楊 杰

(哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046)

根據(jù)汽輪機廠中心變綜合自動化系統(tǒng)二年多穩(wěn)定高效的良好運行記錄，結(jié)合6kV變電站實際運行情況，經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)工程師、運行人員以及上海銳安公司工程師共同分析和評估，認(rèn)為，目前的一饋、二饋、三饋和四饋變電站還沒有實現(xiàn)信息化的綜合自動化系統(tǒng)。為更加安全、可靠、高效率供電，節(jié)約維護運行成本，應(yīng)對以上6 kV變電站的通訊網(wǎng)絡(luò)及保護、測控裝置進行升級改造，實現(xiàn)中心變電站對全廠變電站進行統(tǒng)一監(jiān)控，提高信息管理水平，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)運行安全分析評估

現(xiàn)在6kV監(jiān)控系統(tǒng)運行方式為:落后的模擬繼電器保護、沒有實現(xiàn)信息綜合自動化。

1.1 一饋、二饋變電站

一饋共有18面控制柜，二饋共有24面控制柜，以上兩個變電站內(nèi)每個控制柜保護采用的均是使用了近20 a的舊式模擬繼電器，這些繼電器已經(jīng)老化，維護難度和運行風(fēng)險大大增加。對廠內(nèi)整個供電系統(tǒng)造成很大的危害。

1.2 三饋、四饋變電站

三饋共有18面控制柜，四饋共有24面控制柜，這兩個站內(nèi)的控制柜已經(jīng)于2007年更換過，保護采用的仍然是模擬繼電器器件，現(xiàn)在不具有通訊接口，不能實現(xiàn)中心變的監(jiān)控。

1.3 中心變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在中心變的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是單網(wǎng)絡(luò)、單主機的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控結(jié)構(gòu)。主機沒有實現(xiàn)冗余，網(wǎng)絡(luò)通道也沒有實現(xiàn)冗余。如果主機或通訊通道出現(xiàn)故障，在故障恢復(fù)期間，值班人員就不能夠監(jiān)控整個中心變，影響實時監(jiān)控供電情況。

1.4 調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在中心變電站內(nèi)，調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)由監(jiān)控主機來完成，由于中心變監(jiān)控主機本身任務(wù)較多并且都是監(jiān)控核心，十分重要。額外的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)勢必會影響監(jiān)控主機的正常運行。

2 6 kV監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

一饋、二饋變電站采用先進的綜合保護裝置，更換原來的模擬繼電器保護裝置為微機保護裝置。三饋、四饋變電站采用先進的RTU測控裝置，實現(xiàn)中心變對廠內(nèi)6 kV變電站的監(jiān)控，改造工作可以一步完成，也可分成幾個步驟進行。

2.1 一饋、二饋變電站改造

將變電站內(nèi)的模擬保護設(shè)備更換為先進的綜合保護裝置。完全可以滿足目前保護、測控要求，并留有很大的余量，所有型號的綜合保護裝置均具有高速的雙10/100 M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口。與中心變通訊組網(wǎng)方便、先進，是變電站綜合自動化系統(tǒng)未來通訊方式的主流。新一代綜合保護裝置的優(yōu)勢是:

(1)先進成熟的設(shè)計使綜保更安全可靠。

(2)組態(tài)化設(shè)計和采用高速以太網(wǎng)通訊方式屬國內(nèi)國際領(lǐng)先行列，設(shè)計節(jié)約成本。

(3)可實現(xiàn)無人值守變電站。

2.2 三饋、四饋變電站改造

采用先進的RTU測控設(shè)備以組屏的方式把站內(nèi)每個線路的所有遙測量、遙信量，遙控量進行采集，通過高速雙以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳送到中心變，實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。三饋放置2面RTU測控屏和一面通訊屏。四饋站內(nèi)放置3面RTU測控屏和一面通訊屏。

2.3 中心變電站完善

增加一臺監(jiān)控主機和2臺網(wǎng)絡(luò)交換機，軟件采用雙網(wǎng)絡(luò)版，就可以實現(xiàn)雙主機雙以太網(wǎng)絡(luò)冗余熱備這一現(xiàn)在、將來都是核心變電站主流的更先進的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建好之后，廠內(nèi)下一級變電站的監(jiān)控信息非常方便接入，可實現(xiàn)對6kV變電站的統(tǒng)一監(jiān)控管理。

將原來的工程師站計算機改造為轉(zhuǎn)發(fā)機。這樣，整個中心的監(jiān)控系統(tǒng)會更加穩(wěn)定、可靠、高效。

3 改造后的監(jiān)控主站系統(tǒng)功能

3.1 數(shù)據(jù)采集及處理功能

(1)模擬量。

模擬量數(shù)據(jù)具有數(shù)值的相關(guān)性、合理性檢查，進行工程量轉(zhuǎn)換，更新實時數(shù)據(jù)庫，可進行多級限值檢查及變化速率檢查，具有零值死區(qū)處理，可進行人工或自動替換，虛擬遙測的計算等功能，具有越限報警功能。遙測數(shù)值可有多種顯示方式，例如數(shù)值、棒圖、曲線趨勢圖、表盤、表格和餅圖等。具有高限、低限越限報警功能，越限報警等數(shù)值可由維護人員輸入設(shè)定，并以備校正，調(diào)整及報警。

(2)數(shù)字量。系統(tǒng)能采集以下各種數(shù)字量。

各饋線回路的開關(guān)位置信號和故障信息信號;

變電站相關(guān)斷路器的位置信號、遠(yuǎn)方/就地位置信號及分類保護動作信號、故障區(qū)段鑒別信號等。

交流工作電源狀況信號;

各個監(jiān)控保護設(shè)備的信道狀況信號;

對于數(shù)字量的處理包括:合理性檢查及報警，可進行主站端定義;邏輯處理及手工輸入狀態(tài)，復(fù)合遙信的計算等。

(3)狀態(tài)量。主要包括:斷路器位置、手車位置信號;事件預(yù)告信號;保護動作信號;統(tǒng)計通信中斷次數(shù)信號;直流系統(tǒng)故障及熔斷器熔斷信號;控回斷線信號;交流電壓回路斷線。

(4)遙控量?？蓪嗦菲鬟M行遠(yuǎn)方/就地分、合操作。

保護信息。系統(tǒng)可以與綜合自動化系統(tǒng)(微機保護)通信。保護信息有:保護開關(guān)狀態(tài)量;保護測量值;保護定值;保護動作信息;裝置運行信息;保護信號復(fù)歸;保護定值下載。

3.2 計算功能

本系統(tǒng)計算模塊可以根據(jù)用戶需求對模擬量、開關(guān)量進行各種方式的統(tǒng)計計算，計算得到的量又可以參加另外的計算過程，得出更加復(fù)雜結(jié)果，計算公式可由用戶設(shè)定。

模擬量計算公式包括:變量、常數(shù)、加、減、乘、除、平方、開方、括號和指數(shù)等，公式可以方便的計算出:總加、合格率、平均值和其它統(tǒng)計量等;

開關(guān)量計算公式包括:變量、常數(shù)、加、減、乘、除、與、非、異、或等操作。

(1)存儲:重要模擬量數(shù)據(jù)可根據(jù)系統(tǒng)要求按固定時間間隔(可設(shè)定/min、5 min、10 min、半小時或1 h)采集有效瞬時值，數(shù)據(jù)如按5 min間隔保存，能保留1.5a以上;數(shù)據(jù)如按15 min間隔保存，能保留5 a以上;數(shù)據(jù)如按整點間隔保存，能保留10 a以上?？筛鶕?jù)要求定:當(dāng)數(shù)據(jù)容量滿時將數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)存并能進行調(diào)用、查詢。

歷史數(shù)據(jù)庫設(shè)置在后臺服務(wù)器的商用數(shù)據(jù)SQL Server庫內(nèi)，它不分布在各個結(jié)點，但在各個結(jié)點上可以直接訪問它。

歷史數(shù)據(jù)庫內(nèi)保存的歷史數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)性質(zhì)及存貯的時間間隔分類。根據(jù)系統(tǒng)的需要確定保存的數(shù)據(jù)。

(2)統(tǒng)計:重要模擬量按年、月、日、時，取最大值、最小值、平均值進行統(tǒng)計。

統(tǒng)計電壓合格率和線路功率因數(shù)及根據(jù)變配電站開關(guān)的分閘、合閘累計時間統(tǒng)計運行率;統(tǒng)計供電可靠性指標(biāo);統(tǒng)計事故時的各點負(fù)荷名單和統(tǒng)計停電時間及恢復(fù)時間并制表。

統(tǒng)計一些配電的電力運行數(shù)據(jù):負(fù)載率、線損、可靠率等。

系統(tǒng)提供對各種數(shù)據(jù)的處理和統(tǒng)計操作包括:

模擬量數(shù)據(jù)。具有數(shù)值的合理性檢查，進行工程量轉(zhuǎn)換，更新實時數(shù)據(jù)庫，可進行多級限值檢查及變化速率檢查，具有零值死區(qū)處理，可進行人工或自動替換，虛擬遙測的計算等。

狀態(tài)量數(shù)據(jù)。合理性檢查及報警，可進行主站端定義，邏輯處理及手工輸入狀態(tài)，復(fù)合遙信的計算。

累積量數(shù)據(jù)處理。限值檢查，增量檢查及丟失數(shù)據(jù)處理，具有積分累積量，及分時段處理的功能，可進行運行時間統(tǒng)計及操作統(tǒng)計。

計算量的處理。一類為標(biāo)準(zhǔn)處理，如求最大值、最小值、平均值、總加值、合格率等均以表格方式定義。另一類為用計算語言編寫的公式，公式編譯加載后系統(tǒng)自動定時或以事件觸發(fā)的方式進行計算。

完成電壓合格率和具有超限時間累計計算

計算方法是以每分鐘12次平均值作為時間單位進行累計和統(tǒng)計。

完成開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計。按定次數(shù)到時，進行檢修報警，開關(guān)檢修時，不報警，CRT屏上人工設(shè)定開關(guān)狀態(tài)。

完成日總供電量，網(wǎng)供電量等計算

完成虛擬點的計算與修改

統(tǒng)計開關(guān)運行時間，電容器投運時間

報表生成、數(shù)據(jù)整理

趨勢曲線的生成

異常情況和操作記錄等提示告警、打印

歷史文檔歸檔保存、整理

3.3 報警功能

系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)開關(guān)變位、保護動作、發(fā)生事故時，自動產(chǎn)生報警信息，不同的報警信息采用不同的報警方式:文字報警、圖形報警、語音報警。

3.4 事件順序記錄(SOE)

正常狀態(tài)下，主站以較長的周期、較低的優(yōu)先級采集SOE數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)量變化時，即時提高其傳送的優(yōu)先級;SOE以SOE表的方式登錄到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。用戶可以方便地檢索、打印歷史庫中SOE數(shù)據(jù)。

事件順序記錄的主要指標(biāo)是動作時間分辨率，共分為兩類，即站內(nèi)動作時間分辨率和站間動作分辨率。在網(wǎng)內(nèi)各系統(tǒng)之間的時間誤差應(yīng)1 ms之內(nèi)。

3.5 控制功能

系統(tǒng)能實現(xiàn)以下遙控功能:

實現(xiàn)變配電站進出線斷路器的遙控分合閘

儲能電機控制

調(diào)整功能:能對變配電站的無功補償用電容器、變壓器分接頭等設(shè)備進行調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)運行質(zhì)量。

3.6 歷史數(shù)據(jù)存儲

本系統(tǒng)采用了開放的數(shù)據(jù)庫連接標(biāo)準(zhǔn)ODBC及成熟的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理歷史數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小，自己選擇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。如 SQL Server、Oracle、Sybase、DB2 等。系統(tǒng)提供了一系列工具對歷史數(shù)據(jù)庫進行維護管理，如檢索、修改備份、數(shù)據(jù)統(tǒng)一等。用戶也可以自己編程或用標(biāo)準(zhǔn)的第三方工具對歷史數(shù)據(jù)庫進行管理。

3.7 打印功能

打印記錄的內(nèi)容分為正常打印和異常打印兩種。啟動方式為定時打印、召喚打印和事件驅(qū)動打印三種:定時打印、召喚打印、事件驅(qū)動打印。

3.8 系統(tǒng)時鐘

系統(tǒng)提供下列時鐘功能:

對于有GPS時鐘的系統(tǒng)，系統(tǒng)可以接入GPS系統(tǒng)，實現(xiàn)GPS的對時。

系統(tǒng)周期性地與現(xiàn)場模塊進行時間同步。

具有人工設(shè)置系統(tǒng)時間的手段。

3.9 消息登錄

系統(tǒng)具有系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的各種事件登錄下來以提供自動化系統(tǒng)管理人員分析的功能，登錄的主要內(nèi)容有:

操作登錄:將調(diào)度人員和維護人員通過人機界面工作站進行的全部操作內(nèi)容及操作時間登錄下來備查。

動作登錄:將調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)生的問題，如某臺現(xiàn)場保護模塊通信中斷發(fā)生的時刻及恢復(fù)的時間，各工作站子系統(tǒng)進入和退出系統(tǒng)的時間等等登錄，以便維護人員檢查分析。

3.10 屏幕顯示

主控室里有兩臺彩色CRT，主要顯示廠內(nèi)主系統(tǒng)的運行狀態(tài)，主設(shè)備的操作動態(tài)過程、事故和故障以及有關(guān)參數(shù)。事故報警的畫面具有最高的優(yōu)先權(quán)(采用多窗口技術(shù))。顯示畫面有以下幾類:單線圖類、曲線類、棒圖類、報警畫面類、操作指導(dǎo)畫面類、表格類。

對于應(yīng)顯示的畫面，在出現(xiàn)系統(tǒng)故障和運行參數(shù)越限時，要求CRT自動調(diào)出畫面，按時序指示其發(fā)生時間、設(shè)備名稱、事件內(nèi)容、設(shè)備允許運行參數(shù)和越限參數(shù)。對于其他畫面一般可采用召喚方式調(diào)出，調(diào)畫面可直接由功能鍵或選擇菜單方式實現(xiàn)。

3.11 自診斷功能

監(jiān)控系統(tǒng)進行在線或離線自檢計算機和外圍設(shè)備的故障內(nèi)容并指出故障模塊位置，并打印檢測結(jié)果。

在線和離線診斷自檢各種應(yīng)用軟件和基本軟件故障，當(dāng)程序死鎖和失控時能自動啟動或發(fā)出冗余切換要求，并具備自恢復(fù)功能。

3.12 人機界面

報表生成軟件人機界面系統(tǒng)是基于Windows NT而開發(fā)的分布式圖形人機接口，為整個系統(tǒng)的各級用戶提供方便，靈活的監(jiān)視控制圖形用戶界面。面向?qū)ο蠹夹g(shù)與Windows NT強大圖形用戶界面功能的結(jié)合為系統(tǒng)提供了絢麗多彩的圖形界面和簡單直觀的操作特性。所有的人機界面交互操作通過配有彩色CRT、鍵盤和鼠標(biāo)的圖形工作站進行。

采用 Microsoft、Internet、Explorer流行界面設(shè)計風(fēng)格。單文檔多視結(jié)構(gòu)，樹型控件布局，層次清晰;窗口畫面管理方面，提供Windows應(yīng)用程序通用界面風(fēng)格和感觀。界面主要有菜單驅(qū)動，支持圖標(biāo)，彈出和下拉菜單。

3.13 組態(tài)軟件系統(tǒng)

采用十足的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，外加三維的圖形系統(tǒng)OpenGL，連同Windows 2000提供的強大圖形設(shè)備接口設(shè)計而成，可以使你輕輕松松的繪制出種種電力系統(tǒng)所用圖形圖表(如:接線圖、棒圖、曲線圖、綜合圖等等)。

具有繪圖圖元的功能、圖元組合功能、圖元造型功能、圖元變換功能、以及圖元的屬性與測點的接口。為使系統(tǒng)軟件的生成的能具有開放性，圖表編輯工具又是一個ActiveX控件的包容器。

繪制網(wǎng)絡(luò)圖

組成圖形的每一個元素，如點、線、圓、矩形、潮流線、遙測棒、曲線、POKE點、字符、動態(tài)遙測、開關(guān)、刀閘等等，都是一個獨立的對象，每一個對象都有一個對應(yīng)的屬性表，如顏色、坐標(biāo)、長度、寬度、線度、背景顏色等。用戶可方便地改變對象的位置、大小、顏色等屬性。并提供多圖元屬性修改的功能。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與仿真。

根據(jù)接線圖中各個圖元的位置生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號。

可以顯示圖元的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號，表示整個圖形的連接關(guān)系。

仿真動態(tài)著色，用鼠標(biāo)控制開關(guān)分合狀態(tài)，進行動態(tài)著色，連通的部分用一種顏色顯示，整個圖形的拓?fù)潢P(guān)系一目了然。

圖形三維立體顯示

采用OpenGL將圖形進行立體顯示。

可以編輯圖元的材質(zhì)，使圖元呈現(xiàn)不同的立體效果。

可以移動、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。

可以進行網(wǎng)絡(luò)圖仿真。

連接數(shù)據(jù)庫

繪圖與顯示采用不同的緩沖區(qū)，圖形顯示流暢無閃爍。

采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，便于維護和擴充。

3.14 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由兩部分組成，其中一部分是支持ANSI－SQL訪問的關(guān)系數(shù)據(jù)庫;另一部分是常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(也稱實時數(shù)據(jù)庫)。系統(tǒng)提供了強大的數(shù)據(jù)庫功能，包括歷史運行數(shù)據(jù)，報警記錄，設(shè)備參數(shù)，圖形等數(shù)據(jù)信息的設(shè)定，瀏覽，維護及修改。

對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的操作，數(shù)據(jù)采集點能與指定數(shù)據(jù)庫表記錄的字段對應(yīng)連接，用戶對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的查詢，無須編寫SQL語句，只要簡單地提供符合常規(guī)應(yīng)用習(xí)慣的參數(shù)，即可完成復(fù)雜的歷史數(shù)據(jù)庫查詢和瀏覽工作;系統(tǒng)支持冗余式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的分布式配置。

4 結(jié)束語

通過對6 kV監(jiān)控系統(tǒng)的一饋、二饋、三饋和四饋變電站進行改造完善，基本建立了信息化的綜合自動化系統(tǒng)，改造后的系統(tǒng)各項參數(shù)性能指標(biāo)均得到優(yōu)化，各方面的功能得到實現(xiàn)，全廠變電站得到統(tǒng)一監(jiān)控，提高信息管理水平，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

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