电力监控系统在液晶面板厂中的设计与应用

2016-03-31孙海龙世源科技工程有限公司北京100142

智能建筑电气技术 2016年1期

关键词：电力监控系统液晶面板电能质量

孙海龙（世源科技工程有限公司，北京100142）

电力监控系统在液晶面板厂中的设计与应用

孙海龙（世源科技工程有限公司，北京100142）

摘要介绍了电力监控系统在液晶面板厂中的设计与应用，结合工程实例分析了行业内的特殊需求，提供了针对性的解决方案。

关键词电力监控系统液晶面板电能质量

Design and Application of Electric Power SCADA System in a LCD Panel Factory

Sun Hailong

Abstract The design and application of electric power SCADA system in LCD panel factory are introduced.Combined with engineering example，the special needs of the industry is analyzed，and the targeted solution is put forward.

Keywords power SCADA system，LCD panel，power quality

0　引言

在电子系统行业中，液晶面板厂具有规模大、自动化程度高及配变电系统庞大等特点。其对电力系统的安全性、稳定性和可靠性要求相对较高。通过合理配置电力监控系统，可模拟配电网络运行，对各类电气设备实时监测，实现无人值班模式，在发生故障时，能在最快的时间内切除故障，保护一次设备，缩小停电范围，对发生故障的部分，能协助运行管理人员分析故障原因，快速定位和排除故障，尽量缩短停电时间；平时运行时，可进行远程遥控操作，提高运行效率，提高系统供电可靠性。本文通过对具体案例进行分析来探讨电力监控系统在液晶面板厂中的应用。

1　系统设计原则

1.1系统概述

电力监控系统的设计力求每个配变电所独立、稳定运行，任意一个配变电所监控系统出现异常，都不会影响到其他配变电所的监控系统，同时，也可以在总控室中方便、快捷地浏览任何一个配变电所中供配电设备的实时和历史运行情况，基于网络完成所有供配电设备的数据信息汇总。

各配变电所中分别设有一台前置通信机，作为一处监控子站。子站负责采集各站的实时数据，进行规约转换和数据预处理，处理结果通过光缆传送给总监控系统的双前置处理机，同时对各站发送相应的控制命令。

电力监控系统配置双监控主机和一台后台调度机，并配置WEB服务器。双监控主机可将各个分变监控系统采集的数据进行汇总、处理，给值班人员提供直观的画面、报表和故障信息查询。双监控主机应互为热备用，提高系统可靠性。

1.2监控内容

电力监控系统需要实现对各配变电所高压开关柜的监视、测量和控制；各变压器温度信号的显示和报警；各变压器低压侧总进线断路器和母联断路器的监视和测量；各变压器低压侧馈线回路断路器的监视和测量；应急柴油发电机系统的监视和测量；UPS不间断电源系统的监视和测量；车间配电总盘系统、工艺母线系统的监视和测量。

2　系统常规功能

电力监控系统必须具有五防闭锁功能，除此外，其他的常规功能如下。

1）图形功能

电力监控系统的图形显示功能：可通过显示屏直观体现出电源线路的排列顺序和物理位置；可显示现场断路器和接地刀状态、断路器小车的位置及相关故障、告警信号；可在显示的供配电回路单线图上对现场断路器进行遥控操作，并有安全操作的双重验证；可结合实际工作进行各类模拟顺序的操作和演示；图形画面可实时显示现场设备的运行状态和各种测量值；具有“遥信”、“遥测”、“遥脉”及“遥控”等功能；动态拓扑分析，以不同颜色形象化显示带电与失电区域，按电压等级以标准颜色显示带电区域，体现整个电力系统运行状态；可提供图形编辑平台及环境，用户可进行配置和编辑，使用灵活，表现形式多样。

2）曲线功能

电力监控系统的曲线功能：可显示测量值的实时曲线和历史曲线，通过曲线参数的变化趋势，可对曲线进行统计和分析。如：某段周期内工艺母线出现的最大值、最小值、平均值及最大（小）值出现的时刻等；有越限变色、纵（横）向伸缩、横向平移等分析功能；曲线可逐条显示也可多条组合显示；曲线颜色、时间、坐标、单位、取样等均可自定义；支持曲线打印。

3）告警功能

电力监控系统需要具有相应的告警功能。可通过画面显示、语音告警、打印告警等方式完成越限告警、变位告警、事件告警及通讯状态告警。

告警信息需要包括告警类型、发生告警的对象、告警内容、发生告警的具体时间、确认状态等。并将相应的告警信息实时存入数据库，通过告警信息查询系统可以从数据库中查阅历史告警信息；紧急告警优先弹出专用告警确认对话框；可进行通信状态监测和通信报文监测，一旦出现通信异常立即报警。

4）用户管理

电力监控系统需要将所有用户分级，不同级别的操作人员可具有不同权限，并由用户名和密码唯一确定，保证操作安全、可靠；提供完善的用户权限及密码控制，对重要的操作（如遥控操作及整定值下发）设置双重验证；不同用户在注册、登录时需键入相应的密码。

5）项目管理

电力监控系统的相关用户文件采用数据库存储形式，可进行实时数据的查询、复制、拷贝、二次开发和再利用。并且可将系统中重要的配置表和历史数据信息进行备份保存，以防数据丢失影响系统正常运行。

6）事故追忆

保护动作发生时，系统自动启动相关的测量数据记录，供系统进行事故追忆，可任意选择想要查看的事故追忆数据。可读取相对应的故障线路数据参量点前、后设定的全部数据，分析事故前电力系统运行状态和事故后具体发生的电流、电压变化，以便快速找到故障原因，排除故障。

7）操作票

电力监控系统需要具备制作操作票功能，提供操作票编辑工具软件，完成典型操作票制作。操作员可在计算机屏幕显示的被监控系统图上进行模拟操作，系统可检查操作的准确性，并记录操作时间和操作员姓名，可在线修改操作票并支持操作票打印、输出。

8）故障录波

系统发生故障时，按照一定的采样频率采集故障点前、后一段时间内各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，快速了解、排除故障，提高电力系统安全运行水平。

3　系统特殊需求

3.1需求调研

液晶面板制造行业为用能集中行业，主要能源消耗为电能。电能在液晶面板制造厂中有复杂的转换过程，按用途可划分为主要生产设施用电、辅助生产设施用电及附属生产设施用电。其中，主要生产设施用电、辅助生产设施用电占电耗的绝大部分。并且此部分用电设备突然断电会造成巨大的经济损失，甚至对人身造成危害。故此，液晶面板厂对供电的连续性、稳定性、电能质量都有很高的要求。电力监控系统设计时需要根据此特点考虑一些特殊功能。

经与北京某液晶面板厂的动力部相关人员探讨，结合同行业的运行管理经验，在液晶面板厂的项目中对电力监控系统提出了如下需求：需具有在当前规模下可靠的数据传输网络和快速的数据响应能力、可靠的数据存储和备份能力、大数据量情况下系统响应速度的保证能力、工艺母线安全隐患的监测能力、电能质量的监测能力、提供灵活的报表样式能力等。

3.2解决方案

3.2.1数据传输网络和快速的数据响应

厂区内部有办公网络和各种控制系统架设的网络，虽与其他系统共用网络可以降低成本，但是考虑到系统对数据响应的要求，需要建立自己的专有网络。

厂区内配变电所数量一般在十个以上，且距离较远，因此，各配变电所之间和配变电所至中控室部分采用光纤网络。光缆敷设有辐射状、手拉手及环状三种敷设方式可供选择，辐射状敷设的优势在于配变电所间无直接联系，网络发生故障只会影响一个配变电所，但敷设成本最高；手拉手敷设方式敷设成本最低，但若中间某一根光缆发生问题则向后所有配变电所的数据都会中断；环状方式成本比手拉手方式稍高，但是可以通过光纤环网冗余技术实现自愈。综合考量采用光纤环网的网络结构，网络拓扑结构见图1。

图1　网络拓扑图

3.2.2可靠的数据存储和备份

液晶面板厂检测用的终端设备数量多，微机保护、智能仪表、电能质量分析仪、UPS控制仪、变压器温控仪等终端设备总数可达2 000台以上，为保证可靠的数据存储和备份，除利用不间断电源及定期备份功能外，对系统的拓扑结构等均需充分考虑。系统可以在中心站服务器处采用双机热备机制，同时在配变电所子站处设置本地站，处理本站数据。

双机热备机制：一主一备两台服务器同时进行工作，共用一套磁盘阵列，数据库存储文件位于磁盘阵列。磁盘阵列的读写权限由热切更换软件控制，当主用服务器正常时读写权限由主站负责，当主站异常时读写权限切换到备用服务器。磁盘阵列采用Raid5模式，提供数据安全保证。

设置本地站：为保障数据安全还需将数据多地存储，在配变电所内设置本地站，用以存储本地数据。当极端情况出现时，若主站服务器数据不完整，本地站的数据可以作为补充。配变电所的通讯管理机需要同时向本地站和主站服务器上传数据，要求通讯管理机有双通道上传能力。

3.2.3大数据量情况下系统响应速度的保证

液晶面板厂电力系统数据库中的配置信息条目可达数十万条，由此产生的数据记录规模呈几何级上涨。要保证数据查询调用的快速响应，就必须要求电力监控系统使用成熟的商用数据库，如SQL Server或Oracle。同时启用该数据库的分区存储功能，将数据库文件按照时间条件拆分成若干个小文件，每个文件存放少量数据。通过应用此项技术，可以并行访问数据，快速定位，改善系统数据查询的响应情况，保证大数据量情况下系统响应速度。

3.2.4工艺母线安全隐患的监测

液晶面板厂有大量的工艺母线，以密集母线的形式从配变电所引至工艺设备。密集母线的接头如果处理不当，随着时间的推迟可能产生隐患。一般密集母线接头出现隐患时温度会异常上升，因此只需要在各个接头处加装温度监测装置，对此进行监测，及时发现异常温度变化，快速定位故障点。及时排除故障，可有效减少停电时间。

由于工艺母线跨度为从配变电所出线柜到工艺设备控制柜，距离长且横跨支持区域和洁净区域，采用传统工业总线方式在成本及后期维护上都会比较复杂。经综合分析后，设计采用无线温度传感装置。传感器通过无线信号，将监测点的温度信息上送至集中器，集中器再通过工业总线送入电力监控系统。

通过无线测温终端以及在电缆及电缆接头上安装连续测量温度的探头，对母线、触头、电缆、电缆头的运行状态进行实时监测，并把测量结果通过通信网络上传到监控中心数据库服务器，通过软件分析能够预知设备的早期过热现象，实现故障的早期预测，防患于未然，达到预警的目的。测温系统结构图见图2。

图2　测温系统结构图

3.2.5电能质量的监测

为保证工艺设备的可靠运行，电力系统除常规监测的电压、频率、功率因数、谐波等电参量外还需要对更多的电能质量参数进行采集和统计，并以事件形式进行记录，同时附有当时的数据快照。主要需要监测的事件包括：电压暂降、暂升以及中断，冲击电流超限；过频率和欠频率事件；1μs高频脉冲侦测；电压/电流谐波总畸变率；电压不平衡度和电流不平衡度；谐波和间谐波；各次电压和电流谐波分量及相位；均方根值闪变；温度-湿度趋势和累计概率。

要实现上述功能，需要在高压进线回路、低压进线回路及重点设备回路上加装电能质量分析仪，要求电能质量分析仪具备上述事件检测能力，能根据预设条件触发事件快照，并通过以太网方式将文件上传至电力监控系统以供解析。考虑到电能质量分析仪并不要求数据实时上送，且传输文件可能对总线资源占用较久，电能质量分析仪可采用以太网接口，通过电力监控系统专用网络上传至中心。

3.2.6灵活的报表样式

用户对电力参数汇总的需求会随着管理的精细化程度不断变化，项目建设前期的固有电力监控系统很难一步到位，完全满足用户需求。为满足液晶面板厂可随时调取电力系统的各类监测数据报表，且数据报表样式可根据实际需求调整。电力监控系统的C/S构架系统不能满足其要求，因此，需要建设一个方便自定义设计的报表平台，在该平台上用户可以根据自己的需求设计报表样式，能调取电力监控系统内部的所有数据。根据此需求，考虑采用第三方平台加控件的方式实现。利用微软的Excel系统＋VBS插件可以完美地解决上述问题，Excel的报表样式灵活，通过VBS插件可以定义每个单元格的数据源，可以设置时间等筛选条件，简单易操作。