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技術文章

淺談變配電監控系統在某火車站中的應用

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淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要:現代變配電監控系統是利用計算機控制技術、通信技術和網絡技術等,對智能變配電設備進行數字化信息采集、處理和傳輸,從而實現對變配電系統高、低壓電氣設備的遠程監控管理,達到配電室的少人或無人值守的目的,全面提高變配電運行的現代化管理水平。文中以吉林火車站變配電監控系統設計為實例,提出基于以太網結合現場總線的設計思想并給出了設計方案。

 

關鍵詞:變配電;監控系統;以太網;現場總線

0引言

  變配電系統包括變電系統和配電系統兩部分,主要作用是過變壓器來改變電壓并通過配電設備向終端用戶分配電能。變配電系統是否能正常運轉直接影響整個火車站用電的穩定和安全,因此對變配電系統的工作情況進行實時監控和管理具有非常重要的意義?,F在被廣泛應用的智能監控系統就是利用計算機網絡技術和遠程通信技術,采用遙信、遙控、遙測的方式對變配電系統運行情況進行數據采集、傳輸、交換,完成保護、監視、報警及診斷記錄等功能,使工作人員不親臨現場就能全面掌握整個車站變配電系統工作狀態,及時發現電力設備故障,快速制定解決方案,縮短停電時間,減少經濟損失,并可實現變配電室的無人值守,提高系統可靠性和適應性,達到電力系統的現代化管理的目的。

1吉林火車站電力系統概況

   吉林火車站,屬于大型旅客車站,建筑等級為二級,主要包括東、西兩站房。供電負荷分三級,一級負荷為信號、通信、售檢票和安檢設備、變電所用電、公共區照明、應急照明、監控、消防設備用電等。二級負荷為站房區照明、自動扶梯、垂直電梯、靜態標識、排水泵、新風系統、通風系統等。三級負荷為廣告照明、景觀照明及其它不屬于一二級負荷的用電設備。全站負荷容量東站房為3 242 kW,西站房為3 206 kW,總用電負荷容量6 448 kW.東、西站房各建一座變電所,分別選用2臺1 600 kVA變壓器,兩站各設一個10/0.4 kV變配電室。每個變電所由站場10 kV開閉站引兩路相互獨立的10 kV電源,共計4路。各變電所2路10 kV電源的運行方式為正常時,2路電源分列運行,當任一路電源故障時,另一路均能承擔全部一、二級負荷。

2變配電監控系統設計

2.1 融合以太網/現場總線的監控系統基本設計思想

該工程設計的是10/0.4KV電力變配電監控系統,系統設計采用的是分層分布式結構,采用以太網/現場總線方式實現變配電系統信息的傳輸、交換和管理。

2.1.1單純基于現場總線的變配電監控系統的不足

現場總線是一種比較流行的工業數據總線,它主要采用標準化的全數字式通信鏈路在現場設備之間以及現場設備與自動化系統之問實行雙向、串行、多結點的數字通信技術。單純基于現場總線的變配電監控系統存在著各自動化儀表公司總線標準不一,種類繁多,難以實現現場控制網絡與信息網絡的有效集成并且監控軟件開放度不高等不足,為此決定將以太網引入變配電監控系統來解決這一問題。

2.1.2以太網的發展為在監控系統中的應用提供了可能性

以太網是當前應用普遍的局域網技術,它具有應用廣泛、共享資源能力強、軟硬件資源豐富以及低成本等優點。隨著通信技術的迅速發展,高速以太網的速率已達到或超過100Mb/s,并且交換技術的引入,使信息在傳輸時可以獨占傳輸媒體帶寬,保證了從源端到目的端快速的點到點連接,從而避免了網絡沖突。由于變配電監控系統的監控信息信息量不大,多幾十個字節,因此對網絡傳輸吞吐量要求不高。

2.1.3融合以太網/現場總線的監控系統設計方案

盡管現場總線數量多,標準不統一,但由于現場需要監控的電力設備數量大,實時性強,因此采用現場總線作為底層網絡協議會更加節約工程投資,然后在其上層通過相應網關,將現場總線連到以太網上,從而實現多種現場總線的集成,并能好的與因特網結合,實現遠程監控。該監控系統的工作原理是電力調度員通過以太網和TCP/IP協議將信息指令發給相應

網關,然后由網關轉換成現場總線協議后發給相應的監控儀表。反之,現場監控儀表有消息要發給監控終端時,也要由網關做協議轉換,通過以太網和TCP/IP協議進行數據上傳。

2.2監控系統結構圖

根據以上設計思想,對吉林火車站變配電監控系統設計結構圖如圖1所示。

由圖可知該變配電監控系統共分3層,即系統管理層、通 經調研在整個吉林站除了設有變配電監控系統以外,還有訊管理層和現場監控層。

(1)現場監控層位于車站現場,主要對安裝在車站現場的各種高壓線路保護單元、各類低壓饋線以及直流屏、信號屏、變壓器溫控器及功率因數控制器等的工作信息進行數據采集和控制,并將采集的數據通過現場總線協議傳給上一層。該現場總線所采用的傳輸線為12芯光纜。

    (2)通訊管理層主要由放置于東、西站房變配電室的通訊機柜和放置在供電段的工業以太網交換機組成,它提供了系統管理層到現場監控層之間的連接。其中通信機柜里面放置有H3C S3100百兆以太網交換機、通訊管理機、環網交換機和路由器及協議轉換器,主要完成的功能一是收集下層數據、協議轉換、上傳數據、主備用通道自動切換,以及接收系統管理層的指令下達給終端設備完成工作;二是診斷所管范圍設備故障并將故障區域隔離。如建筑設備監控系統和其他控制系統等,都需要與各自監控終端進行實時通信。由于通信數據量大,監控設備所處環境復雜,因此在二層通訊管理層與上層監控層之間加入工監以太網交換機,型號選為H3C$5500千兆三層以太網交換機,以保證高速可靠的信息傳遞,并可實現資源共享。設計中在工業以太網交換機和變配電監控系統的管理層之闊的連接線選用超五類非屏蔽雙絞線,傳輸速率可達100 Mb/s.

(3)系統管理層位于監控系統高層,由監控計算機、打印機等組成,具有遠程控制、數據存儲、報警顯示、故障記錄、圖形顯示以及報表打印等功能。該層設備放置在供電段的監控室,監控軟件為利用組態王開發的變配電監控系統軟件。

2.3通信協議

Modbus是目前工業控制領域中廣泛使用的一種協議,該協議定義了控制器能識別并使用的消息結構,而并不關心它們之間采用哪種通信網絡,它可以實現控制器間、控制器經由網絡

和其它設備之間的通信。Modbus協議有ASCII和RTU兩種模式。和Modbus--ASCII相比,Modbus--RTU模式協議更簡單,傳輸數據量大,效率高且傳輸距離長。經調研吉林火車站變配電監控系統監控面積廣,現場監控儀表種類多,用途各異,安裝分散,因此為了能更可靠的把分布于車站各處的不同廠商生產的監控設備連入監控網絡,實現集中監控,設計決定采用基于RS一485通信接口傳輸的Modbus—RTU通信協議,傳輸速率不得小于38400bps.

2.4主要實現監控功能

設計的監控系統實現以下監控功能:

(1)對于高、低壓設備通過保護繼電器完成保護、監視和控制功能。

(2)檢測運行參數,采集每個回路的電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電度量,變壓器運行狀態和各種告警信息等,為正常運行時的計量管理、事故發生時的故障原因分析提供數據。

(3)監視電氣設備運行狀態,如高、低壓進線斷路器等各種類型開關當前分、合,測試、投入狀態,斷路器小車位置,人工操作標志,保護故障信息,如發現故障自動報警。

(4)對建筑物內所有設備的用電量進線記錄和統計,包括動力用電和照明用電,對高峰負荷、日用電量、平均用電量等指標進行分析和管理。

(5)對各種電氣設備的檢修、保養、維護進行管理。

3安科瑞配電室環境監控系統的介紹與選型 

3.1簡介

安科瑞電氣股份有限公司根據配電室實際情況,結合多年的變電站和配電室的運行管理經驗,了安科瑞配電室綜合監控系統,實現了智能開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監控、母線測溫監測、電纜測溫監測、環境監測、有害氣體監測、安防監控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現動力環境各數據的檢測與設備控制,實現動力環境優化,避免運行環境的失控導致配電設備運行故障,保證維護人員安全,延長設備使用壽命,減少配電室粗放式管理導致成本過高,同時實現配電動力環境的分布式遠程管理。

3.2系統功能

3.2.1 通信管理

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以完成對整個配電室范圍內的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數據的實時監測。

3.2.2實時監測

安科瑞智能配電室綜合監控系統人機界面友好,能夠顯示配電室設備的運行狀態,實時監測配電室環境參數信息,如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

3.2.3 數據查詢

在人機界面中,可以直接查看配電室個設備的運行數據。

3.2.4曲線查詢

在曲線查詢界面,可以直接查看遙測參量曲線,包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

3.2.5運行報表

查詢配電室內設備的運行數據報表,包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

3.2.6實時告警

科瑞智能配電室綜合監控系統具有實時告警功能,系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。告警如右圖所示:

3.2.7 歷史事件查詢

安科瑞智能配電室綜合監控系統能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。

3.2.8 用戶權限管理

為保障系統安全穩定運行,設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作(如遙控的操作,數據庫修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.2.9網絡拓撲圖

安科瑞智能配電室綜合監控系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態,能夠完整的顯示整個系統網絡結構??稍诰€診斷設備通信狀態,發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

3.2.10遙控操作

安科瑞智能配電室綜合監控系統可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。 

3.3Acrel-2000E/B配電室環境監控系統配置選型 

4結束語

吉林站變配電監控系統的設計實現了監控主機在供電段監控室內對吉林站東、西站房管轄的所有變配電設備的監控,并可以實現與現場高、低壓配電設備以及整流配電設備之間的遙測、遙信。該系統集保護、控制、測量、信號采集、故障告警、諧波分析、電能質量管理、負荷控制和運行管理于一體,實現了變配電系統高、低壓電氣設備分散監控、集中管理功能。按照該方案設計的吉林站變配電監控系統經過一年的試運行后,整個系統工作性能穩定,安全可靠,達到了預期的使用目的。目前已通過驗收,正式投入使用。

 

參考文獻:

[1] 高文逸,戎?。蛪号潆姳O控系統的構建.電工電氣,2009(8):27—31.

[2] 楊光,楊志杰.基于以太網的火車站變配電監控系統[J]. 儀表技術與傳感器 2013

[3] 安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監控系統2020.04版

 

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