關于35kV變電站電力綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的研究分析

安科瑞 華楠

摘要：35 kV 變電站的日常運維需要大量的人力物力，而集測量、控制、保護及通信等功能于一身的綜合自動化管理系統(tǒng)正是解決運維資源嚴重不足現(xiàn)狀的出路，故依據變電站監(jiān)控的企業(yè)需求，文章開發(fā)了3 層結構的35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)。針對不同生產廠家硬件設備管理監(jiān)控的需求，35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)可以對規(guī)約進行現(xiàn)場實時添加， 從而簡化變電站二次接線并切實降低運維成本，具有推廣和應用價值。

1.35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的需求

1）35 kV 變電站實時運行信息的采集、監(jiān)控及處理。諸如電度量、狀態(tài)量等35 kV 變電站實時運行信息可以經各種硬件裝置被采集，然后數字化后在實時數據庫進行存儲。此外，系統(tǒng)利用面向對象、全部開放及靈活組態(tài)的方式來實時顯示主接線圖、潮流圖、直流系統(tǒng)圖等圖形中的相關數據（如開關狀態(tài)、標示牌狀態(tài)），并實現(xiàn)數據分析、故障追憶、故障預警、裝置定值管理、運行快照及公式管理等功能。

（2）控制、操作和閉鎖。35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)具有斷路器、開關、變壓器接頭的調控和信號復位功能， 一旦發(fā)生故障將對相關裝置進行閉鎖，對參數進行遙控修改并對等級權限進行管理，從而確保各操作間的良好銜接性。

（3）日常管理及圖形的分析處理。系統(tǒng)可以對操作票 / 工作票的歷史票和標準票、交接班記錄、標準日報 / 月報 / 年報自由報表進行管理，對故障信息、操作記錄、統(tǒng)計報表、歷史記錄等數據進行查詢和打印。同時，用戶可以根據需要從系統(tǒng)中選擇相應的曲線、棒圖組態(tài)分析工具，以便更直觀地實現(xiàn)各類數據的分析處理。

（4）良好的人機交互。通過35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)，值班人員可以隨時掌握變電站的的運行情況（包括包括實時參數、主接線、各種開關的運行狀態(tài)、電壓、電流、功率，各種報表和曲線，報警界面及事故記錄等），一旦發(fā)現(xiàn)故障將可以實時妥善地進行處理。

2.35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的詳細設計

系統(tǒng)的設計原則和總體架構

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)在設計時要遵循如下原則。

（1）系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境并不是一成不變的，因此在設計時要對系統(tǒng)的電磁兼容性、故障診斷與處理、軟硬件的冗余度等問題進行考慮，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行。

（2）系統(tǒng)使用和維護的簡便性。系統(tǒng)的人機交互界面要良好，操作人員通過簡單的操作就能夠實現(xiàn)所需功能，并且系統(tǒng)的維護要簡便。此外，系統(tǒng)要具備良好的故障診斷與處理程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠及時被發(fā)現(xiàn)和處理。

（3）系統(tǒng)功能的模塊化。由于系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能比較復雜，因此在設計時可以采取模塊化的方式，將特定的功能交由不同模塊來完成，然后將這些功能各異的模塊組合成完整的系統(tǒng)。

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)從層次上可以分為現(xiàn)場控制級、監(jiān)控級、管理級3 層，現(xiàn)場控制級用于直接與現(xiàn)場各類裝置相連，執(zhí)行諸如運行數據采集等操作 ；監(jiān)控級用于監(jiān)視系統(tǒng)的各個單元，并管理系統(tǒng)的所有信息，主要包括：優(yōu)化控制、協(xié)調控制、系統(tǒng)運行監(jiān)控 ；管理級計算機位于整個自動化系統(tǒng)的頂端，通常具有很強大的處理能力。

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構如圖1 所示，整個系統(tǒng)由應用服務器模塊、系統(tǒng)主控模塊、監(jiān)控服務模塊、后臺數據庫模塊、通用報表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊等幾個部分構成，各部分具有如下聯(lián)系 ：作為整個系統(tǒng)的啟動模塊，監(jiān)控服務模塊實施對系統(tǒng)主控模塊、應用服務器模塊及監(jiān)控服務模塊的再啟動，并通過通信管理模塊來對這3 個模塊進行實時監(jiān)控 ；由監(jiān)控服務模塊再啟動后，系統(tǒng)主控模塊通過通用圖形分析工具模塊來實現(xiàn)各類圖形畫面的再編輯，并且通過通信管理模塊將下行命令進行發(fā)送 ；由監(jiān)控服務模塊再啟動后，系統(tǒng)主控模塊通過通用圖形分析工具模塊來實現(xiàn)實時數據和歷史數據的圖形方式分析打印，并可以自定義、顯示和編輯用戶所需的各類報表 ；通過應用服務器模塊，系統(tǒng)主控模塊、通用報表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊可以對后臺數據庫模塊進行訪問以獲取所需數據。

系統(tǒng)的工作模塊

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的工作模塊具體如下。

（1）當處于正常監(jiān)控運行時，系統(tǒng)執(zhí)行如下功能，將現(xiàn)場采集到的各類實時數據經下位機及保護測控單元傳輸通信管理模塊，對接收到的現(xiàn)場實時數據進行相應的處理，處理后的數據經通信管理模塊存儲到后臺數據庫模塊，各類數據以圖形的形式展示給現(xiàn)場運行人員，便于現(xiàn)場運行人員對35 kV變電站的運行狀況進行方位掌握。如果需要，各類數據可以經報表打印模塊完成定時打印日報表和月報表。

（2）當有需要時，經管理員發(fā)布的命令通過通信管理模塊與下位機取得聯(lián)系，從而執(zhí)行各類設備的遠程操控。

（3）當發(fā)生故障時，現(xiàn)場運行人員會從圖形顯示模塊中獲得相應的報警信息，以便及時對故障進行處理，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的數據源是各類現(xiàn)場實時數據，這意味著下位機及保護測控單元的數據采集、通信管理模塊的數據傳輸、后臺數據庫的數據存儲等是系統(tǒng)運行的基礎。

基于角色的權限設置

當不同用戶登錄到35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)時，因用戶角色的差異，系統(tǒng)將顯示不同的功能菜單界面，這樣確保用戶只能訪問具備權限的功能。例如當一個用戶角色改變時，管理員只需去掉用戶當前角色并加入新角色，這會提高系統(tǒng)的處理效率且實現(xiàn)技術比較簡單，由管理員執(zhí)行即可。而系統(tǒng)在設計時，對用戶的管理將使用戶控件控制用戶權限， 它的基本思想是 ：根據 RBAC（角色訪問控制）的基本原理， 給用戶分配一個角色，每個角色對應一些權限值，顯示網頁時， 根據權限值動態(tài)加載用戶控件。

3.安科瑞變電站綜合自動化系統(tǒng)產品介紹與選型

系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。

2）報警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2） 對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

3） 開關事故跳閘到指定次數或開關拉閘到指定次數，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

3）調節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

一級控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。

二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4）用戶權限管理

系統(tǒng)設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

系統(tǒng)硬件配置

4.結束語

本文針對35 kV 變電站需要實現(xiàn)綜合自動化管理的現(xiàn)實情況，以能實現(xiàn)控制、保護、測量、通信等功能相結合的綜合系統(tǒng)為出發(fā)點，依據國家相關標準和變電站企業(yè)需求，開發(fā)了3 層結構的后臺監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應速度快，數據傳輸可靠，控制精度高，并且易于管理，具有較高的技術水平和商業(yè)推廣價值。