有色冶金企业供电系统集中监控方案设计与应用.pdf

2 0 1 1年 4月 第 2期 王德成等 有色冶金企业供电系统集中监控方案设计与应用 ．4 5 ． 有色冶金企业供 电系统集 中监控方案设计与应用 王德 成 ， 王兴贵 。 1 ． 金川集 团公司动力厂 ， 甘肃 金 昌7 3 7 1 0 4 ； 2 ． 兰州理 工大学 电信学 院， 甘肃 兰州7 3 0 0 0 0 【 摘要】 基 于光 纤通讯环 网、 计算机 网络通讯技术和 D F 8 0 0 2 度 自动化 系统 ， 设计 出企 业供 电 系统 集 中监控方案 ， 实现 了企业供 电系统的运行状 态实时监控 、 电气参数 实时监测 、 事故异常报 警处理、 运行分 析等综合功能。 【 关键词】 有 色冶金 ； 供 电系统 ； 监控 ； 调度 自动化 ； 设计 ； 应 用 【 中图分类号】 T F 0 8 3 ． 2 [ 3 C 献标识码】 B 【 文 章编号】 1 6 7 2 6 1 0 3 2 0 1 1 0 2 0 0 4 5 0 4 0 引言 目前 ， 许多有色冶金企业都集采 、 选 、 冶 、 化和金 属深加工为一体 ， 其供电系统 电压 6 k V及 以上 都 由数十个高压变 配 电、 整流所和数条架空 电缆 线路组成 ， 有的企业还有一定数量的 自备 电厂。这 些供 电设施分布于井下 、 地表、 生产厂房等方圆几公 里的各生产单位 ， 为各生产流程提供所需 的电力供 应。由于变电站建成年代不同 ， 技术装备水平相差 较大 ， 变电站综合 自动化改造和集中监控在实施上 存在一定的困难。近些年已实现综合 自动化 的变 电 站 所 也 由于技术 、 投资等原 因， 各站 所 相对独 立 ， 无 网络联系， 数据交换不畅。已有简单通讯设备 的变 电站 所 也 因厂家 技 术差 异 较 大 、 技术 规 约 相 互兼容性 不高 ， 上下级 站之 间通 讯和监控 困难 】 。 这些 问题 的存在 ， 不仅不能实现供 电系统的运行信 息资源共享 ， 影响系统故障的判断和事故情况下及 时恢复 ， 也使变 电站综合 自动化技术的效益难以发 挥 ， 供 电系统统一调度和管理受到技术限制。本文 介绍了某企业供电系统集中监控方案的设计及应用 效果。 1 供电系统集中监控构想 1 ． 1 集 中监 控 的含义 集中监控有两层含义 一是指变 电站本站集 中 监控 ， 包括 变 电站站 内 的运 行设 备集 中监 控 系统 、 视 【 作者 简介] 王德 成 1 9 6 6 一 ， 男 ， 甘 肃武威 人 ， 工学 学士 ， 高级工 程师 ， 从事企业供配 电技术和管理等方面的研究 。 【 收稿 日期] 2 0 1 0 1 2 2 8 频系统 、 消防报警系统及温度检测系统I ； 二是指对 一 定区域 内数个变 电站组成的供电系统实行集中监 控 ， 包括对变 电站进行无人值守改造或实现综合 自 动化 ， 设 立集 中监 控子站 、 信息传输系统和集 控总 站。本文所述的供电系统集中监控主要是指后者。 1 ． 2 供 电系统集 中监 控方 案设计 构 想 企业供电系统 电压 6 k V及 以上 的特点是变 电站数量多， 各站空间距离短 ， 一个降压站下属多个 配 电 整流 站 所 ， 距离生产设备近 ， 直接启动设备 多 。变电站实现集 中监控 的必要条件是各站 的监 控 数据能够 上传 ， 也 即本站有 远程测控 终端 R T U R e m o t e T e r mi n a l U n i t ， 或监控和数据采集 S C A D A 系统， 或类似的系统和设 。方案设计的思路是尽量 利用成熟的技术和设备 ， 少增加或少改造现有各变 电站 的设备 ， 充分利用已形成 的技术和设备 ， 实现对 企业绝大部分变电站的集 中监控。提出的设计方案 如下 1 整 个 系统采 用分层 结 构 ， 自上至 下分为 集 中 监控主站 供电系统调度员站 、 按地理位置或电压 等级或负荷 中心等方式组建 的集中监控子站 、 监控 终端变 电站 。 2 集 中监控主站与子站之间采用光纤通讯环 网通讯 ； 在监控子站和变电站安装通讯设备 ， 利用 电 力线路光纤差动保护光缆或通讯光缆形成传输通 道 ， 将信息上传至监控子站 ， 保证集中监控的可靠性 和数据传递的速率 。 3 终端变电站 的监控 系统满足集 中监控 的要 求 。对于部分老站进行变 电站综合 自动化技术改 4 6 中固 有色冶 金 A 卷生产实践篇 设备及自动化 造 ， 对不宜进行变电站综合技术改造 的老站可采用 R T U技术 、 简单的信号集 中上传等技术手段进行改 造 ， 满足监控的要求 ； 已实现变电站综合 自动化的变 电站直接监控 。 1 ． 3 供电系统集中监控实现的功能 1 终端变电站层 一般装设有变电站综合 自动 化设备或 R T U设备 ， 本站能够独立运行 ， 实现本站 数据采集和数据处理 ， 控制和事件记录与报警， 事故 追忆、 历史事件及数据的查询 ， 显示 、 查询功能， 安全 保护 ， 远方通讯功能与系统扩展【4 】 。并且有远 动设 备 ， 能将本站信息处理后向上一级站传输。整个变 电站无人值守。 2 监控子站层 能使数据和报告上传 主站 ， 数 据和指令下达到终端站， 设计成有人值班 ， 一般应是 中央变电所或负荷中心变 电所 ， 除对本所的运行进 行监控外 ， 主要对下属各监控终端站进行监控 。它 是区域运行管理中心， 也是操作人员集中值班场所[5 1 。 3 监控主站层 是整个供电系统 自动化监控和 管理 的核心 ， 主要负责采集 、 管理整个系统区域 中心 f 子站 传上来 的数据 ； 负责数据的处理 、 存储 、 事故 的报警 ， 远方的控制， 事故的隔离 ， 无故障区域的供 电恢复等 ； 负责与配电管理多个子系统的接 口， 实现 数据共享 ， 完成配电信息的管理和维护 。具有谐波 分析、 系统潮流分析 、 全站智能化操作闭锁 、 全网时 钟同步等功能， 并保 留人工直接跳合闸操作出口。 2 供 电系统集 中监控功能的实现方式 2 ． 1 终端变电站层的实现方式 终端变 电站层 的实现方式分为两种 完全采用 成熟的变电站综合 自动化系统实现 ， 称之为综合 自 动化实现方式 ； 采用变 电站综合 自动化技术和设备 改造 ， 或采用 R T U技术和设备进行改造 ， 增加部分 消防、 防盗 、 门禁或图像监控技术和设备 ， 实现变 电 站无人值守 ， 称之为监控改造实现方式。 2 ． 1 ． 1 综合 自动化实现方式 该方式的基本结构 、 网络结构 、 系统配置与变电 站综合 自动化的实现方式类似， 典型的网络结构及 配置如图 1 。 光收发机 监控主机兼操 作工作站 网络服务器兼运动工作站 J 工程师站 以太 网T C P ／ I P I 网 络 定 换 机 } 网 络 交 换 机 2 I l l f f 1 通讯服务器 通讯服务器 2 l l 上 消 防 系 统 【． ． ． 一． ． ． ．． ． ．． ． ． ．． ．I一 图像监控系统等 傲 其 机 电 直 微 他 综 能 流 机 智 保 表 系 消 能 装 统 谐 设 置 备 图1 终端变电站监控网络 2 ． 1 ． 2 监控改造实现方式 采用 R T U作为独立的数据获取与控制单元 ， 它 通过 自身的软件系统 ， 实现监控子站对生产现场 的 遥测、 遥控 、 遥信和遥调等功能。适用对老变电站的 二次系统进行改造， 实现无人值守。 1 基本结构和配置 系统分为二个层次 ， 包括 作为站级信息收集处理的主处理器层和作为与现场 电气设备接 口的I ／ O部分的间隔层 。站级主处理器 2 0 1 1 年 4月 第 2期 王德成等 有色冶金企业供电系统集中监控方案设计与应用 ．4 7 ． 作为整个系统的核心 ， 完成整个变 电站所有数据的 收集 、 整理 、 上传 ， 并对 I ／ O 接 口插件 模块 进行管 理和下发各种命令 ， 同时完成与站 内其它智能设备 的接 口以及 与站 控层 监 控 系统 上位 机 的通 信 。 I ／ O 测控单元完成各间隔单元各种信息的采集和控制 ， 并上传给主处理器。问隔层包括与现场电气设备接 口的一定数量 的各种标准 I ／ 0插件 ， 实现现场各类 开关量及脉 冲量输入输出 、 遥控 、 交流采样等功能 。 配 置 包 括 C D T 8 5 、 D L 4 5 1 9 l 、 S C I 1 8 0 1 、 T e l e p h o n e 、 F D K、 u 4 F 规约等内容的通讯规约库。 2 网络 结构 主处 理 器 与各 前 置 I ／ O接 口单 元 交换机 1 交换机 2 之间采用光纤或双绞线局域网通信 ， 总线驱动器均 经过光隔， 实时通信。插板与插板之间、 插板与现场 电气接线之间， 均采用完全的电气隔离 ， 避免相互干 扰和地线回流等 问题 。 2 ． 2集 中监控 子站 的 实现方 式 2 ． 2 ． 1 基本结构 集 中监控子站按结构和功能可分为两层 通信 管理层及监控层。通信管理层将各终端监控子站传 来的信息经过终端服务器处理 ， 通过工业以太 网与 监控层的监控主机联网， 实现对下属变电站的监控 ， 如 图 2 。 前置服务器 监控 主机 报表及维护工作站 一j I l I 『 f 』 i J i i J I 终 端 服 务 器 J I 终 端 服 务 器l l 光 通 讯 设 备f S C AD A ／ 历 一 旦 史 服 务 器 厂 匕 纤 收 发 机 } 一 ] 上 传 监 控 主 站 f l l ● 广 ] r L ] J l I 图2 集中监控子站系统图 2 ． 2 ． 2 系统 配置 监控层配置 2台服务器 兼前置机 实现对下属 各所 的实时及历史 数据 的处理 ， 配置 2 台监控 主机 实现对下属各所运行信息的监控和事故状况下的操 作。通讯管理层配置光传输设备 ， 接受终端变电站 上传 的信息 ， 通过互为备用两 台终端服务器进入监 控层 ， 并将处理过 的信息提供给远程监控用 的服务 器和光端机 ， 再上传监控主站 。网络采用分流／ 冗余 的 S o l a r i s U n i x双 网 系 统 ， 配 备 相 应 的操 作 系 统 Wi n d o w s X P或 U n i x 、 O R A C L E数 据 库 软 件 以及 S C A D A功 能软件 包 。 2 ． 2 - 3 网络结 构 采用双服务器冗余 ， 客户端以太双网， 设置通信 机间的双端 口【 I E C1 0 1 M， I E C 1 0 3 协议] 冗余 ， 监控机 上设置实时数据库冗余等。 2 ． 3 集 中监控 主站 的 实现方 式 2 - 3 ． 1 基本结构 采用 D F 8 0 0 2 系统 组 成集 中监 控主 站 供 电系统 以太 网A 以太 网 B 调度员站 ， 按地理位置的分布在各监控子站之间建 立光纤通信环网 ， 各子站和监控主站都作为环网的 一 个 节点 ， 其 信息通过光纤通信 网进入 D F 8 0 0 2系 统 ， 完成数据采集／ S C A D A处理／ 数据库处理工作 ， 对 各监控子站实现集中监控。 2 - 3 ． 2网络结构 采用 I B AS 1 3 0 B [ D H S A U 一 0 2 A的组 网方案 。 各监控子站和主站装设相应的光通讯设备。光缆选 用 l 6 芯全介质 自承式光缆 A D S S 或 O P G W光缆。 2 ． 3 ． 3系统 配置 两 台集控主机 兼做调度员工作站 ； 报表工作 站 ； G P S 卫星钟 ； 防火墙设备 。一 台核心交换机 ， 至 少 5 对千兆光 口模块的高端路 由交换机 ， 用于划分 路由交换功能 。集中监控主站系统与各监控子站 ， 采取网络 I E C 1 0 1 规约、 I E C 1 0 4 规约进行通信。 3 供 电系统集 中监控设计方案 的应用 和应 注意的问题 某企业供电系统的大部分变电站按上述方案实 4 8 中固 有色冶 金 A卷生产实践篇 设备及自动化 现集中监控后 ， 解决 了不同时期建设 的变电站的监 控和无人值班改造 、 不同厂家通讯规约互不兼容 、 变 电站综合 自动化技术 的效益发挥不充分等的问题 ， 使更多的变 电所实现无人值守 ， 进一步提高了供电 系统职工的劳动生产效率和供电系统 的稳定性 、 可 靠性 。 供 电系统集中监控设计方案在应用中应注意如 下 问题 1 要在对企业所有变电站的布置 、 技术装备水 平、 在企业供电系统中的重要性等方面充分调研的 基础上 ， 确定适合本 企业供 电特点 、 经济实用 的方 案， 统一规划 ， 分步实施 ， 既满足企业供 电系统智能 化的要求 ， 又与企业 的整体发展相适应。文中的方 案适用较大型变电站超过 l 0 个的企业。 2 变电站集中监控改造涉及多个专业 ， 要提前 选拔和培训相关专业的技术人员 ， 在实施前进行多 方案技术经济 比较 ； 实施过程中全程参与 ， 掌握软硬 件维护技术 ， 保证改造后能够可靠运行 ， 发挥效益。 3 在满足设备技术性能的前提下尽量采用相 同通讯规约的设备， 增强监控软件的适应性。 4 不论是综合 自动化系统 、 监控系统还是通信 系统 ， 使用软件的现场运行可靠性和稳定性要高， 以 减少 由于部分系统死机、 软件崩溃 、 文件丢失而造成 的对监控系统维护量 。 5 调度员工作站和监控子站要合理分担信息 的处理量 ， 以免影响通讯的速率和事故情况下监控 系统响应速度 ] 。 6 对系统运行的安全性要高度重视 ， 配置专用 防火墙将监控网络与其他网络隔离开 ； 加强管理 ， 采 取防“ 病毒” 措施 ； 对遥控对象设置一组遥控条件 ， 防 遥控操作被系统禁止碡 ] 。 4 结论 该方案能够实现企业供 电系统 的集中监控 ， 是 变电站综合 自动化、 网络通信 、 计算机等技术在企业 中的综合应用 ， 对于提升企业供电系统的可靠性 ， 推 动供电系统的管理逐步向“ 自动化 ， 集中化 ， 智能化” 方向发展 ， 技术创新降成本， 改变传统的运行管理模 式等方面有着积极的作用。 参考文献】 【 l 】 王德 成． 大功 率整流 集中监 控系统设 计与应 用Ⅲ． 世界有 色金 属 ， 2 0 0 7 ， 增 刊 3 5 2 3 5 4 ． [ 2 】 黄益庄． 变 电站综合 自动化技术[ M】 ． 北京 中国 电力出版社 ，2 0 0 1 ． 【 3 ] 刘凌 云． 浅谈配电网 自动化系统建设【 J ] ． 广东科技 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ． [ 4 】 丁书文， 黄训诚 ， 胡起宙编著． 变电站综合 自动化原理及应用【 M】 ． 北京 中国电力 出版社， 2 0 0 2 ． 【 5 】 陈庆， 王 晓东等． 5 0 0 k V变 电站集 中监控少人值守【 J 】 ． 江苏电机工 程 ， 2 0 0 8 ， 3 3 9 4 1 ． 【 6 】 赵家庆． 2 2 0 k V无 人值 守变电站远方监控系统建设 【 J 】 ． 电力 系统 自动化 ， 2 0 0 3 ， 2 7 8 ． [ 7 】 严胜． 智能电网变电站集中监控告警专家处理系统的研究和 应用『 J ] ． 中国科技信息 ， 2 0 0 9 ， 1 9 2 5 2 7 ． I 8 ] 王加 友．无 人值守变电站安全运 行集 中监控问题 的探讨[ J 】 ． 电力 安全技术。 2 0 0 7 ． 4 3 2 3 4 ． De s i g n a nd a pp l i c a t i o n o f c e nt r a l i z e d m o n i t o r i n g s c he m e o f po we r s upp l y s y s t e m o f no n -f e r r o us m e t a l l ur g i c a l e nt e r pr i s e W ANG De c h e n g ，W ANG Xi n g g u i Ab s t r a c t Th e c e nt r a l i z e d mo ni t o r i n g s c h e me o f p o we r s u p p l y s y s t e m o f e n t e r p ris e wa s d e s i g n e d ba s e d o n t he r i n g n e t wo r k o f o p t i c a l fibe r c o mmun i c a t i o n ，c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y o f c o mp ut e r n e t wo r k a n d DF 8 0 02 di s p a t c h i n g a u t o ma t i o n s y s t e m． Th e c o mp r e h e ns i v e f u n c t i o n o f p o we r s u p pl y s y s t e m o f e n t e rpr i s e wa s r e a l i z e d，s u c h a s t h e r e a l -t i me mo n i t o r i n g o f r un n i n g s t a t e ，t h e r e a l - t i me mo ni t o r i ng o f e l e c t r i c pa r a me t e r ，t h e wa r n i n g a n d ba n - d l i n g o f t r o u b l e ， a b n o r mi t y a n d S O o n． Ke y wo r ds n o n- f e r r o u s me t a l l u r g y ； p o we r s u p p l y s y s t e m； mo n i t o r i n g ； d i s p a t c h i n g a u t o ma t i o n ； d e s i g n ；a p pl i c a t i o n