变配电站计算机监控系统的设计及应用概要

1、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 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

2、、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 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 系统内容31变配

3、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 05），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

4、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B内的辅助点（端子为68,69）引至电力综合C内的辅助点（端子为80,81）引至电力综合E内的辅助点（端子为74,75）引至电力综合说明：综合继电保护装置输出继电器仪表，提供接地故障跳闸信号。综合继电保护装置输出继电器 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 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

5、，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

6、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。311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

7、 状态。具体接线方式如图 3 所示。312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）。313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

8、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。32 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 Win dows环境下的电力 系统专用组态软件，能够运行在 Microsoft Windows 9x、NT

9、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：321 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

10、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。322 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

11、时 间、站号、回路名称。323 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。324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

12、时用电量及电量棒图， 同时具有峰谷计费功能。325 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。326 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。327 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 工程实例41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10K V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

13、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。42 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。421 高压柜监控结构示意图如图 6 所示。422 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420mA或者15V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

14、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423 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43 功能实现431 显示功能432 报警功能433 控制功能 434统计和打印功能435 历史记录5 系统特点51 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 /22

15、0V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。52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）53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 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 的实时运行状态，及时发