港口樞紐變電站監(jiān)控系統(tǒng)方案摘要：非闡述了將要建設(shè)的西港電網(wǎng)中的樞紐變電站的監(jiān)控內(nèi)容及監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，現(xiàn)代電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)需要“五遙”功能即“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙視”同時對一些特殊功能及電磁兼容性也提出了更高的要求，文中給出了滿足上述要求的港口樞紐變電站監(jiān)控系統(tǒng)的整套方案。關(guān)鍵詞：電力、變電站、監(jiān)控系統(tǒng)、遠程圖像、自動化、方案1、 概述變電站的監(jiān)控自動化在我港投入使用已有近二十年的時間，在實踐的過程中，無論運行管理部門，投資決策部門和相關(guān)的產(chǎn)品供應(yīng)商都對實現(xiàn)自動化可以使變電站的設(shè)計、施工、運行、維護、管理和安全管理等諸多方面帶來很大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及視頻技術(shù)等新技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對港口供電系統(tǒng)自動化的要求，特別是對變電站監(jiān)控系統(tǒng)的要求在不斷地變化，要求越來越高，從手動操作到自動控制，從有人值守到無人值班，從孤島型監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)一體，從單純的數(shù)據(jù)傳送到視尋訊一體，從“一遙”到“四遙”到“五遙”，從集中配屏到分散安裝等等。電磁兼容性也越來越受到各部門的重視。同時隨著港口電網(wǎng)自身的發(fā)展，以及港口電網(wǎng)管理、經(jīng)營方式的改變。也會對相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)提出更多更高的要求。本文所述的港口樞紐變電站不應(yīng)僅僅理解為獨立的大中型變電站，多個小的變電站的集合也包括于此。本文所提出的方案也適用于港口集裝箱岸橋、場橋；高壓門機；高壓皮帶機；液化油罐區(qū)等相關(guān)的專業(yè)。2、 監(jiān)控內(nèi)容的分析從目前的需求來看，未來港口樞紐變電站的監(jiān)控內(nèi)容主要包括“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙視“以及其他的一些內(nèi)容。1、遙信對各類開關(guān)量和脈沖量的變化作出反應(yīng)，如斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的位置信號；變壓器的各種繼電器及開關(guān)的狀態(tài)，保護動作的繼電器接點信號，設(shè)備狀態(tài)信號、預(yù)告信號、報警信號、脈沖電度表等，同時啟動必要的事件順序記錄。事件記錄的分辨率為2ms左右。2.2、遙測對電氣和非電氣量進行測量，包括交流高速檢測和直流檢測。電氣量主要有電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等。非電氣量主要是溫度、壓力、真空度等。3、遙控對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、電容器組、保護及自動裝置以及其它開關(guān)設(shè)備進行控制操作，應(yīng)具有相應(yīng)的閉鎖功能。2.4、遙調(diào)對調(diào)相機有載調(diào)壓變壓器分接頭等進行升/降，設(shè)定值等調(diào)節(jié)操作也需具備閉鎖功能。2.5、遙視在無人值班或少人值班的變電站使用動態(tài)圖像監(jiān)視，重要設(shè)備的運行狀態(tài)，安全狀況及要害部位的情況等，并將圖像遠傳給主站系統(tǒng)或集控站。2.6、同期在樞紐變電站需配備自動（準）同期裝置使待并列的兩個系統(tǒng)在電壓、頻率和相位在滿足一定條件的情況下進行并列操作。7、故障錄波在事故發(fā)生的時候，能以毫秒級的精度連續(xù)記錄事故，前后一段時間內(nèi)各開關(guān)量、遙測量的數(shù)值供事故分析使用。8、備用電源自動投切對各種備用電源均能實現(xiàn)自動投入，如橋開關(guān)，母聯(lián)開關(guān)備自投，線路備自投，變壓器備自投及聯(lián)切負荷線路等。9、無功優(yōu)化按照系統(tǒng)的電壓情況和電容器，電抗器，有載調(diào)壓變壓器分接頭，靜止無功補償裝置，調(diào)相機的配置情況自動調(diào)整系統(tǒng)的電壓水平和無功潮流的分布達到穩(wěn)定電壓和無功功率的潮流分布控制在預(yù)先規(guī)定的范圍之內(nèi)的目的。10.小電流接地選線對于出線采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的變電站應(yīng)具有單相接地故障選線功能。11.環(huán)境監(jiān)控能及時將煙霧、溫度、門禁、水禁等報警信息傳給值班人員或上級調(diào)度中心。3、 監(jiān)控系統(tǒng)功能分析如上所述分析，港口樞紐變電站的監(jiān)控系統(tǒng)必須具備相應(yīng)的檢測與控制功能同時還應(yīng)具備一些相關(guān)的功能。1、數(shù)據(jù)采集能夠?qū)﹂_關(guān)量（開關(guān)、刀閘位置、各設(shè)備狀態(tài)、預(yù)報警事故信號復(fù)歸等）、脈沖量（主要是脈沖電度量）、數(shù)字量（通過各種數(shù)字通信接口交換的數(shù)據(jù)，如與微機保護、故障錄波裝置、微機交流采樣變送器、小電流接地選線裝置，無功自動調(diào)節(jié)裝置、直流監(jiān)視系統(tǒng)、同期操作裝置、消防監(jiān)視系統(tǒng)等交換的數(shù)據(jù)進行采集。能夠采集電氣模擬量（電流、電壓、頻率、相位、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數(shù)、壓力、流量、水位、油位等）2、控制與調(diào)節(jié)能夠?qū)Ω骺煽卦O(shè)備進行開/合，投/退等控制操作，可以按“選擇——返校——執(zhí)行”的方式實現(xiàn)每次操作一個對象的控制，也可以按批次控制、順序控制的方式一次對多個對象進行控制。無論那種控制方式，都要具備完整的控制閉鎖功能。能夠?qū)Ω骺烧{(diào)設(shè)備進行“升/降”、定值設(shè)定等調(diào)節(jié)操作，可以一次調(diào)節(jié)一檔，也可以一次調(diào)節(jié)多檔，但同樣要具備完整的調(diào)節(jié)閉鎖和邊界報警功能。3.3、遠程圖像監(jiān)視能對與預(yù)設(shè)的監(jiān)視對象進行快速定位、拍攝，對選定對象進行多角度、多視距平滑掃描，同時能將圖像進行壓縮處理后遠傳給主站，也能接收主站傳來的信息和控制命令對攝像機等設(shè)備進行遙控。3.4、智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成各智能設(shè)備之間的接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證智能設(shè)備之間的信息溝通如RTU與通信控制器、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等設(shè)備之間信息的傳遞。3.5、同期操作對于能夠按照電壓相等、頻率相同、相角相同的并網(wǎng)條件自動跟蹤兩側(cè)的相關(guān)量待符合同期條件時完成同期操作。6、運行監(jiān)視與故障、報警記錄能對故障錄波、無功自動調(diào)節(jié)、直流系統(tǒng)監(jiān)控、防止誤操作、小電流接地選線、集中控制、消防監(jiān)控、繼電保護等提供相應(yīng)的監(jiān)視控制和報警記錄手段。能監(jiān)視各斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置和動作情況，以及微機保護、直流設(shè)備和其它自動裝置的動態(tài)及動作情況，發(fā)生異常時給出對應(yīng)的聲光電報警、并作出相應(yīng)的記錄。通過對電氣及非電氣及電氣模擬量的判斷處理，可以根據(jù)其數(shù)據(jù)來監(jiān)視電網(wǎng)的運行判斷是否處于正常運行狀態(tài)，當處于非正常范圍時給出對應(yīng)的聲光報警并做出相應(yīng)的記錄。3.7、GPS對時為整個監(jiān)控系統(tǒng)提供時間基準、確保時基的一致性8、通信與網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，合理而完整的解決方案有利于系統(tǒng)功能的發(fā)揮。系統(tǒng)應(yīng)提供多條件通信方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。9、防誤操作傳統(tǒng)的防誤操作功能指防止誤操作斷路器防止帶負荷拉合閘、防止帶電掛接地線，防止帶線合刀閘、防止誤入帶電間隔等。實際上防誤操作的范圍要廣得多誤觸、誤碰、誤整定、誤接線、誤投退等也包括在內(nèi)，因此僅靠所謂的五防裝置是解決不了的，必須從系統(tǒng)級予以考慮解決各個控制裝置都應(yīng)該有自己的防誤操作的功能，一旦任何與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備出現(xiàn)故障該裝置也可防止誤操作。10、電磁兼容性監(jiān)控系統(tǒng)在電磁兼容性方面必須滿足現(xiàn)場運行的條件對于分散式安裝的設(shè)備特別是靠近高壓開關(guān)柜等設(shè)備的監(jiān)控裝置，必須滿足IEC1000-4最嚴酷的試驗等級4級而其他的往往要求達到3級。11、冗余配置系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)具有冗余配置的功能如電源、主處理器等等，以確保系統(tǒng)工作的連續(xù)性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)的冗余配置有利于通信的暢通。4、 系統(tǒng)方案分析未來西港池樞紐變電站的監(jiān)控應(yīng)包括三大部分：常規(guī)監(jiān)控如“四遙”等遠程圖像監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控。如圖1所示。上述三大部分通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控信息傳至港區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心、遠動主站及港區(qū)電網(wǎng)管理中心及集團公司相關(guān)業(yè)務(wù)部室同時通過網(wǎng)絡(luò)接收信息。通常常規(guī)監(jiān)控可以通過遠程圖像的遠傳通道來通信，也可直接利用自身的通道進行通信兩種通道對常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)來說可算冗余配置或通道備用。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)往往通過遠程圖像系統(tǒng)的遠傳通道來傳送監(jiān)測信息和接受命令。圖1：1、常規(guī)監(jiān)控由于港口電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)長期使用東方電子產(chǎn)品因此對其產(chǎn)品種類、性能較為熟悉因此本文以此舉例說明。圖2是利用東方電子的DF1700、DF1331系列產(chǎn)品組成的一個典型的監(jiān)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)為分層、分級、分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共分為三層：上層為當?shù)乇O(jiān)控層由一臺當?shù)乇O(jiān)控工作站組成；中間層為信息匯總及中央處理層，由一臺或兩臺DF1710主處理模塊、DF1740調(diào)制解調(diào)器及雙機切換模塊組成；底層為信息采集，控制層，由DF172X系列監(jiān)控模塊、DF175X單功能模塊、DF176X系列自動控制模塊、各種微機保護模塊等組成。上層與中層之間采用兩種不同性質(zhì)的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信，這兩種網(wǎng)絡(luò)分別是FDKBUS及CAN。雙網(wǎng)采用分流機制通信，雙網(wǎng)均可通過光纖傳輸。2、遠程圖象監(jiān)視圖3是一個典型的用予完成七個港區(qū)變電所，一個調(diào)度中心圖像監(jiān)控，系統(tǒng)通過光纖傳送圖像信息，同時通過圖像系統(tǒng)透明串口傳遞聲音和數(shù)字信息。4.3、環(huán)境監(jiān)控環(huán)境監(jiān)控主要是對變電站周圍進行防盜、防火、防爆、防浸、防水等進行監(jiān)控，包括煙霧、門禁、水浸等。利用先進的傳感器，將相應(yīng)的信號傳送到監(jiān)控控制器，控制器收到異常信號后，一方面將告警信息傳給上層系統(tǒng)，一方面啟動對應(yīng)的攝像系統(tǒng)進行錄象。5、 相關(guān)技術(shù)說明1、現(xiàn)場總線網(wǎng)與廣（局）城網(wǎng)的互連監(jiān)控系統(tǒng)廠站端設(shè)備（模塊）之間已廣泛采用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)互連從發(fā)展的角度看這些采用智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器及類似設(shè)備可以實現(xiàn)互連，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備與因特網(wǎng)互連之后必須解決網(wǎng)絡(luò)安全的問題。5.2、可編程的RTU傳統(tǒng)的RTU已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電力監(jiān)控的要求，當一次設(shè)備的控制下放到間隔時，RTU應(yīng)具有可編程功能，同時可編程特性也有利于減少誤控與誤傳，如建立嚴格的閉鎖條件防止誤操作，建立適當?shù)穆?lián)動邏輯條件判斷狀態(tài)改變的真實性可防止遙信誤報。3、雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)IEC的TC57工作組建議變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和PROFIBUS,來組成雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，協(xié)議采用104規(guī)約。這種建議一時難以辦到，更何況現(xiàn)場總線的統(tǒng)一也是不現(xiàn)實的，實際上在監(jiān)控系統(tǒng)的采集層采用不同的性質(zhì)的現(xiàn)場總線構(gòu)成雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)是可行的，也是非?？煽康?，而對于數(shù)據(jù)傳輸層采用雙以太網(wǎng)或以太網(wǎng)加PROFIBUS則是可行的。傳輸協(xié)議的標準化無疑是理所當然的。4、監(jiān)控與保護的無縫連接當監(jiān)控與保護不是一個裝置，或當監(jiān)控與保護不是同一個廠家的產(chǎn)品時，監(jiān)控與保護之間就存在信息交換的問題。此問題的提出是考慮監(jiān)控與保護共用監(jiān)控信息傳輸通道而引出的。目前的解決方法是通過串口與通信處理機連接，這種辦法顯然不利于按間隔完成監(jiān)控與保護的功能，一種行之有效的方法是使用智能轉(zhuǎn)換裝置與保護相連，通過智能協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置與監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部現(xiàn)場總線相連，使之成為監(jiān)控系統(tǒng)的一個智能設(shè)備。。6、 結(jié)論：由于西港池建設(shè)周期較長，期間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、光電數(shù)字互感器、智能傳感器、等新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用；未來西港池樞紐變電站的監(jiān)控系統(tǒng)將會在可靠性、準確性、快速性、選擇性等更上一個新臺階，但監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)框架變化不大。監(jiān)控系統(tǒng)必須采用開放、分布、分散、分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既可分散安裝，又可集中配屏。采用標準的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、標準的通信規(guī)約和客戶機/服務(wù)器模式。系統(tǒng)的各模塊穩(wěn)定協(xié)調(diào)的工作，關(guān)鍵部分采用冗余、備份等措施，確保不因單個模塊的故障而影響整個系統(tǒng)的正常運