变电站综合自动化 毕业论文初稿1

第1章 绪 论企业变电站直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节。变电站综合自动化是将变电站的继电保护、控制、测量、信号和远动等综合为一体的多微机自动化系统。变电站实现综合自动化，由计算机完成运行监视、控制、保护、正常操作和顺序事件记录等功能,由通讯网络实现信息交换,近年来已成为提高变电站自动化水平的发展方向。企业变电站能否正确运行关系到整个企业生产的稳定和安全问题。因此对企业变电站进行监控和保护具有十分重要的意义。1.1 变电站综合自动化概论1.1.1变电站综合自动化基本概念变电站综合自动化系统是一项多专业性综合技术，是电网运行管理中的一次变革。它是将变电站的二次设备（包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。变电站综合自动化可以收集较齐全的数据和信息，加上计算机高速计算能力和判断能力，可以方便的监视和控制变电站内各种设备的运行及操作。变电站综合自动化具有功能综合化；设备、操作、监视微机化（包括信息数字化内容）；结构分布分层化；通信网络光缆化及运行管理智能化的特征。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大监控范围及变电站安全可靠、优质、经济运行提供了数据采集及监控支持，在其基础上可以实现高水平的无人值班变电站的管理。同时，变电站综合自动化是电网调度自动化不可分离的十分重要的基础自动化，只有通过厂站自动化装置和系统向调度自动化系统提供完整可靠的信息，调度控制中心才可能了解和掌握电力系统实时运行状态及厂站设备工况，才能对其控制做出决策；同样，要实现调度控制中心的远方控制操作，也只有依靠变电站自动化装置才能完成或执行操作命令的任务。可以说，一个完整、先进的、可靠的变电站综合自动化，是实现一个高水平的电网调度自动化的基础。1.1.2变电站综合自动化研究现状供配电综合自动化是将供配电系统二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和运动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对整个供配电系统的主要设备和输、配线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护。国外供配电综合自动化系统的研究工作始于70年代，最早是用微机型远动装置代替布线逻辑型的远动装置；同时供配电系统监控系统的功能在扩大，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展。80年代以后，研究供配电综合自动化系统的国家和大公司越来越多，如较大规模的德国西门子公司研制生产的LSA678系统；ABB公司的SCS100、SCS200供配电系统综合自动化系统。我国供配电系统微机保护及综合自动化的研究始于80年代中期，但真正意义上的综合自动化系统的研究还刚起步，并且在实际的工程中还存在很多问题，主要表现在：缺乏统一化、全局化的系统设计，以一种“拼凑”功能的方式构成系统，致使整个系统的性能指标不高，部分功能及系统指标无法实现；功能重复建设，增加了投资且使现场造成复杂性，影响系统的可靠性；工程设计缺乏规范性的要求，从而导致各系统的联调时间长，对将来的维护及运行都带来了极大的不便，进而影响了变电站自动化系统的投入率。实现供配电综合自动化系统的关键技术包括变电站综合自动化硬件系统的组织结构，现场电气模拟展示平台的实现，系统安全体系及后台监控，数据库体系的构架，异构系统间的互连与实时数据交换，对外信息交换与共享等方面。对于系统硬件的组织结构，现在普遍趋于采用分层分布式结构，该结构一般采用工业现场总线RS-485及CAN工业局域网，对工业现场、执行机构实现分级控制管理，使数据采集与机械控制实现集散控制集中管理，真正做到控制过程的实时在线，完成柔性化管理。并且分层分布式系统有很好的兼容性、可靠性和可观测性，且互换性强，容易优化。现场电气模拟展示平台集中反映供电系统现场运行工况，从而实现对现场的远程监视。包括对现场一次侧、二次侧的电气物理状态的展示，对变电站的模拟量、开关量、脉冲量等信号集中展现，对实时运行参数、潮流分布图、各种波形曲线、各种报警与故障数据等方面信息的显示。电气模拟展示平台实现的核心技术在于如何实现供电系统的可视化，目前有两种常用的实现方法，一种是采用C/C+、Delphi等工具来开发绘图系统，将电力系统的常用元件做成相应的控件来绘图，另一种则是利用现在通用的各种CAD和CAM软件采用面向对象的方法，从这些通用软件所提供的各种基类中派生出绘制图形所需要的自定义类，用这些自定义类生成实例对象来绘制图纸。如何保证供电系统的安全是供电自动化系统研制过程中所关心的最重要的问题之一。这包括系统安全体系及后台监控是如何实现，现在的供电系统主要是运用源于人、技术、管理等因素所形成的预警能力、保护能力、检测能力、反应能力和恢复能力，保证网络基础设施、网络边界、计算环境和支撑性基础设施，在信息和系统生命周期全过程的各个状态下提供适当的安全功能，从而保障各项工作的效率和效益，促进信息化的可持续健康发展。供电自动化系统的数据库关系到整个系统的数据信息传输、交换与存储。优良的数据库体系，对提高整个系统的工作效率，保证系统的稳定运行起到至关重要的作用。电力自动化系统数据库结构以往由实时数据库和历史数据库两部分构成，现在出现的内存数据库以其存储速度上的优势也逐渐被应用到电力自动化系统的数据存储体中，与实时数据库和历史数据库配合使用。电力系统并非是一个纯粹的电气元素的物理组合，它必然与机械、热工等系统有着密切的关系。因此，供电自动化系统必须考虑到与这些不同性质系统间的信息交互。而这就得依靠实现异构系统间的互连与实时数据交换来完成，其关键在于如何使异构系统间的数据表示标准化。目前，异构系统间的数据表示标准化由IEC颁布的61970 CIM/CIS国际标准来实现，该标准定义了能量管理系统应用程序接口(EMS API)，定义了EMS、DMS、PTMS、PAR、RDS等系统的公用的数据模型和标准的组件接口规范，该规范采用面向对象的关系模型，为各个应用系统之间公用数据的存取和访问提供了统一的国际标准，从而为分布式系统平台之上建立可互操作的应用软件模块奠定了基础。供配电综合自动化系统还应保证对外信息交换与共享的通畅。在系统安全允许范围内，利用网络平台为用户提供远程数据服务，实施动态宽泛的数据交换与共享，并且开放系统的相关数据接口，实现对二次数据资源的充分利用，在更宽范围、更高层次实现企业信息集成是现在电力自动化系统设计是所追求的一大功能目标。我国现阶段电力自动化水平还远远不能满足实际需要，因此我们必须考虑电力系统自动化今后的发展趋势。根据对国内外有关此方面材料介绍及调查所掌握的情况，供配电系统自动化今后是向综合化方向发展。国内己有相当多的生产厂家已着手做这方而的工作，而且普遍认为这是适合我国国情的发展方向，是提高供配电系统自动化水平的有效途径。1.1.3变电站综合自动化发展趋势微机实时技术、计算机网络通讯技术在电力系统变电站中的应用为变电站控制自动化、管理信息化、实时信息共享、提高变电站的安全性、可靠性开辟了新途径。利用微机实时技术对变电站的模拟量、开关量、脉冲量等信号集中监视，将保护、监视、控制、远动等功能统一协调，建立高性能监控系统，已经成为变电站综合自动化的发展趋势。供配电综合自动化技术的发展方向主要从以下几个方面展开：(1) 系统从集中控制、功能分散型向分散（层）网络型发展。传统的远动及站级监控系统，故障录波等设备和系统是按功能分散考虑的。现在的发展趋势是从一个功能模块管理多个电气单元或间隔单元，向一个模块管理一个电气单元或间隔单元，实现地理位置高度分散的方向发展。这样，自动化系统故障时对电网可能造成的影响大大减小，自动化设备的独立性、适应性更强。(2) 控制与保护的实现由专用设备发展到通用平台。传统方式中，每个控制或保护功能都为专用设备，种类也多。现在计算机技术的发展使设备的功能仅由软件决定，硬件因I/O所要求的数量而异。开发通用、标准、灵活的硬件和软件平台，能够适用于所有保护和控制，使得系统具有开放性和数据一致性的特点，并且遵循国际标准，便于不同厂家相互接口和维护操作。(3) 控制的方式从传统控制向综合智能化方向发展。传统控制正朝着综合智能控制发展，主要表现为电气设备的小型化已向机电一体化方向发展以及控制和保护的整体化。将控制、保护系统与一次设备就近安装在一起，并且向着智能型装置发展。采用光纤通信，计算机CRT显示或大屏幕显示逐渐取代传统的模拟屏，使得调度（控制）中心对电网调度管理的控制性能增强，并且操作更方便、更可靠。(4) 系统信息交换、共享范围逐步扩大。电力自动化系统并非一个孤立系统，需要与其他系统相互交换信息、共享数据，因此，随着整个电力系统不断扩容必定会使得系统信息交换、共享范围逐步扩大。目前，各种网络技术、信息交换技术逐步在电力企业生产中得到广泛应用，并已取得相当的成果，如何使信息资源得到更为充分地利用已成为整个电力行业发展所关心的重要问题。(5) 系统数据信息存储体系不断优化。自动化系统的数据存储体系关系到整个供电系统信息交互的安全，进而影响整个电力系统运行安全。因此，如何建立一个优良的电力信息存储体系也得到整个电力技术行业的广泛关注，国内外现在有很多专业公司及技术机构对此进行了相关研究，同时也推出了自己的产品。 (6) 电力自动化系统安全体系不断升级。安全体系是整个电力自动化系统运行的保障。随着对电力信息访问越来越公开化以及Intranet/Internet接入，强大的安全管理机制就显得越发的重要。因此，业界对电力自动化系统的安全问题也是十分关注。目前，相关的研究工作也正在行业内不断展开。1.2 课题的背景及来源企业变电站作为整个电网中一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。变电站继电保护、监控自动化是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下，电网各节点（如变电站、电厂）具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。因此，变电站自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。作为变电站自动化系统，他应确保实现以下要求：（1）检测电网故障，尽快隔离故障部分。（2）采集变电站运行实时信息，对变电站进行监控、计量和控制。（3）采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。（4）实现当地后备控制和紧急控制。（5）确保通信要求。因此，要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备进行统一的监测、管理、协调和控制。同时，又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享，优化电网操作，提高电网安全稳定水平，提高经济效益，并为电网自动化的进一步发展留下空间。传统变电站中，其自动化系统存在诸多缺点，难以满足上述要求。例如：（1）传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂，可靠性低。（2）二次设备主要依靠大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。（3）由于上述两个原因，传统变电站占地面积大、使用电缆多，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。（4）远动功能不够完善，提供给调度控制中心的信息量少、精度差，且变电站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和控制的要求。（5）电磁式或小规模集成电路调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。有些设备易受环境的影响，如晶体管型二次设备，其工作点会受到环境温度的影响。传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少，相互之间协调困难，需要值班人员比较多的干预，难于适应现代化电网的控制要求。另外需要对设备进行定期的试验和维修，既便如此，仍然存在设备故障不能及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现有试验人员过失引起的故障。发展变电站综合自动化的必要性还体现以下几个方面：一、随着电网规模不断扩大，新增大量的发电厂和变电站，使得电网结构日趋复杂，这样要求各级电网调度值班人员掌握、管理、控制的信息也大量增长，电网故障处理和恢复却要求更为迅速和准确；二、现代工业技术的发展，特别是电子工业技术的发展，计算机技术的普遍应用，对电网可靠供电提出了更高的要求；三、市场经济的发展，使得整个社会对环保要求提高，这样也对电网的建设、运行和管理提出许多要求。现代控制技术的发展，计算机技术、通信技术和电力电子技术的进步与发展，电网自动化系统的应用，为上述问题提供了解决的方案。这些技术的综合应用造就了变电站综合自动化系统的产生和发展。本课题研究对象来自韶关冶炼厂供电配电系统改造项目。该厂由于工艺要扩展至30万吨，原有的继电保护都传统电磁式继电器组成，通讯和整个系统管理在硬件上还处于比较落后状态，为了适应扩产的需要，对韶关冶炼厂供电配电系统进行技术改造。韶关冶炼厂供电配电系统的中高压部分包括110kV站，一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室、韶冶电站，我们负责110kV站的综合自动化系统建设，并把一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室、韶冶电站的实时运行数据集成到110kV站中便于管理操作人员的管理。基于现代计算机技术，网络通通信技术，微机技术的发展，和实验室长期在企业供配电系统方面的研究，我们为韶关冶炼厂建成一个智能化的供配电平台。1.3 论文的主要研究内容本文首先分析了整个系统的需求，及各项功能指标，然后结合企业变电站综合自动化目前的发展情况，在确保稳定、可靠、保证完成时间的情况下设计了一套分层分布式的变电站综合自动化系统，完成了系统各个功能要求并投入现场运行。作者的主要工作包括：一、查阅大量的资料文献，对我国供配电综合自动化系统特点及现状进行了分析，剖析了国内外已有的供配电综合自动化系统的技术特点和方法。现场调研，充分了解韶关冶炼厂110kV目前状况，及现场需求。结合韶关冶炼厂110kV的需求和目前的变电站综合自动化的发展趋势提出了设计方案和技术路线，并进行了可行性论证。二、系统网络拓扑结构设计，根据系统的要求，考虑到目前的韶关冶炼厂110kV站的情况，采用了目前流行的分层分布式设计方案。对于该设计方案进行详细的逻辑分析，层次功能分析，与网络拓扑分析，最终建成整个网络。三、进行系统软件结构设计，软件结构上采用模块化设计，对以下六个关键软件部分进行详细分析及功能开发。（1）基于多线程的数据采集技术（2）基于网络的多通道数据发布系统（3）高性能多层数据库体系 （4）智能化电气模拟图展示平台软件（5）系统安全体系及后台监控软件（6）基于web模式的对外信息交换与共享平台四、建成整个综合自动化系统平台，进行实验室、现场安装调试。第2章 系统设计总体方案变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。随着这些高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能以及可靠性等也不断提高。从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、集中分布式、分层分布式结构。2.1 集中式结构集中式一般采用功能较强的计算机并扩展I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数字量等信息，集中进行计算机和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回路低压线路的保护等。集中式结构如图2.1所示图2.1集中式系统结构框图集中式系统的主要特点有：（1）能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。（2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。（3）结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。（5）实用性好。集中式的缺点有：（1）每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。（2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。（3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。（4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护逻辑比较简单的情况。集中式结构存在诸方面的不足，因此随着微机技术的发展，综合自动化系统的结构必须不断变革。2.2 分布式结构该系统结构的最大特点是将变电站综合自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好得解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式结构如图2.2所示。图2.2 分布式系统结构框图2.3 分层分布式结构分层分布式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。分层分布式结构的特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集保护和控制等功能由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术的发展趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息地电磁干扰，且具有很高地可靠性，比较好地实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。分层分布式结构如2.3框图所示。分层分布式结构地主要优点有：（1）间隔层控制单元地自动化、标准化使系统适用率较高。（2）包含间隔层功能的单元直接定位在变电站的间隔上。（3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。（4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。（5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。（6）分层分布式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。图2.3 分层分布式系统结构图2.4 分层分布式变电站综合自动化工程应用 结合韶关冶炼厂110kV变电站的实际情况和变电站综合自动化系统的各种结构形式的优缺点，我们采用分层分布式结构，充分利用其优点来满足系统的要求。2.4.1 系统分析目前韶关冶炼厂供电系统的中高压部分包括110kV站，一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室、韶冶电站。其继电保护装置都是采用传统的电磁式继电器组成，通讯和整个系统信息化管理水平上处于比较落后状态。如果工艺扩产至30万吨的能力，整个供电系统的继电保护、通讯和管理系统将不能适应生产的需要，因此必须对供电系统进行改造，以适应生产的需要，并且提高变电站的自动化水平，信息化管理水平。2.4.1.1 系统需求分析按照设计要求，智能监控系统采用分层分布式体系结构，本工程的整个系统分为三层：站控层、过程层、间隔层。本工程的目的是建设自动化的韶冶供电系统，该系统必须具有以下功能：（1） 数据采集和处理，定时采集系统生产过程输入信号（包括开关量、模拟量、脉冲量），经滤波，检出事故、故障、状态变位信号和模拟量参数变化，实时地更新数据库，为监控系统提供运行状态数据。将继电保护、自动装置的动作和断路器的跳合闸动作顺序记录，事件分辨率须小于2ms。电气和非电气模拟量可设置限值，当测量值越限时发出报警。当某些事件产生时，启动相关的事故追忆记录，输出事故前后一段时间内的模拟量值，追忆数据的测点和周期可定义。接收脉冲电度表输出的信号，进行电度表读数累计，再根据峰、平、谷时段分时累计。（2）控制操作，各单元柜（控制箱）安装有就地/远方切换开关及跳合闸操纵按钮，可就地操作，也可经后台机鼠标或键盘执行对站内断路器的控制，执行某单元断路器的送/停电，倒闸操作等各种顺序操作，在控制操作中实现安全操作闭锁功能。（3）微机保护，整个微机保护系统包括主变压器保护、电动机、线路保护、电容器保护、电压切换装置、母联保护等组成，构成完整的变电站成套保护。 （4）人机接口，人机接口监视器、鼠标和功能键提供灵活的人机交换联系，能提供正常的运行显示、调用各种数据、报表及运行状态图、参数图等画面。（5）事故报警，在系统发生事故或运行设备工作异常时，能自动投入音响报警，进入事故画面，画面上相应块闪光报警，指出事件的性质和异常参数值。（6）技术统计和制表打印。根据运行要求进行电流、电压、功率、电度量的整点抄表、累计，设备的运行工况、时间统计以及合格率、负荷率等技术统计，能定时打印各事故、测量、计量报表、分时报表、班报表、日报表、月报表、年报表等。如每日打印8小时日志，每月最后一天打印当月报表，每年最后一天打印当年报表，还可打印诸如：重合闸次数、成功率、断路器动作次数等统计数据。（7）与监控中心对时、通讯，一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室、韶冶电站能与监控中心进行对时、通讯。完成事件记录（SOE）、遥信、遥测、遥控等功能。（8）显示功能，能实时刷新全站主接线图，含断路器状态及隔离开关状态；实时刷新单回路接线图及运行参数；显示各种曲线，如负荷曲线、电压棒图、电流棒图等；测量表格和计量表格和相应的测量值和计量值，并实时刷新；优先显示事故发生时间，所属设备及事故性质；各种调试、编辑等功能画面；显示本站概况、运行规程、操作指导模拟等内容，显示时钟、日历、周波和安全运行天数。（9）系统自诊断，分布式单元机箱和计算机监控系统具有在线自诊断功能，并能报警。保护单元自诊断出错时闭锁保护，同时报警。上层单元对下层单元通过通讯进行互检。（10）与其它智能设备的通讯，对变电站内其它智能设备进行通讯，并能在监视器上实时的显示其数据和工作状态。（11）开列操作票，根据调度中心提供的典型操作票，可进行操作票的编辑、打印。（12）应用系统维护及人员培训，可提供在线、离线软件，用于维护监控系统和人员培训。2.4.1.2 系统建设内容分析韶关冶炼厂110KV站综合自动化系统的目的是建设自动化的韶冶供电系统，将韶冶供电系统拓展为一个开放式的系统，不断提高韶冶供电系统的网络化、信息化水平，并进一步保障韶关冶炼厂供电系统的安全、稳定、可靠运行，降低运行维护成本。韶关治炼厂110kV站综合自动化将提供一套完整的变电所智能化监控系统，它完成对变电所内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能，实现高、中、低压设备智能化监控的集成。监控系统遵照“分层分布、面向对象”的设计原则，立足于“实用化、简易化、智能化”的目标，采用实用简易的中文图形人机界面，开展各类业务支撑应用；实现微电子控制技术、网络通讯技术与电力设备的紧密结合；通过高速的分层数据库存储与信息交换技术集成各类数据资源，使用可扩展方法库来支持各个不同等级用户的分别分类应用；利用网络功能实施动态宽泛的数据交换，并且开放系统的相关数据接口，实现对二次数据资源的充分利用，在更宽范围、更高层次实现企业信息集成。韶冶供电配电综合自动化系统包括中央管理层、站级管理层、间隔层三个层次的建设内容，系统主体建设内容如下： 硬件平台硬件平台是整个系统的基础性平台，硬件平台的建设本着安全、可靠、开放、实用的原则，实现韶冶供配电系统电气设备的高精度模拟量和开关量的采集与系统运行的远程实时监控，执行相应的监视、测量、控制、保护一体化功能。整个变电站系统的硬件系统平台主要包括智能电力仪表单元、微机保护装置、工业计算机及其网络系统、模拟屏、GPS授时系统、其他外设等部分。智能电力仪表单元进行高速精确的模拟量和开关量的电气参数采集，并且可以实现全面有效的自诊断功能，出现故障可以及时报警，报告故障类型及故障点，这将给系统维护带来极大的方便。在系统采用流行的现场总线技术后，各个智能单元均具有独立运行的能力，它并不完全依赖于上位机的运行，即使在上位机故障或失效的情况下，各个智能单元仍可以独立运行并执行预定的功能，甚至可以通过现场总线网互相传送信息，以完成各种协调功能。可与不同厂家的控制模块挂在同一总线上，并能通过相应的网关设备连接入以太网，便于计算机编程，轻松构建计算机测控系统。微机综合保护器采用在国内有成功应用范例的知名品牌，每台装置都具有两个或以上通讯接口和开放的通讯协议。继保装置在功能上具有独立的事件记录和故障录波功能，并且具有设备运行时间统计功能和跳闸次数统计功能；在保护上有完善的自检监测功能，当保护装置故障或损坏时，保护被闭锁的同时保护监测装置发出告警信号。整个微机综合保护系统采用标准化、模块化设计，不同型号保护装置的附件具有灵活的互换性，具备保护、控制、测量、遥信信号的采集和通讯功能，可以与监控计算机及通信网络组成完善的电力监控系统。工业计算机及其网络系统是整个监控系统的核心部分，监控系统采用分层分布式网络结构。中心管理层监控系统主要由两台通讯服务器、工程师站、操作员站、综合管理站、以太网交换机、GPS授时系统、模拟屏等构成。服务器为可靠性较高的工业计算机，服务器从各个站级管理单元获取设备现场数据，通过网络适配器与与局域网相联；工程师站和操作员站采用可靠性较高的品牌计算机完成系统的各种监视和控制功能，通过以太网从通讯服务器获取系统和装置的数据；以太网交换机作为中心管理层监控网络的核心交换机，应具有极高的抗干扰能力和工作可靠性并且具有自诊断和自恢复能力，因此系统采用了知名的品牌工业级以太网交换机；此外，中央管理层还配有图像监控系统、操作票专家系统、两台激光网络打印机用来满足系统的需求。为了提高整个监控系统的可靠性、可扩展性和可维护性，系统对关键性硬件设备进行了冗余配置。系统的通讯服务器和核心层网络是整个系统最关键的部分，一旦出现故障，整个系统将瘫痪，该部分的可靠性、可扩展性和可维护性决定着整个微机监控系统的性能，因此采用双服务器配置。当设备出现故障时系统将自动启用备用设备，双服务器热备用方式将极大地提高了系统的可靠性、安全性和可维护性。 网络平台监控系统的网络选用通用性局域网络，采用国际标准化网络协议，具有较强的容错能力和较高的可靠性。系统通过建设中心管理层、间隔层、站级管理层相应的网络结构，实现各层网络的互联互通与各种实时数据、历史资料、交换数据的高速可靠传递，实现110KV站、一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室、韶冶电站等主要节点之间的网络互访与资源共享，实现视频、数据、语音信号的宽带传输，采用软硬件技术相结合的手段充分保障通信的可靠性、安全性、可扩展性。韶关治炼厂110kV站微机保护系统中心管理层采用以太网结构，间隔层与站级管理层采用流行现场总线，通过网关与中心管理层连接。采用光纤连接一系统中配、韶冶电站、二系统硫酸配、第二配电室。上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。为了构建一个负载均衡、路由高效的网络，进一步提高网络性能，满足视频、数据、语音信息快速可靠传输的需要，整个网络系统采用分层结构实现，从连接方式看可分为标准的三层网络拓扑结构：核心层、汇聚层和接入层。核心层和汇聚层采用先进的千兆网络交换设备作为骨干网络组成设备，来集成交换式局域网以及主机系统。在核心层和汇聚层之间还安装有中心交换机柜。这些工业级交换机采用模块化的结构，可以提供用户化定制、优先级队列服务和网络安全控制功能，不仅能传送海量数据和控制信息，更具有硬件冗余和软件可伸缩性特点。接入层采用10M/100M自适应网络，根据不同的需求安装相应的交换设备、物理隔离设备以及安全检测装置。整个网络平台在设计时充分考虑了网络数据量和信息量的爆炸性增长，通过采用各种软硬件技术进一步提高了网络传输性能和安全性，并且能够提供基于Intranet的相关门户服务。 软件平台智能监控系统软件采用分层结构设计，依照设计说明书的各项功能要求，提供多种形式的操作界面以及符合行业标准和设计要求的多种功能软件模块，建设一个涵盖数据采集与处理、微机保护、故障与事故报警与记录、各项控制操作、操作票专家系统、智能化人机接口等多项功能在内的高度可靠、配置灵活、可扩展的综合性业务应用软件支撑平台，建立以各类测量数据和二次数据为基础的数据中心，通过基于Intranet网络建立厂级信息系统，开展多种信息应用，实现业务操作在大范围、深层次的自动化与智能化。图2.4 软件结构图软件结构以硬件平台和网络平台为依托，以满足智能监控系统安全、可靠、高效、开放、灵活的性能要求为目的，采用层次化的结构设计。软件平台共分为五层（如图2.4）：接入层、处理层、存储层、应用层、和对外服务层。接入层完成包括110KV站、一系统中央配电室、第二配电室、二系统硫酸配电室的站级管理前置机和韶冶电站在内的完整可靠的数据接收、转换与传输功能；处理层进行各种数字信息的解析以及参数检测与状态获取、多通道数据发布等后台服务；存储层利用内存数据库、实时数据库、历史数据库三层数据库实现系统信息资源的高速海量存储与实时访问；应用层提供智能的人机界面，多种形式的灵活的展示界面，安全可靠的遥控操作与预演，事故追忆，技术统计及报表打印等十几种功能，是整个软件平台的核心；对外服务层提供该智能监控系统与Intranet的信息交互服务，是内外网络的枢纽。软件平台作为一个开放式结构的系统平台，真正体现了开放性体系、分层、分布式结构的系统设计，能充分满足韶关冶炼厂110kV站供电系统微机保护工程未来的需求，代表着目前先进的电力自动化应用软件开发技术，具有预防、避免事故发生；完善、强化企业内部考核；减少设备停电和检修时间；实现数据资源共享等优点，为现代化管理提供了坚实可靠的基础。2.4.1.3 系统建设重点分析1、微机保护：本系统的微机保护系统包括变压器保护、电动机保护、线路保护、电容器保护、电压切换装置、母联保护等。微机保护单元是整个系统的关键，该部分涉及到整个系统的安全运行，突发事件的应急处理，自动保护等一些关系到供电系统安全、可靠的功能，所以对于整个系统来说尤为重要。2、数据采集：系统中的所有数据来自对电力仪表、微机保护设备和其他设备的数据采集，数据采集是系统可靠性的基础，没有精确的数据采集，整个系统就失去了意义。3、系统网络通讯平台的建设：系统网络平台是一切网络通讯的基础，设计一个可靠的、先进的、信息通畅的网络拓扑结构尤为重要，在设计网络拓扑和设备选型时还应考虑到设备采用技术的先进性、稳定性，网络拓扑的可扩展性构建一个高效、稳定、安全、可靠的系统通讯平台。4、数据处理：在这个单元中包括数据的报警与故障逻辑判断，数据的解析，数据的存储，数据的展现等过程。在采集到数据后必须进行数据的报警与故障逻辑判断，这里涉及到数据的实时性和大规模性问题。数据量大，且系统长的时间运行，要求数据存储容量大、速度快、稳定性好。对于要用于网络交互的数据我们必须设定其传输格式，从而方便网络传输，这里涉及到如何使得如此多的实时数据在最短的时间内得到解析，发布到所需要用的地方。5、报表制作：报表关系到企业生产的全过程，它的准确性必须得到保证，而报表所要处理的数据量大，生产的情况复杂。由于报表种类繁多，不同的报表具有不同的报表内容，报表模板的制作相当麻烦。考虑到在以后的生产中，对于报表不同的需要，必须开发出自适应的报表来解决这个问题。2.4.2 系统总体设计韶关冶炼厂110kV站供电系统微机保护工程将提供一套完整的变电站智能化监控系统，它完成对变电站内主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能，实现高、中、低压设备智能化监控的集成。监控系统遵照“分层分布、面向对象”的设计原则，立足于“实用化、简易化、智能化”的目标，采用实用简易的中文图形人机界面，开展各类业务支撑应用；实现微电子控制技术、网络通讯技术与电力系统的紧密结合；通过高速的分层数据库存储与信息交换技术集成各类数据资源，使用可扩展方法库来支持各个不同等级用户的分别分类应用；利用网络功能实施动态宽泛的数据交换，并且开放系统的相关数据接口，实现对二次数据资源的充分利用，利用Intranet技术在更宽范围、更高层次实现企业信息集成。结合韶关冶炼厂110KV站供电系统微机保护工程招标文件的内容与韶关冶炼厂供配电系统现场实际情况，韶关冶炼厂110kV站供电系统微机保护工程包括中心管理层、站级管理层、间隔层三个层次的建设内容。2.4.2.1 系统总体架构如图2.5所示，整个系统分为三层结构：中心管理层，站级管理层，间隔层。中心管理层与站级管理层均采用双以太网结构模式实现故障时动态切换；两台通讯服务器相互热备；还配有操作员站、工程师站、综合管理站、图象监控系统、模拟屏、操作票专家系统、门户服务器、GPS授时系统、2台网络打印机等。中心管理层通过网关与站级管理层、间隔层连接，利用光纤连接一系统中配、电站、二系统硫酸配、第二配电室。中心管理层的主要任务包括通过高速网络汇总全站实时数据信息并不断实时刷新，按既定规约将有关数据信息送往调度、控制中心，接收调度、控制中心控制命令并转发站级管理层、间隔层执行，在线编程控制全站操作闭锁，站内监控、人机联系（显示、操作、打印、报警、多媒体等），对站级管理层、间隔层设备在线维护、在线组态、在线修改参数，对变电站故障自动分析与操作培训。 79图2.5 韶关冶炼厂110 kV站综合自动化系统总体架构图站级管理层由前置机、核心交换机、网关设备、总线控制器、连接设备组成高速以太网。实现站级管理层、间隔层实时信息的汇总；一次设备保护控制，站级管理层操作闭锁，数据采集、统计运算、控制命令发出优先级别控制；与间隔层、中心管理层高速、可靠的数据交换，来联系中心管理层和间隔层之间的数据通路，实现韶冶供电系统与外界的数据交互。间隔层是一次设备和二次设备的结合层，由微机保护装置、智能电力仪表组成电气参量测量和保护单元。实现电力运行的实时电气参量检测，运行设备的状态量检测、操作控制、执行部分、微机保护。该系统遵照“分层分布、面向对象”的设计原则，立足于“实用化、简易化、智能化”的目标，把系统分为三层结构：中央管理层、站级管理层、间隔层。中央管理层的主要功能是：1通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新数据库，按时登录历史数据库，按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心。2接收调度或控制中有关控制命令并转间隔层、过程层执行。3具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。4具有（或备有）站内人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能。5具有对站级管理层、间隔层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能。6具有（或备有）变电站自动分析和操作培训功能。站级管理层的主要功能是：1汇总本间隔过程实时数据信息。2实施对一次设备保护控制功能。3实施本间隔层操作闭锁功能。4实施操作同期及其他控制功能。5对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制。6承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。间隔层的主要功能是：1电力运行实时的电气量检测。2运行设备的状态参数据检测。3操作控制执行与驱动。2.4.2.2 各层次间关系现场的数据是由位于间隔层上的设备采集得到的，间隔层是整个系统的最底层，也是整个系统的基础。间隔层上包括所有的采集设备及执行机构，负责对现场数据的采集并响应、执行中央管理层及站级管理层所发布的控制策略，间隔层上的微机保护单元能在系统发生故障时进行有效、快速的保护，把系统故障控制在最小的范围内。站级管理层属于间隔层的上层，主要由前置系统和网络交换系统构成。在前置系统中可以对间隔层的现场设备设定控制策略、采集策略、实时发布、存储采集数据，发布控制命令。前置系统的另外具有中介功能，接收中央管理层发布过来的控制命令，通过逻辑判断后对间隔层的设备发布控制命令，是中央管理层和间隔层的高速、可靠的数据交换通路。中心管理层是监控系统的核心部分，通过核心交换机与站级管理层、间隔层进行数据交换。中央管理层的主要功能包括通过高速网络汇总全站实时数据信息并不断实时刷新，按既定规约将有关数据信息送往调度、控制中心，接收调度、控制中心控制命令并转发站级管理层、间隔层执行，在线编程控制全站操作闭锁，站内监控、人机联系（显示、操作、打印、报警、多媒体等），对站级管理层、间隔层设备在线维护、在线组态、在线修改参数，对变电站故障自动分析与操作培训。2.4.2.3 间隔层间隔层是一次设备和二次设备的结合面，用来实现电力运行实时的电气量检测，运行设备的的状态量检测、操作控制、执行部分、微机保护。间隔层设备主要包括继电保护装置，智能电力仪表测控装置，遥视装置。本供电系统涉及的微机保护装置包括母线保护、变压器保护、线路保护、电动机保护、电容器保护，通过这些保护装置来保证系统的安全稳定运行，提高整个系统的供电稳定性。本系统所使用的微机综合保护器采用标准化、模块化设计，不同型号保护装置的附件具用灵活的互换性，具备完善的保护、控制（开关就地及遥控合闸、分等操作）、测量（各种电气量的测量、记录和显示）、遥信信号采集和通讯功能，可以与监控前置机及通信网络组成完善的电力监控系统。由于系统的需求，微机综合保护器还必须具备以下功能：本体窗口全为汉字化大屏幕液晶显示，显示信息可由用户通过专用调试软件组态和修改；具有两个或以上通讯接口，装置前面板通讯接口为调试用便携计算机输入端口，后面RS485通讯端口用于组网通讯；具有开放的通讯协议；装置具有独立的事件记录和故障录波功能，故障录波时间不小于18秒；具有断路器累计分析电流值，设备运行时间统计功能，跳闸次数统计功能；配备专用中文调试整定软件；保护装置有完善地自检监测功能，当保护装置故障或损坏时，保护应被闭锁，保护监测同时发出告警信号。韶关冶炼厂110kV站供电系统微机保护工程所涉及的智能电力仪表测控装置主要是根据现场测量电量的需要选择智能电力仪表，来完成现场参数，电量的精确采集，为整个系统实现综合自动化奠定基础。韶关冶炼厂110KV站供电系统微机保护工程所采用的电力参数测量仪采用标准化、模块化设计，不同型号测量装置的附件具用灵活的可互换性。在功能上具备完善的保护、控制（开关就地及遥控合闸、分等操作）、测量（各种电气量的测量、记录和显示）、遥信信号采集和通讯功能，可以与监控前置机及通信网络组成完善的电力监控系统。由于系统的特殊需求智能电力仪表还必须具备以下功能：电力参数测量仪窗口大屏幕液晶显示器，直观界面上具有带自导功能的菜单；电力参数测量仪应具有国家计量认可的证明，可同时测量相电压、线电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功/无功电度（四象限）、需用量及最大量等全部电气参数。其中功率和电能精度0.5%，电流和电压0.1%，每个周波的采样数为128个点，真实有效值达到63次谐波；电力参数测量仪通过扩展至少具有13路开关量输入、5路继电器输出；电力参数测量仪具有开放的通讯协议；电力参数测量仪具有电能质量分析功能，如电流和电压谐波失真分析等功能，必须能够测量31次单次谐波，带2个数据记录功能，有带时间标示的事件记录功能，内存80Kb；电力参数测量仪应有完善地自检监测功能；安装要求：10KV及6KV配电室内电力参数测量仪根据设计要求安装于6KV和10KV配电间隔上，并具有足够的电气安全距离。本供电系统所用到的遥视装置主要用于站内遥视，遥视系统可多画面显示变电站内的监控区域，通过视频侦测式报警、红外、温度等报警侦测设备，在紧急情况发生时，触发相应的报警设备，如灯光、警铃等，并自动将图像和声音发送给远程的控制中心，监控中心通过网络调看和监听变电站的任意一个或一组图像，并能实现对讲。变电站的监控中心可动态显示网上连接的所有变电站监控系统，在监控中心可虚拟的看到监控现场的油位、开关、刀闸等监控点。保证供电系统不受到人为或其他不可预知的破坏。具体安装遥视装置的地点根据现场需要提供。间隔层的所有硬件设备采用当前国内外同类产品中经过验证的较先进的设备，在国内各同类项目中有典型应用的成熟产品，以高可靠性的硬件设备来保证系统的稳定、安全、可靠性。2.4.2.4 站级管理层站级管理层是联系中心管理层与间隔层的中间层，主要起到数据汇总、数据交换、操作逻辑判断、操作命令下达的的功能。由多个主控单元构成，每个主控单元的串行通讯接口用于连接间隔层的总线型链路，上行网络接口分别接入中心管理层的以太网交换机。间隔层通过流行的现场总线连接到网关设备/总线控制器，然后汇总到站级管理层的前置机上，前置机对间隔层中的设备进行数据采集，逻辑判断，执行中央管理层下达的操作命令。一系统中配、二配、二系统硫酸配的数据信息通过这三个系统留下的对外接口连接到前置系统上，用光纤送到站级管理层的网络交换机上，来实现这三个系统与站内数据的共享。韶冶电站的数据由电站门户机提供数据通过光纤送到站级管理层的网络交换机，来实现韶冶电站数据与站内数据的共享。设计成前置机系统的优势：减少上层服务器的负荷，提高采集效率，减少轮询周期；有利于对全部设备进行分类、优化管理、减少耦合；减轻网络负荷，防止网络阻塞；构成一个集散系统，有利于系统的建设，便于扩充，在维护或维修时减少对对整个系统的影响。站内前置机上包括以下功能模块：数据采集、数据处理、遥控逻辑判断、系统自诊断、数据通讯。用于一系统中配、第二配电室、二系统硫酸配数据交换（具体方式见4.3.4 站间的数据通讯及功能调用）的前置机主要起到命令下达、数据汇总、信息编辑的功能。数据采集：对于每台前置机上的设备按系统需求设定相应的采集周期，对间隔层上的设备进行数据采集。对于继保装置的数据，前置机是以接收的方式接收从继保装置发送过来的数据，然后按系统的要求进行处理。对于总线上的电力仪表的数据采集，在前置机上采用“轮叫轮询”技术共享总线，达到数据采集的优化设置。数据处理：数据处理包括报警逻辑判断、数据存储、数据实时发布三大方面，由于涉及到的间隔层的设备比较多，为了达到高效准确的报警判断在这里我们引入报警缓冲池，来进行报警逻辑数据的判断。数据存储涉及到大量的数据存储，必须保证存储的快速性，安全性，在这里我们采用了多层数据库内存数据库（前置系统）、实时数据库（前置系统）、历史数据库（工业级服务器）、对外服务数据库（门户服务器/Web Server）来满足系统对数据的各种需求。多层数据库体系结构的优势：符合多种类型数据不同采集策略的需要；更好的满足数据实时处理的要求，提高响应速度，最终为了保障系统的安全稳定运行；更好适应大容量数据存储的需要；适合对外服务的需要，保障数据及系统的安全。数据实时发布用来发布需要实时展现的数据，这里按系统需要制定了特定的通讯协议对实时展现的数据进行再加工使得需要实时展现的数据能快捷、安全、可靠的到达目的地。遥控逻辑判断模块对于中央管理层下达的遥控命令按照系统对遥控程序的要求进行逻辑判断，然后对执行机构下达遥控指令。系统自诊断是分布式单元机箱和计算机监控系统具有在线自诊断功能，并能报警，保护单元自诊断出错时闭锁保护，同时报警，上层单元对于下层单元通过通讯进行互检。数据通讯：数据通讯是站级管理层的一个建设重点，这里包括实时数据的通讯，报警信息通讯，控制命令的发送，其他信息通讯。2.4.2.5 中心管理层中心管理层是监控系统的核心部分，它采用国际标准化的网络协议，网络具有相当的可靠性和容错能力。中心管理层与间隔层采用千兆以太网相连，主要实现的功能包括：通过高速网络汇总全站实时数据信息并不断实时刷新，按既定规约将有关数据信息送往调度、控制中心，接收调度、控制中心控制命令并转发站级管理层、间隔层执行，并且在线编程控制全站操作闭锁，站内监控、人机联系（显示、操作、打印、报警、多媒体等），对站级管理层、间隔层设备在线维护、在线组态、在线修改参数，对变电站故障自动分析与操作培训。中央管理层网络是整个系统的核心和枢纽，核心层网络的安全性、可靠性和可维护性将决定着整个系统的性能。同时，系统的通讯服务器担负着全站所有数据信息的汇总、处理和发送的功能，是整个监控系统的基础，因此通讯服务器采用冗余配置，双服务器互为热备以提高系统的安全性和可靠性。通讯服务器选用具有高可靠性的工业计算机，服务器通过网络适配器与局域网相联，通过各个站级管理前端机获取设备现场数据。采集系统生产过程的开关量、模拟量、脉冲量，经滤波、检出事故、故障、状态变位信号和模拟量参数变化，实时地更新实时数据库，为监控系统运行提供实时状态数据。记录继电保护、自动装置的动作和断路器的跳合闸动作顺序，事件分辨率小于2ms。可设置电气和非电气模拟量的极限值，当测量值越限时发出声光报警。当某些事件产生时，启动相关的事故追忆记录，输出事故前后一段时间内的模拟量值，追忆数据的测点和周期可定义。接收脉冲电度表输出的信号，进行电度表读数累计，再根据峰、平、谷时段分时累计。通讯服务器通过中心管理层网络根据操作员站、工程师站、综合管理站、门户服务器的不同需求采用不同的策略发送监控系统的各类数据信息。操作员站采用可靠性较高的品牌计算机，通过以太网从通讯服务器获得系统数据，完成系统的监视和控制功能，提供各种监控和管理界面。监控软件涵盖了方便快捷的人机接口、功能强大的接线图动态展示、形式多样的数据展现、大型复杂统计报表、基于智能化的自然语言查询、控制操作、基于网络的报警和事件管理、完善的安全管理和后台服务、与电站“监视系统”的信息融合等数十个多种形式的符合行业规范的软件功能模块，整个系统运行可靠性不再分散于各级用户之间，而集中于网络中心数据库和规则库，任意客户工作站的突然损坏，不影响整个系统其他部分的工作性能，而且恢复非常简单。整个软件的设计充分保证了业务应用的完整性以及功能通用与专用的一致性。工程师站采用可靠性较高的品牌计算机，与操作员站一起构成监控系统的主要操作平台。工程师站通过中心管理层以太网从通讯服务器获取系统和装置数据。工程师站除了具备操作员站的基本功能以外还具备一些高级功能包括监控系统的界面修改、装置参数的配置并且提供各种系统管理界面。具体实现功能包括：对一次接线图显示界面的修改，更新，对报警参数的添加、删除，对报警极限值的设定，对系统数据库的管理，通信网络的通道参数综合管理，对间隔层设备的在线维护、在线修改参数和对变电站故障自动分析。操作票专家系统通过读取实时运行数据，自动检查操作的闭锁逻辑等有关规定，生成正确的操作票。本系统提供了五个功能：1自动开票功能，用户填写好操作设备和操作任务后，就能够推理匹配出正确的操作术语，自动生成操作票。2手工开票功能，如果有部分操作票通过自动开票功能不能获得令人满意的出票结果，则还可以利用操作票手工生成系统进行填写。其智能化的人机界面能够方便快捷的完成操作票的修改、添加、删除等工作，得到令人满意的操作票。3 图形开票功能，操作人员在图形界面环境中点击相应设备，进