基于MCGS的变电站监控系统开发与设计

周 浩

(西安市供电公司，陕西 西安 710032)



基于MCGS的变电站监控系统开发与设计

周 浩

(西安市供电公司，陕西 西安 710032)

为使员工对变电站监控系统的了解更加全面深刻，文中开发与设计了基于MCGS的变电站监控系统，其具有系统异常分析、处理、显示以及自动报警、记录、控制等功能，同时能对电网系统的模拟量、数字量、电能量等进行实时数据采集。通过该系统，可有效提高变电站员工对监控系统理论知识的掌握程度与实际操作能力。

变电站；MGCS；监控系统；数据采集

现阶段，由于电子自动化技术、计算机网络通信技术与电力设备相结合，变电站自动化监控系统得到了广泛使用，220 kV及以下的变电站普遍采用站内无人值守方式，由控制中心的管理人员通过远程监控系统对变电站进行统一的监管与控制，故变电站管理人员对监控系统的操作熟练程度决定了其是否能有效地对变电站进行监管，并在第一时间发现变电站出现的异常从而尽快展开维护，降低因变电站运行异常而带来的经济损失[1-3]。

为此，本文开发与设计了一种基于MCGS的变电站监控系统，其具有系统异常分析、处理、显示以及自动报警、记录、控制等功能，同时能对电网系统的模拟量、数字量、电能量等进行实时数据采集。

1 变电站监控系统结构

1.1 变电站自动化系统结构

现阶段，变电站自动化系统主要由间隔层、网络层及变电站层构成[4-6]，如图1所示。

图1 变电站自动化系统的分层结构配置图

其能将变电站运行中产生的模拟量、状态量等信息转化为数字信息，进而实现信息的数字化传输与保护，其次能实现监控系统与一次设备的稳定对接。网络层主要由通信管理设备、通信通道与通信实现软件组成，其负责变电站内的数据通信，包括采集间隔层各个设备已上传的信息，以及下达系统的控制指令控制变电站内的智能设备。变电站层由自动化监控系统及通信系统组成，主要实现将网络层采集到的信息导入到系统数据库中，并根据需求将信息传送到远动主站及控制主站，实现远程通信的功能。

1.2 传统变电站监控系统的结构组成

传统变电站监控系统[7-8]如图2所示。微型机系统主要包括微处理器、存储器、定时器，Watchdog等。微型机系统构成了系统的上位机，其主要负责系统与调度中心之间的通信，使变电站监控系统成为一个远程终端控制系统[9]；对于有人值班变电站，监控机通过人机对话回路、开关量输入/输出回路等实现人机交互功能，本地操作人员可完成人机联系、数据表打印、控制设备等。模拟量输入/输出回路完成了监控机与变电站测控对象之间数据的模/数转换、数/模转换，实现了监控机与测控对象之间的数据交换。电源模块将交流电转换为系统硬件所需的直流电压，为设备提供供电电源。

图2 自动化监控系统典型结构设置图

2 基于MCGS监控系统功能设计

MCGS[10]是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的基于Windows系统的用于快速构造成监控系统上位机的软件系统，其能对现场数据进行采集与监控，用户经过简单的模块化组件便可构造数据显示模块、智能仪表、现场数据采集模块、人机交互界面等应用系统。本文利用MCGS设计了变电站的监控系统，其主要具有系统实时数据采集与处理功能、系统模拟量采集功能、系统状态量采集功能、系统电能量采集功能、人机交互功能、运行监控与报警功能、事故发生记录与历史数据统计功能等。

2.1 变电站数据采集与处理功能

变电站数据采集与处理功能主要负责实时采集变电站运行中产生的数据以及各个设备的运行状态，并将采集到的数据传送到监控系统数据库供监控主机进行进一步的数据处理，作为数据源满足系统的各项功能，例如在主机的CRT显示器屏幕显示变电站的各个参数、设备的运作情况,打印报表，控制如断路器、隔离开关等设备的工作状态。

2.2 系统模拟量采集功能

负责采集变电站运行中产生的模拟量，包括变电站母线、馈线等的电压、电流、功率，主变压器的电流、功率、油温；电容器的电流、频率、相位、无功功率、功率因子等[11]。同时，监控系统还需将采集到的模拟量做进一步的处理，例如当某一模拟量超出预定极限值时自动报警等。系统主变压器运行状态监控仿真如图3所示。

图3 主变压器运行状态监控仿真

2.3 系统状态量采集功能

负责采集变电站运行期间的状态量，包括高压断路器的状态、继电保护信号、运行异常报警信号、同期检查状态等。这些状态量被采集后通过光隔离电路传送到计算机，计算机再根据接收到的状态量对相应设备的运行状态做出判断。为了保证断路器变位分辨率足够大[12]，采用中断输入或快速扫描方式来获取断路器的状态量；对于隔离开关，分接头位置等的状态量，则可直接采用定期查询方式来获取。图4为隔离开关运行状态的监控界面。

图4 隔离开关运行状态监控仿真

2.4 系统电能量采集功能

采集变电站的有功及无功电能，其通过采集配电网上的交流电流及电压，再将采集数据传送到监控机计算出有功电能及无功电能，从而实现分时计费，避免了过去通过计算电能脉冲数来计算电能过程中出现的漏记或多计的现象，提高了计量进度[13]。系统对变电站电能量的实时采集监控界面如图5所示。

图5 监控系统对电能量的实时采集仿真

2.5 人机交互功能

人机交互功能是指操作人员通过鼠标、键盘等输入设备对监控系统主机执行相关操作，便可在主机的CRT显示器屏幕获取变电站的运行状况及各个设备的运行状况与相关参数，同时还能对变电站的断路器，隔离开关等进行开关控制。其次，还能计算并显示变电站各处母线，馈线的电参数，包括电压，电流，功率以及输电网的实时电压，电流，电能量，主变压器温度，电流，功率等。断路器和隔离开关运行状态仿真界面，如图6所示。

图6 断路器和隔离开关运行状态仿真

图7 在事故状态下断路器动作的自动记录

2.6 变电站运行监控与报警功能

变电站运行监控主要是通过对变电站运行中的模拟量及各种状态量进行监视，并判断是否处于正常范围值或正常状态量来对变电站的运行状态进行监视。通过监视状态量的变化，可监视供配电网断路器，隔离开关，变压器分接头所处位置和运行情况[14]。当变电站运行或设备出现异常时，监控系统能自动发出报警声同时将CRT显示器屏幕上的画面切换为报警画面。

2.7 事故发生记录与历史数据统计功能

事故顺序记录功能是自动记录变电站设备发生异常时的时间，精确到ms级。通过查看事故发生时间，可确定不同事故的发生前后顺序，从而便于工作人员分析变电站设备发生异常的原因，对于维护变电站起到了重要影响。为满足变电站的管理需求，还应处理与统计变电站运行所产生的历史数据[15]，记录主变压器、输电线的电流和功率，其中功率包括无功功率和有功功率。统计各对应参数每天能达到的最大值和最小值，及其达到的时间和断路器动作次数等。图7为变电站发生事故时断路器动作的自动记录。

3 结束语

本文开发与设计了一种基于MCGS的变电站监控系统，其具有系统异常分析、处理、显示以及自动报警、记录、控制等功能，同时能对电网系统的模拟量，数字量，电能量等进行实时数据采集。通过本系统，可有效提高变电站员工对监控系统理论知识的掌握程度与实际操作能力，从而达到了良好的培训效果。

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Design and Development of Substation Monitoring System Based on MCGS

ZHOU Hao

(Xi’an Power Supply Company, Xi’an 710032, China)

In order to improve the quality of training, so that employees of the power supply system has a more comprehensive understanding, this paper develops and designs a substation monitoring system based on MCGS, offering systematic anomaly analysis, processing, display, and automatic alarm, record and control, as well as real time acquisition of the grid system analog, digital and energy data. This system effectively improves the ability of the substation staff to grasp the theoretical knowledge and practical operation ability.

substation; MCGS; monitoring and control system; data acquisition

2016- 04- 11

周 浩(1981-),男，硕士，工程师。研究方向：电力系统及其自动化。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.11.030

TM63

A

1007-7820(2016)11-104-03