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变配电站计算机监控系统的设计及应用


变配电站计算机监控系统的设计及应用 论文上传:ttt001 论文作者:郑艳茹 程进 您是本文第 1909 位读者 摘要: 摘要:本文对变配电站的计算机监督控制系统的构成、内容及特点进行了叙述,并结合工程事例再现了实 时检测、远程控制、事故报警及故障分析等功能的实现。 关键词: 关键词:遥测 遥信 遥控 l 前言

变配电站是电力系统组成的一个重要环节,是电力网

中线路的重要连接部分,其作用是变换电压、汇 集和分配电能。变配电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全,因此对变电站进行监控和保护具有 十分重要的意义。 变配电站计算机监控技术是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合,将 配电网在正常及事故情况下的监测、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起。改进供电质量, 力求供电最为安全、可靠、方便、灵活,经济性好,变配电管理更为有效,从而改善供电质量,提高服务 水平,减少运行费用。

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系统构成

变配电计算机监控系统由带有通讯接口的采集控制模块:多功能电力综合仪表、开关量采集模块、电 流量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制输出模块、现场管理机、24V 直流电源以及中央管理机等组 成。中央管理机是本系统的集中管理中心。一般安置在有人值班的总值班室内,用于整个变配电系统的实 时状态显示、参数统计、数据分析、历史记录、故障报警、控制、报表打印等。其典型的系统结构示意图 如图 1 所示。 3 系统内容

3.1 变配电计算机监控系统的硬件部分 对 35kV 以下的高压中心配电站主进、出线、母联可采用电力综合仪表来实现遥测、遥信、遥控功能。 该仪表与 CT、PT 直接相连,采集高精度交流信号,经过离散数学计算,即可测量出各个回路电量参数(测 量精度为 0.5%),该仪表具有八路开关量输入,四路继电器输出,同时带有自检功能,可与综合继电保护 装置配合使用。如:一般在高压 10kV 中心配电站的主进、母联以及出线柜中采用电力综合仪表与综合继 电保护装置进行配合使用,来实现高压 10kV 中心配电站的监测与保护要求,具体接线如图 2 所示。 由图 2 可知: 1)CT、PT 直接接人电力综合仪表测量回路中,即可测量出该回路的电量参数。实现该回路的“遥测”; 2)该仪表的八路开关量输人分别采集该柜

图 2 电力综合仪表与综合继电保护装置的接线图 说明: 综合继电保护装置输出继电器 B 内的辅助点(端子为 68,69)引至电力综合仪表, 提供接地故障跳闸信号。 综合继电保护装置输出继电器 C 内的辅助点(端子为 80,81)引至电力综合仪表,提供过电流跳闸报警信 号。 综合继电保护装置输出继电器 E 内的辅助点(端子为 74,75)引至电力综合仪表。 提供电流速断跳闸信号。 综合继电保护装置输出继电器 F 内的辅助点(端子为 70,72)引至电力综合仪表,提供综合继电保护器内 部故障跳闸信号。 中断路器的分合闸状态、手车工作位置、电机储能状态以及接地刀闸位置,同时对综合继电保护装置 中的故障跳闸信号和内部故障进行采集、分析,给予报警,并显示该回路的故障类型。实现该回路的“遥 信”; 3)该仪表的继电器输出分别接至断路器的分、合闸线圈上,实现断路器的远程控制,即断路器的“遥控”。 0.4kV 低压主进、母联同样采用电力综合仪表来实现“三遥”功能。该仪表与 CT、母线直接相连, 采集高精度交流信号,测量该回路的实际电量,实现遥测,同时对主进、母联开关的断路器合、分闸状态, 框架式开关的位置以及故障报警等开关量实现遥信,并对断路器实现远程遥控。具体接线方式与图 2 基本 相同。 根据电力综合仪表的功能特点也可实现低压配电出线回路的“三遥”功能,但因配电室低压出线回路 较多,采用该仪表分散安装于开关柜内经济投资较大,北京华东西瑞电气有限公司根据低压配电出线回路 采集特点(即一般采集回路开关的合分闸状态、报警信号以及回路的电流、电压等)、基于降低成本的原则, 专门开发了一种实用于低压配电出线回路的带有 KS485 通讯接口,支持 MODBUS 通讯协议的模块,分别 对各回路实现“三遥”功能。模块集中组屏,可方便电力管理者对低压站出线回路集中管理。 3.1.1 遥信 利用开关量采集输入模块采集各出线回路开关分合闸状态、开关故障报警信号、失压报警信号、过压 报警信号以及框架式开关的位置,并对变压器的风机状态、高温、超高温信号等开关量实现监控,一个单 独模块可采集 16 路开关状态。具体接线方式如图 3 所示。 3.1.2 遥测 1)通过电流量输人采集模块采集各出线回路的各相电流,单个模块可采集 16 回路电流。具体接线方式如图 4 所示。 每一个回路可以由电流量输入模块采集该回路的电流,并根据测量的实际电压、功率因数等来计算该 回路的实际用电量。

2)通过模拟量输入模块采集变压器的温度信号、湿度信号以及液位信号等模拟量信号(各个模拟量信号需有 4,-,20mA 或 0--5V 输出)。 3.1.3 遥控 通过继电器控制输出模块分别对低压各出线回路(带有电动操作机构、失压脱扣器的开关)

图 3 开关量采集模块接线原理图

图 4 电流量采集模块接线原理图 实现开关的远程分、合闸功能。单个模块共有 16 路继电器输出。具体接线方式如图 5 所示。

图 5 继电器控制输出模块接线原理图 现场管理机在本系统中位于中央管理机与各模块之间,作为一级底层控制单元,增加系统的可靠性。 其功能是:进行现场调试,利用现场管理机动性对各模块进行现场参数整定,独立完成现场显示工作,并 将信号整理后通过 ILS485 通讯线发送给中央管理机,同时接受中央管理机所下达的命令。可作为中央管理 机的备用机,具有显示功能、自检功能。 3.2 变配电计算机监控系统的软件部分 变配电站计算机监控系统所安装的监控软件是基于 Windows 环境下的电力系统专用组态软件,能够运 行在 Microsoft Windows 9x、NT、2000、XP 平台上。给用户提供的是全中文界面,简洁的画面设计、灵活 的组态方式,高性能 DDE 驱动程序,支持诸多工控产品,并遵循开放式数据库联接(ODBC)标准。允许通 过第三方, Microsoft Access, 如 SQL Server, Oracle 等访问本系统数据库。 因而它带给您的是像 Word、 Excel 等软件轻松、实用、高效的工作环境。 系统软件功能: 3.2.1 显示功能 显示变配电站实际开关柜体图、一次系统图,并在一次系统图上显示各开关的分、合状态; 显示各配电回路的三相电流、三相电压、有 功功率、无功功率、有功电度、无功电度、频率以及功率因数等电量参数; 显示各开关的分、合状态和事故报警类别等; 显示各回路电量参数的实时曲线图;

显示变压器的运行状态以及高温、超高温报警; 显示其他工艺设备的运行状态及故障情况。 3.2.2 报警功能 状态报警:当变配电系统的开关出现过载跳闸、短路故障跳闸以及综合继电保护装置内部故障时,计 算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称、事故类别。 超限报警:当变配电系统的各电量参数出现超过额定值时或其他工艺设备超限运行时,计算机能够通 过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。 三相不平衡系数报警:当变、配电系统的三相电流或三相电压值出现不平衡时(可自定义范围),计算 机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。 3.2.3 控制功能 在变配电站总值班室中央管理机处,可以通过鼠标器控制各种高、低压开关(带有电动操作机构或者带 有交流接触器)的合闸和分闸;同时也可实现电气闭锁功能,以防止具有闭锁回路的开关误操作; 在中央管理机处鼠标下达操作命令时具有密码识别功能, 只有操作人员输入正确密码时才可下达操作命令。 3.2.4 统计和打印功能 统计和打印所监控的所有电流值、电压值、功率值、频率值、功率因数值以及这些参数一天 24 小时变化曲 线; 统计和打印各断路器运行状态变化时间及故障报警时间和类别; 统计和打印各断路器的操作时间及操作人员代码; 统计和打印有功电度、无功电度的一天 24 小时内单位小时用电量及电量棒图,同时具有峰谷计费功能。 3.2.5 历史记录 值班室计算机软件能将所监测并统计的各种电量参数、各断路器或开关的状态变化时间、报警故障类 别、操作人员代码和时间、开关机时间等永久保存,以便对整个变、配电系统的运行情况进行分析。 3.2.6 通讯功能 系统内部遵循 KS485 通讯协议。与上位机通讯遵循 RS485 或 TCP/IP 通讯协议。 3.2.7 自检功能 本系统具有完善的自诊断功能。当系统发生故障时,诊断功能将提供详细的故障信息,以便及时排除 故障。

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工程实例

4.1 项目概况 某综合楼工程为高档建筑群,属于一级负荷,采用双回路 10KV 进线,单母线分段运行方式,当一路 电源进线发生故障时,母联手动闭合。该综合楼工程变配电站由 14 台高压柜、6 台变压器、48 台低压柜、 1 台中央信号屏和 1 台直流屏组成。 4.2 工程方案 中央管理机(监控工程师站主机)位于变配电站值班室,内有工控机、显示器、打印机、键盘 UPS 电源、 报警设备等。电力工程师可查找高、低压柜每一回路的数据、故障类型以及开关状态同时可针对显示的实 时数据进行记录、分析,并以打印。电力工程师可直接通过键盘和鼠标下趔各种操作命令。 4.2.1 高压柜监控结构示意图如图 6 所示。 4.2.2 变压器监控部分 采用模拟量输入模块采集变压器的温度(需有 4~20mA 或者 1~5V 温度信号输出) 采用开关量输入模块分别采集变压器的冈机运行状态、高温报警信号以及超高温跳闸信号。监控系统 结构示意图如图 7 所示。

图 7 变压器监控系统结构示意图 4.2.3 低压部分: 1)低压主进、母联之间的监控示意图如图 8 所示: 2)低压配电出线回路监控采用模块集中组屏方式,其监控示意图如图 9 所示。

图 6 高压柜监控结构示意图

图 8 低压主进、母联监控系统示意图

4.3 功能实现 4.3.1 显示功能 4.3.2 报警功能 4.3.3 控制功能 4.3.4 统计和打印功能

4.3.5 历史记录 5 系统特点

5.1 变配电站计算机监控系统的末端数据采集 与控制单元直接安装于开关柜内, 采用交流采样直接从电流互感器或电压互感器取交流 0-5A 电流信号 或交流 0-100V 电压信号(380/220V 低压系统直接取交流 0-220V 或 0-380V 电压信号),不再需要各种电量 变送器,开关柜上各种测量仪表可以取消,外部电缆只有一根通信电缆与供电电源电缆,设计与施工简单。 5. 虽然智能化开关和智能开关柜本身已经具备监控功能, 2 只要设计一根通信电缆引至值班室中央管理机, 就可以实现集中监测与远方调度。但由于各厂家的通讯协议不统一,实现联网较困难,开关柜内的继电保 护、信号与控制回路仍保留。因此,如何统一通讯协议,是系统未来发展方向。(如能实现将使系统更简单) 5.3 变配电站计算机监控系统对高次谐波的监控、记录和保护有待于完善。 6 结论

变配电站计算机监控系统,促进了无人值班变电站的实现,可以利用远动技术使电网调度迅速而准确 地获得变电站运行的实时信息,完整地掌握变电站的实时运行状态,及时发现变电站运行的故障并做出相 应的决策和处理,同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合 分闸、躲峰填谷,把握安全控制、事故处理的主动性,减少和避免误操作、误判断,缩短事故停电时间, 实现对变配电系统的现代化运行管理。 总之,变配电站计算机监控系统具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好及维护简单等特点。随着计 算机技术的迅速发展,变配电站的计算机化进程越来越快,变配电站计算机监控及无人值守已成为当今电 气自动化领域的发展趋势其发展势头方兴未艾。


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