劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文以呼和浩特市地鐵1號線電力監(jiān)控系統(tǒng)為例,介紹了軌道交通電力監(jiān)控的系統(tǒng)構成和系統(tǒng)功能,系統(tǒng)主要由控制中心電力調度系統(tǒng)、系統(tǒng)骨干網絡、變電所綜合自動化系統(tǒng)組成。
關鍵詞:軌道交通;電力監(jiān)控;人機界面
0 引言
城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是對城市軌道交通全線各類變配電所、接觸網等電力設備運行情況進行分層分布遠程實時監(jiān)視和控制,處理供變配電系統(tǒng)的各種異常事故及報警事件,保障系統(tǒng)的正常運行。以往的電力監(jiān)控系統(tǒng)單獨建設、集成度較低,每個變電所內的接口方式、接口協(xié)議也不盡相同,造成使用困難、維護煩瑣等問題,不能滿足綜合調度管理與運營穩(wěn)定性的要求。本文所述的電力監(jiān)控系統(tǒng)有以下優(yōu)點:電力監(jiān)控軟件分散布置,主要安裝在控制中心和全線各個變電所中,每個變電所都有對所內設備的監(jiān)視功能,中心具有對全線變電所設備集中監(jiān)視和統(tǒng)一調度控制功能;緊急狀況下,通過權限移交功能,控制中心遙控權限可以下放至變電所中,變電所具備對設備遠程控制功能;系統(tǒng)采用冗余的設備和網絡結構,提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性;采用豐富的人機界面,便于用戶的操作和維護,如報警推圖、故障統(tǒng)計報表、趨勢分析、電量報表等。
1系統(tǒng)結構
電力監(jiān)控系統(tǒng)主要分布于控制中心、車站、變電所,系統(tǒng)采用熱備冗余的方式,保證系統(tǒng)有高度的可用性通常是集成在綜合監(jiān)控(ISCS)系統(tǒng)之內,由控制中心調度系統(tǒng)、各變電所綜合自動化系統(tǒng)、系統(tǒng)骨干網絡共同構成全線完整的電力遠程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)按照集中調度、分散后備的原則來設計,這種工作模式保證站級可以獨立于級,并在降級模式下接管中心級的絕大部分功能。
1.1控制中心系統(tǒng)結構
控制中心電力監(jiān)控系統(tǒng)的設備由服務器、存儲、三層工業(yè)級以太網核心交換機、工業(yè)級網絡拓展交換機、信息安全設備、調度員雙屏工作站、打印機及大屏幕系統(tǒng)(OPS)等組成。控制中心服務器部署全線電力監(jiān)控數(shù)據庫副本,通過系統(tǒng)骨干網絡與全線變電所通信控制器設備通信,然后將收到的信息加工處理后在工作站上顯示。
調度大廳設備:行調輔助工作站2套;環(huán)調工作站2套;電調工作站2套;維調工作站1套;總調工作站1套;交換機1套(冗余);事件打印機3臺;報表打印機1臺;彩色打印機1臺;中心機房設備:區(qū)域實時服務器7套(冗余);中心歷史服務器1套(冗余);區(qū)域實時服務器2套(冗余);可視化數(shù)據分析服務器1臺;中心FEP1套(冗余);磁盤陣列2套。
1.2系統(tǒng)骨干網
控制中心與全線各個車站骨干網交換機組成電力監(jiān)控系統(tǒng)內部的局域網,骨干網絡采用雙環(huán)型結構,通過通信系統(tǒng)提供的1000Mbps單模光纖實現(xiàn)連接,交換機為工業(yè)級的以太網交換機。當其中一條環(huán)路有一個斷點時,網絡仍可正常運行,當一條環(huán)路中有2個斷點時,網絡自動切換到另一條熱備網絡。中心級局域網:由2臺千兆工業(yè)以太網交換機搭建,兩臺交換機互為冗余,采用TCP/IP協(xié)議并,符合IEEE802.3標準;車站級局域網。每個車站局域網也由2臺千兆工業(yè)以太網交換機搭建,兩臺交換機互為冗余,采用TCP/IP協(xié)議并,符合IEEE802.3標準。
1.3變電所綜合自動化系統(tǒng)
變電所綜合自動化系統(tǒng)分布于全線各變電所,對本所電力設備進行的控制、監(jiān)視(可以監(jiān)視臨站環(huán)網設備);可獨立運行,無人值守。系統(tǒng)由一個監(jiān)控工作站、2個冗余通信控制器、間隔層設備組成。監(jiān)控工作站部署本所數(shù)據庫正本,通過所內管理層網絡與通信控制器通信,通信控制器通過變電所內現(xiàn)場總線將所內的間隔層設備連接起來。
圖1變電所綜自動化系統(tǒng)結構
2 系統(tǒng)功能
2.1 控制及操作功能
電調可以在控制指揮中心調度工作站上,對全線變電所設備進行集中控制,包括單獨控制、程序控制、遠方復歸等。遙控權限默認在控制中心,變電所無控制權限,變電所可以向中心請求設備控制權限,經中心電力調取確認后,移交到變電所。中心和變電所可以通過遙控權限移交功能實現(xiàn)遙控權移交管理,設備控制權限可通過權限移交和強制取回實現(xiàn)在中心調度員和其他級別操作員之間傳遞;另外,特殊情況時(中心服務器宕機、中心與變電所通訊中斷)中心的遙控權限自動下放至變電所,此時變電所也具備遙控功能,待故障恢復后,經過中心調度人員確認,權限重新移交回控制中心。
2.2 數(shù)據采集與處理功能
遙信。電力監(jiān)控系統(tǒng)采集變電所內各種裝置的遙信信息,包括位置遙信(雙位置)和保護遙信(單位置)。根據采用的通訊協(xié)議的不同,設備的狀態(tài)通過主動上送或是輪詢的方式發(fā)送給電力監(jiān)控系統(tǒng),實時的顯示在人機界面。位置遙信包括各種開關的分位、合位,開關柜手車的工作位、試驗位、退出位,各個設備的啟動、停止狀態(tài)、接觸網帶電狀態(tài)等。保護遙信包括過流保護、零序過流保護、過負荷報警、重合閘失敗報警、變壓器超溫跳閘、整流器超溫跳閘,以及系統(tǒng)過電壓、失壓報警、裝置異常報警信號。
遙測。電力監(jiān)控系統(tǒng)采集35kV系統(tǒng)、1500V系統(tǒng)、變壓器、400V系統(tǒng)、能饋逆變裝置等的三相電流、零序電流、三相電壓、線電壓、系統(tǒng)功率、頻率、功率因數(shù)、電度、設備溫度等遙測信息。遙測以周期掃描的方式進行采集,采集周期可設置,長不得小于60s,遙測數(shù)據以周期的方式保存在歷史服務器中。根據采集電度信息可以生成用電量日報表、周報表、月報表、年報表;根據采集的電壓、電流、溫度等可以棒圖、圖形列表的方式展現(xiàn)出來;根據保存的遙測信息可以在趨勢圖形中打開,了解設備在任何一段時間的工作狀態(tài)。
2.3 顯示及操作功能
中心電力調度、變電所值班人員通過監(jiān)控工作站的畫面對變電所設備進行監(jiān)視。監(jiān)控工作站實現(xiàn)的主要功能有:用戶登、錄注銷功能;對開關設備進行遙控、程控操作功能;對開關設備進行遙信、遙測監(jiān)視功能;對開關設備進行權限移交操作功能;歷史事件、報警查詢及打印功能;電量報表統(tǒng)計功能;定值組投退功能。
中心電力調度工作站圖形畫面。系統(tǒng)根據用戶權限的不同,為OCC操作員提供對PSCADA全線設備的不同監(jiān)視畫面。主要畫面有:全線一次系統(tǒng)圖;全線供電分區(qū)系統(tǒng)圖;全線35kV系統(tǒng)圖;全線1500V系統(tǒng)圖;全線35kV母線電壓柱形圖;全線1500V母線電壓柱形圖;全線1500V開關饋出電流柱形圖;全線1500V程控送電;全線1500V程控停電;全線1500V接觸網狀態(tài)圖;全線35KV系統(tǒng)、1500V系統(tǒng)、400V系統(tǒng)模擬量顯示圖;趨勢、報表顯示圖;控制權限移交圖。
變電所圖形畫面。變電所一次系統(tǒng)圖;10kV系統(tǒng)圖;1500V系統(tǒng)圖;400V系統(tǒng)圖;信號光字牌圖;通訊結構圖;變電所平面布置圖;模擬量圖;電能表圖;有源濾波信息圖;交直流屏信息圖;溫控器信息圖;整流柜信息圖;負柜信息圖;接口柜信息圖;鋼軌電位信息圖;自動化屏圖;排流柜圖;雜散電流圖;控制權限移交圖;遙控組屏蔽。
2.4 報警功能
當監(jiān)視到供電設備產生跳閘、故障等信號時,電力監(jiān)控系統(tǒng)自動推送報警畫面,并且產生報警聲音,以提示相關人員。
人機界面報警顯示:人機界面報警畫面主要有信號光字牌、報警列表、一次系統(tǒng)圖。報警等級通常設置為3級,0級為設備通訊狀態(tài)異常報警、灰色;1級為設備事故跳閘報警,紅色;2級為設備運行狀態(tài)異常報警,橙色。1級報警推送一次系統(tǒng)圖畫面,畫面中跳閘的開關閃爍,顯示設備故障跳閘;二級報警推送信號光字牌畫面,故障設備的光字牌閃爍為黃色;報警信息集中顯示在報警列表中,不同的報警顯示為不同的顏色,已復歸的報警顯示為綠色,未確認的報警狀態(tài)閃爍,已確認的報警不再閃爍,已確認且已復歸的報警信息不再顯示在報警列表中。
中心調度系統(tǒng)音響:中心調度工作站設置報警音響,當報警發(fā)生時,系統(tǒng)根據報警級別發(fā)出不同的報警聲音來提示調度人員,當調度人員點擊確認按鈕后報警聲音消失,即使報警已經復歸但是調度人員仍未確認報警聲音也會一直存在。
變電所報警音響報警:自動化屏設置事故、預告音響報警裝置。當報警發(fā)生時,安裝在自動化屏柜內的報警裝置會發(fā)出報警聲音,當事故報警時電笛響;當預告報警時電鈴響,響鈴時間設置為1min。在自動化屏設置響鈴投入、退出轉換開關,當達到退出位置時不響鈴;也設置了音響復歸按鈕,按下按鈕響鈴停止。
3系統(tǒng)應用
3.1 控制中心調度系統(tǒng)
呼和浩特市地鐵1號線共設置2座主變電所,全線共設22座變電所,其中牽引降壓混合變電所11座,降壓變電所11座,控制中心調度系統(tǒng)負責對全線各個變電所的監(jiān)視和控制、事故報警查詢、程控停送電、趨勢查詢等功能。
系統(tǒng)遙控功能,即在系統(tǒng)中心級對接入系統(tǒng)的任何一個可遙控的對象進行合、分遙控;遙控操作執(zhí)行嚴格的權限管理,執(zhí)行遙控是有操作權限或經過授權的系統(tǒng)工作人員;遙控可分為單控、程控,并可根據用戶要求自定義被控制設備及其順序操作,上述控制方式可以根據調度人員的要求設置手動確認功能;在同一時間,當多個工作站對同一設備進行遙控操作時,根據用戶的權限確定遙控的優(yōu)先級。系統(tǒng)具有控制閉鎖功能,當現(xiàn)場供電設備故障時,引起相應開關跳閘,則此開關控制命令的操作被自動閉鎖;當現(xiàn)場供電開關設備接地刀閘接地時,操作員可在主接線畫面上開關符號處設置接地顯示,對有接地顯示的供電開關設備,系統(tǒng)自動閉鎖與之相關控制命令的操作。控制閉鎖功能可以人工投退,且可由用戶自定義。
中心操作員可以對35kV、1500V開關保護裝置的保護定值組進行統(tǒng)一管理,包括保護定值召喚、顯示、保存、切換、打印等。可以選擇站名、裝置名稱、裝置種類進行召喚顯示、保存,保存后可以按照報表格式進行打印。具有操作權限的人員可以對35kV、1500V開關保護裝置的保護定值組進行遠程修改或切換。保護定值組預先根據供電系統(tǒng)各種運行模式來設定,當系統(tǒng)運行方式改變時,中心操作員可以從定值組中直接提取保護定值。
3.2 變電所綜合自動化系統(tǒng)
變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)采集變電所內供電設備的遙信、遙測信息。信息在HMI界面上實時刷新,以便值班員及時了解現(xiàn)場設備運行狀態(tài)。主要監(jiān)控對象包括:35kV開關柜、1500V開關柜、0.4kV開關柜、牽引變壓器、整流器、配電變壓器、排流柜、鋼軌電位、再生逆變裝置等。當控制中心失去與變電所內的通訊時,中心的控制權限自動下放至變電所內。此時,變電所系統(tǒng)管理員在監(jiān)控工作站上登錄賬戶可以對所內設備實行緊急監(jiān)控。
變電所內的網絡有2層,分為管理層網絡和間隔層網絡,管理層網絡用于連接通訊控制器與中心服務器、變電所監(jiān)控工作站。間隔層網絡由光纖、超五類屏蔽網線、屏蔽雙絞線組成。與35kV保護裝置、1500V保護裝置、400V保護裝置采用光纖通訊,起到加快傳輸速率、避免電磁干擾的功能;與控制信號屏PLC、交直流屏、溫控器、整流器、排流柜、再生逆變裝置、儀表等設備的通訊采用RS485屏蔽雙絞線,這些設備需要監(jiān)控的信息量較少、傳輸距離較近,RS485屏蔽雙絞線已滿足電力監(jiān)控實時性要求。
4 安科瑞Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
4.1 概述
針對用戶變電站(一般為35kV及以下電壓等級),通過微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、電氣接點無線測溫產品、電能質量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設備、弧光保護裝置等設備組成綜合自動化的綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運行和較全管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求,針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應用電力自動化技術、計算機技術、網絡技術和信息傳輸技術,集保護、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網絡化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng),適用于35kV及以下電壓等級的城網、農網變電站和用戶變電站,可實現(xiàn)對變電站的控制和管理,滿足變電站無人或少人值守的需求,為變電站安全、穩(wěn)定、經濟運行提供了堅實的保障。
4.2 應用場所
適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。
4.3 系統(tǒng)架構
Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設計,可分為三層:站控管理層、網絡通信層和現(xiàn)場設備層,組網方式可為標準網絡結構、光纖星型網絡結構、光纖環(huán)網網絡結構,根據用戶用電規(guī)模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網方式。
4.4 系統(tǒng)功能
實時監(jiān)測:直觀顯示配電網的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路有關故障、告警等信號。
電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細電參量。
曲線查詢:可以直接查看各電參量曲線。
運行報表:查詢各回路或設備固定時間的運行參數(shù)。
實時告警:具有實時告警功能,系統(tǒng)能夠對配電回路遙信變位,保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。
歷史事件查詢:對事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
電能統(tǒng)計報表:系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況。
用戶權限管理:設置了用戶權限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
網絡拓撲圖:支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。
電能質量監(jiān)測:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。
遙控功能:可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。
故障錄波:可在系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。
事故追憶:可自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息。
Web訪問:展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息,設備通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。
APP訪問:設備數(shù)據頁面顯示各設備的電參量數(shù)據以及曲線。
4.5 系統(tǒng)硬件配置
5 結語
綜上所述,隨著科技的發(fā)展,電力監(jiān)控系統(tǒng)將對軌道交通的建設起著越來越重要的作用,如在我國的智能城軌建設中,還可以通過對所監(jiān)測到的數(shù)據來即時生成相關的維修管理內容,實現(xiàn)系統(tǒng)中信息的在線交流等,所以本系統(tǒng)仍需改進和提高以滿足現(xiàn)代化的設備運營需求。
參考文獻
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作者簡介:
劉細鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,從事電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用