（电气工程专业论文）基于power+scada系统的电力监控自动化实现与研究.pdf

a b s t r a c t a u t o m a t i o ns v s f e mo fe l e c t r i cm o n i t o r ，w h i c hi st h eb a s ef o re l e c 岫co p e r a t i o n ， i sm o r ea n dm o r ec o n c e m e dw i d e l yb e c a u s ei ti sr e l i a b i l i t ya n dh i g he f l = i c i e n c yt h e l e v e io f t h ee l e c t r i cp o w e rs u p p l yt e c h n o l o g yi n n u e n c e sd i r e c t l yt h eo p e r a t i o ns e c u r i t y o fl a n z h o up e t r o c h e m i c a lc o m p a n v w h i c hi st h e1 a r g e s to i lr e f l n i n ga n dc h e m i c a l i n d u s t r yi nw e s tc h i n a s ot h e 佗c o n s t m c t i o no f t h i ss y s t e mi sp r a c t i c a is i g n i f i c a n c ei n o r d e rt oe n s u r eo p e r a t i o ns e c u r i t yo fe l e c t r i cp o w e ra n di m p r o v ea u t o m a t i o n1 e v e lo f e l e c t r i cp o w e f t oe n s u r et h eo p e r a t i o ns e c u r i t yo ft h i ss y s t e m ，t h ep l a no fr e c o n s t r u c t i o no f a u t o m a t i o ne l e c t r i cm o n i t o rs y s t e mi sm a d ei nt h i sp 印e rb yi n v e s t i g a t i n gt h e a u t o m a t i o ne l e c m cm o n i t o rs y s t e mi np o w e rp l a n to fl a n z h o up e t m c h e m i c a l c o m p a n ya j l du n d e r s t a n d i n gt h ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fv i s 2 0 0 0p o w e r s c a d a t h et w i nc o m d u t e r sa r l dt 、v i nn e t w o r k si si n t r o d u c c di nt h e 行r s tc e n t m l t r a n s f o m e rs u b s t a t j o nt bm a k ec e n a i nt h eo p c r a t i o ns t a b i l i t yo fn e t w o r k s ，t h et w i n i n t e m e ts e r v e r sa d o p th o s t s p a r er e d u n d a i l c yt e c h n o l o g ya n dt h e s es e r v e r s i n t e r v a l 1 e v e lb u sc a nb es w i t c h e db vn p o r td e v i c e ，w h i c ho v e r c o m e sm eu n c e r t a i n t yo f s i n 9 1 ec h a r u l e l s o p e r a t i o np 】a t f 0 h 1 1c a nb es h a r e db yo t h e rs u b s y s t e m s ，ie 1 a r g e s c r e e np r o j e c t i o ns y s t e m ，d e v i c eo p e r a t i o ns y s t e m ，r e a lt i m em n n i n gm a n a g e m e n t s y s t e ma n ds oo n ，w h i c ha r eo p t i o n a l p o w e rs i m u l a t i o ns y s t e m ，w h i c ha d o p t st h em e t h o do fs e t t i n gu p 蓼印h i c sm o d e l ， p o s s e s s e sr o b u s m e s s ，r e a lt i m e ，o p e n i n g ，r e l i a b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i ty t h es y s t e mi s u s e dm a j n l yf o rt r a i n i n gt h eo p e r a t o r st h u st h e yc a nm a s t e rt h eo p e r a t i o no ft h e t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，s u c ha sm a n m a c h i n ec o m m u n i c a t i o n ，b a s i co p e r a t i o n ，a j l d o p e r a t i o nn l l e sa n ds oo n ，s ot h a tt h e yo p e r a t es k i l l f u l ly a n dt r e a tm ef a u l t sq u i c k l yi n o r d e rt ou n d e r s t a n dt h es i m u l a t i o ns y s t e m ，t h ef u n c t i o no f t h i ss y s t e m ，t h et h e o r yo f t h i sm o d e l ，a n dt h es o 行w a r e ，i e a d m i r ea n dv o d dt s h o u l db em a s t e r e d f u n h e n o r e ，t h es i m u l a t i o ns y s t e mm a yb eu s e df o rs c i e n t i f i cr e s e a r c h ，t e a c h i n ga n d t r a i n i n go fm a i n t e n a n c em a n k e yw o r d s ： e l e c t r i cm o n i t o r ， a u t o m a “o n ， t w i n c o m p u t e r s 伯i nn e t w o r k s ， s i m u l a t i o n r e c o n s t r u c t i o n 插图索引 图1 1 监控系统分布示意图2 图2 1 通道现状及初步规划后的通道示意图6 图2 2 电力监控系统通信网络示意图8 图3 1 电力监控( 调度) 自动化系统示意图2 2 图4 11 # 中变双机双网结构示意图2 6 图5 1 仿真系统计算机硬件配置图2 7 图5 2 模型软件结构图3 0 图5 3 电力系统拓朴分析图3 0 图5 。4 双重故障三相电路等效图3 3 图5 5 故障计算程序框3 7 图5 6 保护逻辑简图3 8 图5 7 两圈变属性的设置4 0 图5 8 元件故障的设置4 0 图5 9 母差保护装置图4 2 图5 1 0 就地挂接地线的图片4 2 图5 1 1 刀闸操作箱就地图4 8 图5 1 2 刀闸就地多媒体操作画面4 8 图5 1 3 主变3 d 画面4 9 i 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：季垂军日期：妒，年多月弘日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： j 霉 唠狁 日期：炒彳年月p 日 日期：莎年占月4 日 第1 章绪论 电力作为当前最主要的工业能源，在现代工业企业中具有举足轻重的作用。随着 企业自动化生产水平的逐步提高，对电力供应安全性、可靠性的要求也越来越高。电力 监控自动化系统作为电气运行人员正常运行的基础，事故分析判断的依据，其高效性、 可靠性也越来越受到更为广泛的重视。兰州石化公司动力厂电气系统最大负荷约1 3 0 姗， 承担着炼油厂、催化剂厂、动力厂等4 0 余套炼油化工生产装置的供电任务，其供电水 平的高低直接影响到兰州石化公司的安全生产。为了进一步做好安全供电工作，不断提 高电力自动化管理水平，保证炼油化工装置的平稳生产，电力监控自动化系统改造有着 十分重要的现实意义。 本方案是在确定兰州石化公司动力厂电力监控自动化项目的建设规模后，结合 s 2 0p o w e rs c a d a 管理系统的功能及特色，在保证系统安全性和稳定性的基础 上设计的。考虑到计划实施的双服务器双通道的设计，监控系统采用双网双服务器的配 置，同时通过g p s 卫星钟对全网对时，配置防火墙设备满足安全性要求。该方案既能 够满足兰州石化动力厂电力监控自动化项目的需求，又为兰州石化信息一体化建设提供 了良好的平台，同时保证系统的安全稳定运行。 1 1 电力监控自动化系统现状 目前兰州石化公司动力厂l # 中央变电所、3 # 中央变电所、3 8 1 4 9 变电所、7 3 变电 所、7 0 1 4 9 变电所、2 4 1 4 9 变电所、7 4 1 4 9 变电所、3 2 1 4 9 变电所、5 6 1 4 9 变电所、 5 7 1 4 9 变电所等l o 个变电所已配备了综合保护器及电气监控系统。至2 0 0 6 年，延迟焦 化变电所、p s a 变电所、2 # 中央变电所、1 7 1 4 9 变电所、7 l 1 4 9 变电所、3 9 1 4 9 变电 所也将装设综保和监控系统。届时电气监控系统将达到1 6 套。 现运行电气监控系统中，2 4 1 4 9 变电所、3 2 1 4 9 变电所、7 0 1 4 9 变电所、7 4 1 4 9 变电所监控系统为独立系统，3 8 1 4 9 变电所、7 3 1 4 9 变电所的监控数据直接传送至l # 中央变电所，5 6 1 4 9 变电所、5 7 1 4 9 变电所的监控数据直接传送至3 # 中央变电所。 全厂监控系统分布示意图如图1 1 基于p d 髓rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 r 二 r l 型! ! ! 竺竺 广1 r 1 ! 竺竺f! ! 竺i 监控系统采用监控软件清单如下 图1 1 监控系统分布示意图 1 # 中央变电所深圳汇港p o w e rs c a d a 3 # 中央变电所深圳汇港p o w e rs c a d a 2 4 1 4 9 亚控组态王 3 2 1 4 9 亚控组态王 3 8 1 4 9 深圳汇港p o w e rs c a d a 5 6 1 4 9南京南自监控软件 5 7 1 4 9 南京南自监控软件 7 0 1 4 9 深圳汇港p o w e rs c a d a 7 3 1 4 9 深圳汇港p o w e rs c a d a 7 4 1 4 9 亚控组态王 延迟焦化变电所a b b 监控软件 中2 变电所深圳汇港p o w e rs c a d a p s a 联合装置变电所a b b 监控软件 1 7 1 4 9 a b b 监控软件 7 1 1 4 9 a b b 监控软件 3 9 1 4 9a 髓监控软件 信息采集现状：目前只有三个站的信息接入到实时数据库系统，即：1 # 中央变电所、 3 0 0 万吨重催3 8 # 变电所、5 0 0 万吨常减压7 3 # 变电所。三站的信息通过点对点方式接入 到l # 中央变电所的通讯服务器，服务器通过自身的t c p i p 端口连接到工程师站，工程 师站将此三站信息转发到公司的实时数据库系统。数据容量有限，且功能单一，维护、 修改极为不便，需要通过多道人为手续才能完成。因此，绝大部分信息没有采集并传输 到公司数据库系统。 当地后台系统情况：各站目前都已安设了当地监控系统，主要为北京亚控公司组态 王的后台系统和深圳汇港公司的后台系统。实用、可靠的当地后台系统对当地监控、值 班等发挥作用，但对远方监控和值班没有作用。 通信规约情况：通信规约是可靠传输实时电力监控信息的标准手段。目前开通了通 信的变电站，采用1 0 3 规约通信。1 0 3 规约主要用于传输综合自动设备的保护信息，不 适合用于传送电力监控的实时远动信息。 2 工程硕士学位论文 另外，目前运行的监控系统只有硬件模拟屏，可根据系统运行情况进行手动硬件模 拟操作，无法实现事故状态模拟、电力系统潮流分析等功能。 1 2 通信网络系统初步规划 通信网络系统是电力监控系统的重要组成部分，畅通的信道确保现场信息能及时、 准确传输到控制中心，也能保证控制中心下行命令的准确到达。目前，通道的总体情况 是部分开通、相互独立，没有形成一个统一的通信网络，与规划中将所有变电站信息接 入独立的实时数据库系统不适应。基本情况如下： l # 中央变电所与3 0 0 万吨重催3 8 # 变电所、5 0 0 万吨常减压7 3 # 变电所之间有光纤通 道连接并通信，采集的数据通过1 # 中央变电所后台系统的工程师站转发( 网络) 到到公 司的数据库并发布使用。 2 # 中央变电所微机保护设备已更新，通信网络可以架设；其下属背压发电站只需 铺设通信光纤到2 # 中央变电所，同时铺设到l # 中央变电所的光缆。 3 # 中央变电所已经改造，通讯阿络可以架设；其下属柴油加氢变电所、第四循环 水厂变电所和第三消防泵站只需铺设光纤到3 # 中央变电所。需铺设到l 样中央变电所的 光缆。 4 # 中央变电所明年初预计改造，通讯网络可以提前架设；其下属6 0 0 0 吨分子筛变 电所只需铺设光纤到4 # 中央变电所，同时铺设到1 # 中央变电所的光缆。 5 6 # 重整变电所和5 7 # 烷基化变电所与中3 之间有通讯。 已经接入原实时库系统的三个站底层保护模块采用的是i e c 1 0 3 保护规约，通道已 经具备，可以通过1 4 7 服务器直接接入电力监控自动化主站系统。 第四循环水厂变电所、第三消防泵站和6 0 0 0 吨分子筛变电所采用的是a 1 s t o 公司 的综保，保护规约不清楚，需单独考虑。 其它已经运行的厂站保护模块也是采用的i e c 1 0 3 规约，只需架设好光纤网络， 就可以接入电力监控自动化主站系统。 1 3 实施效果 项日实施后。我厂电力系统的自动化控制水平将得到全面提升，监控网络更加完善， 调度系统在可靠监控的基础上具备运行管理功能，初步实现主要设备的全仿真。 组建电力调度系统，对上述1 6 个变电所的所有遥测、遥信数据进行采集、汇总、 在w e b 服务器上发布。调度系统具有模拟操作功能，具有设备动态管理功能，图纸资料 基于p o l r e rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 管理功能( 包括变压器、高压开关柜、低压抽屉柜、电容器、直流柜、保护柜、电缆等， 以及一次系统图、二次原理图) 。同时调度系统还具有运行管理功能，包括交班日志管 理，工作票管理，以及操作命令下发功能。调度系统有可靠的安全保障。 仿真系统采用图形建模的方法，具有良好的鲁棒性、实时性、开放性，系统和主机 运行时可靠性高且兼容性好。实现对变电站的全部设备及监控、继保、自动化装置的全 仿真。仿真系统具有运行分析功能，可对系统潮流进行分析，对给定的故障，可推荐故 障处理及恢复供电方案。变电站仿真的对象按电压等级分别选取1 1 0 k v 、3 5 k v 、6 k v 的 典型接线变电站，每个站为各自独立的一套仿真培训系统，也可根据实际情况设计为相 互联系。电力仿真系统应有良好的扩展性及升级能力，并能与监控系统实现可靠数据连 接。 对继电保护部分的仿真采用模块化的方式进行开发，以保证可切换配置，依据不同 的培训对象选择不同的保护配置。实现对系统五防操作功能的全仿真，可根据需要投切 该部分功能。利用多媒体技术实现对就地状态和就地操作的全过程和全范围仿真，该部 分图像通过大屏幕投影仪进行投影播放。仿真系统采用一机多屏联合控制的大屏幕投影 和电子白板，不设置硬盘台( 控制屏、信号屏和保护屏等) ，采用虚拟表盘技术，整个 系统中各个软表盘可通过两台拼接起来的大屏幕投影仪进行投影再现。 4 第2 章电力监控自动化方案设计 在对现有电力监控系统充分了解分析的基础上，提出了系统改进后达到的目标和功 能。首先，从优化设计思路着手，统一规划，力争使网络结构简单，性能可靠。其次， 制定具体的实旌方案，既满足现有生产的要求，又兼顾今后的发展。最后，为了保证方 案完成过程中的供电安全，整个项目分三个阶段进行。 2 1 设计思路 兰州石化动力厂电力系统规模比较大、接入的新老系统比较多，为了避免工程规模 过大，造成工程进度、工程质量无法有效控制，同时考虑到电力系统今后发展的需求， 以及系统安全运行的重要性。提出以下设计思路： 设置电力监控主控中心，建立电力监控自动化主站系统，包括独立的实时库，采集 处理全部变电站信息，统一对兰州石化电力系统进行采集、监控。 统一规划通信网络，使之结构简单，网络安全、高效、可靠。技术上建议建立双环 自愈光纤网络。 技术先进可行，工程分步实施，平稳过渡。 拓展信息应用面，一方面。在主控中心建立w e b 服务器，w e b 服务器与公司信息 网络( 如m i s ) 联接，将采集到的电力设备运行信息、实时数据、图形画面等发布到 w e b 上，供全厂所有与公司网络上的计算机浏览，也支持其他授权用户浏览：另一方 面，能将所有信息发送给公司服务器，供公司进行专门的分析，充分利用采集到的信息。 统一平台软件设计和应用功能专业化，既要满足电力监控的行业特点，又要支持集 成整合新的应用。如实现对变电站设备的管理，包括设备档案、缺陷记录、检修记录； 平台支持远期远方抄表；支持集成大屏幕系统的接入。 具有安全、高效、方便的系统维护和系统扩充性。 充分利用现有设备。 2 2 实施方案 2 2 1 通信网络结构 由上一章电力监控系统通道现状及规划情况分析，可以建立以1 # 中央变电所为顶点 的分层光纤通信网络，示意图如下： 基于p o w e rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 图2 1 通道现状及初步规划后的通道示意图 2 2 2 电力监控主站系统 采用双服务器完成数据采集s c a d a 处理数据库处理工作。双服务器完全有能力处 理现有系统的信息以及今后的扩容规模，保证系统的稳定和连续运行；配置双值班员工 作站，保证值班工作的顺利进行；配置w e b 服务器发布采集的数据，承担数据通信任务； 相应配置其他辅助设备。 2 2 3 通信规约 通信规约是实现监控自动化主站系统与变电站的实时通信的标准。目前，变电站内 部的采用i e c 一1 0 3 规约，主要适合继电保护装置与保护管理机之间的通信，不适合变 电站层与远方之间的通信，即不适合与监控自动化主站系统的通信。工程实施时，建议 采取网络i e c l 0 1 规约、i e c l 0 4 规约进行通信，或新部颁c d t 规约等。但鉴于有些设备 投运较早，设备中的规约库不具备这些规约，也可以由这些厂家提供规约文本进行专门 开发，实现接入。 2 2 4 通信网络 为了减少信息传输中间转发环节，增强通信网络的安全可靠性，便于运行维护，建 立合理的通信网络是非常重要的。同时，又要考虑保护现有投资，并便于电力系统的扩 6 工程硕士学位论文 容、保证技术先进可行自动化系统能适应多种通道模式；模拟调制解调通道、数字通 道( 微波、扩频、串行等) 、以太网络通道、计算机通信等等。综合考虑，提出以下总 体设计方案。 系统方案；针对目前已经具备的光纤通道，分区管理与控制模式，采取主站与集控 站相结合的通信方式来实现全厂变电站的监控。该方案充分利用现有光纤通道和1 # 中 央变后台系统，保留与兰州地调省调接口，新变电站的接入也比较方便。 主干光纤环网：在4 个中央交和主控系统( 安装在l # 中央变) 之间建立1 0 l o o m 光纤环网( 规划为双环) ，采用标准以太网和t c p i p 协议。 建立主控系统：建立动力厂电力监控主控系统，主控系统与四个中央变的集控系统 通信，集控系统转发采集到的变电站的信息，主控系统接收全部集控站系统的信息，形 成统一的数据库，制作全部画面，监视全部变电站的运行情况。支持新变电站的接入和 开发、集成包括大屏幕在内的其他应用系统。主控系统成为电力监控、调度指挥的中心。 改造或设置集控站t 集控站系统指将多个相邻的变电站集中采集监控。现有的四个 中央交作为区域监控与维护中心，正好承担集控站功能。集控站将信息转发给主控系统。 1 # 中央变的后台系统( 1 4 7 服务器) 基本具备集控站功能，可以继续使用。2 # 、3 # 、4 # 号中央变集控系统需要重新配置或改造。为了实现耳前这些集控站与变电站信息的采 集，本方案也给出3 # 、4 # 中央变集控站的解决方案。这些站集控站与所属各变电站采 用单光纤通道的方式通信。集控站承担本集控站的监视控制。 数据共享：主控系统配置髓b 服务器，发布系统信息。通过防火墙与公司网络连接， 使得相关的人员按权限规定浏览系统信息。集控站与主控系统处于一个环网上，可以在 权限控制下，直接浏览其他集控站的信息。 通信规约：集控站和主控站之问应该采用标准通信规约和主从问答式实现通信。集 控站有自己的地址，集控站下面的变电站也应该有地址和逻辑地址。建议采用 i e c 6 0 8 7 0 6 1 0 l 或1 0 4 规约。如果集控站不能采用这些规约或采用其他非标准规约，需 要提供规约文本进行开发。 远传接口：保持1 # 中央交集控站与兰州地调、中调的转发接口。 系统网络图形如下图所示。其中粗实线示意主干环网，虚线矩形框表示1 # 中央变， 主控系统安装在1 # 中央变机房。箭头示意集控站与所属变电站通信、远方通信等等。 7 基于p 叩e rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 图2 2 电力监控系统通信网络示意图 2 2 5 中央变集控站方案 1 # 中央变集控站 1 # 中央变集控站目前已经采集3 个站的信息，并承担向兰州地调、甘肃省中 调转发信息的功能，继续运行，通信和接口也无需改变。增加向主控系统转发信息 的接口和功能。但要注意加入主控系统后u p s 电源的容量。 2 # 中央变集控站 2 # 中央变目前可以连接和采集信息的是背压发电变电站。统一设计规划，目 前配置1 台工作站，不接入信息，通过浏览器浏览主控系统信息、画面等。 3 # 中央变集控站 3 # 中央变集控站目前管辖5 各变电站，安装有南自厂的一套后台，该后台也 只接入了5 6 # 变和5 7 # 变的信息，这些设备都是南自厂的，投运较早。另外的第 三消防泵和第四循环变是a l s t o n 设备，柴油加氢变是s i m e n s 设备，都是比较新的 工程硕士学位论文 设备。它们不能接入南自后台系统。因此，本期在3 # 中央变新设置集控系统，至 少采集a 1 s t o n 和s i m e n s 共3 套设备的信息，集控站与这些装置之间使用1 0 1 规约 通信，接口为4 8 5 转光纤，其中柴油加氢占3 路，三消四循各占2 路。对于南自后 台系统，在有规约文本和接口支持下，也应尽力将南自后台系统的信息接入新的集 控系统。因为该集控站的规模较大，信息很多，建议配置2 台主机，一台用作采集 和服务器，一台用作值班维护工作站。并配置其他相应的采集设备。集控站负责 采集信息并将信息发送到主控系统。通过w e b 浏览方式浏览其他站的信息。 4 # 中央变集控站 4 # 中央变集控站目前能连接的是分子筛变电站。根据现有的规模，可以配置 一台主机和相应的采集设备构成。采集分子筛信息并转发到主控系统，通过w e b 浏 览方式浏览其他站的信息。 当地后台系统 原则上保留各变电站已经安装了的当地后台系统，继续用于各变电站的值班和监控。 对于设备陈旧老化、运行不正常、维护困难的后台系统，可以根据系统软、硬件情况进 行升级改造。因此，对变电站后台系统的升级改造必须另外考虑。 2 2 6 计算机通信与远方接口 1 # 中央变集控站 向地调、中调转发信息：仍然从l # 集控站的工程师站实现，不改变。 与公司服务器的数据通信 当电力监控自动化主站建立后，系统具备独立的实时库，拥有完整的信息。除通过 w e b 发布实时信息外，主站系统也可以把公司服务器另外需要的信息发送给公司服务器。 主控系统也安装在1 # 中央变，使用原来公司与1 # 中央站之间有网络接口。 与公司网络的互连 电力监控主站系统配置w 髓服务器，w e b 服务器同时与公司网络( 如m i s 网) 连接， 这样当主站系统的信息以与主站系统内部相当的格式发布到w e b 服务器上时，m i s 网上 的机器可以通过标准的i e 浏览器浏览监控系统的信息、画面、报表等。m i s 网上的机器 不要安装专门的软件。这样，电力监控信息的使用范围大大扩大，浏览信息受权限控制。 网络互连的安全性 电力监控主站系统是一个专门的局域网络系统，按照国家有关规定，该系统是一个 需要高度安全的系统，因此，当监控主站系统需要与公司服务器连接、通过w e b 与公司 9 基于p 0 旺rs c d a 系统的电力监控自动化实现与研究 网络连接时，需要采取有效的安全措施。本方案配置专用防火墙，隔离监控主控系统和 公司网络。 2 3 实施步骤 鉴于电力系统的现状和规划中的改造需求，整个工程实施分三个阶段进行： 第一阶段：建立相对独立的电力监控与调度自动化主控系统，为实现电力监控系统 的整合打下基础。同时，将现已接入公司实时库的3 个厂站和其它可接入厂站信息全部 接入电力监控自动化主站系统，由本系统对全厂变电所信息进行统一监控和责权规划， 从而形成一个整合的一体化实时系统，为下一步的信息应用打好基础。本阶段建立全部 厂站的管理子系统，最大限度的接入厂站信息，并完成保护信号的接入。 第二阶段：在完善通信网络基础上，接入全部厂站信息，形成完整的实时信息库。 然后，开发和整合应用新的应用功能。如配置大屏幕投影系统，更好发挥监控系统的功 能。在平台支持基础上，可以开发设备信息管理：包括设备档案信息，运行记录日志、 缺陷记录、检修记录。还可以整合集成电力监控自动化运行管理系统；包括操作票管理、 值班日志、交接班管理等。进一步，系统支持开发集成电力系统高级应用分析软件，通 过对过去用电情况的分析，预测未来一周或更长时间的用电负荷需求；通过线损计算， 指导降低线损等；进行短路电流计算、事故分析等等功能。这些是保证全厂安全生产、 节能降耗的有力工具。 第三阶段：建立运行可靠性高且兼容性好的电力仿真系统，每个站为各自独立的一 套系统，对电气运行人员进行专业培训和技术教学。实现对系统五防操作功能的全仿真， 并可根据需要投切该部分功能。利用多媒体技术实现对就地状态和就地操作的全过程和 全范围仿真，该部分图像通过大屏幕投影仪进行投影播放。电力仿真系统应具有运行分 析功能，可对系统潮流进行分析，对给定的故障，可推荐故障处理及恢复供电方案。 以上阶段实施完毕，系统运行后，还可以进一步对电力设备进行资产管理和生产指 挥管理。 1 0 第3 章v l - s 2 0 p o w 隙s c a d a 管理系统 作为上述方案中提到的电力监控自动化主站系统，除了必要的硬件，应用软件系统 是关键。为此，采用v i s 2 0 0 0p o w e rs c a i ) a 能量管理系统来实现技术方案的功能。 s 2 0 0 0p o w e rs c a d a 是专门针对电力系统监控、调度自动化的行业专门软件。虽 然本项目不需要使用到v i - s 2 0 0 0 p o w e r s c a d a 软件系统的全部功能，为了对该软件 有比较全面的认识，以下还是对其进行稍微详细的介绍。同时，对监控主站系统的相关 方面也进行了说明。 3 1 系统现场应用环境条件 3 1 1 机房环境 正常工作温度0 4 4 极限工作温度 0 一十6 0 相对湿度 9 0 9 6 运输及存储温度 一2 5 一+ 7 0 机房铺设防静电地板 满足设备的散热要求，所有设备均不能放置在封闭的狭小空间内。 3 1 2 接地电阻：不大干1 q 要求接地电阻 9 9 9 3 2 2 信号状态量指标 遥信响应率1 0 0 事件正确记录率1 0 0 各综保装置通过数字通讯传送内部信息 数采装置s o e 分辨率1 m s 3 2 3 遥控正确率1 0 0 ，遥控遥调传送时间不大于3 s 3 2 4 系统实时响应指标： 从数采装置输入模拟量越死区到工作站c r t 显示2 秒 从数采装置输入状态量变位到工作站c r t 显示1 秒 控制及调节命令传送时间( 从按执行键到l c u 输出) 1 秒 全系统实时数据扫描周期：2 5 秒 画面实时调用响应时间：实时画面2 秒，其它画面3 秒 画面实时数据刷新周期：2 5 秒，可调 系统时钟精度1 毫秒 双机热备用切换时间1 5 秒 打印报表输出周期：按需整定 3 2 5 可靠性指标 系统可用率9 9 9 8 计算机工作站平均无故障时间m t b f 5 0 0 0 0 小时 数采装置平均无故障时间m ，r b f 1 0 0 0 0 0 小时 3 2 6c p u 负荷率及测控网负载率 c p u 负荷率：所有计算机的c p u 负荷率在正常状态下任意3o i 】1 i n 内小于2 0 ， 在事故情况下1 0 s 内小于4 0 。测控网负载率：正常状态不大于于3 0 ，电力系统故障 时不大于5 0 。 工程硕士学位论文 3 3 监控系统功能 监控系统支持双网双服务器分层分布式结构和总线式结构，可以采用u n i x 、w i n d 0 w s 操作系统或两者的混合平台，以t c p i p 为通讯协议，双通道传输信号具有极高的可靠性、 可用率、冗余度，充分保证系统的安全性。系统能够完成常规数据采集，并实现测量、 控制、保护、记录、统计等功能，取代其它常规测量仪表，方便实现自动化运行管理。 系统平台具有很强的数据处理、运行统计功能，丰富友好的图形界面，系统报表等功能， 构成一个通讯易于监视，故障容易隔离，功能组态灵活的开放式系统，实现变电站综合 自动化的各项功自 要求。监控系统的主要功能如下： 3 3 1 数据采集及处理 数据采集：与单元装置通信，实现数据采集和预处理，并将采集的实时数据通过网 络送至监控系统后台工作站，同时将主站有关命令发往单元装置。 数据处理：将数据转换为工程值，具有零漂处理、人工设置、越限设置，事件顺序 记录( s o e ) 和事故追忆功能，每一个事故触发都能记录下相关的所有追忆量。 1 、遥信范围： 断路器及刀闸状态信号； 1 1 0 6 k v 保护设备( 包括变压器，电动机，母分) 的动作信号； 6 k v 系统单相接地选线信号： 全站事故总信号； 智能型直流盘信号；( 需直流屏厂家提供r s 4 8 5 通讯接口，并支持m o d b u s 通讯协议) u p s 事故信号； 保护信号复归： f r r 断线信号： 零序过电压信号： 控制回路断线信号： 综保电源消失信号： 工艺故障信号； 2 、遥测范围： 1 1 0 6 k v 间隔电流、相( 线) 电压、有功电度、无功电度、有功功率、无功功率、 视在功率、功率因数、频率、电压及电流总谐波含量等； 3 、遥控范围：1 1 0 6 k v 断路器操作控制等 基于p 呻e rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 3 3 2 数据库的建立与维护 数据库内容为单元装置采集的实时数据，变电站主要电气设备的参数等。 实时数据库：保存的是从l c u 采集的实时数据，其数据在每次系统扫描周期之后 刷新一次。在实时数据库中可以保存模拟量、数字量、电度累计量、控制量、计算量、 人工设置等许多类型的点。用户可生成、查询、修改实时数据库。 历史数据库：对每一个实时数据库中的点，可选定周期实现历史数据记录，并可 随时查询和使用，形成数据表、趋势曲线，用于统计分析。 重要数据归入历史库 历史数据可查询、计算 历史库应定时存入光盘中 监控系统工作站中的历史数据库的压缩数据可保存一年以上 用户数据库：根据用户的使用要求，在实时数据库中或网上选择所需内容建立用户 专用数据库，完成各项应用功能。 数据库维护要求：用人一机交互方式对数据库中的各个数据项进行修改和增删。可 修改的内容有： ( 1 ) 各数据项的编号。 ( 2 ) 各数据项的文字描述。 ( 3 ) 对开关量的状态描述。 ( 4 ) 各输入量报警处理的定义值。 ( 5 ) 模拟量的各种限值。 ( 6 ) 模拟量的采集周期。 ( 7 ) 模拟量越限处理的死区。 ( 8 ) 模拟量转换的计算系数。 ( 9 ) 开关量状态正常、异常的定义。 ( 1 0 ) 电能量计算的各种参数。 ( 1 1 ) 输出控制的各种参数。 ( 1 2 ) 对多个开关量的逻辑运算定义 3 3 3 信息与报警 在监控系统监控范围内发生需引起值班员注意的情况时，系统产生一个声光报警 信息，并能在相应的打印机上打印输出。 工程硕士学位论文 信息类型： ( 1 ) 测量值越限报警； ( 2 ) 设备状态异常报警( 事故及预告报警) ； ( 3 ) 计算机监控系统软件及硬件、网络及传输通道出错报警。 报警处理及要求 ( 1 ) 正确记录报警发生的时间、设备名和报警状态； ( 2 ) 报警发生和消除均应记录、保存； ( 3 ) 报警信息可显示、打印； ( 4 ) 报警发生时。立即推出报警条文，伴以声响提示；对事故信号和预告信号其报警 的声音应不同，且音量可调。报警确认和未确认应用不同颜色表示。对事故跳闸， 主接线图上对应的断路器应闪烁。报警发生和消除其条文用不同颜色显示。报警发 生为红色，报警确认为黄色，报警消除为绿色。 ( 5 ) 报警确认可手动或自动进行。 ( 6 ) 报警状态及限值可人工设置或屏蔽，以防误报：对退出或定义的报警点可查询。 ( 7 ) 报警信息可分类，分组，组合成新的报警条文。 ( 8 ) 报警信息的成组显示可仿照常规光字牌方式，先指示报警单元，再指示具体测点 的报警条文。 ( 9 ) 通过数据通信发送的报警条文，可按时间顺序存储、调用。 3 3 4 人机界面 l 、图形系统 ( 1 ) 全系统电气主接线图( 若幅面太大可用移屏方式) 。 ( 2 ) 实时曲线及趋势曲线 ( 3 ) 历史曲线。 ( 4 ) 棒图( 电压和负荷监视) 。 ( 5 ) 报警图( 实时历史) 。 ( 6 ) 表格显示( 如设备运行参数表、各种报表等) 。 ( 7 ) 报告显示。 ( 8 ) 监控系统配置及运行工况图。 2 、报表生成 操作员可以c r t 上以交互方式定义报表格式、报表数据及打印时间，系统提供丰 基于p 0 旺rs 系统的电力监控自动化实现与研究 富的报表编辑手段，可以任意设计表格的格式。 ( 1 ) 实时值表。 ( 2 ) 系统负荷运行日志表( 值班表) 。 ( 3 ) 电度量表。 ( 4 ) 交接班记录( 包括操作员及时间、操作内容及结果) 。 ( 5 ) 事件顺序记录一览表 ( 6 ) 报警记录一览表。 ( 7 ) 主要设备参数表。 ( 8 ) 开关量、电度量、模拟量实时值汇报表。 3 、图形及报表的输出 ( 1 ) 图形反映实时运行工况，图形中包括电气量实时值，设备运行状态等。 ( 2 ) 画面上显示的文字为中文。 ( 3 ) 图形和曲线可储存及硬拷贝输出。 ( 4 ) 用户可在线生成、制作、修改图形，可定义各种动态联接、标注文字等。 ( 5 ) 电压棒图及曲线的时标刻度、采样周期可由用户选择。 ( 6 ) 每幅图形均标注有时间。 ( 7 ) 实时及定时显示报表。 ( 8 ) 召唤打印。 ( 9 ) 操作员可在工作站上定义、修改、制作报表。 4 、事故追忆 系统提供事故追忆查询系统，通过分析历史数据库，以图形方式提供给用户对应 间隔参数变化情况，为事故分析提供可靠依据。事件顺序记录的内容为全系统快速发生 的设备状态变化，系统能显示动作顺序，打印和存贮。系统将保存的事件顺序记录条文。 事件记录信息还带时标发送至调度中心或控制中心。 5 、故障录波 系统提供故障录波功能，通过采集保护装置故障录波数据，以图形方式追忆动作 前后波形及状态变位，为事故分析提供可靠依据。 3 3 5 计算功能 在线方式下完成所有计算任务，按照数值变换和规定的时间间隔不断处理计算点。 对模拟量、数字量进行计算。在计算中，可使用多种计算类型，也可定义计算类型来完 1 6 工程硬士学位论文 成一些特殊计算。监控系统可以在线计算和显示如下信息： l 、电度累计值。 2 、日、月、年电压合格率。 3 、功率总加，电能总加。 4 、断路器的正常及事故跳闸次数、停用时间、月及年运行率等。 5 、安全运行天数累计。 3 3 6 人一机联系 人一机联系是值班员与计算机对话的窗口，值班员可借助鼠标或键盘方便地在c r t 屏幕上与计算机对话。人一机联系包括： 1 、调用、显示和拷贝各种图形、曲线、报表。 2 、遥测，遥信量等人工设置 3 、控制的闭锁及投运，有载调压器分接头的调节。 4 、对遥测。遥信量可抑制告警或恢复告警操作 5 、在画面上定义数据库和各种数据集的动态数据和各种动态字符、汉字。 6 、查看历史数值。 3 3 7 与其他系统的连接 通讯管理主机提供与装置外上位机的通讯，完成数据交换。通讯管理主机还可以方 便地与其他系统连接。另外可以通过通讯主机提供与上级变电站通讯的通道通讯协议 可选c 8 7 0 5 1 0 1 或其他各种通用的通讯协议。 本系统提供了与企业其他网络，如企业m i s 网进行数据互操作的能力。通过以太网， 使用t ( ：p ，p 协议，通过o d b c 数据库接口，实现网络之阃数据共享。 本系统可以方便的与其他第三方装置通讯，需要第三方厂家提供详细的通讯规约文本。 1 、与智能多功能电量仪表的通讯 2 、与微机直流系统的通讯 3 、与其他智能设备的通讯( r s 4 8 5 、r s 2 3 2 ) 等等。 3 3 8 安全保护 为了使实时系统能够安全稳定地运行，整个系统提供可靠的安全保护措施。所有的 系统操作员能够根据权限大小赋予某些特性，这些特性规定了各个操作员对系统及各种 活动的使用范围，如用户名、口令字、操作权及操作范围等特性，对重要的控制使用双 口令密码，对操作员的重要操作给予记录，如对主变抽头和断路器及电动隔离开关控制 1 7 基于p o 髓rs c a d a 系统的电力监控自动化实现与研究 操作的内容、对闻、结果及人员姓名记录下来各查。 3 3 9 对时功能 监控系统具有与g p s 时钟对时的功能，接收卫星对时，误差小于1 m s 。 3 4 监控系统的主要特点 系统采用了先进的开发理念、开发模式。在整个系统开发过程，采用了大量与国际 接轨的先进中间件技术，其产品特点主要体现在面向电力的实时盗控应用专用平台化支 撑；图一模一库一体化电力应用维护方式；一体化网络控制和管理；一体化人机界面； 一体化开发应用接口等几个方面： 3 4 1 先进的1 + n 机制 系统在关键硬件设备进行冗余配置的同时，为了保障关键业务的高可用性，同时又 避免不必要的多重设备资源冗余。系统采用了关键业务服务器n + 1 冗余的策略：即不需 所有节点都耗用同样的资源( 加载同样多的数据库、运行同样多的服务程序) ，又