有色冶金企業(yè)供電系統(tǒng)集中監(jiān)控方案設計與應用

王德成，王興貴

（1.金川集團公司動力廠，甘肅 金昌 737104；2.蘭州理工大學電信學院，甘肅 蘭州 730000）

有色冶金企業(yè)供電系統(tǒng)集中監(jiān)控方案設計與應用

王德成1，王興貴2

（1.金川集團公司動力廠，甘肅 金昌 737104；2.蘭州理工大學電信學院，甘肅 蘭州 730000）

基于光纖通訊環(huán)網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡通訊技術和DF8002調(diào)度自動化系統(tǒng)，設計出企業(yè)供電系統(tǒng)集中監(jiān)控方案，實現(xiàn)了企業(yè)供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)控、電氣參數(shù)實時監(jiān)測、事故異常報警處理、運行分析等綜合功能。

有色冶金；供電系統(tǒng)；監(jiān)控；調(diào)度自動化；設計；應用

0 引言

目前，許多有色冶金企業(yè)都集采、選、冶、化和金屬深加工為一體，其供電系統(tǒng)（電壓6 kV及以上）都由數(shù)十個高壓變（配）電、整流所和數(shù)條架空（電纜）線路組成，有的企業(yè)還有一定數(shù)量的自備電廠。這些供電設施分布于井下、地表、生產(chǎn)廠房等方圓幾公里的各生產(chǎn)單位，為各生產(chǎn)流程提供所需的電力供應。由于變電站建成年代不同，技術裝備水平相差較大，變電站綜合自動化改造和集中監(jiān)控在實施上存在一定的困難。近些年已實現(xiàn)綜合自動化的變電站（所）也由于技術、投資等原因，各站（所）相對獨立，無網(wǎng)絡聯(lián)系，數(shù)據(jù)交換不暢。已有簡單通訊設備的變電站（所）也因廠家技術差異較大、技術規(guī)約相互兼容性不高，上下級站之間通訊和監(jiān)控困難[1]。這些問題的存在，不僅不能實現(xiàn)供電系統(tǒng)的運行信息資源共享，影響系統(tǒng)故障的判斷和事故情況下及時恢復，也使變電站綜合自動化技術的效益難以發(fā)揮，供電系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和管理受到技術限制。本文介紹了某企業(yè)供電系統(tǒng)集中監(jiān)控方案的設計及應用效果。

1 供電系統(tǒng)集中監(jiān)控構想

1.1 集中監(jiān)控的含義

集中監(jiān)控有兩層含義：一是指變電站本站集中監(jiān)控，包括變電站站內(nèi)的運行設備集中監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)及溫度檢測系統(tǒng)[2]；二是指對一定區(qū)域內(nèi)數(shù)個變電站組成的供電系統(tǒng)實行集中監(jiān)控，包括對變電站進行無人值守改造或?qū)崿F(xiàn)綜合自動化，設立集中監(jiān)控子站、信息傳輸系統(tǒng)和集控總站。本文所述的供電系統(tǒng)集中監(jiān)控主要是指后者。

1.2 供電系統(tǒng)集中監(jiān)控方案設計構想

企業(yè)供電系統(tǒng)（電壓6 kV及以上）的特點是變電站數(shù)量多，各站空間距離短，一個降壓站下屬多個配電（整流）站（所），距離生產(chǎn)設備近，直接啟動設備多。變電站實現(xiàn)集中監(jiān)控的必要條件是各站的監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠上傳，也即本站有遠程測控終端RTU（Remote Terminal Unit），或監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)，或類似的系統(tǒng)和設備[3]。方案設計的思路是盡量利用成熟的技術和設備，少增加或少改造現(xiàn)有各變電站的設備，充分利用已形成的技術和設備，實現(xiàn)對企業(yè)絕大部分變電站的集中監(jiān)控。提出的設計方案如下：

（1）整個系統(tǒng)采用分層結構，自上至下分為集中監(jiān)控主站（供電系統(tǒng)調(diào)度員站）、按地理位置或電壓等級或負荷中心等方式組建的集中監(jiān)控子站、監(jiān)控終端變電站。

（2）集中監(jiān)控主站與子站之間采用光纖通訊環(huán)網(wǎng)通訊；在監(jiān)控子站和變電站安裝通訊設備，利用電力線路光纖差動保護光纜或通訊光纜形成傳輸通道，將信息上傳至監(jiān)控子站，保證集中監(jiān)控的可靠性和數(shù)據(jù)傳遞的速率。

（3）終端變電站的監(jiān)控系統(tǒng)滿足集中監(jiān)控的要求。對于部分老站進行變電站綜合自動化技術改造，對不宜進行變電站綜合技術改造的老站可采用RTU技術、簡單的信號集中上傳等技術手段進行改造，滿足監(jiān)控的要求；已實現(xiàn)變電站綜合自動化的變電站直接監(jiān)控。

1.3 供電系統(tǒng)集中監(jiān)控實現(xiàn)的功能

（1）終端變電站層：一般裝設有變電站綜合自動化設備或RTU設備，本站能夠獨立運行，實現(xiàn)本站數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，控制和事件記錄與報警，事故追憶、歷史事件及數(shù)據(jù)的查詢，顯示、查詢功能，安全保護，遠方通訊功能與系統(tǒng)擴展[4]。并且有遠動設備，能將本站信息處理后向上一級站傳輸。整個變電站無人值守。

（2）監(jiān)控子站層：能使數(shù)據(jù)和報告上傳主站，數(shù)據(jù)和指令下達到終端站，設計成有人值班，一般應是中央變電所或負荷中心變電所，除對本所的運行進行監(jiān)控外，主要對下屬各監(jiān)控終端站進行監(jiān)控。它是區(qū)域運行管理中心，也是操作人員集中值班場所[5]。

（3）監(jiān)控主站層：是整個供電系統(tǒng)自動化監(jiān)控和管理的核心，主要負責采集、管理整個系統(tǒng)區(qū)域中心(子站)傳上來的數(shù)據(jù)；負責數(shù)據(jù)的處理、存儲、事故的報警，遠方的控制，事故的隔離，無故障區(qū)域的供電恢復等；負責與配電管理多個子系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，完成配電信息的管理和維護。具有諧波分析、系統(tǒng)潮流分析、全站智能化操作閉鎖、全網(wǎng)時鐘同步等功能，并保留人工直接跳合閘操作出口。

2 供電系統(tǒng)集中監(jiān)控功能的實現(xiàn)方式

2.1 終端變電站層的實現(xiàn)方式

終端變電站層的實現(xiàn)方式分為兩種：完全采用成熟的變電站綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)，稱之為綜合自動化實現(xiàn)方式；采用變電站綜合自動化技術和設備改造，或采用RTU技術和設備進行改造，增加部分消防、防盜、門禁或圖像監(jiān)控技術和設備，實現(xiàn)變電站無人值守，稱之為監(jiān)控改造實現(xiàn)方式。

2.1.1 綜合自動化實現(xiàn)方式

該方式的基本結構、網(wǎng)絡結構、系統(tǒng)配置與變電站綜合自動化的實現(xiàn)方式類似，典型的網(wǎng)絡結構及配置如圖1。

圖1 終端變電站監(jiān)控網(wǎng)絡

2.1.2 監(jiān)控改造實現(xiàn)方式

采用RTU作為獨立的數(shù)據(jù)獲取與控制單元，它通過自身的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控子站對生產(chǎn)現(xiàn)場的遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。適用對老變電站的二次系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)無人值守。

（1）基本結構和配置：系統(tǒng)分為二個層次，包括作為站級信息收集處理的主處理器層和作為與現(xiàn)場電氣設備接口的I/O部分的間隔層。站級主處理器作為整個系統(tǒng)的核心，完成整個變電站所有數(shù)據(jù)的收集、整理、上傳，并對（I/O）接口插件（模塊）進行管理和下發(fā)各種命令，同時完成與站內(nèi)其它智能設備的接口以及與站控層監(jiān)控系統(tǒng)上位機的通信。（I/O）測控單元完成各間隔單元各種信息的采集和控制，并上傳給主處理器。間隔層包括與現(xiàn)場電氣設備接口的一定數(shù)量的各種標準I/O插件，實現(xiàn)現(xiàn)場各類開關量及脈沖量輸入輸出、遙控、交流采樣等功能。配置包括 CDT85、DL451-91、SCI1801、Telephone、FDK、u4F規(guī)約等內(nèi)容的通訊規(guī)約庫。

（2）網(wǎng)絡結構：主處理器與各前置I/O接口單元之間采用光纖或雙絞線局域網(wǎng)通信，總線驅(qū)動器均經(jīng)過光隔，實時通信。插板與插板之間、插板與現(xiàn)場電氣接線之間，均采用完全的電氣隔離，避免相互干擾和地線回流等問題。

2.2 集中監(jiān)控子站的實現(xiàn)方式

2.2.1 基本結構

集中監(jiān)控子站按結構和功能可分為兩層：通信管理層及監(jiān)控層。通信管理層將各終端監(jiān)控子站傳來的信息經(jīng)過終端服務器處理，通過工業(yè)以太網(wǎng)與監(jiān)控層的監(jiān)控主機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對下屬變電站的監(jiān)控，如圖2。

圖2 集中監(jiān)控子站系統(tǒng)圖

2.2.2 系統(tǒng)配置

監(jiān)控層配置2臺服務器（兼前置機）實現(xiàn)對下屬各所的實時及歷史數(shù)據(jù)的處理，配置2臺監(jiān)控主機實現(xiàn)對下屬各所運行信息的監(jiān)控和事故狀況下的操作。通訊管理層配置光傳輸設備，接受終端變電站上傳的信息，通過互為備用兩臺終端服務器進入監(jiān)控層，并將處理過的信息提供給遠程監(jiān)控用的服務器和光端機，再上傳監(jiān)控主站。網(wǎng)絡采用分流/冗余的Solaris Unix雙網(wǎng)系統(tǒng)，配備相應的操作系統(tǒng)（Windows XP或Unix）、ORACLE數(shù)據(jù)庫軟件以及SCADA功能軟件包。

2.2.3 網(wǎng)絡結構

采用雙服務器冗余，客戶端以太雙網(wǎng)，設置通信機間的雙端口[IEC101M，IEC103協(xié)議]冗余，監(jiān)控機上設置實時數(shù)據(jù)庫冗余等。

2.3 集中監(jiān)控主站的實現(xiàn)方式

2.3.1 基本結構

采用DF8002系統(tǒng)組成集中監(jiān)控主站（供電系統(tǒng)調(diào)度員站），按地理位置的分布在各監(jiān)控子站之間建立光纖通信環(huán)網(wǎng)，各子站和監(jiān)控主站都作為環(huán)網(wǎng)的一個節(jié)點，其信息通過光纖通信網(wǎng)進入DF8002系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集/SCADA處理/數(shù)據(jù)庫處理工作，對各監(jiān)控子站實現(xiàn)集中監(jiān)控。

2.3.2 網(wǎng)絡結構

采用IBAS 130B+PDH+SAU-02A的組網(wǎng)方案。各監(jiān)控子站和主站裝設相應的光通訊設備。光纜選用16芯全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)或OPGW光纜。

2.3.3 系統(tǒng)配置

兩臺集控主機（兼做調(diào)度員工作站）；報表工作站；GPS衛(wèi)星鐘；防火墻設備。一臺核心交換機，至少5對千兆光口模塊的高端路由交換機，用于劃分路由交換功能。集中監(jiān)控主站系統(tǒng)與各監(jiān)控子站，采取網(wǎng)絡IEC101規(guī)約、IEC104規(guī)約進行通信。

3 供電系統(tǒng)集中監(jiān)控設計方案的應用和應注意的問題

某企業(yè)供電系統(tǒng)的大部分變電站按上述方案實現(xiàn)集中監(jiān)控后，解決了不同時期建設的變電站的監(jiān)控和無人值班改造、不同廠家通訊規(guī)約互不兼容、變電站綜合自動化技術的效益發(fā)揮不充分等的問題，使更多的變電所實現(xiàn)無人值守，進一步提高了供電系統(tǒng)職工的勞動生產(chǎn)效率和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

供電系統(tǒng)集中監(jiān)控設計方案在應用中應注意如下問題：

（1）要在對企業(yè)所有變電站的布置、技術裝備水平、在企業(yè)供電系統(tǒng)中的重要性等方面充分調(diào)研的基礎上，確定適合本企業(yè)供電特點、經(jīng)濟實用的方案，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，既滿足企業(yè)供電系統(tǒng)智能化的要求，又與企業(yè)的整體發(fā)展相適應。文中的方案適用較大型變電站超過10個的企業(yè)。

（2）變電站集中監(jiān)控改造涉及多個專業(yè)，要提前選拔和培訓相關專業(yè)的技術人員，在實施前進行多方案技術經(jīng)濟比較；實施過程中全程參與，掌握軟硬件維護技術，保證改造后能夠可靠運行，發(fā)揮效益。

（3）在滿足設備技術性能的前提下盡量采用相同通訊規(guī)約的設備，增強監(jiān)控軟件的適應性。

（4）不論是綜合自動化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)還是通信系統(tǒng)，使用軟件的現(xiàn)場運行可靠性和穩(wěn)定性要高，以減少由于部分系統(tǒng)死機、軟件崩潰、文件丟失而造成的對監(jiān)控系統(tǒng)維護量［6］。

（5）調(diào)度員工作站和監(jiān)控子站要合理分擔信息的處理量，以免影響通訊的速率和事故情況下監(jiān)控系統(tǒng)響應速度［7］。

（6）對系統(tǒng)運行的安全性要高度重視，配置專用防火墻將監(jiān)控網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡隔離開；加強管理，采取防“病毒”措施；對遙控對象設置一組遙控條件，防遙控操作被系統(tǒng)禁止［8］。

4 結論

該方案能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)供電系統(tǒng)的集中監(jiān)控，是變電站綜合自動化、網(wǎng)絡通信、計算機等技術在企業(yè)中的綜合應用，對于提升企業(yè)供電系統(tǒng)的可靠性，推動供電系統(tǒng)的管理逐步向“自動化，集中化，智能化”方向發(fā)展，技術創(chuàng)新降成本，改變傳統(tǒng)的運行管理模式等方面有著積極的作用。

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[6]趙家慶.220kV無人值守變電站遠方監(jiān)控系統(tǒng)建設[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（8）.

[7]嚴 勝.智能電網(wǎng)變電站集中監(jiān)控告警專家處理系統(tǒng)的研究和應用[J].中國科技信息，2009,（19）:25-27.

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Abstract:The centralized monitoring scheme of power supply system of enterprise was designed based on the ring network of optical fiber communication,communication technology of computer network and DF8002 dis?patching automation system.The comprehensive function of power supply system of enterprise was realized,such as the real-time monitoring of running state,the real-time monitoring of electric parameter,the warning and han?dling of trouble,abnormity and so on.

Key words:non-ferrous metallurgy;power supply system;monitoring;dispatching automation;design;application

Design and application of centralized monitoring scheme of power supply system of non-ferrous metallurgical enterprise

WANG De-cheng,WANG Xing-gui

TF083.2

B

1672-6103（2011）02-0045-04

王德成（1966—），男，甘肅武威人，工學學士，高級工程師，從事企業(yè)供配電技術和管理等方面的研究。

2010-12-28