基于SCADA系统的一次变电所设计

姚思炜

（湛江供电局电力调度控制中心，广东 湛江524005）

0 引言

配电SCADA系统是基于计算机的生产过程控制和调度自动化系统，通过使用数据采集模块监督和控制现场设备，从而实现数据获取、设备控制、测量、参数调整以及得到各种信号警报。配电SCADA系统有很多优势，如信息整合、高效准确获取系统实时运行状态等，从而加快决策制定，快速对系统的失效状态进行诊断。

SCADA系统是以SCADA中央主机与一系列RTU（远程终端单元）之间传输的数据为中心，一个SCADA系统在获取信息（如输电线上哪里出现故障）后发送到中心站点，警告主站点有故障发生，并执行必要的分析，如判断此错误是否关键，同时将此信息在运营人员的控制系统界面上显示。这样的远程监控，是通过利用企业的本地网络、广域网和无线技术网络的基础设施加以实现的。

1 SCADA与变电所控制系统的对接

1.1 SCADA系统简介

SCADA集合了遥测和数据采集技术，通过RTU搜集到的信息将会被发送至中心站点，系统执行必要的分析之后将信息在运营人员的控制屏幕上显示，运营人员根据得到的信息远程执行必要的控制手段，保证配电的正常运作。如图1所示，SCADA系统通过远程探测器和装置搜集数据，整个系统包含了一个或多个现场数据接口设备（RTU或PLC），一个基于无限射频、电话、有线或者卫星技术的通信系统，以及一个或多个中央主机（MTU），标准或者定制的人机交互界面（HMI）。

图1 SCADA系统框图

自动化系统通过低廉的计算机替代高昂的人员开支，提高了过程控制的效率，同时利用计算机控制相对于人工更快的反应速度，实现了系统性能的提高。这些自动化系统通常也被称为过程控制系统（PCS）或SCADA系统，这些系统的广泛使用，使得很多物理过程可以安全、可靠、高效地进行。

SCADA系统的组成元素：（1）运营人员：负责SCADA系统的监控，实现远程发电站的控制管理功能。（2）人机交互界面（HMI）：搜集到的原始数据进行处理后在此接口界面上展示给运营人员，为运营人员提供图形化的输入控制方式。（3）主终端单元（MTU）：相当于主从架构中的主单元，MTU通过HMI将数据展示给运营人员，从远程站点搜集数据，发送控制命令到远程站点。考虑到时间延迟和数据流干扰，MTU和远程站点之间的传输速率相对较低，控制方式通常是开环。（4）通信方式：MTU和远程控制器的通信方式，可以是广域网、无线或有线网络，或交换电话网络。（5）RTU：相当于主从架构中的从单元，发送控制信号到其控制的设备，同时获取数据后发送到MTU，RTU可以是PLC，RTU和其控制的设备之间的传输速率相对较低，控制方式通常为闭环。

1.2 一次变电所

它能够充当传输变电所，也可以充当配电变电所的角色，一个变电所需要的IED（智能电子设备）有电流变压器（CT）、电压互感器（PT）、阻断开关（DS）、断路器（CB），其基础框架如图2所示。

图2 一次变电所框图

1.3 SCADA与变电所控制的对接

配电系统的中心是其硬件组件，比如发电机、变压器、传输线路和断路器等。而SCADA系统则涉及软件的应用，其首要目标是实现数据采集和管理控制。因此，配电系统组件必须与各种传感设备连接（CT、PT）以便从电力线上获取数据，系统需与变电所的所有IED对接，包括轮询所有IED，读取数据和事件通知。这些数据必须发送给公用事业企业填充其数据仓库，或者在其他合适的地点来保存变电所数据，系统必须随时可以查询所有连接的IED状态。

这些描述电力网络运行状态的基本信息，将被传送到SCADA系统。通过子站点设备自动获取的信息，可以分类为状态数据、测量数据和能源数据。状态数据代表的是开关设备的状态和警报信号。测量数据反映了不同的时间变量，比如电压、电流、温度和分接头位置，均从电力系统中搜集得到。这些数据又可以细分为模拟和数字，所有的模拟信号通过AD转换器转为二进制数据进行传输。SCADA系统是以实现以下这些功能为前提下进行配置的，即数据采集、监控和事件管理、控制，数据存储存档和分析报告。

2 一次变电所的监控系统

此监控系统是现场设备实时状态（电流、电压、压力、温度、连接状态）的实时管理系统。这种管理是通过子站点的数字设备和传感器实现的，数据搜集和处理通过数据采集和控制单位完成（UAC），然后经过通信网络传输，使用国际标准协议发送到子站点控制中心的中央计算机，随后发送到运作中心，实现远程管理。变电所监控系统如图3所示，包括1个主窗口和3个子窗口。

图3 变电所监控系统框图

操作人员通过HMI进行现场设备的管理，控制屏幕界面上的所有文本和控制按键，均与现场设备或者配电系统的IED连接。如果操作人员需要关闭或者打开某些线路，可以通过屏幕上的按键直接进行操作，所有的状态、配置更改都会实时在操作人员的屏幕上更新。

3 结语

SCADA系统是EMS（能源管理系统）最主要的子系统，其主要目的是高效地制造、传输、配送电能。SCADA的主要功能是以一种集成的方式监督、控制、管理电力网络，整个配电网络的情况可以在控制屏幕显示，数据也可以自动周期性地进行更新，未来的管理计划也能够在历史负载量数据、稳定性数据的基础上进行分析后制定。变电所操作人员通过SCADA可以即时了解负载、发电机的能源效率／频率、子站点的过载警报、变压器的情况等，其已成为电力调度不可缺少的工具。

［1］Boyer S A.SCADA：Supervisory Control and Data Acquisition［M］.International Society of Automation，2009

［2］刘东，丁振华，滕乐天.配电自动化实用化关键技术及其进展［J］.电力系统自动化，2004（7）

［3］Matthias Seitz.Programmable Controller Application Tutorial［M］.Beijing Machinery Industry Press，2009

［4］党向荣.调度自动化主站系统的研究与设计［D］.四川大学，2006