電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設計與應用

孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

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電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設計與應用

孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

摘要介紹了電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設計與應用，結合工程實例分析了行業(yè)內(nèi)的特殊需求，提供了針對性的解決方案。

關鍵詞電力監(jiān)控系統(tǒng) 液晶面板 電能質量

Design and Application of Electric Power SCADA System in a LCD Panel Factory

Sun Hailong

Abstract The design and application of electric power SCADA system in LCD panel factory are introduced.Combined with engineering example，the special needs of the industry is analyzed，and the targeted solution is put forward.

Keywords power SCADA system，LCD panel，power quality

0　引言

在電子系統(tǒng)行業(yè)中，液晶面板廠具有規(guī)模大、自動化程度高及配變電系統(tǒng)龐大等特點。其對電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性要求相對較高。通過合理配置電力監(jiān)控系統(tǒng)，可模擬配電網(wǎng)絡運行，對各類電氣設備實時監(jiān)測，實現(xiàn)無人值班模式，在發(fā)生故障時，能在最快的時間內(nèi)切除故障，保護一次設備，縮小停電范圍，對發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運行管理人員分析故障原因，快速定位和排除故障，盡量縮短停電時間；平時運行時，可進行遠程遙控操作，提高運行效率，提高系統(tǒng)供電可靠性。本文通過對具體案例進行分析來探討電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的應用。

1　系統(tǒng)設計原則

1.1系統(tǒng)概述

電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計力求每個配變電所獨立、穩(wěn)定運行，任意一個配變電所監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，都不會影響到其他配變電所的監(jiān)控系統(tǒng)，同時，也可以在總控室中方便、快捷地瀏覽任何一個配變電所中供配電設備的實時和歷史運行情況，基于網(wǎng)絡完成所有供配電設備的數(shù)據(jù)信息匯總。

各配變電所中分別設有一臺前置通信機，作為一處監(jiān)控子站。子站負責采集各站的實時數(shù)據(jù)，進行規(guī)約轉換和數(shù)據(jù)預處理，處理結果通過光纜傳送給總監(jiān)控系統(tǒng)的雙前置處理機，同時對各站發(fā)送相應的控制命令。

電力監(jiān)控系統(tǒng)配置雙監(jiān)控主機和一臺后臺調度機，并配置WEB服務器。雙監(jiān)控主機可將各個分變監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行匯總、處理，給值班人員提供直觀的畫面、報表和故障信息查詢。雙監(jiān)控主機應互為熱備用，提高系統(tǒng)可靠性。

1.2監(jiān)控內(nèi)容

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)對各配變電所高壓開關柜的監(jiān)視、測量和控制；各變壓器溫度信號的顯示和報警；各變壓器低壓側總進線斷路器和母聯(lián)斷路器的監(jiān)視和測量；各變壓器低壓側饋線回路斷路器的監(jiān)視和測量；應急柴油發(fā)電機系統(tǒng)的監(jiān)視和測量；UPS不間斷電源系統(tǒng)的監(jiān)視和測量；車間配電總盤系統(tǒng)、工藝母線系統(tǒng)的監(jiān)視和測量。

2　系統(tǒng)常規(guī)功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)必須具有五防閉鎖功能，除此外，其他的常規(guī)功能如下。

1）圖形功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)的圖形顯示功能：可通過顯示屏直觀體現(xiàn)出電源線路的排列順序和物理位置；可顯示現(xiàn)場斷路器和接地刀狀態(tài)、斷路器小車的位置及相關故障、告警信號；可在顯示的供配電回路單線圖上對現(xiàn)場斷路器進行遙控操作，并有安全操作的雙重驗證；可結合實際工作進行各類模擬順序的操作和演示；圖形畫面可實時顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)和各種測量值；具有“遙信”、“遙測”、“遙脈”及“遙控”等功能；動態(tài)拓撲分析，以不同顏色形象化顯示帶電與失電區(qū)域，按電壓等級以標準顏色顯示帶電區(qū)域，體現(xiàn)整個電力系統(tǒng)運行狀態(tài)；可提供圖形編輯平臺及環(huán)境，用戶可進行配置和編輯，使用靈活，表現(xiàn)形式多樣。

2）曲線功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)的曲線功能：可顯示測量值的實時曲線和歷史曲線，通過曲線參數(shù)的變化趨勢，可對曲線進行統(tǒng)計和分析。如：某段周期內(nèi)工藝母線出現(xiàn)的最大值、最小值、平均值及最大（小）值出現(xiàn)的時刻等；有越限變色、縱（橫）向伸縮、橫向平移等分析功能；曲線可逐條顯示也可多條組合顯示；曲線顏色、時間、坐標、單位、取樣等均可自定義；支持曲線打印。

3）告警功能

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具有相應的告警功能?？赏ㄟ^畫面顯示、語音告警、打印告警等方式完成越限告警、變位告警、事件告警及通訊狀態(tài)告警。

告警信息需要包括告警類型、發(fā)生告警的對象、告警內(nèi)容、發(fā)生告警的具體時間、確認狀態(tài)等。并將相應的告警信息實時存入數(shù)據(jù)庫，通過告警信息查詢系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)庫中查閱歷史告警信息；緊急告警優(yōu)先彈出專用告警確認對話框；可進行通信狀態(tài)監(jiān)測和通信報文監(jiān)測，一旦出現(xiàn)通信異常立即報警。

4）用戶管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要將所有用戶分級，不同級別的操作人員可具有不同權限，并由用戶名和密碼唯一確定，保證操作安全、可靠；提供完善的用戶權限及密碼控制，對重要的操作（如遙控操作及整定值下發(fā)）設置雙重驗證；不同用戶在注冊、登錄時需鍵入相應的密碼。

5）項目管理

電力監(jiān)控系統(tǒng)的相關用戶文件采用數(shù)據(jù)庫存儲形式，可進行實時數(shù)據(jù)的查詢、復制、拷貝、二次開發(fā)和再利用。并且可將系統(tǒng)中重要的配置表和歷史數(shù)據(jù)信息進行備份保存，以防數(shù)據(jù)丟失影響系統(tǒng)正常運行。

6）事故追憶

保護動作發(fā)生時，系統(tǒng)自動啟動相關的測量數(shù)據(jù)記錄，供系統(tǒng)進行事故追憶，可任意選擇想要查看的事故追憶數(shù)據(jù)?？勺x取相對應的故障線路數(shù)據(jù)參量點前、后設定的全部數(shù)據(jù)，分析事故前電力系統(tǒng)運行狀態(tài)和事故后具體發(fā)生的電流、電壓變化，以便快速找到故障原因，排除故障。

7）操作票

電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具備制作操作票功能，提供操作票編輯工具軟件，完成典型操作票制作。操作員可在計算機屏幕顯示的被監(jiān)控系統(tǒng)圖上進行模擬操作，系統(tǒng)可檢查操作的準確性，并記錄操作時間和操作員姓名，可在線修改操作票并支持操作票打印、輸出。

8）故障錄波

系統(tǒng)發(fā)生故障時，按照一定的采樣頻率采集故障點前、后一段時間內(nèi)各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，快速了解、排除故障，提高電力系統(tǒng)安全運行水平。

3　系統(tǒng)特殊需求

3.1需求調研

液晶面板制造行業(yè)為用能集中行業(yè)，主要能源消耗為電能。電能在液晶面板制造廠中有復雜的轉換過程，按用途可劃分為主要生產(chǎn)設施用電、輔助生產(chǎn)設施用電及附屬生產(chǎn)設施用電。其中，主要生產(chǎn)設施用電、輔助生產(chǎn)設施用電占電耗的絕大部分。并且此部分用電設備突然斷電會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至對人身造成危害。故此，液晶面板廠對供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性、電能質量都有很高的要求。電力監(jiān)控系統(tǒng)設計時需要根據(jù)此特點考慮一些特殊功能。

經(jīng)與北京某液晶面板廠的動力部相關人員探討，結合同行業(yè)的運行管理經(jīng)驗，在液晶面板廠的項目中對電力監(jiān)控系統(tǒng)提出了如下需求：需具有在當前規(guī)模下可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡和快速的數(shù)據(jù)響應能力、可靠的數(shù)據(jù)存儲和備份能力、大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應速度的保證能力、工藝母線安全隱患的監(jiān)測能力、電能質量的監(jiān)測能力、提供靈活的報表樣式能力等。

3.2解決方案

3.2.1數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡和快速的數(shù)據(jù)響應

廠區(qū)內(nèi)部有辦公網(wǎng)絡和各種控制系統(tǒng)架設的網(wǎng)絡，雖與其他系統(tǒng)共用網(wǎng)絡可以降低成本，但是考慮到系統(tǒng)對數(shù)據(jù)響應的要求，需要建立自己的專有網(wǎng)絡。

廠區(qū)內(nèi)配變電所數(shù)量一般在十個以上，且距離較遠，因此，各配變電所之間和配變電所至中控室部分采用光纖網(wǎng)絡。光纜敷設有輻射狀、手拉手及環(huán)狀三種敷設方式可供選擇，輻射狀敷設的優(yōu)勢在于配變電所間無直接聯(lián)系，網(wǎng)絡發(fā)生故障只會影響一個配變電所，但敷設成本最高；手拉手敷設方式敷設成本最低，但若中間某一根光纜發(fā)生問題則向后所有配變電所的數(shù)據(jù)都會中斷；環(huán)狀方式成本比手拉手方式稍高，但是可以通過光纖環(huán)網(wǎng)冗余技術實現(xiàn)自愈。綜合考量采用光纖環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡拓撲結構見圖1。

圖1　網(wǎng)絡拓撲圖

3.2.2可靠的數(shù)據(jù)存儲和備份

液晶面板廠檢測用的終端設備數(shù)量多，微機保護、智能儀表、電能質量分析儀、UPS控制儀、變壓器溫控儀等終端設備總數(shù)可達2 000臺以上，為保證可靠的數(shù)據(jù)存儲和備份，除利用不間斷電源及定期備份功能外，對系統(tǒng)的拓撲結構等均需充分考慮。系統(tǒng)可以在中心站服務器處采用雙機熱備機制，同時在配變電所子站處設置本地站，處理本站數(shù)據(jù)。

雙機熱備機制：一主一備兩臺服務器同時進行工作，共用一套磁盤陣列，數(shù)據(jù)庫存儲文件位于磁盤陣列。磁盤陣列的讀寫權限由熱切更換軟件控制，當主用服務器正常時讀寫權限由主站負責，當主站異常時讀寫權限切換到備用服務器。磁盤陣列采用Raid5模式，提供數(shù)據(jù)安全保證。

設置本地站：為保障數(shù)據(jù)安全還需將數(shù)據(jù)多地存儲，在配變電所內(nèi)設置本地站，用以存儲本地數(shù)據(jù)。當極端情況出現(xiàn)時，若主站服務器數(shù)據(jù)不完整，本地站的數(shù)據(jù)可以作為補充。配變電所的通訊管理機需要同時向本地站和主站服務器上傳數(shù)據(jù)，要求通訊管理機有雙通道上傳能力。

3.2.3大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應速度的保證

液晶面板廠電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的配置信息條目可達數(shù)十萬條，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄規(guī)模呈幾何級上漲。要保證數(shù)據(jù)查詢調用的快速響應，就必須要求電力監(jiān)控系統(tǒng)使用成熟的商用數(shù)據(jù)庫，如SQL Server或Oracle。同時啟用該數(shù)據(jù)庫的分區(qū)存儲功能，將數(shù)據(jù)庫文件按照時間條件拆分成若干個小文件，每個文件存放少量數(shù)據(jù)。通過應用此項技術，可以并行訪問數(shù)據(jù)，快速定位，改善系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢的響應情況，保證大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應速度。

3.2.4工藝母線安全隱患的監(jiān)測

液晶面板廠有大量的工藝母線，以密集母線的形式從配變電所引至工藝設備。密集母線的接頭如果處理不當，隨著時間的推遲可能產(chǎn)生隱患。一般密集母線接頭出現(xiàn)隱患時溫度會異常上升，因此只需要在各個接頭處加裝溫度監(jiān)測裝置，對此進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常溫度變化，快速定位故障點。及時排除故障，可有效減少停電時間。

由于工藝母線跨度為從配變電所出線柜到工藝設備控制柜，距離長且橫跨支持區(qū)域和潔凈區(qū)域，采用傳統(tǒng)工業(yè)總線方式在成本及后期維護上都會比較復雜。經(jīng)綜合分析后，設計采用無線溫度傳感裝置。傳感器通過無線信號，將監(jiān)測點的溫度信息上送至集中器，集中器再通過工業(yè)總線送入電力監(jiān)控系統(tǒng)。

通過無線測溫終端以及在電纜及電纜接頭上安裝連續(xù)測量溫度的探頭，對母線、觸頭、電纜、電纜頭的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并把測量結果通過通信網(wǎng)絡上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務器，通過軟件分析能夠預知設備的早期過熱現(xiàn)象，實現(xiàn)故障的早期預測，防患于未然，達到預警的目的。測溫系統(tǒng)結構圖見圖2。

圖2　測溫系統(tǒng)結構圖

3.2.5電能質量的監(jiān)測

為保證工藝設備的可靠運行，電力系統(tǒng)除常規(guī)監(jiān)測的電壓、頻率、功率因數(shù)、諧波等電參量外還需要對更多的電能質量參數(shù)進行采集和統(tǒng)計，并以事件形式進行記錄，同時附有當時的數(shù)據(jù)快照。主要需要監(jiān)測的事件包括：電壓暫降、暫升以及中斷，沖擊電流超限；過頻率和欠頻率事件；1μs高頻脈沖偵測；電壓/電流諧波總畸變率；電壓不平衡度和電流不平衡度；諧波和間諧波；各次電壓和電流諧波分量及相位；均方根值閃變；溫度-濕度趨勢和累計概率。

要實現(xiàn)上述功能，需要在高壓進線回路、低壓進線回路及重點設備回路上加裝電能質量分析儀，要求電能質量分析儀具備上述事件檢測能力，能根據(jù)預設條件觸發(fā)事件快照，并通過以太網(wǎng)方式將文件上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)以供解析?？紤]到電能質量分析儀并不要求數(shù)據(jù)實時上送，且傳輸文件可能對總線資源占用較久，電能質量分析儀可采用以太網(wǎng)接口，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)專用網(wǎng)絡上傳至中心。

3.2.6靈活的報表樣式

用戶對電力參數(shù)匯總的需求會隨著管理的精細化程度不斷變化，項目建設前期的固有電力監(jiān)控系統(tǒng)很難一步到位，完全滿足用戶需求。為滿足液晶面板廠可隨時調取電力系統(tǒng)的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)報表，且數(shù)據(jù)報表樣式可根據(jù)實際需求調整。電力監(jiān)控系統(tǒng)的C/S構架系統(tǒng)不能滿足其要求，因此，需要建設一個方便自定義設計的報表平臺，在該平臺上用戶可以根據(jù)自己的需求設計報表樣式，能調取電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)。根據(jù)此需求，考慮采用第三方平臺加控件的方式實現(xiàn)。利用微軟的Excel系統(tǒng)＋VBS插件可以完美地解決上述問題，Excel的報表樣式靈活，通過VBS插件可以定義每個單元格的數(shù)據(jù)源，可以設置時間等篩選條件，簡單易操作。

4　結束語

隨著液晶面板制造行業(yè)對電力系統(tǒng)運行管理模式的不斷細化，對電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求不斷增多。電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計也需要不斷完善、發(fā)展，充分發(fā)揮電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

參考文獻

[1]馬大中.變電站綜合自動化技術及應用[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[2]周紅.變電所自動化與監(jiān)控[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]郭秀才，楊世興.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2010.