計算機職稱論文淺析港口碼頭變配電所的設計

　　摘要：本文對變配電所的計算機監督控制系統的構成、內容及特點進行了敘述，并結合港口碼頭工程事例再現了實時檢測、遠程控制、事故報警及故障分析等功能的實現。

　　關鍵詞：遙測,遙信,遙控

　　l　前言

　　變配電所是電力輸送系統中的一個重要組成環節，它的任務是接受電能，變換電能電壓，將電網輸送來的35kv或10kv高壓電能降低為普通電力設備及照明燈具能使用的額定電壓380v/220v，并分配和輸送到所需的地方。變配電所能否正常運行關系到電力系統的穩定和安全，因此對變電所進行監控和保護具有十分重要的意義。

　　變配電所計算機監控系統是利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合，將配電網在正常及事故情況下的監測、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，能改進供電質量，力求供電最為安全、可靠、方便、靈活，經濟性好。真正實現變配電所的無人值守，全面提高變配電運行管理的現代化水平，減少運行費用。

　　2　系統構成

　　變配電所計算機監控系統采用分散、分層、分布式結構設計，按間隔單元劃分、模塊化設計，整個系統分為三層;現場監控層、通信管理層和系統管理層。

　　2.1 現場監控層：所有監控單元相對獨立，按一次設備對應分布式配置，就地安裝在開關柜回路內，完成保護、控制、監測和通信等功能，同時具有動態實時顯示開關設備工作狀態、運行參數、故障信息和時間記錄、保護定值等功能。監控單元與開關柜融為一體，構成智能化開關柜，經RS485通信接口介入現場總線。

　　2.2 通信管理層：完成監控層和管理層之間的網絡連接、轉換和數據、命令的交換，通過以太網可實現系統與辦公信息管理系統(MIS)、建筑設備監控(BAS)和智能消防管理系統(FAS)等自動化系統的網絡通信，達到信息資源共享，系統還具備與模擬顯示屏、智能直流電源系統、柴油機發電機組、變壓器溫控單元等其他智能設備的通信接口。

　　2.3 系統管理層：由監控主機、大屏幕彩顯、打印機、UPS電源等組成。監控主機采用高性能計算機，選用專業組態監控軟件完成變配電系統的全部監控功能，系統軟件基于多進程、多任務MicrosftWindowsNT/2000中文操作系統。

　　2.4 變配電數據通過現場監控層進行分散采集和就地顯示，經過變配電通信管理層的通信網絡接口與系統管理層的主機系統聯網，MODBUS通信協議轉換，實現對各種配電網絡的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電能量等電參數進行監測以及對斷路器的分合狀態、故障信息進行監測，以及對斷路器的分合狀態進行控制，最終由系統管理層實現集中的管理。其典型的系統遠離方框圖如圖1所示。

　　3　系統內容

　　3.1變配電所計算機監控系統的硬件部分

　　首先，對于35kV以下的高壓中心配電所主進、出線、母聯可采用電力綜合儀表來實現遙測、遙信、遙控功能是必不可少的。該儀表與CT、PT直接相連，采集高精度交流信號，經過離散數學計算，即可測量出各個回路電量參數(測量精度為0.5%)，該儀表具有八路開關量輸入，四路繼電器輸出，同時帶有自檢功能，可與綜合繼電保護裝置配合使用。如：一般在高壓10kV中心配電所的主進、母聯以及出線柜中采用電力綜合儀表與綜合繼電保護裝置進行配合使用，來實現高壓10kV中心配電所的監測與保護要求，即全電量(電流、電壓、頻率、功率因數、有功功率、無功功率、有功電度和無功電度)遙測，斷路器、失壓跳閘故障、過電流故障、單相接地故障的遙信，斷路器合閘、跳閘的遙控。具體接線如圖2所示。

　　由圖2可知：

　　1)CT、PT直接接入電力綜合儀表測量回路中，即可測量出該回路的電量參數。實現該回路的“遙測”;

　　2)該儀表的八路開關量輸入分別采集電氣設備的模擬量(電流、電壓、功率、電度、頻率、溫度等)和開關量(斷路器及隔離開關位置信號、繼電保護及自動裝置信號、設備運行狀態信號等)。如配電柜中斷路器的分合閘狀態、手車工作位置、電機儲能狀態以及接地刀閘位置，同時對綜合繼電保護裝置中的故障跳閘信號和內部故障進行采集、分析，給予報警，并顯示該回路的故障類型。實現該回路的“遙信”;

　　3)該儀表的繼電器輸出分別接至斷路器的分、合閘線圈上，實現斷路器的遠程控制，即斷路器的“遙控”。

　　0.4kV低壓主進、母聯同樣采用電力綜合儀表來實現“三遙”功能。該儀表與CT、母線直接相連，采集高精度交流信號，測量該回路的實際電量，實現遙測，同時對主進、母聯開關的斷路器合、分閘狀態，框架式開關的位置以及故障報警等開關量實現遙信，并對斷路器實現遠程遙控。具體接線方式與圖2基本相同。

　　根據電力綜合儀表的功能特點也可實現低壓配電出線回路的“三遙”功能，但因配電室低壓出線回路較多，采用該儀表分散安裝于開關柜內經濟投資較大，電氣設備制造商根據低壓配電出線回路采集特點(即一般采集回路開關的合分閘狀態、報警信號以及回路的電流、電壓等)、基于降低成本的原則，專門開發了一種實用于低壓配電出線回路的帶有RS485通訊接口，支持MODBUS通訊協議的模塊，分別對各回路實現“三遙”功能。模塊集中組屏，可方便電力管理者對低壓站出線回路集中管理。

　　3.1.1遙信

　　通過系統電流量輸入采集模塊實現變配電所中所有各出線回路開關量的采集，如斷路器的分合閘狀態、手車工作位置、操作機構電機儲能狀態、斷路器故障報警信號、失壓報警信號、過壓報警信號、事故跳閘信號、綜合保護器的故障類型、以及框架式空氣開關的位置，并對變壓器的風機狀態、高溫、超高溫信號等開關量實時監控。一個單獨模塊可采集16路開關狀態。具體接線方式如圖3所示。

　　3.1.2遙測

　　1)通過電流量輸人采集模塊對各出線回路的各相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、超限報警、頻率等進行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線，自動生成報表。單個模塊可采集16回路電流。具體接線方式如圖4所示。

　　每一個回路可以由電流量輸入模塊采集該回路的電流，并根據測量的實際電壓、功率因數等來計算該回路的實際用電量。

　　2)通過模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度信號、濕度信號以及液位信號等模擬量信號(各個模擬量信號需有4,-,20mA或0--5V輸出)。

　　3.1.3遙控

　　通過繼電器控制輸出模塊分別對高、低壓開關柜各進出線回路(帶有電動操作機構、失壓脫扣器的開關) 實現開關的遠程分、合閘功能。單個模塊共有16路繼電器輸出。具體接線方式如圖5所示。

　　現場監控層可設有現場管理機，其在本系統中位于系統管理機與各模塊之間，作為一級底層控制單元，增加系統的可靠性。其功能是：進行現場調試，利用現場管理機動性對各模塊進行現場參數整定，獨立完成現場顯示工作，并將信號整理后通過485通訊線發送給系統管理機，同時接受系統管理機所下達的指令。也可作為系統管理機的備用機，具有顯示功能、自檢功能。

　　3.2變配電所計算機監控系統的軟件部分

　　變配電所計算機監控系統所安裝的監控軟件是基于Windows環境下的電力系統專用組態軟件，能夠運行在Microsoft Windows 9x/NT/2000/XP平臺上。給用戶提供的是全中文界面，簡潔的畫面設計、靈活的組態方式，高性能DDE驅動程序，支持諸多工控產品，并遵循開放式數據庫聯接(ODBC)標準。允許通過第三方，如Microsoft Access，SQL Server，Oracle等訪問本系統數據庫。因而它帶給您的是像Word、Excel等軟件輕松、實用、高效的工作環境。

　　系統軟件功能特點：

　　3.2.1顯示功能

　　顯示變配電所實際開關柜體圖、一次系統圖，并在一次系統圖上顯示各開關的分、合狀態;顯示各配電回路的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率以及功率因數等電量參數;顯示各開關的分、合狀態和事故報警類別等;顯示各回路電量參數的實時曲線圖;顯示變壓器的運行狀態以及高溫、超高溫報警和風機運行狀態;顯示直流屏、柴油發電機的運行狀態以及運行參數;顯示其他工藝設備的運行狀態及故障情況。

　　3.2.2報警功能

　　狀態報警：當變配電系統的開關出現過載跳閘、短路故障跳閘以及綜合繼電保護裝置內部故障時，計算機能夠通過多媒體音箱發出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱、事故類別。

　　超限報警：當變配電系統的各電量參數出現超過額定值時或其他工藝設備超限運行時，計算機能夠通過多媒體音箱發出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。

　　三相不平衡系數報警：當變、配電系統的三相電流或三相電壓值出現不平衡時(可自定義范圍)，計算機能夠通過多媒體音箱發出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。

　　3.2.3控制功能

　　在變配電所總值班室系統管理機處，可以通過鼠標器控制各種高、低壓開關(帶有電動操作機構或者帶有交流接觸器)的合閘和分閘;同時也可實現電氣閉鎖功能，以防止具有閉鎖回路的開關誤操作;在系統管理機處鼠標下達操作命令時具有密碼識別功能，只有操作人員輸入正確密碼時才可下達操作命令。

　　3.2.4統計和打印功能

　　統計和打印所監控采集到的所有電流值、電壓值、功率值、頻率值、功率因數值，并可通過負荷曲線進行分析;統計和打印各斷路器運行狀態變化時間及故障報警時間和類別;統計和打印各斷路器的操作時間及操作人員代碼;統計和打印有功電度、無功電度的一天24小時內單位小時用電量及電量棒圖，同時具有峰谷計費功能。

　　3.2.5歷史記錄

　　值班室計算機軟件能將所監測并統計的各種電量參數、各斷路器或開關的狀態變化時間、報警故障類別、操作人員代碼和時間、開關機時間等永久保存，以便對整個變、配電系統的運行情況進行分析。

　　3.2.6通訊功能

　　系統內部采用RS485通訊接口。與上位機通訊遵循MODBUS規約或TCP/IP通訊協議?？山o其他系統提供通信接口。

　　3.2.7自檢功能

　　本系統具有完善的自診斷功能。當系統發生故障時，診斷功能將提供詳細的故障信息，以便及時排除故障。

　　4　工程實例

　　4.1項目概況

　　某碼頭工程為2x1萬噸級散貨泊位，屬于二級負荷，采用兩回路10KV進線，單母線運行方式，當一路電源進線發生故障時，另一路電源進線柜主開關閉合。該碼頭工程變配電所由7臺高壓開關柜、2臺變壓器、10臺低壓柜、1臺中央信號屏和1臺直流屏組成。

　　4.2工程方案

　　系統管理機位于后方辦公樓調度室，內有工控機、顯示器、打印機、鍵盤UPS電源、報警設備等，現場監控層設有現場管理機，并配有電腦、打印機等。電力調度員通過系統管理機查找高、低壓柜每一回路的數據、故障類型以及開關狀態同時可針對顯示的實時數據進行記錄、分析，并以打印。電力調度員可直接通過鍵盤和鼠標下答各種操作命令，現場管理機可進行現場調試，利用現場管理機動性對各模塊進行現場參數整定，獨立完成現場顯示工作，傳輸和接收各種指令。

　　4.2.1高壓柜監控結構示意圖如圖6所示。

　　高壓系統采用保護裝置和變配電監控裝置分開的形式，實現變配電計算機自動化監控管理。#1#2電源進線柜、#3饋線柜、#6#7變壓器柜采用變配電計算機監控裝置，#3柜采用線路保護裝置、#6#7柜采用變壓器保護裝置。

　　4.2.2變壓器監控部分

　　采用模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度(需有4~20mA或者1~5V溫度信號輸出)信號。

　　采用開關量輸入模塊分別采集變壓器的風機運行狀態、高溫報警信號以及超高溫跳閘信號。監控系統結構示意圖如圖7所示。

　　4.2.3低壓部分：

　　1)低壓主進、母聯之間的監控示意圖如圖8所示：

　　2)低壓配電出線回路監控采用模塊集中組屏方式，其監控示意圖如圖9所示。

　　4.3功能實現

　　4.3.1顯示功能

　　4.3.2報警功能

　　4.3.3控制功能

　　4.3.4統計和打印功能

　　4.3.5歷史記錄

　　5　系統特點

　　5.1變配電所計算機監控系統的末端數據采集

　　與控制單元直接安裝于開關柜內，采用交流采樣直接從電流互感器或電壓互感器取交流0-5A電流信號或交流0-100V電壓信號(380/220V低壓系統直接取交流0-220V或0-380V電壓信號)，不再需要各種電量變送器，開關柜上各種測量儀表可以保留，外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設計與施工相對簡單。

　　5.2雖然智能化開關和智能開關柜本身已經具備監控功能，只要設計一根通信電纜引至值班室中央管理機，就可以實現集中監測與遠方調度。但由于各廠家的通訊協議不統一，實現聯網較困難，開關柜內的繼電保護、信號與控制回路仍保留。因此，如何統一通訊協議，是系統未來發展方向。(如能實現將使系統更簡單)

　　5.3變配電所計算機監控系統對高次諧波的監控、記錄和保護有待于完善。

　　6　結論

　　由于一般港口碼頭具有單機裝卸用電負荷大，碼頭布置分散，貨船?？看a頭有間斷性等的特點，變配電所供電負荷情況也相應變化。若不及時調整變電所變壓器運行情況，將會造成運行成本提高和浪費能源。變配電所計算機監控系統，促進了無人值班變電站的實現，可以利用遠程技術使電網調度迅速而準確地獲得變電所運行的實時信息，完整地掌握變電所的實時運行狀態，及時發現變電所運行的故障并做出相應的決策和處理，同時可以使值班管理人員根據變配電系統的運行情況進行負荷分析、合理調度、遠控合分閘、躲峰填谷，把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作、誤判斷，縮短事故停電時間，實現對變配電系統的現代化運行管理。

　　總之，變配電所計算機監控系統具有可靠性高、抗干擾能力強、實時性好及維護簡單等特點。隨著計算機技術的迅速發展，變配電所的計算機化進程越來越快，變配電所計算機監控及無人值守已成為當今電氣自動化領域的發展趨勢其發展勢頭方興未艾。