变配电站计算机监控系统的设计及应用概要

变配电站计算机监控系统的设计及应用 作者 郑艳茹 程进 时间 2007 11 25 1 08 00 摘要 本文对变配电站的计算机监督控制系统的构成 内容及特点进行了叙述 并结合工程事例再现了实时检测 远程控制 事故报警及故障分析等功能的实 现 关键词 遥测 遥信 遥控 l l 前言前言 变配电站是电力系统组成的一个重要环节 是电力网中线路的重要连接部 分 其作用是变换电压 汇集和分配电能 变配电站能否正常运行关系到电力 系统的稳定和安全 因此对变电站进行监控和保护具有十分重要的意义 变配电站计算机监控技术是利用现代电子技术 通信技术 计算机及网络 技术与电力设备相结合 将配电网在正常及事故情况下的监测 控制 计量和 供电部门的工作管理有机地融合在一起 改进供电质量 力求供电最为安全 可靠 方便 灵活 经济性好 变配电管理更为有效 从而改善供电质量 提 高服务水平 减少运行费用 2 2 系统构成系统构成 变配电计算机监控系统由带有通讯接口的采集控制模块 多功能电力综合 仪表 开关量采集模块 电流量采集模块 模拟量采集模块 继电器控制输出 模块 现场管理机 24V 直流电源以及中央管理机等组成 中央管理机是本系 统的集中管理中心 一般安置在有人值班的总值班室内 用于整个变配电系统 的实时状态显示 参数统计 数据分析 历史记录 故障报警 控制 报表打 印等 其典型的系统结构示意图如图 1 所示 3 3 系统内容系统内容 3 1 变配电计算机监控系统的硬件部分 对 35kV 以下的高压中心配电站主进 出线 母联可采用电力综合仪表来实 现遥测 遥信 遥控功能 该仪表与 CT PT 直接相连 采集高精度交流信号 经过离散数学计算 即可测量出各个回路电量参数 测量精度为 0 5 该仪 表具有八路开关量输入 四路继电器输出 同时带有自检功能 可与综合继电 保护装置配合使用 如 一般在高压 10kV 中心配电站的主进 母联以及出线柜 中采用电力综合仪表与综合继电保护装置进行配合使用 来实现高压 10kV 中心 配电站的监测与保护要求 具体接线如图 2 所示 由图 2 可知 1 CT PT 直接接人电力综合仪表测量回路中 即可测量出该回路的电量参数 实现该回路的 遥测 2 该仪表的八路开关量输人分别采集该柜 图 2 电力综合仪表与综合继电保护装置的接线图 说明 综合继电保护装置输出继电器 B 内的辅助点 端子为 68 69 引至电力综合 仪表 提供接地故障跳闸信号 综合继电保护装置输出继电器 C 内的辅助点 端子为 80 81 引至电力综合 仪表 提供过电流跳闸报警信号 综合继电保护装置输出继电器 E 内的辅助点 端子为 74 75 引至电力综合 仪表 提供电流速断跳闸信号 综合继电保护装置输出继电器 F 内的辅助点 端子为 70 72 引至电力综合 仪表 提供综合继电保护器内部故障跳闸信号 中断路器的分合闸状态 手车工作位置 电机储能状态以及接地刀闸位置 同时对综合继电保护装置中的故障跳闸信号和内部故障进行采集 分析 给予 报警 并显示该回路的故障类型 实现该回路的 遥信 3 该仪表的继电器输出分别接至断路器的分 合闸线圈上 实现断路器的远程 控制 即断路器的 遥控 0 4kV 低压主进 母联同样采用电力综合仪表来实现 三遥 功能 该仪 表与 CT 母线直接相连 采集高精度交流信号 测量该回路的实际电量 实现 遥测 同时对主进 母联开关的断路器合 分闸状态 框架式开关的位置以及 故障报警等开关量实现遥信 并对断路器实现远程遥控 具体接线方式与图 2 基本相同 根据电力综合仪表的功能特点也可实现低压配电出线回路的 三遥 功能 但因配电室低压出线回路较多 采用该仪表分散安装于开关柜内经济投资较大 北京华东西瑞电气有限公司根据低压配电出线回路采集特点 即一般采集回路开 关的合分闸状态 报警信号以及回路的电流 电压等 基于降低成本的原则 专门开发了一种实用于低压配电出线回路的带有 KS485 通讯接口 支持 MODBUS 通讯协议的模块 分别对各回路实现 三遥 功能 模块集中组屏 可方便电 力管理者对低压站出线回路集中管理 3 1 1 遥信 利用开关量采集输入模块采集各出线回路开关分合闸状态 开关故障报警 信号 失压报警信号 过压报警信号以及框架式开关的位置 并对变压器的风 机状态 高温 超高温信号等开关量实现监控 一个单独模块可采集 16 路开关 状态 具体接线方式如图 3 所示 3 1 2 遥测 1 通过电流量输人采集模块采集各出线回路的各相电流 单个模块可采集 16 回 路电流 具体接线方式如图 4 所示 每一个回路可以由电流量输入模块采集该回路的电流 并根据测量的实际 电压 功率因数等来计算该回路的实际用电量 2 通过模拟量输入模块采集变压器的温度信号 湿度信号以及液位信号等模拟 量信号 各个模拟量信号需有 4 20mA 或 0 5V 输出 3 1 3 遥控 通过继电器控制输出模块分别对低压各出线回路 带有电动操作机构 失压 脱扣器的开关 图 3 开关量采集模块接线原理图 图 4 电流量采集模块接线原理图 实现开关的远程分 合闸功能 单个模块共有 16 路继电器输出 具体接线 方式如图 5 所示 图 5 继电器控制输出模块接线原理图 现场管理机在本系统中位于中央管理机与各模块之间 作为一级底层控制 单元 增加系统的可靠性 其功能是 进行现场调试 利用现场管理机动性对 各模块进行现场参数整定 独立完成现场显示工作 并将信号整理后通过 ILS485 通讯线发送给中央管理机 同时接受中央管理机所下达的命令 可作为 中央管理机的备用机 具有显示功能 自检功能 3 2 变配电计算机监控系统的软件部分 变配电站计算机监控系统所安装的监控软件是基于 Windows 环境下的电力 系统专用组态软件 能够运行在 Microsoft Windows 9x NT 2000 XP 平台上 给用户提供的是全中文界面 简洁的画面设计 灵活的组态方式 高性能 DDE 驱动程序 支持诸多工控产品 并遵循开放式数据库联接 ODBC 标准 允许通 过第三方 如 Microsoft Access SQL Server Oracle 等访问本系统数据库 因而它带给您的是像 Word Excel 等软件轻松 实用 高效的工作环境 系统软件功能 3 2 1 显示功能 显示变配电站实际开关柜体图 一次系统图 并在一次系统图上显示各开关的 分 合状态 显示各配电回路的三相电流 三相电压 有 功功率 无功功率 有功电度 无功电度 频率以及功率因数等电量参数 显示各开关的分 合状态和事故报警类别等 显示各回路电量参数的实时曲线图 显示变压器的运行状态以及高温 超高温报警 显示其他工艺设备的运行状态及故障情况 3 2 2 报警功能 状态报警 当变配电系统的开关出现过载跳闸 短路故障跳闸以及综合继 电保护装置内部故障时 计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录 时间 站号 回路名称 事故类别 超限报警 当变配电系统的各电量参数出现超过额定值时或其他工艺设备 超限运行时 计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间 站号 回路名称 三相不平衡系数报警 当变 配电系统的三相电流或三相电压值出现不平 衡时 可自定义范围 计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时 间 站号 回路名称 3 2 3 控制功能 在变配电站总值班室中央管理机处 可以通过鼠标器控制各种高 低压开 关 带有电动操作机构或者带有交流接触器 的合闸和分闸 同时也可实现电气 闭锁功能 以防止具有闭锁回路的开关误操作 在中央管理机处鼠标下达操作命令时具有密码识别功能 只有操作人员输入正 确密码时才可下达操作命令 3 2 4 统 计和打印功能 统计和打印所监控的所有电流值 电压值 功率值 频率值 功率因数值以及 这些参数一天 24 小时变化曲线 统计和打印各断路器运行状态变化时间及故障报警时间和类别 统计和打印各断路器的操作时间及操作人员代码 统计和打印有功电度 无功电度的一天 24 小时内单位小时用电量及电量棒图 同时具有峰谷计费功能 3 2 5 历史记录 值班室计算机软件能将所监测并统计的各种电量参数 各断路器或开关的 状态变化时间 报警故障类别 操作人员代码和时间 开关机时间等永久保存 以便对整个变 配电系统的运行情况进行分析 3 2 6 通讯功能 系统内部遵循 KS485 通讯协议 与上位机通讯遵循 RS485 或 TCP IP 通讯 协议 3 2 7 自检功能 本系统具有完善的自诊断功能 当系统发生故障时 诊断功能将提供详细 的故障信息 以便及时排除故障 4 4 工程实例工程实例 4 1 项目概况 某综合楼工程为高档建筑群 属于一级负荷 采用双回路 10KV 进线 单母 线分段运行方式 当一路电源进线发生故障时 母联手动闭合 该综合楼工程 变配电站由 14 台高压柜 6 台变压器 48 台低压柜 1 台中央信号屏和 1 台直 流屏组成 4 2 工程方案 中央管理机 监控工程师站主机 位于变配电站值班室 内有工控机 显示 器 打印机 键盘 UPS 电源 报警设备等 电力工程师可查找高 低压柜每一 回路的数据 故障类型以及开关状态同时可针对显示的实时数据进行记录 分 析 并以打印 电力工程师可直接通过键盘和鼠标下趔各种操作命令 4 2 1 高压柜监控结构示意图如图 6 所示 4 2 2 变压器监控部分 采用模拟量输入模块采集变压器的温度 需有 4 20mA 或者 1 5V 温度信号输 出 采用开关量输入模块分别采集变压器的冈机运行状态 高温报警信号以及 超高温跳闸信号 监控系统结构示意图如图 7 所示 图 7 变压器监控系统结构示意图 4 2 3 低压部分 1 低压主进 母联之间的监控示意图如图 8 所示 2 低压配电出线回路监控采用模块集中组屏方式 其监控示意图如图 9 所示 图 6 高压柜监控结构示意图 图 8 低压主进 母联监控系统示意图 4 3 功能实现 4 3 1 显示功能 4 3 2 报警功能 4 3 3 控制功能 4 3 4 统计和打印功能 4 3 5 历史记录 5 5 系统特点系统特点 5 1 变配电站计算机监控系统的末端数据采集 与控制单元直接安装于开关柜内 采用交流采样直接从电流互感器或电压 互感器取交流 0 5A 电流信号或交流 0 100V 电压信号 380 220V 低压系统直接 取交流 0 220V 或 0 380V 电压信号 不再需要各种电量变送器 开关柜上各种 测量仪表可以取消 外部电缆只有一根通信电缆与供电电源电缆 设计与施工 简单 5 2 虽然智能化开关和智能开关柜本身已经具备监控功能 只要设计一根通信 电缆引至值班室中央管理机 就可以实现集中监测与远方调度 但由于各厂家 的通讯协议不统一 实现联网较困难 开关柜内的继电保护 信号与控制回路 仍保留 因此 如何统一通讯协议 是系统未来发展方向 如能实现将使系统 更简单 5 3 变配电站计算机监控系统对高次谐波的监控 记录和保护有待于完善 6 6 结论结论 变配电站计算机监控系统 促进了无人值班变电站的实现 可以利用远动 技术使电网调度迅速而准确地获得变电站运行的实时信息 完整地掌握变电站 的实