港口变电站综合自动化系统设计与实现

2018-12-28闵梁骏

现代建筑电气 2018年11期

闵梁骏

[马鞍山港口(集团)有限责任公司, 安徽马鞍山 243023]

0 引言

随着经济的发展,港口的规模化和现代化步伐不断加快,大型港口装卸设备和辅助装备不断增加,用电负荷的数量和容量同时也在迅速增加,这对港口电网的安全、稳定、经济运行提出更高的要求。变电站作为电网运行过程中的重要枢纽,起着分流和变压的作用。港口变电站综合自动化系统的设计与实现将有利于提升港口变电站的自动化水平和管理水平,使得港口电气与现代化港口的自动化装卸线和装卸机械(先进,高效,自动化程度高)相匹配,提高港口内部电网乃至外部大电网的安全可靠系数,进而提升全员劳动生产率,达到减人增效的目的[1]。

1 系统概述

港口变电站综合自动化系统是在港口传统的变电站二次系统的基础上,采用全微机化的新型二次设备代替常规二次设备,利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计,系统会将设备信息和数据进行自动收集,并进行深入的分析和相应的处理,并通过网络发布至相关部门,实现对变电站进行监视、测量、控制、保护、通信、协调等综合性的自动化管理。港口变电站综合自动化系统较传统的变电站控制系统,测控单元虽然还是相互独立,但是在计算机技术以及通信系统的辅助之下测控单元彼此之间能够进行信息共享,相互之间也可以交流信息和数据,并且变电站综合自动化系统在减少电缆和设备配置以及投入成本的同时,还增加许多新功能[2]。

2 系统设计和实现

2.1 系统结构设计

港口变电站综合自动化系统采用集中监控、分散布置的模式,分层、分布式的系统结构在保证系统稳定、可靠的基础上,使得系统实施、维护和扩展更方便、灵活。按照分层式的系统结构,系统主要由站内主控层、通信管理层和现场设备层组成。

站内主控层主要由系统软件、通信控制器、监控工作站等设备组成,采用基于客户机/服务器(Client/Server)模式的分布式网络结构,实现集中控制室对各变电站内供配电设备的监视、操控、报警、统计、分析等功能,并负责综合自动化系统与综合视频监控系统之间的数据交换。

通信管理层主要由工业以太网交换机、智能通信控制器、综合布线系统提供的通信链路和介质等组成,具备数据采集、规约转换、通信故障诊断、路由等功能,实现主控层与设备层之间的通信,是系统与其监控对象的桥梁。

现场设备层是系统数据采集来源,主要由微机综合测控保护装置、直流屏、智能仪表等设备组成,实现对现场基础设备数据的采集、测量、分析、记录等功能。

港口变电站综合自动化系统结构如图1所示。

图1 港口变电站综合自动化系统结构

2.2 系统配置

2.2.1 站内设备配置

站内设备层配置由微机保护装置、直流屏、温控仪、无功补偿控制器、0.4 kV智能仪表等设备组成。

微机保护装置是对站内所有的电气设备进行保护,包括线路保护、变压器保护、电容器保护、分段保护及备自投等。各类保护应具有电压/电流保护、电量测量、开关量状态监控、故障录波、报警/跳闸、控制、通信等功能。

直流屏装置是一种数字化控制、保护、管理、测量的直流系统。监控主机部分高度集成化,采用单板结构,内含绝缘监测、电池、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机中央信号等功能。主机配置大液晶触摸屏,各种运行状态和参数均以汉字显示,整体设计方便简洁,人机界面友好,符合用户使用习惯。直流屏系统为远程检测和控制提供强大的功能,并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通信接口。通过远程通信接口可在远程获得直流电源系统的运行参数,还可通过该接口设定和修改运行状态及定值,满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求;配有标准RS-232/485串行接口和以太网接口,可方便纳入电站自动化系统。

温控仪检测并巡回展示三相线包绕组温度或只显示三相线包绕组中温度最高的一相绕组温度,故障声光报警、风机起动和关闭功能、超温报警功能、自动跳闸功能、手动起动/关闭风机功能、风机定时检测功能、控制功能自检、所有温度的设置均可通过面板上的轻触键直接设置。为防止闲杂人员设置,温控器应设有密码,只有密码输入正确才能设置,否则只能查看而不能设置,为变压器设备提供全面的监控和保护作用。

无功补偿控制器装置通过对负荷的电压、电流、无功功率和功率因数等进行实时监测、分析,计算出无功功率,并与预先设定的数值进行比较,自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令,实现快速、无冲击地投入并联电容器组。

智能仪表以工业级微处理器为核心,处理速度高,能够提供高精度的电压、电流和功率等基本测量数据,高级产品还具有复费率、需量计算、谐波计算、历史电能记录、最大/最小值记录等功能;通过RS-485通信方式与上位机实现数据交换,可实现智能化的电能管理。电表采用模块化设计,配置灵活,便于功能扩展。

2.2.2 通信网络配置

通信管理层的配置遵循区域就近的原则,按照各变电所、电气智能设备的分布情况,考虑网络载荷平均分布及通信线缆、施工维护方便等多方面因素,将整个系统划分为若干区域,各区域内设备就近接入相应的通信、网络设备。同时,通信管理层的配置充分考虑系统扩容、接口扩展等内容,预留足够的通信接口。

工业以太网交换机采用模块化工业型,实现各种现场总线的互通互联、设备的冗余以及设备的实时通信等;性能上除适应外界恶劣的环境外,在电磁兼容性(EMI)、温度、湿度以及防尘等方面有比较好的耐受性。

智能通信管理机具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口,相当于前置机(即监控计算机),将变电所内所有的智能监控、微机保护装置的通信数据整理汇总后上传至上级主站系统(监控中心后台机和DCS),完成遥信、遥测功能。另外,接收后台系统主机下达的命令转发给变电所内的智能监控装置,完成对变电所内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定,实现遥控、遥调。同时还应配备多个串行接口,便于变电所内的其他智能设备进行通信。

光纤转换器将站内交换机或智能通信管理机通信转换为光纤通信模式进行远距离传输,并在后台系统中心将光纤通信转换为以太网通信,并接入系统后台主机,完成整个系统的通信网络。

2.2.3 系统软件配置

系统软件采用分层分布式、开放式的模块化结构和图模库一体化技术,系统配置数据和历史数据存储在数据库服务器中,单一模块的故障不影响整体系统的运行,对于硬盘损坏、病毒感染、文件误删等,系统也可进行快速恢复。系统以Windows平台为操作系统平台,可视化全中文操作界面,具有使用向导功能和操作提示功能,可进行系统的启动和关闭、画面的缩放、遥控和遥调、应用程序调用等过程的便捷操作,支持实时多用户、多任务的处理。存储采用专用数据库存储,能兼容支持当前主流数据库,具有开放的数据库连接功能,并提供数据库维护工具,一键式系统备份和还原操作过程等功能。同时,系统支持服务器冗余、网络冗余、设备冗余、客户端冗余等多种冗余方式,并采用多级数据存储冗余结构设计,利用海量数据存储功能的通信管理机,当通信中断恢复时,通信管理机存储的数据可自动进行断点续传。

2.3 系统功能实现

2.3.1 人机界面显示及操作

通过丰富的图元、图库、设备模板、功能控件、热点区域编辑等,无须编程即可迅速搭建适宜用户的实时监控人机界面。引入面向对象的图元概念,提供包含多种电力系统标准图元的图元库,支持图元库自定义,同时提供工具,使用户可以建立专用的图库和元件库。图形用户界面不仅可以组态出数字化的监控界面,还具有实时(历史)趋势显示、棒图显示、表盘式数据显示、视频监控、位图动画、画面循环播放等重要功能,使用户可以任意组合成生动、丰富的图形。在实时监控界面上,还具有实时报警提示、图形界面遥控、遥控闭锁、遥调、置数等功能,可设置相应条件,实现热点区域的变色、闪烁以及浮动窗口显示数据、棒图和曲线等人机交互效果,为用户提供生动的画面展示效果。用不同的颜色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,表现整个电力系统运行状态。

10 kV总配电气主接线图界面如图2所示。

图2 10 kV总配电气主接线图界面

变压器监控界面如图3所示。

2.3.2 遥测、遥信、遥控、遥调、遥视

(1) 遥测。系统具有独立的数据采集程序,具有完善的遥测数据读取和处理机制。数据采集读取的遥测数据包括变电站内各智能监测仪表全电量数据、直流用电设备数据、变压器温控仪温度数据等。数据采集程序具有完整的数据完整性检查功能,对缺失的数据自动进行数据补充,支持多种数据格式统一转换。此外,还可自动进行数据断点续传,主备数据库数据一致性检查与同步,以及零点嵌位、信号传送死区、自动归零等处理。