糧食儲備庫電力配電監(jiān)控系統的設計與應用

摘要：本文主要介紹糧庫電力監(jiān)控系統的結構、基本功能，包括實時數據的采集與處理、數據庫的建立與維護、報警處理、畫面生成及顯示、在線計算及制表及系統自診斷，以及主要技術指標等

關鍵詞：電力監(jiān)控系統；基本功能；技術指標

     供配電產業(yè)的發(fā)展及可靠性對國民經濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用，全國各地重點工程項目急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

     本系統的建設是為了提高變配電電網的管理水平，迅速而準確地獲得變配電站運行的實時信息，完整地掌握變配電站的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)現變配電站運行的故障，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。

    某糧食儲備庫平面圖，如圖1所示。

圖1某糧食儲備庫平面圖

     本項目包括30萬t糧食淺圓倉倉儲設施、配套的接收發(fā)放設施、生產輔助設施、生活設施等。預留12萬t大豆倉儲設施、大豆加工區(qū)等。

2.1 供電電源

     庫區(qū)原有變配電間變壓器總容量800kVA(2×400kVA),該容量不能滿足新增項目的需要，為了便于管理，考慮統一規(guī)劃，新建總變電所除負責新建項目負荷外，同時負責原有變配電間、油加工區(qū)、油罐區(qū)附設式變配電間等高壓供電。

     新引供電電源為10kV雙回路，由10kV專線采用YJV22電纜分別直埋敷設至庫區(qū)總變電所。從總變電所引出三路10kV高壓電纜直埋引至原有變配電間、油加工區(qū)、油罐區(qū)附設式變配電間。

2.2 負荷計算

     根據庫區(qū)的總體規(guī)劃，負荷的分布，以及近期、遠期的發(fā)展需求等因素進行詳細分析、計算，并經技術經濟比較確定，在庫區(qū)設10kV總變電所一座、原有變配電間一座、附設式變配電間兩座。

     總變電所位于庫區(qū)南側，負責除淺圓倉、提升塔、轉接樓、汽車及火車接發(fā)站等子項供電。

     油加工附設式變配電間貼建于預處理車間首層外墻，負責油加工區(qū)等子項供電。

     油罐區(qū)附設式變配電間貼建于油泵房首層外墻，負責油灌區(qū)等子項供電。

     原有變配電間經改造增容后負責原有辦公、生活區(qū)及新增綜合辦公樓、職工宿舍、食堂、浴室等的供電。

     總變電所的總裝機容量9781.3kW,總計算容量為2697.8kW,視在容量為2900kVA。根據負荷計算，選用10kVSCBS101600kVA干式變壓器兩臺。

2.3 高、低壓供電系統

     總變電所一次側均采用電纜進線方式，10kV雙回路供電，主結線采用單母線設計，采用AC220V交流操作系統。

     總變電所二次側采用單母線分段運行方式，當其中一段發(fā)生故障時母聯手動投入。進線斷路器和母線連接斷路器具有可靠的電氣連鎖，以避免兩路進線電源并列運行。220/380V出線回路向各用電建構筑物提供電源。

     供電系統接地保護型式統一采用TN-C-S系統。

     總變電所10kV高壓開關柜選用手車柜，配備真空斷路器，彈簧操作機構。低壓柜均選用BLOKSET-D開關柜，主進用斷路器選用框架智能型，其他出線斷路器選用高分斷能力斷路器。為操作方便，所有容量大于400A的低壓斷路器均為電動操作。

     本方案采用CSC-2000(V2)電力監(jiān)控系統1套，設置在總監(jiān)控中心，每座變電所的數據通過通信管理機及網絡交換機上傳到監(jiān)控中心，每個站的高壓測控單元數量及低壓測控數量根據每個站規(guī)模的不同而不同，系統采用分層分布式結構。總變電所計算機監(jiān)控系統分為兩層：站級控制層和間隔級控制層。間隔級控制層將采集和處理后的數據信號，經光纖傳輸到站級控制層，通過通信網在站層融為一體。各間隔級單元相互獨立，不相互影響，功能上不依賴于站控后臺計算機。

     站控層設置在監(jiān)控分中心，硬件配置為：1臺OptiPle×760雙核3.0、硬盤160G、內存2G、顯卡、10/100M網卡2塊、光驅、USB接口、光電鼠標、/標準鍵盤。間隔層分散安裝在變配電間開關柜上，提供CSC系列微機綜保裝置來完成對設備的保護控制。

     整個電力監(jiān)控系統結構，如圖2所示。

圖2 電力監(jiān)控系統結構圖

4.1 實時數據的采集與處理

4.1.1 采集信號的類型

    采集信號的類型分為模擬量、脈沖量和狀態(tài)量(開關量)。

    模擬量：電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數和直流量、溫度量。

    脈沖量：有功電能及無功電能。

    狀態(tài)量(開關量):斷路器、隔離開關以及接地開關的位置信號、繼電保護裝置和安全自動裝置動作及報警信號、運行監(jiān)視信號等。

4.1.2 采集信號的處理

    計算機監(jiān)控系統對實時數據的采集按電氣設備間隔單元(線路、母線、母聯、分段、主變、無功設備等)劃分，每個測控單元為一個相對獨立的智能小系統，對所采集的輸入量進行數據濾波、有效性檢查、工程值轉換、故障判斷、信號接點消抖等處理。

4.1.3 信號輸入方式

    模擬量輸入：間隔層測控單元電氣量除直流電壓、溫度通過變送器輸入外，其余電氣量采用交流采樣，輸入CT、PT二次值，計算I、U、P、Q、F、COS中；對于要作合閘同步檢測的斷路器，還要采集同步電壓，變送器輸出為4～20mA。

    電能量輸入：對于智能電度表可通過串口通訊采集；對于不能通過串口通信采集的電能量信號采用脈沖信號輸入。

狀態(tài)量(開關量)輸入：通過無源接點輸入；斷路器、隔離開關等要進行控制的設備，取雙位置接點信號。

4.2 數據庫的建立與維護

4.2.1 實時數據庫

    裝入計算機監(jiān)控系統采集的實時數據，其數值根據運行工況的實時變化而不斷更新，記錄著被監(jiān)控設備的當前狀態(tài)。實時數據庫的刷新周期及數據精度滿足工程要求。

4.2.2 歷史數據庫

     對于需要長期保存的重要數據將存放在歷史數據庫中。歷史數據能在線存儲12月，所有歷史數據能轉存至光盤作長期存檔。

4.2.3 數據庫的維護

     數據庫便于擴充和維護，保證數據的一致性、安全性；可在線修改或離線生成數據庫；用人-機交互方式對數據庫中的各個數據項進行修改和增刪。可方便地交互式查詢和調用，其響應時間滿足工程要求。

4.3 報警處理

     報警處理分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息，模擬量越限/復限、計算機站控系統的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。

     報警發(fā)生時，立即推出報警條文，伴以聲、光提示；對事故報警和預告報警其報警的聲音不同，且音量可調。報警發(fā)生、消除、確認用不同顏色表示。報警點可人工退出/恢復，報警信息可分時、分類、分組管理。報警狀態(tài)及限值可人工設置，報警條文可人工屏蔽，有消除抖動處理，避免誤報、多報。

4.4 事件順序記錄

     當變電所一次設備出現故障發(fā)生短路時，引起繼電保護動作、開關跳閘，事件順序記錄功能將事件過程中各設備動作順序，帶時標記錄、存儲、顯示、打印，生成事件記錄報告，供查詢。系統保存1年的事件順序記錄條文。事件順序記錄帶時標及時送往調度主站。

    事故追憶間隔可人工設置，事故追憶的觸發(fā)可以是開關的事故跳閘或人工觸發(fā)。事故追憶時的模擬量變化能用曲線進行顯示。

4.5 畫面生成及顯示

4.5.1 監(jiān)控系統顯示的主要畫面

    全所電氣主結線圖(若幅面太大時可用漫游和縮放方式);分區(qū)及單元結線圖；實時及歷史曲線顯示；間隔單元及全所報警顯示圖；監(jiān)控系統配置及運行工況圖；報告顯示(包括報警、事故和常規(guī)運行數據);操作票顯示；日歷、時間和安全運行天數顯示。

4.5.2 輸出方式

    電氣主接線圖中應包括電氣量實時值，設備運行狀態(tài)、潮流方向，開關、刀閘、地刀位置，“就地/遠方"轉換開關位置等。

圖形和曲線可儲存及硬拷貝。

用戶可生成、制作、修改圖形。在一個工作站上制作的圖形可送往其他工作站。

4.6 在線計算及制表

4.6.1 在線計算

    交流采樣后計算出電氣量一次值1、U、P、Q、f、COSf以及Wh、Varh,并算出日、月、年大、小值及出現的時間。

電度累計值和分時段值(時段可任意設定)。

    變電所送入、送出負荷及電量平衡率。

    主變壓器的負荷率及損耗。

    斷路器的正常及事故跳閘次數、停用時間、月及年運行率等。

    供計算的值可以是采集量、人工輸入量或前次計算量，計算結果返送數據庫，并能方便調用。

4.6.2 報表

    實時值表、正點值表、電能量表、報警記錄一覽表、微機保護配置定值一覽表、自診斷報告。

4.7 人-聯

    人-機關聯是值班員與計算機對話的窗口，值班員可借助鼠標或鍵盤方便地在屏幕上與計算機對話。人-機關聯包括：調用、顯示和拷貝各種圖形、曲線、報表；發(fā)出操作控制命令；各種應用程序的參數定義和修改；報警確認，報警點的退出/恢復；運行文件的編輯、制作。

4.8 系統自診斷與自恢復

    計算機監(jiān)控系統能在線診斷各軟件和硬件的運行工況，當發(fā)現異常及故障時能及時顯示和打印報警信息，并在運行工況圖上用不同顏色區(qū)分顯示。

4.8.1 自診斷的內容

    站控層設備、測控單元、I/O采集模塊等的故障；外部設備、電源、系統時鐘同步、網絡通信及接口設備、軟件運行異常、與遠方調度中心數據通訊及遠動通道故障；網控狀態(tài)監(jiān)視。

4.8.2 設備自恢復的內容

    當軟件運行異常時，自動恢復正常運行。

    當軟件發(fā)生死鎖時，自啟動并恢復正常運行。

    當設備有冗余配置時，在線設備發(fā)生軟、硬件故障時，能自動切換到備用設備上運行。

此外，系統具有便于試驗和隔離故障的斷開點。可通過公共電話網對系統進行遠程維護。對于間隔層的測控單元，可通過便攜式計算機對其進行維護。

5.1系統指標

   模擬量測量綜合WU差≤0.2%;

   電網頻率測量WU差≤0.01Hz;

   模擬量刷新周期≤3s;

   數字量響應時間≤1s;

   事件順序記錄分辨率(SOE)≤2ms;

   控制命令從生成到輸出的時間≤1s;

   畫面調用響應時間≤1s;

   模數轉換分辨率≥12位；

   控制操作正確率=100%。

5.2測控裝置指標

   額定頻率50Hz;交流電壓100V;交流電流1A;供電電壓220VDC/AC。

   負載：交流電流回路≤0.8VA/相；交流電壓回路≤0.5VA/相；直流回路≤25W。

   模擬量測量精度：電流、電壓0.2%功率0.5%頻率0.01Hz。

   數據更新時間：遙控(包括返送校核)命令傳送時間≤3s。

   GPS對時精度：站級工作主站間1ms;間隔層測控裝置1ms。

   測控網負載率：正常情況下≤25%;電力系統故障情況下≤40%。

   系統可用率：大于99.9%。

   環(huán)境溫度：站級工作站0～40℃;間隔層設備-20～+60℃。

   相對濕度：5%～95%。

   大氣壓力：80～110kPa。

6.1 概述

      針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統，實現了變電、配電、用電的安全運行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

      Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統。該系統是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術，集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站，可實現對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經濟運行提供了堅實的保障。

6.2 應用場所

    適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。

6.3 系統架構

     Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統采用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網絡通信層和現場設備層，組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環(huán)網網絡結構，根據用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。

6.4 系統功能

6.4.1實時監(jiān)測：直觀顯示配電網的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關故障、告警等信號。

6.4.2電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量。

6.4.3曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

6.4.4運行報表：查詢各回路或設備時間的運行參數。

6.4.5實時告警：具有實時告警功能，系統能夠對配電回路遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

6.4.6歷史事件查詢：對事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

6.4.7電能統計報表：系統具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況。

6.4.8用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。

6.4.9網絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。

6.4.10電能質量監(jiān)測：可以對整個配電系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。

6.4.11遙控功能：可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。

6.4.12故障錄波：可在系統發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

6.4.13事故追憶：可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。

6.4.14 Web訪問：展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息，設備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

6.4.15 APP訪問：設備數據頁面顯示各設備的電參量數據以及曲線。

6.5系統硬件配置

[1]張黑山.電力監(jiān)控系統在糧食儲備庫中的應用。

[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版本