变电所综合管理系统介绍及工程应用

刘 翀

(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200002)

变电所综合管理系统介绍及工程应用

刘 翀

(华东建筑设计研究院有限公司,上海 200002)

随着经济发展,建筑项目向大型化综合化的方向发展。由多个变电所组成的电气系统越来越常见,整个电气系统的管理与维护变得尤为重要。以往的变电所基本都是独立运行、独立管理,它变得不适应这种发展趋势。同时基于综合电力技术及计算机网络技术的变电所综合管理系统近年来得到了大力的发展。本文介绍变电所综合管理系统的背景,研究变电所综合管理系统的组成和结构,并结合实际工程分析变电所综合管理系统的应用要点和重点。

变电所;综合管理系统;系统设计;工程应用

1 引言

近年来,随着国家经济发展,大型复杂的综合基建项目越来越多。用户对供电质量有越来越高的要求,对公共基础设施电力供应的按时、准确和不间断都有了更高的要求。对于建筑电气行业来说,项目的大型化综合化已经成为了大势所趋。电气工程师就需要在以往的单一小型的项目设计经验的基础上,增强大型复杂的项目设计能力。而这其中最大的变化就是电气系统的复杂化大型化。以往的小型公建项目,往往只有一个核心的变电所作为整个项目的电气核心。我们设计的重心就围绕它展开。而现在的工程中,往往是数个变电所同时存在。如何规划设计好整个电气系统,成了一个新的课题[1]。

同时,现有的变电所管理运行模式基本都是基于单独变电所的独立运行管理的,而随着电力技术及计算机网络技术的发展,现有的变电所规模的不断扩大,对电力系统的监视、遥控等远程控制要求越来越高,而原有的楼宇管理系统对安放、空调、电力、电视等综合监测,不能完全满足用户对电能量管理的要求,电力作为一种重要的能源,用户需要有一个专业的软件,能够帮助其进行监测及合理的安排分配以及调度,同时又能够安全便捷地实现以上所说的各种要求。

2 变电所综合管理系统介绍与分析

变电所综合管理系统就是针对这种需求而诞生的,它可提供完整的采集信息量,使得变电所内部设备运行状况更容易被工程师掌握,设备隐患能够被及时发现,这样变电所的维护人数和维护成本得到极大的降低。工程师通过详尽的报表,及时地评估整个用电状况,合理调配资源,最大化地利用电力资源,符合当前国际上节能降耗的趋势,使得管理水平提升一个台阶。完备的变电所日常管理功能(操作票、事故记录、维护日志等)提高了变电所的计算机管理能力,减少了人力投入以及可能的人为误差,提高了工作效率,这都是传统的楼宇自控系统所无法比拟的。

2.1 系统结构

变电站综合管理系统网络采用分层分布式结构,按照功能划分为三个子系统,分别是后台机系统、服务器系统、前置机系统。后台机、服务器、前置机之间采用高速以太网通信,遵循 TCP/IP通信协议。前置机和保护装置、智能模块之间采用主流工业接口(如 RS485等),内嵌 I EC870-5-103、ModbusRTU等通信规约。同时为管理系统 BA、OA、MIS等留有接口,便于内部各个系统无缝集成。系统框图见图 1。

2.2 各子系统介绍

2.2.1 后台机系统

· 硬件可采用普通 PC机,操作系统采用WinXP

· 承担电网运行的监视与控制

· 运行调度员人机接口界面

· 全图形操作工作站方便地查看各线路运行状况,并可以方便地进行操作

· 实现报表的制作和打印功能

· 实现操作票的生成和管理功能

· 有多媒体功能,实现报警语音提示

· 与服务器通过以太网方式通讯

2.2.2 服务器系统

· 硬件采用采用普通 PC机或者小型服务器,应用软件为 SQL Server2000

· 承担历史数据的存储

· 承担系统运行参数的保存

· 承担实时数据的处理

· 可以把信息上传调度

2.2.3 前置机系统

· 采用机架式工控机(图 2)和串口服务器(图 3)作为硬件平台,操作系统采用WinXP

· 可接受同步/异步信号

· 可以进行不同规约地转换上传

· 可以接入标准时钟(GPS)

2.2.4 系统的通讯方式

· 这三个系统是通过 10/100M以太网连接起来的,保证了数据的传输速度和可靠性

· 实时信息交换

· 通过光纤或超五类双绞线与其它系统通信

2.3 系统分析

变电站综合管理系统的三个子系统各司其职,后台机系统主要是通过网络接收和发送数据和信息,监视变电站运行工况,进行参数设置和修改,报表打印,由操作人员通过键盘,鼠标进行操作执行调试命令等。服务器系统主要是对数据进行分析统计和存储,并把信息上传至电力公司或其它系统。前置机系统通过 RS232/485或以太网等方式,收集整理变电站的数据和信息,并且上传至服务器系统。

这样的系统能够帮助工程设计人员把整个电气系统的核心整合在一起。管理运行人员也可以在同一个终端完成对整个电气系统的监控,同时系统的所有运行数据和故障参数可以很方便的获取。实际工程中,项目运营方通常都有一个固定的办公地点,通常也只有最重要的变电所安排有 24小时值班人员,这样通过这个系统就可以使用最少的人力占用较少的空间完成对整个项目的电力系统的监控和管理,最大地节约了运行成本。同时它收集整理的数据对于项目的定期维护、故障排除、节能计量都有很多实际意义。

3 变电所综合管理系统的工程应用

本次介绍的实际工程是一个典型的办公园区,它由数幢实验办公楼组成,用于科技研究工作,对用电的要求较高。电气系统设计中,在园区内设有一个核心变电所 (35kV/10kV)和 5个分变电所(10kV/0.4kV),它还预留有两个地块用于将来发展的需求,见图 4。在设计中就需要将现有的 6个变电所和将来可能的两个变电所进行综合管理、统一设计。而运营方的实际情况是,他只有一组人员用于将来这个园区的维护和管理,故提出需要将园区的管理功能都集中于一处。

在这样的一个实际情况下,笔者在电气系统设计中选用了变电所综合管理系统来实现整个园区的智能化和信息化管理,下面就这个系统的实际设计中的一些要点进行具体的介绍:

3.1 系统功能

系统的功能可以按照系统结构中介绍的三个系统分别进行描述。

图 4 电气总平图

3.1.1 后台机系统

· 主界面功能

a.画面类型:变电所接线图、表图、日(月)曲线图、地理位置图、系统网络图、系统数据表及用户自定义的各种图形。见图 5～图 7。

· 智能操作票生成功能

图 7 操作主界面

图 8 操作票的编辑和制作图例

¹用户可以将自动生成或单步生成的操作票保存为典型操作票。

④可以对典型操作票进行修改、删除、插入、顺序调整等等。

㈣用户可以调用典型操作票并对其进行修改,并生成需要的操作票。

¼操作票生成后,自动进入票编辑、审查界面,供审查和校正。

½系统提供插入、删除、修改等功能,便于对操作票中的错误进行修改,对操作票的准确性、规范性进行确认。见图 8。

· 人机界面功能

a.画面类型:变电所接线图、棒形图、表形图、饼图、日(月)曲线图、地理位置图、系统网络图、系统数据表及用户自定义的各种图形。

b.权限管理:

先将不同的权限分给不同的角色。在给不同的人物附不同的角色。从而达到不同人物有不同权限的目的,以便于不同的人物去做自己的工作。见图9。

权限种类:

¹本机管理④角色分类㈣用户分类

a.遥控管理

¹需要监护人和操作人同时在场并输入密码才可遥控。

④遥控中可以有简单的防误操作。

㈣操作有预置,反校,执行三个步骤(需要设备支持)。见图 10。

图 9 权限管理图例

图 10 增加用户图例

b.参数设置

¹信息列表的输入是用 ACCESS表格式输入的,并可方便地导入导出,若修改较少,可以直接在列表中修改。

④可以在线设置各遥信点的状态和遥测点的值,设置并闭锁后,不再显示实时值。

㈣可以在线修改各遥测点的系数,各开关、闸刀的设备信息。见图 11。

图 11 设备资料图例

a.可以方便地显示各遥测值的日(月)曲线。

b.每个用户的登录、注销和所有的操作、设置都记录在操作记录中。

c.可以方便查看历史事项和操作记录。

d.能方便地设置遥测值的上限、上上限、下限、下下限等。

· 报警功能

a.报警发生后,弹出报警窗口并闪烁显示。

b.未确认的报警一直闪烁,确认后停止闪烁。

c.可以随机打印报警事项(必须用针式打印机)。

d.可以根据报警窗口中的报警事项定位产生报警的信号所在的画面。

e.有警报总集的功能,并且带有事项显示。

.f所有报警信息都记录在历史数据库中。

g.具有事故跳屏功能。见图 12。

图 12 告警窗口图例

· 报表功能

a.报表采用EXCEL制作,方便易用。

b.可以方便地按照用户的要求制作。

c.报表支持召唤打印,定时打印。

d.已完成的报表可以自动存储到硬盘中去。

e.报表种类有:日报,月报,年报。

.f具有报表统计功能。

· 系统的自我诊断功能

a.本监控系统可自我诊断,监视各软硬件的运行状态。

b.将系统的软硬件状态以图标表示,图标可以用不同颜色区别通断状态,让用户很容易掌握整个系统是否正常运行。

c.在硬件和软件系统运行异常时,同时伴有事项显示。

3.1.2 服务器系统

· 实时数据库系统

a.通过以太网方式与前置机系统通讯,取得实时数据。

b.将从后台机系统得到的遥控和取定值等控制命令转发到相应的前置机系统中去。

c.数据处理功能。

¹对遥测值,遥信值等进行实时监视和保存。

④遥测值和遥信值的保存间隔可以由用户自己设定。

㈣对遥测值进行分析,统计遥测值的最大最小值,平均值。

¼对各种保护信息和告警信息进行分类保存。

· 历史数据库系统

a.可以根据用户定义对历史数据进行整理,删除掉不重要的信息。

b.历史数据保存的时间可以由用户设定。

c.保存时间到了之后,会自动删除过期数据。

d.当把备份数据库重新装载后,不会覆盖现有的历史数据。

· 上传信息功能

a.服务器有预留的以太网和RS232接口,可以用Modbus/Rtu、CDT92规约等将系统的数据按照要求上传给 BA管理系统。

· 服务器的通讯功能

a.与前置机通过以太网方式通讯,取得所有 I/O智能单元和保护装置的遥测,遥信,保护信息等。

b.与后台机通过以太网进行通讯,提供给后台机需要的所有实时的和统计分析后信息,画面信息等。

· 数据库的性能系统采用了 SQL Server数据库,具有以下特点:

a.此数据库系统为分布式数据库。

b.可以利用SQL语句快速地访问数据库信息。

c.支持并发访问,具有完整性和一致性。

d.具有良好的可扩性和适应性。

e.具有完善的保护功能,可以防止误操作。

3.1.3 前置机系统

· 通讯功能

a.周期性采集智能单元的遥测,遥信等,并将采集到的数据通过以太网上传给服务器。

b.接收从服务器转发下来的控制命令,发送给相应的装置。

c.接收服务器的对时命令,并发给所接智能装置。

d.也可以本身接GPS定位钟,然后将时间传给服务器。

· 支持规约类型

a.系统支持 Modbus/Rtu,CDT92,103,101,DNP3.0等各种规约。

b.系统具有通讯规约的可扩展性,可以增加所需要的规约。

c.与智能装置的接口可以采用以太网,RS485,RS232等方式。

· 上传信息功能

a.前置机留有以太网接口和RS232接口,可以通过 Modbus/Tcp,Modbus/Rtu规约上传信息给厂站管理系统。

3.2 系统性能指标

系统性能完全满足部颁《电力系统调度自动化设计技术规程》的各项指标[2]。

3.2.1 实时性

· 站内数据采样周期<1秒,系统测量综合误差 ≤1.5%。

· 控制及调节命令传送时间(从按执行键到输出)≤1秒。

· 站内 S0E分辨率 ≤3m s。

· 全系统实时数据扫描周期:2～5秒。

· 画面实时数据刷新周期:2～10秒,可调。

· 画面实时调用响应时间:实时画面≤2秒,其它画面≤3秒。

· 打印报表输出周期:按需整定,可定时和召唤打印。

· 实时数据库容量:模拟量＞=4000点,状态量＞=12000点,控制量＞=1000点。历史数据库容量按以上配置,至少可存储 2年。

3.2.2 可靠性

· 系统设备要上列规程规定的环境条件下使用,平均无故障时间(MTBF)＞20000小时,系统总体大于 17000小时

· 遥控正确率不小于 99.9%。

· 信号正确动作率不小于 99.9%。

· 事件顺序记录正确率 ≥95%。

3.2.3 安全性

对于整个电气系统,安全性是至关重要的,要防止“故障”演变为“事故”,要防止事故的曼延与扩大,要杜绝重要设备损坏等特大恶性事故的发生。要做到这一些,首先要求监控系统功能完善,而且要保证实现这些功能的过程安全可靠。现就几个安全问题叙述如下:

· 通信安全

a.系统对通道(包括 I/O过程通道和远动通道等)不断进行检测,对通道是否中断、对数据的有效性和合理性进行判断,发现故障及时报警。

b.在软件设计中采取措施,保证不因信息传输中的个别错误导致关键性错误而引起误操作和负荷扰动等后果。

· 硬件,软件安全

a.对主机、RTU等硬件进行自行诊断。

b.CPU负载能力留有较大的裕度,平均负载率不超过 40%,重载时不超过 60%。· 操作安全性

a.不同的用户有不同的权限。

b.遥控操作时必须有操作员和监督人员同时在场。

c.遥控操作时有简单的防误操作。

3.2.4 可扩展性

· 由于容量大,CPU负载轻:

· 前置机具有较大的扩展余量,可对所接模块进行扩充。

· 服务器具有较大的扩展余量,可扩接多套前置机系统。

4 小结

当今建筑设计的智能化和信息化进展越来越快,变电所作为电气系统的核心,它的设计、管理与运营也必须与时俱进。变电所综合管理系统就是适应这个发展的一个产物,它在实际工程中的运用中取得了较好的运行效果和管理效益,得到用户的肯定。笔者希望能通过此工程实例的探讨起到抛砖引玉的效果,吸纳更多有识之士投入此领域的研究与学习。

[1]温伯银,赵济安,瞿二澜,王东伟等.智能建筑设计技术同济大学出版社,2002.11.

[2]能源部西北电力设计院,能源部中南电力设计院.电力系统调度自动化设计技术规程.中华人民共和国能源部,2006.6.

Introduced and Engineering Application of Electric Power Substation Integrated Management Syste

Liu Chong

(East China ArchitecturalDesign&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai200002,China)

Alongw ith the econom ical developmen,t construction project toward large and comprehensive.Composed by multiple substation ismore common in the electrical system,the whole electrical system m anagement and maintenance is particularly importan.t Previous substation mostly is independent operation and Independentm anagemen,t It's not the develop m ent trend.At the sa m e t ime,substation manage m ent system that based on integrated power technology and network technology in recent yearsobtained the strong developmen.t Thispaper introduces the background of substation integrated manage m ent system,study the substation integratedmanagement system composition and structure,and combined w ith the actual engineering analysis substation integrated m anagement system,application points and key.

Electric Power Substation;IntegratedManage ment System;System Design;Engineering Application

TM63;C931.9

B

1674-7461(2011)02-0091-08

刘翀(1979-),男,工学学士,注册电气工程师。主要从事建筑电气设计、智能建筑电气技术、建筑设计信息技术等方面的研究。