电气微机综合自动化系统的应用

徐冬云

(大庆石化工程有限公司，黑龙江 大庆 163714)

电气微机综合自动化系统的应用

徐冬云

(大庆石化工程有限公司，黑龙江 大庆 163714)

采用国际先进的系统集成技术、组件技术、CIM的数据模型以及CIM的接口技术等，使自动化系统具有高度的开放性和可扩充性，应用统一的模型方法，可实现数据共享。对某乙烯改扩建工程项目中总降压变电所、各装置变电所电气设备的实时信息进行收集、分析和决策，汇总后上传至集控中心和电气调度室。总站、各子站的自动化系统既要相对独立，又互相关联，层次分明。对可能出现的致命故障，提出切实可行的解决方案，实现了最优化的控制、管理和监督，从而使总降压变电所、各装置变电所达到高效、经济、节能、协调的运行状态。同时强调了双网双服务器冗余系统的安全性、有效性是生产安全平稳的关键，提高了电气整体的微机综合自动化水平。

子站 总站 集控中心 混合平台 双网双服务器

针对某乙烯工程中的总降压变电所(简称总变)、乙烯装置变电所、联合装置变电所进行的电气微机综合自动化系统设计，采用区域电网监控系统(ENMCS)。电气微机综合自动化系统实现了全面的跨平台支持功能，不仅UNIX平台与PC(Wintel)平台混用，不同的UNIX平台也能相互混合使用，跨平台支持功能安全可靠。

1 电气微机综合自动化系统结构

电气微机综合自动化系统由子站、总站、集控中心及电气调度指挥中心(以下简称电调)构成，如图1所示。

1.1子站

各装置变电所设微机后台监控系统，在子站内完成一次和二次设备的监测、记录、控制。采用屏蔽双绞线或以太网线通信至通信管理机，再由通信管理机将各综合保护器信息及智能设备信息通过光纤传至总站，在总站实现信息汇总。

图1 电气微机综合自动化系统结构示意

1.2总站

总变设置独立的微机后台监控系统，对总站及所管辖各子站内的一次和二次设备进行监测、记录、控制，并具备遥测、遥信、遥调、遥控的远动功能。总站将各子站信息连同总站信息通过光纤分别接入集控中心，同时把采集上来的实时信息转发给电调。

1.3集控中心

集控中心是电气微机综合自动化系统操作及监控的中心，设置微机后台监控系统，对总站及所管辖区内的各子站运行情况进行监控，并把采集上来的实时信息转发给电调。集控中心与电调的各种信息及设备冗余互备。

1.4电调

电调是电气微机综合自动化系统的监视中心，具有电气自动化监视及调度功能，对各子站、总站电气设备运行情况进行监视，与集控中心互为备用。根据实际需要，电调可以选择开放监视功能，不开放远程控制功能。

2 电气微机综合自动化系统的设备配置

电气微机综合自动化系统的设备配置，如图2所示。

图2 电气微机综合自动化系统设备组成示意

2.1子站系统配置

子站微机监控系统采用分层分布式开放结构，通信管理机采用单机双网结构，满足无人值班的设计和运行要求。

2.2总站系统配置

总站微机监控系统采用分层分布式开放结构，总站软件为分层、分布、开放式的能量管理系统，由通用平台系统、ENMCS、接口软件、WEB服务软件、远程维护软件等组成。

采用100/1000M Byte双以太网结构，系统服务器、操作员工作站、前置机均采用双机冗余配置，把各个功能模块分配到系统的各个网络节点上，保证了系统的灵活性和可扩充性。运用双网分流技术，正常时两个网络同时进行数据传输，有效降低网络负荷；异常情况下则通过动态网络路径管理将两种流量合并，充分利用系统资源，保证了可靠性。当两个通信节点间两个网的状态发生变化时，系统将根据变化后的网络状态重新设置其通信路径，满足无人值班的要求。

110，10，6，0.4kV保护测控装置采用IEC 60870-5-103或Modbus等规约与通信控制管理单元机群通信。

2.3集控中心与电调的配置

2.3.1集控中心系统配置

集控中心系统为双网、双服务器的冗余系统，系统平台采用UNIX平台，由2台SCADA系统服务器、2台数据库(历史)服务器、2台前置服务器、1台 DTS仿真培训服务器、3台培训工作站、3台操作员工作站、1台维护工作站、1台报表工作站以及网络、GPS网络设备等组成。该系统对整个供配电系统的电气设备状态进行监视和测量，同时对各子站、各总站设置了遥控功能。

2.3.2电调系统配置

电调系统为双网、双服务器的冗余系统，系统平台采用UNIX平台，由2台SCADA系统服务器、2台数据库(历史)服务器、2台前置服务器、1台 WEB服务器、2台操作员工作站、1台维护工作站、1台报表工作站以及网络、磁盘阵列、GPS网络等设备组成。对整个供配电系统的电气设备状态进行监视和测量，正常不开放远程控制功能。

系统集成采用国际上先进的系统集成技术，将电气设备的运行信息，汇集到中央系统集成平台上，通过对信息的收集、分析和决策，对整个系统进行最优化控制、管理、监督、维护，使整个系统达到高效、经济、节能、协调的运行状态。

2.3.3集控中心与电调设备配置

1) 前置数据采集系统。通过网络方式将站端的实时数据接入集控中心系统。数据采集系统配置了2台前置数据采集服务器，共同分担实时数据的接入，即可以分担系统数据处理的负载，也可以实现双机冗余互备功能。

2) SCADA系统。SCADA系统配置2台服务器，可实现对电力系统实时监视控制模块的各项监控功能，同时是整个EMS的实时数据库。2台服务器采用主备方式运行，冗余互备。SCADA系统实现的功能： 遥测、遥信实时数据的处理；遥控、遥调数据的统计和计算；事件顺序记录(SOE)；事故追忆(PDR)；系统时钟同步功能。

3) 数据服务。历史数据服务子系统配置2台服务器(电调设置1套磁盘阵列)，能够保存历史数据和电网模型和运行参数。2台服务器采用主备方式运行，冗余互备。数据服务子系统具有将电网模型、运行参数及历史数据进行保存和查询的功能。

4) 安全WEB。安全WEB子系统位于安全III区，与总站主系统通过物理隔离装置隔离。安全WEB子系统配备1台WEB服务器，服务器上安装有历史数据库，其中的数据与总站主系统的历史数据库完全镜像。WEB服务器配置浏览服务，为WEB客户端提供数据访问服务。

2.4信息数据流向

1) 信息数据上行流向： 一次、二次设备—子站微机监控系统—总站微机监控系统—集控中心及电调。

2) 控制命令下行流向： 集控中心—总站微机监控系统—子站微机监控系统。综合保护装置执行控制命令完成对一次设备的操作。

系统实时监视数据由该站测控装置采集后，经通信管理机送到子站的监控后台系统，再通过远动通信装置采用单模光纤以远动通道发送至总站。数据在总站通过以太网交换机汇总后，发送至集控中心数据采集网，供前置服务器接收。考虑到通道的冗余性和主备设备的切换性，汇总的数据还通过以太网发送至电调。总站至集控中心、电调均敷设两条单模光纤电缆。

3 电气微机综合自动化系统功能

各子站、总站、集控中心、电调的微机自动化监控系统，具备完整、完善的ENMCS。

各子站、总站微机自动化监控系统，具备对站内110，10，6，0.4kV各保护测控装置接口通信能力和与站内智能设备的通信接口能力。具有完整的模拟量、状态量和开关量的采集功能和对设备开关的控制功能，具有对变压器分接头的调节能力。

电气微机综合自动化系统各部分既相对独立，又互相关联，层次分明，构成了一体化的电气微机综合自动化监控系统。

1) 电力ENMCS具有实时数据采集和处理、历史数据保存、查询和统计服务、控制和调节等功能。

2) 设服务器、协议转换器和对时系统(GPS)，并设监控工作站、维护工作站、DTS工作站、报表工作站、输出设备。

3) 接收所有(380V进线及分段开关、6kV及上述各回路)状态量、测量值、电度量、继电保护工况和动作信息等，接收各子站关键场所图像，对各种数据进行分类、存储、显示、打印、报警，同时根据各种级别密码实现不同权限的远方或站内控制、参数设置和遥调。

4) 将各子站的电气设备信息上传至总站及电调。

5) 监视中压电动机用电设备的运行状态、运行参数。

6) 监控各子站电气设备运行状态、数据(如功率平衡)，包括380V及以上电压等级的进线、母线分段等运行状态参数。

7) 采集6kV及上述各回路电度量数据。

8) 安全WEB功能以及与其他系统通信接口功能。

9) 预留各子站关键区域视频数据采集和监控。

10) 监视功能。数据采集(状态量、交/直流模拟量、脉冲量)与处理功能、报警及事件记录功能等。

11) 控制功能。支持多个远方调度控制中心的选择控制功能；微机监控系统的选择控制功能(可远方控制，也可当地操作)；间隔层设备的当地控制功能；预留同期检测与同期合闸功能；具备逻辑闭锁功能。

12) 组态功能。系统配置组态功能；图形组态功能；数据库组态功能。

13) 通信功能。具有多个支持多种介质及多种网络的通信接口(RS-232，RS-422，RS-485，以太网，电力载波，电缆，光缆等方式)；与测控单元的高速网络数据通信功能；与外部智能设备完备的数据通信功能。

14) 高级应用功能。操作判断防误规则功能；系统诊断与自恢复功能；远程监视与维护功能；数据脚本编程计算功能。

4 电气微机综合自动化系统特点

1) 标准化。全面采用组件技术、CIM的数据模型以及CIS的接口设计，实现了功能接口标准化，具有高度的开放性和可扩充性。

2) 构件化。各子站、总站系统具有相对的独立性，即插即用，能分能合。

a) 分开时，自成体系，可集成为新的应用系统(ENMCS，AGC，PAS和DTS等)，便于功能的扩充及升级；用户可与第三方软件系统异构，如与电能量计量系统、电力市场技术支持系统、MIS和DMS等系统互联互通。

b) 合并时，各子站系统在统一平台上运行，不仅能共享数据，而且能共享画面资源和硬件资源，降低成本，增强可维护性能。

3) 一体化。系统把支撑平台与各子站系统进行合理划分，层次结构清晰明确，实现了资源共享，体现了应用与平台的一体化。

4) 跨平台。系统实现了全面的跨平台支持功能，UNIX平台与PC(Wintel)平台混用，不同的UNIX平台也可混合使用，做到了真正的混合平台系统。系统设计时采用C/S结构(Client/Server或客户/服务器模式)，应用CORBA，JAVA等先进软件技术，同时在前台界面、后台进程等的实现上考虑跨平台特性，屏蔽了硬件和操作系统的差异。

5) 开放性。标准化、构件化的应用功能使系统具备良好的开放性基础，能方便接入第三方功能，实现了第三方功能即插即用，同时支持多种接入方式。无论用户开发的软件，还是第三方厂家的软件均能很好地运行于该系统之上。

6) 安全性。系统利用各种软件安全机制，包括防火墙、(正、反向)物理隔离装置在内的各种安全防护设备以及各种强有力的安全性措施，提供符合“二次系统安全防护总体方案”要求的安全解决方案。

7) 可靠性。系统支持多机热备用技术，当核心机器在线设备出现故障时，多个处于热备用状态的设备按照优先级顺序，由最优先者升级为在线设备。多个处于热备用状态的设备，相对于双机热备用技术而言，可靠性有了较大的提高。系统采用“1+N”工作模式，即在只有单机工作正常时(其余网络结点计算机全部故障)，能够实现系统的主要功能，具有完全的分布计算处理能力。系统根据分析监控的要求，从可能出现的致命故障考虑，提出切实可行的解决方案，提高了系统的可靠性。

8) 可维护性。系统所有应用功能使用统一的模型方法，任何一个电力系统设备只需维护1次，即实现了数据共享，不需要针对不同应用进行相应的维护。

9) 可扩展性。系统在容量和功能上充分考虑了可扩展性要求，以适应不断发展的需要。系统基于CORBA中间件，能支持用户进一步开发应用软件或接入第三方软件。

5 应用效果

该项目实施后，实现了总变及各子站装置变电所电气设备的监视和监控。

监视的设备包括110kV系统、中压系统的主变、母线、开关等设备，380V系统进线母联开关，直流电源，UPS，电容器控制器，多功能表，变压器气体分析仪,其他智能控制装置等以及所有装置中压电动机的信息监测；监控的范围为 110kV 变电所内所有高压断路器和隔离开关，中压断路器，主变压器分接开关，电力电容器的投切装置(单元)，中压进线、分段开关，中压配出变压器开关、馈线开关、电容器开关，380V低压进线、分段开关等。

通过实时信息能够及时发现问题并予以解决，减少各总站、各子站的故障率，使生产运行更安全、可靠；总站设置有人值班、各子站无人值班，为生产装置提高了效率。

6 结束语

该项目投运后，笔者进行了设计回访： 电气微机综合自动化监控系统运行状况平稳，对后续的工程项目具有一定的实际参考价值。

[1] 王得胜，韩红彪.电气控制系统设计[M].北京： 电子工业出版社，2011.

[2] 陈英涛.继电保护与综合自动化系统[M].北京： 化学工业出版社，2007.

[3] 孟欠欠，王超.基于局域网的配电网综合监控系统的设计应用[J].数字技术与应用，2012(03)： 21-23.

[4] 赵明，许缪.工厂电气控制设备[M].2版.北京： 机械工业出版社，2011.

[5] 高翔.电网动态监控系统应用技术[M].北京： 中国电力出版社，2011.

[6] 周云成，许童羽，朴在林.基于CIM的配电网GIS数据模型存储与维护方法研究[J].电力系统保护与控制,2012(15)： 106-107.

[7] 周云成.基于CIM的分布式配电网地理信息系统关键技术及集成应用研究[D].沈阳： 沈阳农业大学,2011： 211- 213.

[8] 黄剑雄.变电站综合自动化系统微机保护探讨[J].城市建设理论研究，2011(20)： 78-79.

[9] 黄志强，王新民.电能量采集系统在电网管理中的应用[J].自动化技术与应用，2006(04)： 33-35.

[10] 周涛，李霄，李佳.成立变电集控中心利弊之浅见[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011(增刊1)： 56-57.

[11] 夏琳琳，富兆龙，郭海山，等.Profibus-DP总线在变电站综合自动化通信网络中的设计研究[J].化工自动化及仪表，2012，39(02)： 212-214.

ApplicationofIntegratedAutomaticSystemofElectricMicrocomputer

Xu Dongyun

(Daqing Petrochemical Engineering Co. Ltd.， Daqing， 163714， China)

By application of worldwide advanced system integration technology, assembly technology, CIM data model and CIM interface technology etc，automatic system is of high open and expandable characteristic. The data share is implemented by means of uniform model method. This technology is incorporated into an ethylene revamp and expansion project to collect, analyze and select the real-time information for electric equipment of main substation and substations of each unit. The information is sent to centralized control center and electric dispatch control center after summarizing. The main station and substation are independent and connected to each other with clear hierarchical arrangement. An applicable solution is submitted with respect to potential fatal fault to optimize the control, management and monitoring to achieve high efficiency, economization, energy saving and coordination for main substation and each unit. Meanwhile, it is emphasized that the safe and effective redundant system of dual nets & dual servers are the key factors of safe and stable operation, which can improve integrated automation level of electric microcomputer.

substation； main station； centralized control center； mixed platform； dual nets & dual servers

稿件收到日期： 2013-02-01。

徐冬云(1965—)，女，黑龙江大庆人，现就职于大庆石化工程有限公司电控室，从事工业企业电气自动化专业的设计工作，任工程师。

TP273

B

1007-7324(2013)03-0018-05