6kV变电站计算机监控系统的建立和完善

杨 杰

(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046)

根据汽轮机厂中心变综合自动化系统二年多稳定高效的良好运行记录，结合6kV变电站实际运行情况，经现场技术工程师、运行人员以及上海锐安公司工程师共同分析和评估，认为，目前的一馈、二馈、三馈和四馈变电站还没有实现信息化的综合自动化系统。为更加安全、可靠、高效率供电，节约维护运行成本，应对以上6 kV变电站的通讯网络及保护、测控装置进行升级改造，实现中心变电站对全厂变电站进行统一监控，提高信息管理水平，达到国内领先水平。

1 现有监控系统运行安全分析评估

现在6kV监控系统运行方式为:落后的模拟继电器保护、没有实现信息综合自动化。

1.1 一馈、二馈变电站

一馈共有18面控制柜，二馈共有24面控制柜，以上两个变电站内每个控制柜保护采用的均是使用了近20 a的旧式模拟继电器，这些继电器已经老化，维护难度和运行风险大大增加。对厂内整个供电系统造成很大的危害。

1.2 三馈、四馈变电站

三馈共有18面控制柜，四馈共有24面控制柜，这两个站内的控制柜已经于2007年更换过，保护采用的仍然是模拟继电器器件，现在不具有通讯接口，不能实现中心变的监控。

1.3 中心变网络结构

现在中心变的网络结构是单网络、单主机的网络监控结构。主机没有实现冗余，网络通道也没有实现冗余。如果主机或通讯通道出现故障，在故障恢复期间，值班人员就不能够监控整个中心变，影响实时监控供电情况。

1.4 调度转发结构

现在中心变电站内，调度转发任务由监控主机来完成，由于中心变监控主机本身任务较多并且都是监控核心，十分重要。额外的调度转发任务势必会影响监控主机的正常运行。

2 6 kV监控系统改造方案

一馈、二馈变电站采用先进的综合保护装置，更换原来的模拟继电器保护装置为微机保护装置。三馈、四馈变电站采用先进的RTU测控装置，实现中心变对厂内6 kV变电站的监控，改造工作可以一步完成，也可分成几个步骤进行。

2.1 一馈、二馈变电站改造

将变电站内的模拟保护设备更换为先进的综合保护装置。完全可以满足目前保护、测控要求，并留有很大的余量，所有型号的综合保护装置均具有高速的双10/100 M自适应工业以太网通讯接口。与中心变通讯组网方便、先进，是变电站综合自动化系统未来通讯方式的主流。新一代综合保护装置的优势是:

(1)先进成熟的设计使综保更安全可靠。

(2)组态化设计和采用高速以太网通讯方式属国内国际领先行列，设计节约成本。

(3)可实现无人值守变电站。

2.2 三馈、四馈变电站改造

采用先进的RTU测控设备以组屏的方式把站内每个线路的所有遥测量、遥信量，遥控量进行采集，通过高速双以太网网络传送到中心变，实现统一监控。三馈放置2面RTU测控屏和一面通讯屏。四馈站内放置3面RTU测控屏和一面通讯屏。

2.3 中心变电站完善

增加一台监控主机和2台网络交换机，软件采用双网络版，就可以实现双主机双以太网络冗余热备这一现在、将来都是核心变电站主流的更先进的综合自动化监控系统结构。网络结构构建好之后，厂内下一级变电站的监控信息非常方便接入，可实现对6kV变电站的统一监控管理。

将原来的工程师站计算机改造为转发机。这样，整个中心的监控系统会更加稳定、可靠、高效。

3 改造后的监控主站系统功能

3.1 数据采集及处理功能

(1)模拟量。

模拟量数据具有数值的相关性、合理性检查，进行工程量转换，更新实时数据库，可进行多级限值检查及变化速率检查，具有零值死区处理，可进行人工或自动替换，虚拟遥测的计算等功能，具有越限报警功能。遥测数值可有多种显示方式，例如数值、棒图、曲线趋势图、表盘、表格和饼图等。具有高限、低限越限报警功能，越限报警等数值可由维护人员输入设定，并以备校正，调整及报警。

(2)数字量。系统能采集以下各种数字量。

各馈线回路的开关位置信号和故障信息信号;

变电站相关断路器的位置信号、远方/就地位置信号及分类保护动作信号、故障区段鉴别信号等。

交流工作电源状况信号;

各个监控保护设备的信道状况信号;

对于数字量的处理包括:合理性检查及报警，可进行主站端定义;逻辑处理及手工输入状态，复合遥信的计算等。

(3)状态量。主要包括:断路器位置、手车位置信号;事件预告信号;保护动作信号;统计通信中断次数信号;直流系统故障及熔断器熔断信号;控回断线信号;交流电压回路断线。

(4)遥控量。可对断路器进行远方/就地分、合操作。

保护信息。系统可以与综合自动化系统(微机保护)通信。保护信息有:保护开关状态量;保护测量值;保护定值;保护动作信息;装置运行信息;保护信号复归;保护定值下载。

3.2 计算功能

本系统计算模块可以根据用户需求对模拟量、开关量进行各种方式的统计计算，计算得到的量又可以参加另外的计算过程，得出更加复杂结果，计算公式可由用户设定。

模拟量计算公式包括:变量、常数、加、减、乘、除、平方、开方、括号和指数等，公式可以方便的计算出:总加、合格率、平均值和其它统计量等;

开关量计算公式包括:变量、常数、加、减、乘、除、与、非、异、或等操作。

(1)存储:重要模拟量数据可根据系统要求按固定时间间隔(可设定/min、5 min、10 min、半小时或1 h)采集有效瞬时值，数据如按5 min间隔保存，能保留1.5a以上;数据如按15 min间隔保存，能保留5 a以上;数据如按整点间隔保存，能保留10 a以上。可根据要求定:当数据容量满时将数据自动转存并能进行调用、查询。

历史数据库设置在后台服务器的商用数据SQL Server库内，它不分布在各个结点，但在各个结点上可以直接访问它。

历史数据库内保存的历史数据按数据性质及存贮的时间间隔分类。根据系统的需要确定保存的数据。

(2)统计:重要模拟量按年、月、日、时，取最大值、最小值、平均值进行统计。

统计电压合格率和线路功率因数及根据变配电站开关的分闸、合闸累计时间统计运行率;统计供电可靠性指标;统计事故时的各点负荷名单和统计停电时间及恢复时间并制表。

统计一些配电的电力运行数据:负载率、线损、可靠率等。

系统提供对各种数据的处理和统计操作包括:

模拟量数据。具有数值的合理性检查，进行工程量转换，更新实时数据库，可进行多级限值检查及变化速率检查，具有零值死区处理，可进行人工或自动替换，虚拟遥测的计算等。

状态量数据。合理性检查及报警，可进行主站端定义，逻辑处理及手工输入状态，复合遥信的计算。

累积量数据处理。限值检查，增量检查及丢失数据处理，具有积分累积量，及分时段处理的功能，可进行运行时间统计及操作统计。

计算量的处理。一类为标准处理，如求最大值、最小值、平均值、总加值、合格率等均以表格方式定义。另一类为用计算语言编写的公式，公式编译加载后系统自动定时或以事件触发的方式进行计算。

完成电压合格率和具有超限时间累计计算

计算方法是以每分钟12次平均值作为时间单位进行累计和统计。

完成开关动作次数统计。按定次数到时，进行检修报警，开关检修时，不报警，CRT屏上人工设定开关状态。

完成日总供电量，网供电量等计算

完成虚拟点的计算与修改

统计开关运行时间，电容器投运时间

报表生成、数据整理

趋势曲线的生成

异常情况和操作记录等提示告警、打印

历史文档归档保存、整理

3.3 报警功能

系统运行过程中，当开关变位、保护动作、发生事故时，自动产生报警信息，不同的报警信息采用不同的报警方式:文字报警、图形报警、语音报警。

3.4 事件顺序记录(SOE)

正常状态下，主站以较长的周期、较低的优先级采集SOE数据，当出现状态量变化时，即时提高其传送的优先级;SOE以SOE表的方式登录到系统数据库。用户可以方便地检索、打印历史库中SOE数据。

事件顺序记录的主要指标是动作时间分辨率，共分为两类，即站内动作时间分辨率和站间动作分辨率。在网内各系统之间的时间误差应1 ms之内。

3.5 控制功能

系统能实现以下遥控功能:

实现变配电站进出线断路器的遥控分合闸

储能电机控制

调整功能:能对变配电站的无功补偿用电容器、变压器分接头等设备进行调节，提高电网运行质量。

3.6 历史数据存储

本系统采用了开放的数据库连接标准ODBC及成熟的商用关系数据库系统来管理历史数据，用户可根据系统规模的大小，自己选择数据库系统。如 SQL Server、Oracle、Sybase、DB2 等。系统提供了一系列工具对历史数据库进行维护管理，如检索、修改备份、数据统一等。用户也可以自己编程或用标准的第三方工具对历史数据库进行管理。

3.7 打印功能

打印记录的内容分为正常打印和异常打印两种。启动方式为定时打印、召唤打印和事件驱动打印三种:定时打印、召唤打印、事件驱动打印。

3.8 系统时钟

系统提供下列时钟功能:

对于有GPS时钟的系统，系统可以接入GPS系统，实现GPS的对时。

系统周期性地与现场模块进行时间同步。

具有人工设置系统时间的手段。

3.9 消息登录

系统具有系统内部发生的各种事件登录下来以提供自动化系统管理人员分析的功能，登录的主要内容有:

操作登录:将调度人员和维护人员通过人机界面工作站进行的全部操作内容及操作时间登录下来备查。

动作登录:将调度自动化系统发生的问题，如某台现场保护模块通信中断发生的时刻及恢复的时间，各工作站子系统进入和退出系统的时间等等登录，以便维护人员检查分析。

3.10 屏幕显示

主控室里有两台彩色CRT，主要显示厂内主系统的运行状态，主设备的操作动态过程、事故和故障以及有关参数。事故报警的画面具有最高的优先权(采用多窗口技术)。显示画面有以下几类:单线图类、曲线类、棒图类、报警画面类、操作指导画面类、表格类。

对于应显示的画面，在出现系统故障和运行参数越限时，要求CRT自动调出画面，按时序指示其发生时间、设备名称、事件内容、设备允许运行参数和越限参数。对于其他画面一般可采用召唤方式调出，调画面可直接由功能键或选择菜单方式实现。

3.11 自诊断功能

监控系统进行在线或离线自检计算机和外围设备的故障内容并指出故障模块位置，并打印检测结果。

在线和离线诊断自检各种应用软件和基本软件故障，当程序死锁和失控时能自动启动或发出冗余切换要求，并具备自恢复功能。

3.12 人机界面

报表生成软件人机界面系统是基于Windows NT而开发的分布式图形人机接口，为整个系统的各级用户提供方便，灵活的监视控制图形用户界面。面向对象技术与Windows NT强大图形用户界面功能的结合为系统提供了绚丽多彩的图形界面和简单直观的操作特性。所有的人机界面交互操作通过配有彩色CRT、键盘和鼠标的图形工作站进行。

采用 Microsoft、Internet、Explorer流行界面设计风格。单文档多视结构，树型控件布局，层次清晰;窗口画面管理方面，提供Windows应用程序通用界面风格和感观。界面主要有菜单驱动，支持图标，弹出和下拉菜单。

3.13 组态软件系统

采用十足的面向对象技术，外加三维的图形系统OpenGL，连同Windows 2000提供的强大图形设备接口设计而成，可以使你轻轻松松的绘制出种种电力系统所用图形图表(如:接线图、棒图、曲线图、综合图等等)。

具有绘图图元的功能、图元组合功能、图元造型功能、图元变换功能、以及图元的属性与测点的接口。为使系统软件的生成的能具有开放性，图表编辑工具又是一个ActiveX控件的包容器。

绘制网络图

组成图形的每一个元素，如点、线、圆、矩形、潮流线、遥测棒、曲线、POKE点、字符、动态遥测、开关、刀闸等等，都是一个独立的对象，每一个对象都有一个对应的属性表，如颜色、坐标、长度、宽度、线度、背景颜色等。用户可方便地改变对象的位置、大小、颜色等属性。并提供多图元属性修改的功能。

网络节点与仿真。

根据接线图中各个图元的位置生成网络节点号。

可以显示图元的网络节点号，表示整个图形的连接关系。

仿真动态着色，用鼠标控制开关分合状态，进行动态着色，连通的部分用一种颜色显示，整个图形的拓扑关系一目了然。

图形三维立体显示

采用OpenGL将图形进行立体显示。

可以编辑图元的材质，使图元呈现不同的立体效果。

可以移动、旋转坐标轴。

可以进行网络图仿真。

连接数据库

绘图与显示采用不同的缓冲区，图形显示流畅无闪烁。

采用面向对象技术，便于维护和扩充。

3.14 数据库管理子系统

数据库系统由两部分组成，其中一部分是支持ANSI－SQL访问的关系数据库;另一部分是常驻内存数据库(也称实时数据库)。系统提供了强大的数据库功能，包括历史运行数据，报警记录，设备参数，图形等数据信息的设定，浏览，维护及修改。

对数据库系统的操作，数据采集点能与指定数据库表记录的字段对应连接，用户对系统数据库的查询，无须编写SQL语句，只要简单地提供符合常规应用习惯的参数，即可完成复杂的历史数据库查询和浏览工作;系统支持冗余式数据库结构，实现数据库的分布式配置。

4 结束语

通过对6 kV监控系统的一馈、二馈、三馈和四馈变电站进行改造完善，基本建立了信息化的综合自动化系统，改造后的系统各项参数性能指标均得到优化，各方面的功能得到实现，全厂变电站得到统一监控，提高信息管理水平，达到国内领先水平。

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