电力监控系统在长大隧道机电工程中的应用

李自力

1 系统概述

凤凰岭隧道位于忻阜高速公路K 50+100处,全长 5 885m,本系统作为该路段电力监控工程,实现了对隧道供配电、通风及低压供电回路(低压馈线回路)设备进行远程控制。

电力监控通过全线三大系统主干通信网络和自身敷设的分支通信网络传输数据,在监控中心与其他监控子系统一起设置电力监控工作站,共享数据。路段供电设备运行状态在监控中心可随时查看,并根据需要远程控制供电回路的分合闸,并统一发布供电状态信息,对故障信息进行统一管理和维护。

2 监控对象及内容

本系统监控的对象主要集中在凤凰岭、火焰山两座长隧道的6座变电站内。

2.1 10 kV系统

10 kV高压系统设微机综合保护测控装置,对 10 kV进线/出线、线路变压器组进行继电保护和运行测控。电力监控系统与微机保护测控装置进行通信,实时监测各进线、出线的运行状态。

继电保护功能:进线及出线回路采用LSA1119,设置速断、瞬时速断,定时限过流等继电保护功能;线路变压器组采用LSA 1116,可设置速断、过流、温度、过负荷告警等继电保护功能。

三遥功能:通过微机综合保护测控装置测量三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数 cosΦ等电力参数;遥信主要采集断路器位置信号、接地刀位置信号、弹簧未储能、远方/就地信号、400 V开关位置信号、回路分合闸状态信号等;遥控主要10 kV开关分、合闸。

2.2 400 V系统

进线回路:变电站低压配电柜 400 V配电柜进线单元和发电机进线柜、ATS联络开关柜等,其监控采用LSA 1420微机测控装置,监测有功P、无功Q、三相电压U、三相电流I、功率因数cosΦ;开关位置信号、故障脱扣信号等;可对开关进行远程分合闸控制。

出线回路:每台出线柜配置 1台照明风机回路监控单元LSA1500,其中照明回路按照每单元 8路出线,风机回路每单元4路回路配置照明风机回路监控单元,可监测开关位置信号、回路分合闸状态、故障脱扣信号;系统可以通过与监控单元通信对照明回路进行远程控制,对风机正/反转回路进行远程启动/停止控制。

2.3 其他相关供电设备

变电站还有发电机、主变、UPS等供电设备,这些成套设备本身配置有智能控制器,电力监控通过智能控制器通信接口对这些设备进行监控,随时了解设备的运行状态,监测主要运行参数和故障信息。

3 系统结构和组成

电力监控系统采用分层分布式结构,各电力监控终端分布在各高、低压开关柜、变压器、配电柜(屏)上,监测采集设备的运行状态参数信息。通过通信电缆把数据传输到通信服务器,再利用通信系统提供的通信通道把各变电站运行数据传输到监控中心(监控所)电力监控工作站,对这些数据进行处理、分析、判断、显示,为运行人员提供各种设备的运行信息。

电力监控作为全线机电监控系统的一个子系统分为三层结构:监控管理层(包括分中心监控)、通信中间层、电力监控终端设备层。

3.1 监控管理层

监控管理层设置在隧道管理所和监控中心。它主要完成对各个隧道变电所、隧道洞口箱式变电站电力设备的高级应用;电力监控与其他子系统进行信息共享,构成监控中心完整的功能组成,监控工作站将实时地接收各变电站的有效数据,以保证监控中心对供电系统全局运行状态的掌握并协调各个监控系统之间的运行。

电力监控工作站从各个变电所、站的监控系统中获取供配电系统的实时数据信息,从整体上对供配电系统进行监视和控制,分析供配电系统的运行状态,对整个监控的供配电系统进行有效的控制、管理,使供配电系统处于最优的运行状态。监控管理层主要包括监控计算机、服务器(与交通监控系统合用)、系统软件、应用软件、网络及其附属设备。

3.2 通信中间层

中层为通信系统层,通过以太网交换机、光纤以太网交换机、光端机、光缆等,为监控系统提供一个稳定、可靠、高速的通信通道。各变电所、站与隧道管理站之间的数据传输是通过高速公路高速光纤通信网络来实现的。电力监控利用通信系统提供的 100M高速通信网络通道进行数据的传输与交换,电力监控数据在此通道中传输并送到电力监控服务器及工作站进行数据处理。

每个变电所、站设置一台 LSA 1200通信管理机,通信管理机带有以太网接口,上行就近接入通信系统提供的高速通信通道,通过以太网与监控中心的电力监控工作站进行通信;通信管理机下行为RS485,RS232,CAN等通信接口,与变电站内的智能保护测控装置进行通信,采集终端装置的数据信息,进行协议转换,上传至电力监控工作站。

3.3 电力监控终端设备层

电力综合监控装置采用模块化、单元化结构、分散分布式结构采集数据方式和数据信息集中转换传输的标准模式配置。各智能终端安装在变电站进、出线开关、配电变压器等电力元件的盘面上,主要对电力设备进行数据采集和控制,记录线路短路和接地故障信息。

在变配电所及箱式变电站,在低压配电柜内各低压回路各安装一台现场测控装置,负责采集本回路的各种数据,包括 U,I及各开关状态等;变压器温度数据、EPS状态数据等所有的数据通过通信管理机汇总,然后通过以太网上传至监控中心。

4 系统实现的功能

4.1 三遥功能

1)电力监控系统所要完成的遥信量主要包括:

10 kV进出线开关状态与故障报警、变压器出线总开关状态,熔丝熔断信号,变压器温度,风机启停信号。柴油发电机运行状态及故障报警、出线开关状态,0.4 kV出线开关状态、断路器运行状态及故障报警。

2)遥测量主要包括:

10 kV主要回路和 400 V主要回路三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等,变压器温度,配电室温度,0.4 kV馈线三相电压、三相/单相电流等。

3)还对以下设备进行遥控:

10 kV负荷开关、0.4 kV低压总开关、0.4 kV馈线断路器、柴油发电机组等。

4.2 数据采集和处理

数据来源:各个变电所的电力设备监控单元,人工置入,通信运行参数,标准时钟数据及频率值,与其他自动化系统通信采到的数据。进行模拟量处理、状态量处理、数据统计计算、变电所控制、事件与事故报警、历史数据库保存、事故打印及表格显示、事故追忆、事故重演等。

4.3 人机界面,打印图形、曲线、报表功能

管理人员在图形上可进行各种允许的封锁、解锁、挂牌、遥控、人工置数等操作,可响应各种事故告警。可查询、打印各种图形、历史曲线、报表。

4.4 系统安全管理

系统用户分为一般操作员、数据管理员和系统管理员,不同的用户有不同的权限,保证系统在用户使用上的安全性。用户的登录及重要操作均需要权限认证,并记录到数据库中。

4.5 控制操作功能

遥控功能:控制过程包括以下几个步骤,遥控操作人员的身份及权限检查、选择控制对象、遥控预发、系统内部校核、RTU校核、RTU返送校核结果、遥控执行或撤消,记录操作过程。在遥控进行的过程中若收到遥信变位,则自动撤消控制。遥控方式为单步选点、多步标准控制序列、自定义控制序列。在系统的画面中单步选点进入遥控状态,点击开关,即可对开关进行遥控操作。

5 结语

山西忻阜高速公路电力监控系统,作为机电监控系统的一个子系统,在监控中心共享数据,并共享一个主干数据传输通道,较好的和三大系统等传统高速公路和隧道监控等机电系统融为了一个有机统一的整体。为全线供电系统的安全可靠运行提供了保障,电力监控系统采用信息化技术对高速公路全线的主要供配电系统设备进行信息化远程控制管理,提高运行、管理的信息化、自动化水平,方便管理人员操作,节省人力、物力资源,降低运行维护成本,最终实现变电所(站)的无人职守。

[1] 黑龙江电力调度中心.变电所自动化实用技术及应用指南[M].北京:中国电力出版社,2004.

[2] 张 洋,赵祥模,许宏科,等.高速公路供配电照明系统理论及应用[M].北京:电子工业出版社,2003.

[3] 于恒春.一个分布式监控系统的软件设计[J].计算机应用, 2000(1):14-16.