任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷完善，多個(gè)行業(yè)都將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)管理中。在變電站中，管理人員往往需要安排大量的人手以確保對電力系統(tǒng)的有*監(jiān)控，企業(yè)的人力成本提高同時(shí)監(jiān)控工作效率低下。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)給了生產(chǎn)管理新思路，在當(dāng)下一些變電站建設(shè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)對于電力系統(tǒng)的無人值守。無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用多項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對變電站進(jìn)行無人遙控、監(jiān)視、消防等值守工作。

關(guān)鍵詞：無人值守變電站；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理

0 引言

在過去，變電站受科技的限制，監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)較為落后功能比較單一。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)其報(bào)警信息的傳輸流程較為簡單，超出系統(tǒng)范圍將無法傳輸視頻的信號，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。在這種情況下值班人員必*值守避免突發(fā)情況造成企業(yè)損失。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性都較低，企業(yè)不得不在此基礎(chǔ)上增加值守人員。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)局面限制，電力企業(yè)應(yīng)采用無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對變電站的實(shí)施、遠(yuǎn)程、高*監(jiān)控，及時(shí)處理突發(fā)狀況提高生產(chǎn)效率。

1 無人值守變電站的發(fā)展歷史

影響變電站生產(chǎn)、運(yùn)行效率的原因之一是監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，變電站難以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低，導(dǎo)致技術(shù)人員不能及時(shí)檢測電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在故障出現(xiàn)時(shí)難以有*排除。由于穩(wěn)定性較差，監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤發(fā)信號和通訊中斷等現(xiàn)象。值班人員不能及時(shí)獲知電網(wǎng)的狀態(tài)。在變電站電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)出現(xiàn)通訊中斷，現(xiàn)場一旦出現(xiàn)設(shè)備異?；蛱l事故，技術(shù)人員將不能及時(shí)獲取事故的報(bào)文信息，造成電力系統(tǒng)不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電力企業(yè)的飛速發(fā)展，社會(huì)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了更高的要求。在社會(huì)大眾的嚴(yán)格要求下，電網(wǎng)的生產(chǎn)、運(yùn)行、管理、分配的高*性與穩(wěn)定性都需要無人值守系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)施獲取電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)并對參數(shù)進(jìn)行檢測與自診斷，通過通訊網(wǎng)絡(luò)及時(shí)將異常信息與數(shù)據(jù)傳輸至電力主管部門系統(tǒng)。無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)避免了終端設(shè)備出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生跳閘事故，系統(tǒng)將及時(shí)把報(bào)文信息傳輸于電力主管部門系統(tǒng)，技術(shù)人員能及時(shí)對故障進(jìn)行判斷，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間通訊速率之間的匹配，確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)儲存器緩存不被逐步占據(jù)，避免進(jìn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送失敗的風(fēng)險(xiǎn)?？刂平粨Q機(jī)在系統(tǒng)中的升溫范圍，避免過熱保護(hù)重啟引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷。可以看出無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的實(shí)施遠(yuǎn)程控制，還避免了設(shè)備故障引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，因此在變電站的值守中將運(yùn)用這一系統(tǒng)可提高管理工作的效率，降低電網(wǎng)安全事故帶來的損失。

2 采取無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸系統(tǒng)、管理中*軟件系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。通過對路由器、交換機(jī)及多個(gè)監(jiān)控設(shè)備的連接，將監(jiān)控圖像由交換機(jī)和路由器上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證遠(yuǎn)程監(jiān)控的有*性，監(jiān)控系統(tǒng)可支持手機(jī)端登錄，以保證監(jiān)控工作能打破地點(diǎn)限制。通過SNMP協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理終端進(jìn)行管理，電力設(shè)備通訊異常、過熱及中斷工作依靠系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的自診斷實(shí)現(xiàn)。異常數(shù)據(jù)將直接傳輸至電力主管部門系統(tǒng)或手機(jī)端。

3 無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

變電站電網(wǎng)的穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)管理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，技術(shù)人員必*對運(yùn)輸、配送環(huán)節(jié)進(jìn)行有*監(jiān)控。電網(wǎng)中涉及多種變壓設(shè)備、電力設(shè)備，設(shè)備的運(yùn)行出現(xiàn)故障電網(wǎng)運(yùn)行將被中斷。電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)對變壓器、線路等電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。其功能在于：（1）在線監(jiān)測電力設(shè)備，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中及時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并對參數(shù)進(jìn)行針管與判定，及時(shí)響應(yīng)異常數(shù)據(jù)；（2）對設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)安裝人員可在當(dāng)下環(huán)境中確定相關(guān)設(shè)施的安裝，例如在變電站主控室和高低壓室中應(yīng)安裝數(shù)字化攝像機(jī)。

3.2信息傳輸系統(tǒng)

信息傳輸是無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，技術(shù)人員只有通過信息傳輸才能及時(shí)獲知信息檢測工作。信息傳輸系統(tǒng)對設(shè)備傳出的信息的指令進(jìn)行控制并傳達(dá)，收集到的數(shù)據(jù)信息將被輸出至集控端，集控端負(fù)責(zé)對接收數(shù)據(jù)的分析，分析完畢后集控端將發(fā)出調(diào)控指令，設(shè)備響應(yīng)指令并執(zhí)行。信息傳輸系統(tǒng)由無線的網(wǎng)絡(luò)、寬帶的網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人用戶組成。這一系統(tǒng)讓變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、遠(yuǎn)距離接受和遠(yuǎn)動(dòng)通信數(shù)據(jù)的開入量等功能。

3.3管理中*軟件系統(tǒng)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國的社會(huì)生產(chǎn)力逐漸上升，而這離不開電力的支持。為了維持社會(huì)生產(chǎn)和居民生活，變電站在運(yùn)行中電網(wǎng)將形成大量的數(shù)據(jù)，管理中*需要實(shí)時(shí)處理這些數(shù)據(jù)信息。為此變電站需要龐大管理中*軟件系統(tǒng)支持電網(wǎng)的運(yùn)作，且該系統(tǒng)不但要滿足當(dāng)下的電網(wǎng)要求，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)還需對今后更為龐大、復(fù)雜的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理，這一工作具有一定的難度。在無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，管理中*軟件系統(tǒng)的使用較為廣泛。管理中*軟件系統(tǒng)在變電站中起到大腦的作用，它能通過信息傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng)中所有電力設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并及時(shí)進(jìn)行分析。管理中*軟件系統(tǒng)的強(qiáng)大之處在于其運(yùn)算、分析工作的高*性與性，通過對數(shù)據(jù)的快速計(jì)算處理進(jìn)行運(yùn)行信息的準(zhǔn)確判斷，確保所下達(dá)指令的正確。管理中*軟件系統(tǒng)為變電站的運(yùn)行保駕護(hù)航，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、處理、傳送的功能，提高了變電站管理的效率，實(shí)現(xiàn)變電站的智能化。

3.4遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工作人員對變電站的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，借助遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)變電站可進(jìn)一步減少值班人員，在降低人力成本的同時(shí)，提高了監(jiān)控效率，可以說遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的直接表現(xiàn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要將監(jiān)控、防盜、遠(yuǎn)距離控制、自動(dòng)報(bào)警和消防等系統(tǒng)結(jié)合在一起，從而將監(jiān)控的圖像遠(yuǎn)距離傳輸至終端。為了進(jìn)一步提高變電站的安全性能，在做到監(jiān)控的同時(shí)還需進(jìn)一步加強(qiáng)報(bào)警、消防。當(dāng)突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，若工作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控信息時(shí)，系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警消防功能將采取緊急措施，降低變電站損失。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過功能可劃分為前端的信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。前端信號采集處理子系統(tǒng)由報(bào)警信息采集裝置、音頻信息采集裝置等構(gòu)成。將這些裝置的設(shè)置于變電站內(nèi)部，可實(shí)現(xiàn)對變電站監(jiān)控信息的實(shí)時(shí)的檢測及報(bào)警等等。這些子系統(tǒng)的功能在于實(shí)時(shí)采集電氣量，電氣量是指在電力系統(tǒng)中的各種參數(shù)，比如電壓值，電流值、頻率、阻抗等等。對運(yùn)行設(shè)備的電氣量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)有異常數(shù)據(jù)時(shí)可對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行遙控，即閉鎖功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可支持PC端和手機(jī)端，PC端的監(jiān)控通過監(jiān)控中*PC機(jī)與線路配置連接實(shí)現(xiàn)，手機(jī)通過底層接口獲取網(wǎng)絡(luò)通訊，借助業(yè)務(wù)邏輯層登錄APP處理信息。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

4.2應(yīng)用場所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

4.4.2報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

4.4.3調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

5 系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語

總而言之，變電站為社會(huì)生產(chǎn)提供能源支持，其運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要。無人值守變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)打破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的限制，實(shí)現(xiàn)了對變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)視、防盜、消防、遠(yuǎn)程控制和報(bào)警等功能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無人值守，提高了監(jiān)控效率降低了監(jiān)控成本。

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