監控系統在某火車(chē)站中的應用

摘要：現代變配電監控系統是利用計算機控制技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等，對智能變配電設備進(jìn)行數字化信息采集、處理和傳輸，從而實(shí)現對變配電系統高、低壓電氣設備的遠程監控管理，達到配電室的少人或無(wú)人值守的目的，全面提高變配電運行的現代化管理水平。文中以吉林火車(chē)站變配電監控系統設計為實(shí)例，提出基于以太網(wǎng)結合現場(chǎng)總線(xiàn)的設計思想并給出了設計方案。

關(guān)鍵詞：變配電；監控系統；以太網(wǎng)；現場(chǎng)總線(xiàn)

0引言

??變配電系統包括變電系統和配電系統兩部分，主要作用是通過(guò)變壓器來(lái)改變電壓并通過(guò)配電設備向終端用戶(hù)分配電能。變配電系統是否能正常運轉直接影響整個(gè)火車(chē)站用電的穩定和安全，因此對變配電系統的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和管理具有非常重要的意義?，F在被廣泛應用的智能監控系統就是利用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和遠程通信技術(shù)，采用遙信、遙控、遙測的方式對變配電系統運行情況進(jìn)行數據采集、傳輸、交換，完成保護、監視、報警及診斷記錄等功能，使工作人員不親臨現場(chǎng)就能全面掌握整個(gè)車(chē)站變配電系統工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現電力設備故障，快速制定解決方案，縮短停電時(shí)間，減少經(jīng)濟損失，并可實(shí)現變配電室的無(wú)人值守，提高系統可靠性和適應性，達到電力系統的現代化管理的目的。

1吉林火車(chē)站電力系統概況

??吉林火車(chē)站，屬于大型旅客車(chē)站，建筑等級為二級，主要包括東、西兩站房。供電負荷分三級，一級負荷為信號、通信、售檢票和安檢設備、變電所用電、公共區照明、應急照明、公 監控、消防設備用電等。二級負荷為站房區照明、自動(dòng)扶梯、垂直電梯、靜態(tài)標識、排水泵、新風(fēng)系統、通風(fēng)系統等。三級負荷為廣告照明、景觀(guān)照明及其它不屬于一二級負荷的用電設備。全站負荷容量東站房為3 242 kW，西站房為3 206 kW，總用電負荷容量6 448 kW．東、西站房各建一座變電所，分別選用2臺1 600 kVA變壓器，兩站各設一個(gè)10／0．4 kV變配電室。每個(gè)變電所由站場(chǎng)10 kV開(kāi)閉站引兩路相互獨立的10 kV電源，共計4路。各變電所2路10 kV電源的運行方式為正常時(shí)，2路電源分列運行，當任一路電源故障時(shí)，另一路均能承擔全部一、二級負荷。

2變配電監控系統設計

2.1 融合以太網(wǎng)／現場(chǎng)總線(xiàn)的監控系統基本設計思想

該工程設計的是10／0．4KV電力變配電監控系統，系統設計采用的是分層分布式結構，采用以太網(wǎng)／現場(chǎng)總線(xiàn)方式實(shí)現變配電系統信息的傳輸、交換和管理。

2.1.1單純基于現場(chǎng)總線(xiàn)的變配電監控系統的不足

現場(chǎng)總線(xiàn)是一種比較流行的工業(yè)數據總線(xiàn)，它主要采用標準化的全數字式通信鏈路在現場(chǎng)設備之間以及現場(chǎng)設備與自動(dòng)化系統之問(wèn)實(shí)行雙向、串行、多結點(diǎn)的數字通信技術(shù)。單純基于現場(chǎng)總線(xiàn)的變配電監控系統存在著(zhù)各自動(dòng)化儀表公司總線(xiàn)標準不一，種類(lèi)繁多，難以實(shí)現現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )與信息網(wǎng)絡(luò )的有效集成并且監控軟件開(kāi)放度不高等不足，為此決定將以太網(wǎng)引入變配電監控系統來(lái)解決這一問(wèn)題。

2.1.2以太網(wǎng)的發(fā)展為在監控系統中的應用提供了可能性

以太網(wǎng)是當前應用普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，它具有應用廣泛、共享資源能力強、軟硬件資源豐富以及低成本等優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，高速以太網(wǎng)的速率已達到或超過(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。由于變配電監控系統的監控信息信息量不大，多達幾十個(gè)字節，因此對網(wǎng)絡(luò )傳輸吞吐量要求不高。

2.1.3融合以太網(wǎng)／現場(chǎng)總線(xiàn)的監控系統設計方案

盡管現場(chǎng)總線(xiàn)數量多，標準不統一，但由于現場(chǎng)需要監控的電力設備數量大，實(shí)時(shí)性強，因此采用現場(chǎng)總線(xiàn)作為底層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議會(huì )更加節約工程投資，然后在其上層通過(guò)相應網(wǎng)關(guān)，將現場(chǎng)總線(xiàn)連到以太網(wǎng)上，從而實(shí)現多種現場(chǎng)總線(xiàn)的集成，并能很好的與因特網(wǎng)結合，實(shí)現遠程監控。該監控系統的工作原理是電力調度員通過(guò)以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議將信息指令發(fā)給相應

網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)轉換成現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議后發(fā)給相應的監控儀表。反之，現場(chǎng)監控儀表有消息要發(fā)給監控終端時(shí)，也要由網(wǎng)關(guān)做協(xié)議轉換，通過(guò)以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數據上傳。

2.2監控系統結構圖

根據以上設計思想，對吉林火車(chē)站變配電監控系統設計結構圖如圖1所示。

由圖可知該變配電監控系統共分3層，即系統管理層、通 經(jīng)調研在整個(gè)吉林站除了設有變配電監控系統以外，還有訊管理層和現場(chǎng)監控層。

(1)現場(chǎng)監控層位于車(chē)站現場(chǎng)，主要對安裝在車(chē)站現場(chǎng)的各種高壓線(xiàn)路保護單元、各類(lèi)低壓饋線(xiàn)以及直流屏、信號屏、變壓器溫控器及功率因數控制器等的工作信息進(jìn)行數據采集和控制，并將采集的數據通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議傳給上一層。該現場(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柜和放置在供電段的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成，它提供了系統管理層到現場(chǎng)監控層之間的連接。其中通信機柜里面放置有H3C S3100百兆以太網(wǎng)交換機、通訊管理機、環(huán)網(wǎng)交換機和路由器及協(xié)議轉換器，主要完成的功能一是收集下層數據、協(xié)議轉換、上傳數據、主備用通道自動(dòng)切換，以及接收系統管理層的指令下達給終端設備完成工作；二是診斷所管范圍設備故障并將故障區域隔離。如建筑設備監控系統和其他控制系統等，都需要與各自監控終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。由于通信數據量大，監控設備所處環(huán)境復雜，因此在二層通訊管理層與上層監控層之間加入工監以太網(wǎng)交換機，型號選為H3C$5500千兆三層以太網(wǎng)交換機，以保證高速可靠的信息傳遞，并可實(shí)現資源共享。設計中在工業(yè)以太網(wǎng)交換機和變配電監控系統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100 Mb／s．

(3)系統管理層位于監控系統高層，由監控計算機、打印機等組成，具有遠程控制、數據存儲、報警顯示、故障記錄、圖形顯示以及報表打印等功能。該層設備放置在供電段的監控室，監控軟件為利用組態(tài)王開(kāi)發(fā)的變配電監控系統軟件。

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別并使用的消息結構，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)現控制器間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )

和其它設備之間的通信。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，傳輸數據量大，效率高且傳輸距離長(cháng)。經(jīng)調研吉林火車(chē)站變配電監控系統監控面積廣，現場(chǎng)監控儀表種類(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(chǎng)商生產(chǎn)的監控設備連入監控網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現集中監控，設計決定采用基于RS一485通信接口傳輸的Modbus—RTU通信協(xié)議，傳輸速率不得小于38400bps．

2.4主要實(shí)現監控功能

設計的監控系統實(shí)現以下監控功能：

(1)對于高、低壓設備通過(guò)保護繼電器完成保護、監視和控制功能。

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

(3)監視電氣設備運行狀態(tài)，如高、低壓進(jìn)線(xiàn)斷路器等各種類(lèi)型開(kāi)關(guān)當前分、合，測試、投入狀態(tài)，斷路器小車(chē)位置，人工操作標志，保護故障信息，如發(fā)現故障自動(dòng)報警。

(4)對建筑物內所有設備的用電量進(jìn)線(xiàn)記錄和統計，包括動(dòng)力用電和照明用電，對高峰負荷、日用電量、平均用電量等指標進(jìn)行分析和管理。

(5)對各種電氣設備的檢修、保養、維護進(jìn)行管理。

3安科瑞配電室環(huán)境監控系統的介紹與選型

3.1簡(jiǎn)介

安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實(shí)際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，了安科瑞配電室綜合監控系統，實(shí)現了智能開(kāi)關(guān)柜運行監控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線(xiàn)測溫監測、電纜測溫監測、環(huán)境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風(fēng)、門(mén)禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調控制等功能。實(shí)現動(dòng)力環(huán)境各數據的檢測與設備控制，實(shí)現動(dòng)力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長(cháng)設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠程管理。

3.2系統功能

3.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個(gè)配電室范圍內的通信設備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數據的實(shí)時(shí)監測。

3.2.2實(shí)時(shí)監測

安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測配電室環(huán)境參數信息，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 數據查詢(xún)

在人機界面中，可以直接查看配電室個(gè)設備的運行數據。

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運行報表

查詢(xún)配電室內設備的運行數據報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢(xún)報表等。

3.2.6實(shí)時(shí)告警

科瑞智能配電室綜合監控系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設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控系統能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析。

3.2.8 用戶(hù)權限管理

為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.2.9網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構?？稍诰€(xiàn)診斷設備通信狀態(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控系統可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。

3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監控系統推薦配置選型

4結束語(yǔ)

吉林站變配電監控系統的設計實(shí)現了監控主機在供電段監控室內對吉林站東、西站房管轄的所有變配電設備的監控，并可以實(shí)現與現場(chǎng)高、低壓配電設備以及整流配電設備之間的遙測、遙信。該系統集保護、控制、測量、信號采集、故障告警、諧波分析、電能質(zhì)量管理、負荷控制和運行管理于一體，實(shí)現了變配電系統高、低壓電氣設備分散監控、集中管理功能。按照該方案設計的吉林站變配電監控系統經(jīng)過(guò)一年的試運行后，整個(gè)系統工作性能穩定，安全可靠，達到了預期的使用目的。目前已通過(guò)驗收，正式投入使用。

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