配电综合自动化监控系统在机场航站楼的应用

刘　洁(西部机场集团置业

(西安)有限公司，西安 710075)



配电综合自动化监控系统在机场航站楼的应用

刘洁(西部机场集团置业

(西安)有限公司，西安 710075)

0　引言

机场航站楼作为一类大型公共建筑，在日常运营中负责旅客服务和地面服务，但在保障优质服务的同时，航站楼对电力供应的要求也越来越高。一方面要求在电力供应即将出现异常时能及时触发故障预警，把可能发生的故障前兆通过事先设定好的预警机制准确做出预警可视化推送，变被动为主动；另一方面要求在发生电力供应故障时能实现故障点的及时锁定，帮助维护人员迅速完成对故障点的抢修工作，避免发生连锁性故障。因此，为了保障机场供电的安全、稳定和连续性，有必要建设一套实时的配电综合自动化监控系统，以提高供电故障预判、诊断及处理的速度，达到故障处理的快速性、准确性和全面性。

1　工程概况

西安咸阳机场T3A航站楼是机场二期扩建的核心工程，总面积达300 000m2，机场飞行区按照民航机场的最高等级4F级进行建设，目前载客量最大的A380客机可以在此起降，可满足高峰期起降72架次和1万人次的需求量。西安咸阳机场T3A航站楼建筑效果图如图1所示。

图1　西安咸阳机场T3A航站楼建筑效果图

T3A航站楼共建设7座变电所(1#～7#)，1#、2#为中心变电所，其中1#中心变供电范围为1#、3#、4#和6#变电所区域，2#中心变供电范围为2#、5#、7#变电所(含贵宾楼、停车场)区域，同时预留远期用电容量。

2　系统设计

2.1系统监控部分

本配电综合自动化监控系统包括10kV配电综合自动化监控和0.4kV低压配电监控两个部分。

1)10kV配电综合自动化监控部分

该部分对1#～6#变电所10kV配电综合自动化进行实时监控。

监控中心机房分别设置在1#和2#中心变电所，且与1#、2#中心变电所高低压室隔离，2个监控中心各设置一套双冗余IEC 61850配电综合自动化监控系统，服务器与网络交换机互为备用，还配备有操作员站、工程师站、GPS卫星对时装置、语音报警装置、UPS不间断电源、激光打印机和56″液晶电视大屏等。

2)0.4kV低压配电监控部分该部分在1#～7#变电所内(含贵宾楼、停车场)均设置变电所现场子站，各子站分别配备可与低压配电回路上的多功能电力仪表建立通讯的独立一体化工作站，以实现对各配电回路的断路器通/断状态、故障信号、电流、电压、功率、功率因数、频率、谐波分量、电度量等数据信息的实时采集。

2.2网络拓扑与设备配置

IEC 61850配电综合自动化系统网络所包含的计算机、通信设备、通讯链路称之为系统内部网络(内网)，监控系统网络之外的网络称之为外部网络(外网)。

系统采用星型拓扑结构，各变电所子站与1#、2#中心机房服务器之间采用光纤介质实现数据传输，遵从TCP/IP网络通讯协议，1#、2#监控中心均能实现对T3A航站楼各变电所设备的远程管理，其预留的通讯接口可将各种数据上传至航站区管理中心(TOC)及信息中心大楼的能源管理中心席位工作站，并可对不同的安装软件进行不同级别授权的操作。

系统内网设计为一个典型的分层、分布式系统，纵向分为：系统后台主站层-网络通讯层-现场设备层。网络拓扑图如图2所示。

图2　IEC61850配电综合自动化监控系统网络拓扑图

1)现场设备层

现场设备层负责采集处理电力现场的各类数据和信息状态并通过现场总线接入通讯间隔层的一体化工作站，包括安装在现场开关柜、变压器、直流屏上的远方I/O、智能传感器和执行器、采集装置、智能通讯等设备上的装置。具体包括：继电保护装置、多功能智能仪表、直流屏智能控制器、变压器温控仪、柴油发电机控制器、有源滤波控制器等。

2)网络通讯层

网络通讯层由底层通讯链路、通讯转换设备以及顶层通讯链路(光纤以太网、TCP/IP网络)等通讯设备组成，具体包括：通讯管理机、以太网网关、一体化工作站(网络机柜安装)、网络交换机、光纤收发器等。

其中，各自变电所一体化工作站需与现场设备层的各类装置建立通讯，可以脱离1#、2#监控中心自成系统，实现综合就地监控，同时还可以作为中转单元，将各自变电所采集到的全部电力运行数据打包并集中上传至主站层，再接收由主站层下发的遥控指令，将指令下发给各自对应的现场设备层的装置执行。网络通讯层配置如表2所示。

表1　现场设备层配置表

表2　网络通讯层配置表

3)主站层

主站层负责接收通讯间隔层上传的数据，并对数据进行解包和分析、相关功能执行和集中管理等操作，以完成整个IEC 61850配电综合自动化系统的整体监管。

主站层位于1#、2#监控中心机房，具体包括：服务器、操作员工作站、工程师工作站、GPS卫星对时装置、56″液晶电视大屏、室内/外环境温度变送器、语音报警装置、UPS不间断电源、打印机等设施。

服务器A和B双机互为热备(热备冗余)，正常情况下，A、B服务器同时运行，系统可任意设定一台服务器为主用机(设定A机为主用机)，并定时对A、B服务器数据进行比较、备份。当系统自诊断程序诊断到主机(A)出现故障时，软件会自动进行无扰动切换将备机(B)转变为主机；当主机(A)恢复运行后，备机(B)自动由主机恢复到备机状态。主备机的冗余保障了系统可用性，大大减少了系统故障时间。

56″液晶电视大屏用于显示变电所一次系统图及参数动态、高低压柜开关动态参数、变压器温度参数、发电机工作状态及启动后的动态参数、重要参数的时间曲线图及同步曲线图等，此外，重大故障通知也可在大屏幕醒目显示。

高低压配电室、发电机房等场所的室内/外温度的监测选用带远传接口的温度变送器进行采集并将数据实时上传于中心机房服务器。

服务器通过广播命令对所有计算机、现场控制器及综合继电保护装置等智能设备对时，对系统管理的所有事件分配一个时间标识，实现在GPS卫星统一时钟标准下存储历史操作记录、查询历史信息、判断事件发生时间顺序等功能。

A3激光打印机可设定为手动或自动工作模式进行报表、曲线、故障画面打印。主站设备层配置如表3所示。

表3　主站层设备配置表

3　系统介绍

3.1系统综合技术指标

1)重要模拟量更新周期：≤1sec；

2)开关量状态变化传送时间：≤1sec；

3)遥控遥调命令传送时间：≤2sec；

4)全系统实时数据扫描周期：≤1sec；

5)画面调用响应时间：实时画面≤1sec，其他画面≤2sec；

6)画面实时数据刷新时间：1～5sec(可调)；

7)打印报表输出周期：按需整定；

8)历史曲线采样间隔：1～10min(可调)；

9)历史数据存储时间：≥3年；

10)事件顺序记录(SOE)分辨率：≤1ms；

11)报警或事件产生时间：≤2s；

12)事故追忆：事故前、事故后帧数1～5帧(可调)；

13)控制命令传送时间：≤2s；

14)遥信信号响应率：≥100%；

15)遥控(调)正确率：100%；

16)遥测综合误差：≤0.5%；

17)遥测合格率：99.9%；

18)系统可用率：≥ 99.9%；

19)系统平均无故障时间(MTBF)：>50 000h；

20)计算机CPU负荷率：≤20%，事故情况下10s内≤50%。

3.2系统主要功能

IEC 61850配电综合自动化监控系统完全符合全球唯一的电力系统自动化领域通用IEC 61850标准，基于模块化、智能化的设计理念，采用Windows操作系统、MS-SQL Server大型商业化数据库软件、遵循工业MS-windows标准的人机界面，可适用于各行业大、中、小型电力监控环境，具有交互界面友好、可靠性高、兼容性好、可扩展和易升级等优点。系统功能模块图如图3所示。

图3　系统功能模块图

1)主页窗口

系统软件全中文显示，不同的管理人员拥有不同权限，鼠标操作方便灵活，可漫游各显示画面，画面之间的切换快捷流畅。主页窗口如图4所示。

图4　主页窗口

2)实时采集与控制

采集与控制包括遥测、遥信、遥脉数据与遥控(部分回路)四遥功能，是对所有变配电设备(如高低压进线、母联、馈线、直流屏、温控仪、柴油发电机等)的实时监测与控制，具体如下：

(1)10kV高压系统：包括的参数信息有I(电流)、U(电压)、P(有功功率)、Q(无功功率)、PF(功率因数)、E(电度量)、THD(谐波)、手车/隔离车位置、开关分合状态、过流/速断/接地/报警及跳闸信号等。一次系统图如图5所示。

图5　一次系统图

(2)0.4kV低压系统：包括的参数信息有I(电流)、U(电压)、P(有功功率)、Q(无功功率)、PF(功率因数)、E(电度量)、THD(谐波)等。

(3)变压器温控仪：对系统与变压器温控仪进行实时通讯，采集变压器A、B、C三相绕组的温度、风机启/停、高温报警和超温跳闸等数据信息。变压器温控仪信息如图6所示。

图6　温控仪信息图

(4)直流屏：对直流屏运行参数(如交流输入电压(Uab、Ubc、Uac)、合闸母线电压、电池组电压、控制母线电压、负载电流、电池温度等)进行实时采集。

(5)遥控操作：系统具有严格的操作权限等级，可对不同人员分级授权，系统管理员具有最高权限，能操作系统各个部分，并对使用者的权限进行管理，而操作人员只能进行权限允许的操作，包括：可远程执行进线、母联、后备电源及重要馈电回路断路器的遥控跳合闸操作，采用口令核对和操作返校来确保操作准确等。

3)告警功能

(1)告警类型

事故告警：当设备/装置发生事故跳闸时触发系统发生强烈告警信息，包括：推送告警文字信息、厂站工况图；语音告警，召唤操作人员；立即打印事故变位信息；启动事故追忆并打印。

越限告警：设定越限告警上/下限阈值，当监测数据达到阈值时触发越限告警，弹出对话窗口，同时改变重要文字颜色。

变位告警:当断路器开关状态发生变位时，立即触发告警，弹出变位对话框闪烁显示开关状态，同时启动语音告警，实时进行变位告警记录。

工况告警：当现场设备层某装置出现通讯故障时，自诊断程序能实现在监控画面上即时弹出报警画面，并明确故障发生的模件部位以及立即闭锁该保护的功能，还能配合语音报警召唤值班人员。

通讯状态告警:系统对现场装置进行通讯报文和通讯状态的实时监测，发现异常及时触发通讯告警。

(2)告警方式

图形告警：根据用户需求设定图形告警方式，如点位闪烁、颜色变换与动画展现。

语音告警：告警信号触发语音报警装置，召唤操作员进行处理；根据告警类型区分事故信号与预告信号。

文字告警：通过文字告警播报点位类型及信息。

打印告警：告警触发后，可设定为打印机自动打印告警点位类型及信息。

(3)告警信息查询方式

按照时间标识、告警类型、点位信息、告警等级、确认状态自由组合方式进行告警查询。

(4)告警设定

告警触发：当系统出现异常情况且符合告警条件时，触发告警。

刷新频率：警报讯息具有显示到毫秒(ms)的时间标签解晰度。

告警响应：紧急告警优先弹出专用告警确认对话框。

告警确认：告警触发后，须经操作员进行确认，根据告警级别，部分告警未经确认一直保持持续告警状态。

告警信息归档：根据时间标识、告警类型、点位信息、告警等级、确认状态等条件分别进行分类归档。

事故追忆：触发事故告警时，系统自动记录当前操作员操作步骤，具有操作日志，可及时进行查询、检索及打印等功能。

权限管理：系统具备严格的用户管理权限，依据权限等级设定相应操作范围。

告警信息查询如图7所示。

图7　告警信息查询

4)曲线功能

(1)曲线图特点

a.趋势曲线依照实时测量值随时更新。

b.任一点都可显示趋势。

c.每个趋势画面包含3笔趋势曲线。

d.可在线任意选择多笔，并同时显示趋势。

e.X、Y轴的刻度可以由操作者在线更改。

(2)曲线功能

a.通过实时曲线与历史曲线可查看系统或设备装置运行负荷趋势变化。

b.通过曲线功能直观显示出设备运行参数(如最小值、最大值、平均值等)出现的时间节点，便于设备管理人员统一进行设备调度。

c.依据电流、电压、有功功率、无功功率等电力参数进行趋势曲线图、负荷曲线图、棒图等关系图的展示。

d.曲线颜色、时间、坐标、单位、取样等均可自定义，既可在曲线组内逐条显示，也可多条组合显示。

e.可以通过进线回路电流、电压/功率的运行曲线，分析判断负荷运行情况，结合历史曲线/报表记录对将来的运行趋势进行分析判断，并可转成Excel格式供后续分析。

历史曲线查询如图8所示。

图8　历史曲线查询

5)报表功能及电能管理

(1)报表功能

a.系统允许使用者(具有操作权限的人员)建立报表，报表含平均值、尖峰值等业主需求的格式灵活定制。

b.报表子系统是基于MS Excel软件，具备MS Excel拥有的全部功能和标准格式。

c.报表类型分为日报表、月报表、季报表、年度报表和综合报表形式；报表格式分为通用模板和单独定制。

d.报表数据自动添入，通过报表功能能记录和分析各回路的运行参数。

e.可根据要求进行报表打印(分为定时、召唤、事件或周期性打印)而不影响其他控制与监视功能。

f.日报表/月报表保存时间可单独设定，保存时长取决于采集数据量与系统硬盘的大小，一般为3～5年。

报表管理如图9所示。

图9　报表管理

(2)电能管理

a.电能管理能够自动准确记录和随时调用各种时刻的运行数据，节省了人力，完全做到了省时、省力。

b.可输入数据运算公式，根据电力公司的计费模式，预估出电费金额。

c.对各回路不同时间间隔(如年、季、月、日)的有功/无功电度进行实时统计。

d.电度分时统计，具有多种分时计费(尖、峰、谷、平值等)方案和费率种类。

4　结束语

IEC 61850配电综合自动化监控系统是机场航站楼电力供应的有力保障。该系统的应用对于航站楼电力系统的实时监控、配电设施潜在的故障预警、故障诊断、故障排除、设备维护、事件追忆等提供了全面的技术支撑，实现了更安全、可靠、经济的自动化管理手段，为航站楼供电安全运营起到了至关重要的作用。

Application of Power Distribution Comprehensive Automation Monitor System in the Terminal Building

Liu Jie

以IEC 61850配电综合自动化监控系统在西安咸阳国际机场T3A航站楼的应用为例，分别从系统需求分析、系统设计规划与设备配置、网络拓扑结构及系统功能实现进行了详细介绍，为设计和应用该系统的同类建筑提供实际案例参考。

大型公共建筑航站楼监控系统

Through taking the case of application of IEC 61850 power distribution comprehensive automation monitor system in the terminal building,power distribution comprehensive automation monitor system is introduced in detail from the system requirement analysis,system design program and equipment install,network topology conformation and system function,which provides the case study reference for the design and application of the similar structure system illustrated .

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