城市轨道交通供电系统运行与维护课件：电力监控系统

电力监控系统

基础知识12电力监控系统构成内容提要电力监控系统3电力监控系统功能电力监控系统

电力监控系统（PSACDA，PowerSupervisoryControlAndDataAcquisition）是以计算机、通信设备、测控单元为基础，对电力系统进行实时数据采集、开关状态监测及远程控制的自动化实时监控系统。电力监控系统

城市轨道交通的电力监控系统分三级，即中央级、车站级和就地级，形成三级监控二级管理的体系。中央级设置在OCC，具有全线电力监控功能和调度管理职能；车站级设置在主变电所控制室和各车站、车辆段、停车场变电所的控制室，具有本变电所电力监控功能和值班管理职能；第三级为就地级，以间隔层所内自动化为主，具有间隔层的就地监控功能。

城市轨道交通全线变电所按无人值班设计，其中，主变电所按初期有人值班，近、远期有人值守考虑。6.1基础知识电流互感器（CT）：作用是把交流电路中的大电流转换为0~5安倍）二次电流，以供测量和继电保护之用。电压互感器（PT）：作用是把高电压按比例关系变换成0~100V的二次电压，以供测量和继电保护之用。A/D转换：A/D是模数转换，就是把模拟信号转换成数字信号。D/A转换：D/A是数模转换，把数字量转换为模拟量。A/D和D/A的模拟量通常为：0~5V、0-20mA、4~20mA等3种直流信号。6.1基础知识遥测：遥测泛指通过通信媒体对远距离被测对象进行测量的技术。工业控制领域的遥测特指模拟量输入（AnlogIutput简称AI），模拟量信号通常为：0~5V、0-20mA、4~20mA等3种信号。遥测对应的计算机数据库的值为byte字节：8位或16位。举例：对变电所电流的遥测，该遥测要经过三个环节：1）通过CT把电流转化为0~5A的交流电流，2）通过变送器，通过变送器，把0~5A的交流电流转为0~5V直流电压，3）D/A模数转换。之后I/O设备可以读取了。76.1基础知识

遥信：通过通信媒体对远距离被测对象的状态（开关量）进行测量的技术。工业控制领域的遥信特指开关量输入DigitalIutput简称DI）。例如对开关的位置信号、保护装置的动作信号的远方测量。遥信对应的计算机数据库的值为bit位：0、1。8

遥控指通过通信媒体对远距离被控对象进行控制的技术。工业控制领域的遥控特指开关量输出（DigitalOutput简称DO）控制。例如对开关的合闸、分闸操作。遥控对应的计算机数据输出为bit位：0、1。6.1基础知识

遥调指通过通信媒体对远距离被控对象进行调节的技术。工业控制领域的遥调特指模拟量输出（AnlogOutput）控制。AO对应的计算机输出值为byte字节：8位或16位，I/O设备通过D/A转换转换成模拟量，用于调节控制。

在电力自动化领域的遥调特指对变压器抽头的调节，实际上是特殊的DO。变压器抽头通常有8个，那么对应的抽头调节也是8个DO。

值得注意的是AO通常不被称呼为遥调，而称为PID调节。

例如，AO的在地铁应用于PID调节，控制空调水系统的水阀开度。6.1基础知识

6.1基础知识图：AI、DI、AO、DO流程示意图11

事件顺序记录（SequenceOfEvent简称SOE）记录主要断路器和保护信号的状态、动作顺序和动作时间，形成动作顺序表，用以帮助电力运营和维护人员判明系统事故起因和断路器跳闸顺序。为了精确的分辨出各个重要信号的先后，SOE记录必须达到1ms甚至更小的分辨率。上次到这里6.1基础知识12

6.2电力监控系统构成

城市轨道交通所有的车站、车辆段、主变电站等均设置PSCADA系统。通常PSCADA系统集成进综合监控系统，分为三级，中央级、车站级、现场级。

中央级和车站级由综合监控系统组网并实现由如下图所示；

现场级由所内自动化系统构成，电力系统往往将所内自动化系统称为变电所综合自动化系统。13ISCS系统构成图

6.2电力监控系统构成ISCS系统构成图

6.2电力监控系统构成PSCADA系统由中央级、骨干网络、车站级、PSCADA系统的控制信号屏全线组网，形成中央级和车站级。PSCADA系统中央级构成PSCADA系统中央级设备包括实时服务器、历史服务器、工作站、前置机、大屏等等。在城市轨道交通，PSCADA系统中央级硬件和软件通常由ISCS集成。典型的ISCS的OCC系统构成如下图所示。

6.2.1PSCADA系统中央级构成16

图中，ISCS在OCC综合监控设备室为PSCADA、BAS、FAS等子系统配置一套数据服务功能（包括实时数据服务器器、历史数据服务器、实时数据库和历史数据库软件模块），实现全线多系统集成，多系统集成有利于城市轨道交通在复杂的场景下实现多系统联动。ISCS在OCC调度大厅为电力调度设置工作站和大屏。

6.2.1PSCADA系统中央级构成17PSCADA系统车站级构成PSCADA系统车站级由车站级服务器、工作站、以太网交换机和变电所控制信号屏等组成。PSCADA系统车站级设备由ISCS系统集成，并由其实现PSCADA车站级功能。车站级PSCADA系统构成如下图所示。

6.2.1PSCADA系统车站级构成18PSCADA系统车站级构成

6.2.1PSCADA系统车站级构成19

6.2.2PSCADA系统车站级构成

图中，ISCS在车站的综合监控设备室为PSCADA、BAS、FAS等子系统配置一套数据服务功能（包括数据服务器器、实时数据库和历史数据库软件模块），实现车站级多系统集成。ISCS在车控室设置了ISCS工作站，可以监视该车站的变电所信息，但是不能控制。

供电专业在变电所的二次设备室设有控制信号屏，控制信号屏由通信控制器、以太网交换机和测控装置等组成；在变电所的值班室设有工作站，工作站接入控制信号屏的以太网交换机，实现所内自动化的车站级监控功能。20

6.2.2PSCADA系统车站级构成

控制信号屏既是所内自动化系统的服务端，是所内自动化系统的核心，也是所内自动化与ISCS通信的交换节点，其以太网交换机与ISCS车站级交换机通信，实现所内自动化系统进入ISCS车站级。21

6.2.2PSCADA系统车站级构成

通信控制器用于变电所所内自动化的通信管理。如PSCADA现场级系统构成图所示，包括：1）与车站级的通信

通信控制器连接控制信号屏的以太网交换机，实现与ISCS的通信，将所辖供电设施的运营信息实时地传送至PSCADA车站级和中央级，同时将PSCADA车站级和中央级下达的控制、调整、查询、诊断等命令下传至现场级。

控制信号屏以太网交换机与ISCS系统以太网交换机之间的数据传输采用主、备通道，主、备通道互为热备。

通信控制器具备通道管理功能，能监测控制信号屏以太网交换机的通道状态，当主用通道发生异常或故障时，通信控制器自动将通信通道切换到备用通道，并发出主用通道故障报警信息。22

6.2.2PSCADA系统车站级构成

通信控制器用于变电所所内自动化的通信管理。如PSCADA现场级系统构成图所示，包括：2）与现场级的通信通信控制器与现场级的保护测控一体化单元和智能电子设备进行数据通信，实现通信规约的转化。23PSCADA系统现场级构成PSCADA现场级由变电所间隔层的保护测控一体化单元和智能电子设备（IntelligentElectronicDevice简称IED）等组成。现场级PSCADA系统构成如下图所示。

6.2.3PSCADA系统现场级构成现场级PSCADA系统构成图

6.2.3PSCADA系统现场级构成25PSCADA系统现场级构成1）保护测控一体化单元

牵引降压混合变电所和降压变电所的35kV系统、DC1500V/750V系统采用继电保护、控制、测量、通信一体化设备，直接安装于开关柜内，实现对供电系统一次设备的控制、保护、状态监视、数据测量等功能，并带有通信板卡；该板卡接入现场总线通信模块，实现通信规约转换；然后接入控制信号屏的以太网交换机。0.4kV进线断路器、母联断路器和三级负荷总开关等通常采用智能马达控制器，具有总线通信功能，其通信口接入现场总线通信模块，实现通信规约转换；然后接入控制信号屏的以太网交换机。

6.2.3PSCADA系统现场级构成26PSCADA系统现场级构成2）智能电子设备

变电所的交直流屏、钢轨电位限制装置、变压器温控器系统、杂散电流检测系统等通常不具备以太网现场总线通信功能，通常，将这些系统接入控制信号屏的通信控制器的通道处理单元，逐个进行规约转换和数据的前置处理，然后将数据发送给ISCS和所内自动化的交换机。

6.2.3PSCADA系统现场级构成27PSCADA系统现场级构成3）硬线连接的I/O

所谓硬线连接是指直接对I/O接点进行连接，而不是通过通信手段进行连接。

控制信号屏自带的综合测控装置具备RTU的I/O功能，带有AI、DI、DO功能模块，还带有以太网通信模块。接触网上网电动隔离开关等设备不具备通信功能，通常对其遥测、遥信、遥控采用硬线连接至综合测控装置的AI、DI、DO模块；然后综合测控装置与以太网通信，实现数据交换。

6.2.3PSCADA系统现场级构成28

6.3

PSCADA中央级功能功能3.1PSCADA功能PSCADA功能分为中央级、车站级和现场级三级功能，每级功能又分为监控功能、显示功能、日志及报警管理功能、权限管理功能、网络管理功能等。29

6.3

PSCADA中央级功能功能3.1PSCADA中央级功能PSCADA中央级是电力调度的核心，调度员通过人机界面（画面和菜单）实现对电力系统的运行管理。PSCADA主要功能由综合监控系统实现，包括：监控功能、显示功能、日志及报警管理功能、权限管理功能、网络管理功能、设备功能等。30

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

监控功能包括：遥测功能、遥信功能、遥控功能、遥调功能。31

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（1）遥测功能

遥测对象包括：变电所主要电流、电压、有功功率、无功功率、电度等模拟量和保护整定值等数字量。

电流电压经过电流互感器CT和电压互感器PT转化为0~5A和0~100V（相电压），CT电流和PT电压接入变送器模块，输出标准电流电压信号：0~5VDC的电压信号或4~20mA的电流环信号；标准电流电压信号接入综合测控装置的A/D转换模块，实现综合测控装置I/O功能，综合测控装置进行继电保护计算和各种模拟量的AI计算。32

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（2）遥信功能

遥信对象包括：断路器和刀闸位置信号、有载调压变压器抽头位置信号、继电保护发出的事故信号、预告信号和动作信号，综合测控装置的自检信息和通信通道状态信息等。

遥信量通过硬线接入综合测控装置DI采样模块。33

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

遥控操作步骤包括：检查遥控闭锁条件、选象-校验-执行。

检查遥控闭锁条件：当遥控闭锁条件满足时，才能执行“选象-校验-执行”的遥控步骤，以防止误操作。34

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

“选象”是选择遥控对象，选择后被控对象的图标闪烁；“校验”是调度端向间隔层发出控制命令之后，被控对象反送特征信息，以校验被控对象是否正确、控制通道是否畅通；“执行”是指调度端收到正确的“校验”信息后，调度员确认遥控执行。35

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

遥控还必须具备控制闭锁、遥控试验等功能。

遥控方式分单控和程控两种方式。36

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

①单控

在电力调度工作站的人机界面上，通过鼠标（键盘）操作对单个遥控对象进行操作，如开关设备的分闸/合闸、自动装置的投／切、继电保护设备进行投/切以及继电保护动作复归等。

单控操作界面通常是主接线图。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

②程控

程控（SequenceofControl简称SOC）是将若干个单控组合在一起，以简化操作步骤，完成供电系统所内、所间数个开关的倒闸作业。SOC操作界面通常是下拉菜单。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

②程控

程控过程如下：

在程序控制执行前，首先自动检查各控制对象是否具备控制条件，若不具备控制条件，列出不具备控制条件的控制对象，并提醒调度员注意。

在程控过程中可以人为终止程控的执行。

程控执行方式也可分单步执行和自动执行。程控执行成功或失败均有相应的中文提示，任何一种程控方式均可因控制过程中事故的出现而自动中止或由调度员手动中止。

程控序列可以由系统管理员事先配置，并可以由有权限的调度员对预先配置的程控序列进行调整或增加新的程控序列。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

②程控

程控可以有以下执行方式：

手动方式：调度员通过人机界面手动启动程控。

定时方式：系统设置程控执行的启动条件为某个特定时刻，如规定停/送电的时间点，在定义的时刻到达时，自动启动相关程控画面，经调度员人工确认后执行。

条件判断方式：系统设置程控执行的启动条件为某个特定事件，如当电力系统发生某些故障时，自动对该故障设备或区段进行切除操作。考虑到供电系统的安全性，该启动方式需要人工确认后才能执行。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

③控制闭锁

当现场供电设备故障时，其继电保护装置会动作于开关跳闸。此时，故障尚未排除，因此不允许故障链上的一系列开关被合闸送电，因此相关的遥控对象应自动“控制闭锁”。只有当人工解锁后才能进行操作。

在实时库配置被控对象时，可编辑输入与之相关开关对象的闭锁条件，也就是说DO点应具备闭锁属性。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（3）遥控功能

④遥控试验

变电所控制信号屏的通信控制器内一般设置有软件模拟开关。电力调度工作站可以通过对其进“控制”，用以测试信息传输通道是否正常。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能1）监控功能

（4）遥调功能

遥调功能特指对变压器抽头调节的遥控功能。

通过电力调度工作站可对主变电所主变压器有载调压开关分接头进行DO控制，实现进行升/降调节功能。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能2）显示功能

显示功能是指PSCADA系统的人机界面功能。PSCADA系统中央级用户画面包括：全线供电设施分布图、各变电所主接线图、接触网线路图、遥信开关量表、程控显示画面、遥测曲线画面、电度量直方图、日报报表、月报报表、年报报表、开关跳闸次数统计报表、以及事件顺序记录（SOE）、日志画面（含操作记录）、报警列表画面等。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能2）显示功能

（1）遥测信息的显示

对于实时信息，遥测的人机界面一般是主接线图、遥测模拟量表、曲线、棒图等形式。

对于历史信息，ISCS系统定时保存各AI点的历史遥测值以及越限报警信息。

历史遥测值保存在ISCS系统的历史数据库中，通过人机界面进行报表、曲线、棒图等形式的查询和打印。

越限报警信息保存在ISCS系统的报警日志里，记录内容包括：遥测对象、越限值和时间等。报警信息通过人机界面的报警管理功能进行查询和打印。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能2）显示功能

（2）遥信信息的显示

对于实时信息，遥信的人机界面一般是主接线图、遥信开关量表。

对于历史信息，遥信信息只保存故障信息和报警信息，信息保存在ISCS系统的历史库和报警日志里，记录内容包括：遥信对象、动作状态和时间等。报警信息通过人机界面的报警管理功能进行查询和打印。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能2）显示功能

（3）遥控的人机界面

遥控操作的人机界面一般是主接线图。

遥控的历史信息保存在ISCS系统的历史库和事件日志信息里，每完成一项遥控操作后，在ISCS系统事件日志中自动记录遥控过程。记录内容包括：操作员标识、控制对象、命令发出时间、遥控性质、执行结果等。日志信息通过人机界面的日志功能可以查询和打印。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能3）日志及报警管理功能

（1）日志管理

日志信息指PSCADA系统所有的用户登录信息、操作信息、开关量正常变位信息等等。

通过人机界面的日志功能可以按条件查询和打印日志信息。

（2）报警管理

报警信息指PSCADA系统所有的开关量异常变位信息和模拟量越限信息等。

通过人机界面的报警管理功能可以按条件查询和打印报警信息。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能3）日志及报警管理功能

（2）报警管理

①事故报警

当事故发生时，ISCS系统自动推出故障所在的变电所主接线画面，相应的开关自动闪烁，在报警栏显示事故内容，同时发出音响报警并在打印机上进行打印报警信息。操作员按"确认键"后，解除音响，按闪光复归键后停止闪烁。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能3）日志及报警管理功能

（2）报警管理

②预告报警及越限报警

当发出预告信号或越限报警时，在工作站报警信息栏上显示详细报警内容，并可在打印机上进行打印报警信息。但是可以不自动弹出相关画面。

报警的确认、复归处理方式与事故处理方式相同。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能3）日志及报警管理功能

（2）报警管理

③报警统计查询

报警的统计查询由报警管理器完成，通过多种条件组合查询和统计报警，如某站、某时间段等。

6.3电力监控系统功能3.1PSCADA中央级功能4）权限管理功能

权限管理功能包括操作员权限和设备控制权限。

操作员权限指操作员监视、控制、浏览PSCADA的权限。

控制权限指设备被OCC控制或车站控制或变电所控制室控制的控制权限。5）网络管理功能ISCS系统对PSCADA系统全线设备进行模块级的状态监测和网络通道监测管理。

52PSCADA系统车站级功能包括车站的变电所PSCADA功能和车场控制中心PSCADA功能。车站级PSACADA系统人机界面和监视功能与中央级PSCADA功能人机界面和监视功能基本一致，只是监控范围有所差别，车站级PSCADA只能监控本车站变电所范围内的电力设备。

6.3.2PSCADA系统车站级功能531）车站变电所PSCADA功能

变电所控制方式采用三级控制方式：OCC级，电力调度调度员远动控制；变电所级，变电所工作站控制；就地级，开关柜就地操作。

车控室对变电所设备、本车站管辖范围内的接触网设备只监视不控制。

6.3.2PSCADA系统车站级功能542）车场控制中心（