楊 杰
(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司,哈爾濱 150046)
根據(jù)汽輪機(jī)廠中心變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)二年多穩(wěn)定高效的良好運(yùn)行記錄,結(jié)合6kV變電站實(shí)際運(yùn)行情況,經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)工程師、運(yùn)行人員以及上海銳安公司工程師共同分析和評(píng)估,認(rèn)為,目前的一饋、二饋、三饋和四饋?zhàn)冸娬具€沒有實(shí)現(xiàn)信息化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。為更加安全、可靠、高效率供電,節(jié)約維護(hù)運(yùn)行成本,應(yīng)對(duì)以上6 kV變電站的通訊網(wǎng)絡(luò)及保護(hù)、測控裝置進(jìn)行升級(jí)改造,實(shí)現(xiàn)中心變電站對(duì)全廠變電站進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控,提高信息管理水平,達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
現(xiàn)在6kV監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行方式為:落后的模擬繼電器保護(hù)、沒有實(shí)現(xiàn)信息綜合自動(dòng)化。
一饋共有18面控制柜,二饋共有24面控制柜,以上兩個(gè)變電站內(nèi)每個(gè)控制柜保護(hù)采用的均是使用了近20 a的舊式模擬繼電器,這些繼電器已經(jīng)老化,維護(hù)難度和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大大增加。對(duì)廠內(nèi)整個(gè)供電系統(tǒng)造成很大的危害。
三饋共有18面控制柜,四饋共有24面控制柜,這兩個(gè)站內(nèi)的控制柜已經(jīng)于2007年更換過,保護(hù)采用的仍然是模擬繼電器器件,現(xiàn)在不具有通訊接口,不能實(shí)現(xiàn)中心變的監(jiān)控。
現(xiàn)在中心變的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是單網(wǎng)絡(luò)、單主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控結(jié)構(gòu)。主機(jī)沒有實(shí)現(xiàn)冗余,網(wǎng)絡(luò)通道也沒有實(shí)現(xiàn)冗余。如果主機(jī)或通訊通道出現(xiàn)故障,在故障恢復(fù)期間,值班人員就不能夠監(jiān)控整個(gè)中心變,影響實(shí)時(shí)監(jiān)控供電情況。
現(xiàn)在中心變電站內(nèi),調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)由監(jiān)控主機(jī)來完成,由于中心變監(jiān)控主機(jī)本身任務(wù)較多并且都是監(jiān)控核心,十分重要。額外的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)勢必會(huì)影響監(jiān)控主機(jī)的正常運(yùn)行。
一饋、二饋?zhàn)冸娬静捎孟冗M(jìn)的綜合保護(hù)裝置,更換原來的模擬繼電器保護(hù)裝置為微機(jī)保護(hù)裝置。三饋、四饋?zhàn)冸娬静捎孟冗M(jìn)的RTU測控裝置,實(shí)現(xiàn)中心變對(duì)廠內(nèi)6 kV變電站的監(jiān)控,改造工作可以一步完成,也可分成幾個(gè)步驟進(jìn)行。
將變電站內(nèi)的模擬保護(hù)設(shè)備更換為先進(jìn)的綜合保護(hù)裝置。完全可以滿足目前保護(hù)、測控要求,并留有很大的余量,所有型號(hào)的綜合保護(hù)裝置均具有高速的雙10/100 M自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口。與中心變通訊組網(wǎng)方便、先進(jìn),是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)未來通訊方式的主流。新一代綜合保護(hù)裝置的優(yōu)勢是:
(1)先進(jìn)成熟的設(shè)計(jì)使綜保更安全可靠。
(2)組態(tài)化設(shè)計(jì)和采用高速以太網(wǎng)通訊方式屬國內(nèi)國際領(lǐng)先行列,設(shè)計(jì)節(jié)約成本。
(3)可實(shí)現(xiàn)無人值守變電站。
采用先進(jìn)的RTU測控設(shè)備以組屏的方式把站內(nèi)每個(gè)線路的所有遙測量、遙信量,遙控量進(jìn)行采集,通過高速雙以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳送到中心變,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。三饋放置2面RTU測控屏和一面通訊屏。四饋站內(nèi)放置3面RTU測控屏和一面通訊屏。
增加一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)和2臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),軟件采用雙網(wǎng)絡(luò)版,就可以實(shí)現(xiàn)雙主機(jī)雙以太網(wǎng)絡(luò)冗余熱備這一現(xiàn)在、將來都是核心變電站主流的更先進(jìn)的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建好之后,廠內(nèi)下一級(jí)變電站的監(jiān)控信息非常方便接入,可實(shí)現(xiàn)對(duì)6kV變電站的統(tǒng)一監(jiān)控管理。
將原來的工程師站計(jì)算機(jī)改造為轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)。這樣,整個(gè)中心的監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)更加穩(wěn)定、可靠、高效。
(1)模擬量。
模擬量數(shù)據(jù)具有數(shù)值的相關(guān)性、合理性檢查,進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換,更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,可進(jìn)行多級(jí)限值檢查及變化速率檢查,具有零值死區(qū)處理,可進(jìn)行人工或自動(dòng)替換,虛擬遙測的計(jì)算等功能,具有越限報(bào)警功能。遙測數(shù)值可有多種顯示方式,例如數(shù)值、棒圖、曲線趨勢圖、表盤、表格和餅圖等。具有高限、低限越限報(bào)警功能,越限報(bào)警等數(shù)值可由維護(hù)人員輸入設(shè)定,并以備校正,調(diào)整及報(bào)警。
(2)數(shù)字量。系統(tǒng)能采集以下各種數(shù)字量。
各饋線回路的開關(guān)位置信號(hào)和故障信息信號(hào);
變電站相關(guān)斷路器的位置信號(hào)、遠(yuǎn)方/就地位置信號(hào)及分類保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、故障區(qū)段鑒別信號(hào)等。
交流工作電源狀況信號(hào);
各個(gè)監(jiān)控保護(hù)設(shè)備的信道狀況信號(hào);
對(duì)于數(shù)字量的處理包括:合理性檢查及報(bào)警,可進(jìn)行主站端定義;邏輯處理及手工輸入狀態(tài),復(fù)合遙信的計(jì)算等。
(3)狀態(tài)量。主要包括:斷路器位置、手車位置信號(hào);事件預(yù)告信號(hào);保護(hù)動(dòng)作信號(hào);統(tǒng)計(jì)通信中斷次數(shù)信號(hào);直流系統(tǒng)故障及熔斷器熔斷信號(hào);控回?cái)嗑€信號(hào);交流電壓回路斷線。
(4)遙控量??蓪?duì)斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)方/就地分、合操作。
保護(hù)信息。系統(tǒng)可以與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(微機(jī)保護(hù))通信。保護(hù)信息有:保護(hù)開關(guān)狀態(tài)量;保護(hù)測量值;保護(hù)定值;保護(hù)動(dòng)作信息;裝置運(yùn)行信息;保護(hù)信號(hào)復(fù)歸;保護(hù)定值下載。
本系統(tǒng)計(jì)算模塊可以根據(jù)用戶需求對(duì)模擬量、開關(guān)量進(jìn)行各種方式的統(tǒng)計(jì)計(jì)算,計(jì)算得到的量又可以參加另外的計(jì)算過程,得出更加復(fù)雜結(jié)果,計(jì)算公式可由用戶設(shè)定。
模擬量計(jì)算公式包括:變量、常數(shù)、加、減、乘、除、平方、開方、括號(hào)和指數(shù)等,公式可以方便的計(jì)算出:總加、合格率、平均值和其它統(tǒng)計(jì)量等;
開關(guān)量計(jì)算公式包括:變量、常數(shù)、加、減、乘、除、與、非、異、或等操作。
(1)存儲(chǔ):重要模擬量數(shù)據(jù)可根據(jù)系統(tǒng)要求按固定時(shí)間間隔(可設(shè)定/min、5 min、10 min、半小時(shí)或1 h)采集有效瞬時(shí)值,數(shù)據(jù)如按5 min間隔保存,能保留1.5a以上;數(shù)據(jù)如按15 min間隔保存,能保留5 a以上;數(shù)據(jù)如按整點(diǎn)間隔保存,能保留10 a以上??筛鶕?jù)要求定:當(dāng)數(shù)據(jù)容量滿時(shí)將數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)存并能進(jìn)行調(diào)用、查詢。
歷史數(shù)據(jù)庫設(shè)置在后臺(tái)服務(wù)器的商用數(shù)據(jù)SQL Server庫內(nèi),它不分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn),但在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上可以直接訪問它。
歷史數(shù)據(jù)庫內(nèi)保存的歷史數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)性質(zhì)及存貯的時(shí)間間隔分類。根據(jù)系統(tǒng)的需要確定保存的數(shù)據(jù)。
(2)統(tǒng)計(jì):重要模擬量按年、月、日、時(shí),取最大值、最小值、平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
統(tǒng)計(jì)電壓合格率和線路功率因數(shù)及根據(jù)變配電站開關(guān)的分閘、合閘累計(jì)時(shí)間統(tǒng)計(jì)運(yùn)行率;統(tǒng)計(jì)供電可靠性指標(biāo);統(tǒng)計(jì)事故時(shí)的各點(diǎn)負(fù)荷名單和統(tǒng)計(jì)停電時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間并制表。
統(tǒng)計(jì)一些配電的電力運(yùn)行數(shù)據(jù):負(fù)載率、線損、可靠率等。
系統(tǒng)提供對(duì)各種數(shù)據(jù)的處理和統(tǒng)計(jì)操作包括:
模擬量數(shù)據(jù)。具有數(shù)值的合理性檢查,進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換,更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,可進(jìn)行多級(jí)限值檢查及變化速率檢查,具有零值死區(qū)處理,可進(jìn)行人工或自動(dòng)替換,虛擬遙測的計(jì)算等。
狀態(tài)量數(shù)據(jù)。合理性檢查及報(bào)警,可進(jìn)行主站端定義,邏輯處理及手工輸入狀態(tài),復(fù)合遙信的計(jì)算。
累積量數(shù)據(jù)處理。限值檢查,增量檢查及丟失數(shù)據(jù)處理,具有積分累積量,及分時(shí)段處理的功能,可進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)及操作統(tǒng)計(jì)。
計(jì)算量的處理。一類為標(biāo)準(zhǔn)處理,如求最大值、最小值、平均值、總加值、合格率等均以表格方式定義。另一類為用計(jì)算語言編寫的公式,公式編譯加載后系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)或以事件觸發(fā)的方式進(jìn)行計(jì)算。
完成電壓合格率和具有超限時(shí)間累計(jì)計(jì)算
計(jì)算方法是以每分鐘12次平均值作為時(shí)間單位進(jìn)行累計(jì)和統(tǒng)計(jì)。
完成開關(guān)動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)。按定次數(shù)到時(shí),進(jìn)行檢修報(bào)警,開關(guān)檢修時(shí),不報(bào)警,CRT屏上人工設(shè)定開關(guān)狀態(tài)。
完成日總供電量,網(wǎng)供電量等計(jì)算
完成虛擬點(diǎn)的計(jì)算與修改
統(tǒng)計(jì)開關(guān)運(yùn)行時(shí)間,電容器投運(yùn)時(shí)間
報(bào)表生成、數(shù)據(jù)整理
趨勢曲線的生成
異常情況和操作記錄等提示告警、打印
歷史文檔歸檔保存、整理
系統(tǒng)運(yùn)行過程中,當(dāng)開關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作、發(fā)生事故時(shí),自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息,不同的報(bào)警信息采用不同的報(bào)警方式:文字報(bào)警、圖形報(bào)警、語音報(bào)警。
正常狀態(tài)下,主站以較長的周期、較低的優(yōu)先級(jí)采集SOE數(shù)據(jù),當(dāng)出現(xiàn)狀態(tài)量變化時(shí),即時(shí)提高其傳送的優(yōu)先級(jí);SOE以SOE表的方式登錄到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。用戶可以方便地檢索、打印歷史庫中SOE數(shù)據(jù)。
事件順序記錄的主要指標(biāo)是動(dòng)作時(shí)間分辨率,共分為兩類,即站內(nèi)動(dòng)作時(shí)間分辨率和站間動(dòng)作分辨率。在網(wǎng)內(nèi)各系統(tǒng)之間的時(shí)間誤差應(yīng)1 ms之內(nèi)。
系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下遙控功能:
實(shí)現(xiàn)變配電站進(jìn)出線斷路器的遙控分合閘
儲(chǔ)能電機(jī)控制
調(diào)整功能:能對(duì)變配電站的無功補(bǔ)償用電容器、變壓器分接頭等設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié),提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。
本系統(tǒng)采用了開放的數(shù)據(jù)庫連接標(biāo)準(zhǔn)ODBC及成熟的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理歷史數(shù)據(jù),用戶可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模的大小,自己選擇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。如 SQL Server、Oracle、Sybase、DB2 等。系統(tǒng)提供了一系列工具對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)管理,如檢索、修改備份、數(shù)據(jù)統(tǒng)一等。用戶也可以自己編程或用標(biāo)準(zhǔn)的第三方工具對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。
打印記錄的內(nèi)容分為正常打印和異常打印兩種。啟動(dòng)方式為定時(shí)打印、召喚打印和事件驅(qū)動(dòng)打印三種:定時(shí)打印、召喚打印、事件驅(qū)動(dòng)打印。
系統(tǒng)提供下列時(shí)鐘功能:
對(duì)于有GPS時(shí)鐘的系統(tǒng),系統(tǒng)可以接入GPS系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)GPS的對(duì)時(shí)。
系統(tǒng)周期性地與現(xiàn)場模塊進(jìn)行時(shí)間同步。
具有人工設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間的手段。
系統(tǒng)具有系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的各種事件登錄下來以提供自動(dòng)化系統(tǒng)管理人員分析的功能,登錄的主要內(nèi)容有:
操作登錄:將調(diào)度人員和維護(hù)人員通過人機(jī)界面工作站進(jìn)行的全部操作內(nèi)容及操作時(shí)間登錄下來備查。
動(dòng)作登錄:將調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生的問題,如某臺(tái)現(xiàn)場保護(hù)模塊通信中斷發(fā)生的時(shí)刻及恢復(fù)的時(shí)間,各工作站子系統(tǒng)進(jìn)入和退出系統(tǒng)的時(shí)間等等登錄,以便維護(hù)人員檢查分析。
主控室里有兩臺(tái)彩色CRT,主要顯示廠內(nèi)主系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),主設(shè)備的操作動(dòng)態(tài)過程、事故和故障以及有關(guān)參數(shù)。事故報(bào)警的畫面具有最高的優(yōu)先權(quán)(采用多窗口技術(shù))。顯示畫面有以下幾類:單線圖類、曲線類、棒圖類、報(bào)警畫面類、操作指導(dǎo)畫面類、表格類。
對(duì)于應(yīng)顯示的畫面,在出現(xiàn)系統(tǒng)故障和運(yùn)行參數(shù)越限時(shí),要求CRT自動(dòng)調(diào)出畫面,按時(shí)序指示其發(fā)生時(shí)間、設(shè)備名稱、事件內(nèi)容、設(shè)備允許運(yùn)行參數(shù)和越限參數(shù)。對(duì)于其他畫面一般可采用召喚方式調(diào)出,調(diào)畫面可直接由功能鍵或選擇菜單方式實(shí)現(xiàn)。
監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行在線或離線自檢計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的故障內(nèi)容并指出故障模塊位置,并打印檢測結(jié)果。
在線和離線診斷自檢各種應(yīng)用軟件和基本軟件故障,當(dāng)程序死鎖和失控時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)或發(fā)出冗余切換要求,并具備自恢復(fù)功能。
報(bào)表生成軟件人機(jī)界面系統(tǒng)是基于Windows NT而開發(fā)的分布式圖形人機(jī)接口,為整個(gè)系統(tǒng)的各級(jí)用戶提供方便,靈活的監(jiān)視控制圖形用戶界面。面向?qū)ο蠹夹g(shù)與Windows NT強(qiáng)大圖形用戶界面功能的結(jié)合為系統(tǒng)提供了絢麗多彩的圖形界面和簡單直觀的操作特性。所有的人機(jī)界面交互操作通過配有彩色CRT、鍵盤和鼠標(biāo)的圖形工作站進(jìn)行。
采用 Microsoft、Internet、Explorer流行界面設(shè)計(jì)風(fēng)格。單文檔多視結(jié)構(gòu),樹型控件布局,層次清晰;窗口畫面管理方面,提供Windows應(yīng)用程序通用界面風(fēng)格和感觀。界面主要有菜單驅(qū)動(dòng),支持圖標(biāo),彈出和下拉菜單。
采用十足的面向?qū)ο蠹夹g(shù),外加三維的圖形系統(tǒng)OpenGL,連同Windows 2000提供的強(qiáng)大圖形設(shè)備接口設(shè)計(jì)而成,可以使你輕輕松松的繪制出種種電力系統(tǒng)所用圖形圖表(如:接線圖、棒圖、曲線圖、綜合圖等等)。
具有繪圖圖元的功能、圖元組合功能、圖元造型功能、圖元變換功能、以及圖元的屬性與測點(diǎn)的接口。為使系統(tǒng)軟件的生成的能具有開放性,圖表編輯工具又是一個(gè)ActiveX控件的包容器。
繪制網(wǎng)絡(luò)圖
組成圖形的每一個(gè)元素,如點(diǎn)、線、圓、矩形、潮流線、遙測棒、曲線、POKE點(diǎn)、字符、動(dòng)態(tài)遙測、開關(guān)、刀閘等等,都是一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象,每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的屬性表,如顏色、坐標(biāo)、長度、寬度、線度、背景顏色等。用戶可方便地改變對(duì)象的位置、大小、顏色等屬性。并提供多圖元屬性修改的功能。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與仿真。
根據(jù)接線圖中各個(gè)圖元的位置生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)。
可以顯示圖元的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào),表示整個(gè)圖形的連接關(guān)系。
仿真動(dòng)態(tài)著色,用鼠標(biāo)控制開關(guān)分合狀態(tài),進(jìn)行動(dòng)態(tài)著色,連通的部分用一種顏色顯示,整個(gè)圖形的拓?fù)潢P(guān)系一目了然。
圖形三維立體顯示
采用OpenGL將圖形進(jìn)行立體顯示。
可以編輯圖元的材質(zhì),使圖元呈現(xiàn)不同的立體效果。
可以移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。
可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)圖仿真。
連接數(shù)據(jù)庫
繪圖與顯示采用不同的緩沖區(qū),圖形顯示流暢無閃爍。
采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),便于維護(hù)和擴(kuò)充。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由兩部分組成,其中一部分是支持ANSI-SQL訪問的關(guān)系數(shù)據(jù)庫;另一部分是常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(也稱實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)。系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能,包括歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),報(bào)警記錄,設(shè)備參數(shù),圖形等數(shù)據(jù)信息的設(shè)定,瀏覽,維護(hù)及修改。
對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的操作,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)能與指定數(shù)據(jù)庫表記錄的字段對(duì)應(yīng)連接,用戶對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的查詢,無須編寫SQL語句,只要簡單地提供符合常規(guī)應(yīng)用習(xí)慣的參數(shù),即可完成復(fù)雜的歷史數(shù)據(jù)庫查詢和瀏覽工作;系統(tǒng)支持冗余式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的分布式配置。
通過對(duì)6 kV監(jiān)控系統(tǒng)的一饋、二饋、三饋和四饋?zhàn)冸娬具M(jìn)行改造完善,基本建立了信息化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),改造后的系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)性能指標(biāo)均得到優(yōu)化,各方面的功能得到實(shí)現(xiàn),全廠變電站得到統(tǒng)一監(jiān)控,提高信息管理水平,達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
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