分布式變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)

文　摘　探討變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案，詳細分析監(jiān)控系統(tǒng)軟件的功能和實現(xiàn)過程。監(jiān)控系統(tǒng)以分布式線路監(jiān)控儀為基礎(chǔ)，應用軟件基于 Windows 95 環(huán)境，有全新的圖形操作界面，實時多任務運行，符合變電站綜合自動化和電網(wǎng)調(diào)度自動化的要求。
關(guān)鍵詞　變電站　監(jiān)控系統(tǒng)　變電站綜合自動化　電網(wǎng)調(diào)度自動化
　　變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)能就地或向遠方提供必要的運行信息，尤其是開關(guān)和保護行為的信息，使值班人員和系統(tǒng)調(diào)度人員把握安全控制、事故處理的主動性，同時可以提高電網(wǎng)的運行管理水平，減少變電、配電損失，提高供電質(zhì)量。
　　隨著電力工業(yè)裝備技術(shù)的發(fā)展和運行管理水平的提高，國內(nèi)不少變電站或廠礦配電室配置了電力監(jiān)控系統(tǒng)，但這些監(jiān)控系統(tǒng)一般為集中柜式，可靠性較差，維護檢修不方便，人機界面不友好，數(shù)據(jù)處理能力差。因此，有必要開發(fā)新型的分布式變電站監(jiān)控系統(tǒng)，更好地完善變電站綜合自動化和電網(wǎng)調(diào)度自動化的功能。

1　分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)將電力線路監(jiān)控儀進行網(wǎng)絡化組合，主機采用 IBM PC 586 兼容機或工業(yè)控制機，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 

圖1　分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
分布式監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備主要有：

　　(1)數(shù)臺線路監(jiān)控儀；
　　(2) 一臺 IBM PC 586 微機或工業(yè)控制機；
　　(3) 一個網(wǎng)絡通信接口；
　　(4) 一個調(diào)制解調(diào)器；
　　(5) 一臺打印機(可選項)。
　　這樣設(shè)計的分布式監(jiān)控系統(tǒng)維護簡單，設(shè)備通用性強，主機硬件、軟件資源可以充分利用，并且易于與電網(wǎng)調(diào)度中心連接。

2　線路監(jiān)控儀

　　面向線路或變壓器的分布式電力線路監(jiān)控儀是針對電網(wǎng)三相監(jiān)視、測量和控制而設(shè)計的裝置，它以 MCS-96 系列單片機為核心，采用液晶顯示、全金屬封裝的結(jié)構(gòu)，基本尺寸為 290×190×110 mm3，安裝、維護類似電度表，使用相當方便。
　　線路監(jiān)控儀的輸入量為：
　　(1) 母線 PT 二次側(cè)三相交流電壓(100 V)；
　　(2) 線路 CT 二次側(cè)兩相或三相交流電流(5A)；
　　(3) 斷路器位置接點；
　　(4) 繼電保護信號接點或脈沖量信號，共7路；
　　(5) 變壓器油溫 (可選項)。
　　線路監(jiān)控儀可測量幾十個運行參數(shù)，具有條件控制輸出、諧波分析、故障錄波等功能。它可以分散安裝到對應線路或變壓器的開關(guān)柜上，然后用通信電纜連接到主機上；此外，也可以將它們集中安裝到儀表柜上，將各條線路或各臺變壓器的輸入量引到該柜上，并且用通信電纜連接到主機上。
　　每臺線路監(jiān)控儀有各自的組號和回路號，其內(nèi)部參數(shù)既可由監(jiān)控儀面板設(shè)置，也可通過主機軟件設(shè)置。

3　監(jiān)控系統(tǒng)的軟件環(huán)境

　　線路監(jiān)控儀采用 C 語言編制程序，主機采用中文 Windows 95 操作環(huán)境，用 Visual BASIC 4.0 語言編制程序，用 FoxPro 2.5 的數(shù)據(jù)庫文件形式。

4　主機軟件的主要功能模塊

　　監(jiān)控系統(tǒng)的主機軟件以變電站電氣主接線圖為主界面，在主接線圖上定時顯示變電站各母線電壓、各條線路或各臺變壓器的有功功率、無功功率、電流、有功電度、全站總有功功率、總無功功率、主變壓器油溫、電網(wǎng)頻率等數(shù)據(jù)，以及斷路器閉合或斷開狀態(tài)。利用 Windows 95 多任務操作系統(tǒng)的特點，在主機軟件中可以多窗口查閱、修改變電站主變壓器、線路、保護等參數(shù)檔案。當繼電保護動作時，可以實時彈出變位報警窗口，顯示出變位的線路名稱、變位事件名稱、變位時間及變位瞬間的線路功率等內(nèi)容。所有這些功能主要由以下的模塊實現(xiàn)：
　　(1) 通信模塊。
　　(2) 遙測遙信模塊。
　　(3) 遙控遙調(diào)模塊。
　　(4) 圖形模塊。
　　(5) 運行狀況模塊。它包括最大與最小值顯示、諧波處理、越限與變位事件記錄三個子模塊。
　　(6) 系統(tǒng)設(shè)計模塊。它主要包括下列子模塊：光字牌設(shè)置、事件設(shè)置、電度表參數(shù)設(shè)置、負荷管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、校時鐘、值班員名單設(shè)置等。
　　(7) 系統(tǒng)管理模塊。它主要包括下列子模塊：拷貝文件、刪除文件、通信通道故障查詢、變位查詢、停送電查詢、斷路器操作查詢、交接班情況查詢。
　　(8) 值班員交接班記錄模塊。
　　(9) 報表打印。
　　(10) 全站、各條線路或各臺變壓器歷史、實時數(shù)據(jù)查閱。

5　主機軟件的主要功能設(shè)計

5.1　數(shù)據(jù)通信功能
　　變電站內(nèi)部的線路監(jiān)控儀與主機之間的通信采用 RS 485 通信總線，通信距離可達 1 200 m，波特率可以設(shè)定為 300、600、1 200、2 400、9 600、14 400或19 200。
　　上發(fā)調(diào)度中心的通信單獨使用一個通信接口，可以配接無線電臺、擴頻通信、音頻電纜或載波等通信設(shè)備，波特率可以選為 300～19 200，規(guī)約為 MODCOM、Polling、部頒 CDT 等。
　　數(shù)據(jù)通信功能軟件通過后臺程序?qū)崿F(xiàn)。在 Visual BASIC Enterprise 版中具有 MsComm 通信控件，借助該控件可以設(shè)置 PC 機串口通信的波特率和數(shù)據(jù)格式。由于該通信控件可以引發(fā)并響應 OnComm 事件，這樣通信程序就能夠設(shè)計成事件驅(qū)動方式，從而在接收或發(fā)出數(shù)據(jù)時不影響前臺窗口程序的運行。
　　主機與線路監(jiān)控儀之間的通信采用一個單獨的模塊。當主機向線路監(jiān)控儀下發(fā)通信命令時，格式由地址和數(shù)值兩部分組成，地址部分采用 Mark 模式發(fā)送，即多機通信位1狀態(tài)；數(shù)值部分采用 Space 模式發(fā)送，即多機通信位0 狀態(tài)。當線路監(jiān)控儀向主機上報數(shù)據(jù)時，采用 Space 模式發(fā)送。這樣的通信方式可使線路監(jiān)控儀盡量少受與本儀器無關(guān)的通信數(shù)據(jù)的影響。
　　在主機接收線路監(jiān)控儀上報遙測數(shù)據(jù)的間隔中(約 200 ms)，主機通過發(fā)出“報警取數(shù)據(jù)”專用命令(例如一個字節(jié) H55)，使得有變位報警信號的監(jiān)控儀立即上報變位報警數(shù)據(jù)。即使暫時停止數(shù)據(jù)遙測時，后臺通信程序也定時向線路監(jiān)控儀發(fā)出“報警取數(shù)據(jù)”專用命令。如果由于某種干擾使計算機發(fā)生“死機”現(xiàn)象，三分鐘左右主機串口未接到“報警取數(shù)據(jù)”專用命令，則主機會自動“復位”(Reset)，重新進入監(jiān)控程序。

5.2　遙控遙調(diào)

　　變電站值班人員首先用鼠標器點擊“遙控遙調(diào)”菜單項，然后就可以在主機屏幕的電氣主接線圖上選擇相應的斷路器進行閉合或斷開的操作。每次合、斷操作時，會自動彈出遙控窗口，詢問回路密碼和操作人代碼，并提示該斷路器的線路號、線路名稱及狀態(tài)，以避免誤操作。
　　值班人員還可以在電氣主接線圖上選擇相應的有載調(diào)壓變壓器，將分接頭進行實時調(diào)整。

5.3　數(shù)據(jù)處理與記錄

　　由于電力部門管理工作中普遍采用 FoxPro 數(shù)據(jù)庫，因此在主機中所有數(shù)據(jù)記錄文件都采用 FoxPro 2.5 的“.DBF”文件形式。數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)(例如：字段數(shù)、字段名稱、字段寬度、字段類型等)已事先確定，通過 Visual BASIC 與 FoxPro 2.5 的接口，在主程序中可以直接調(diào)用、修改、增添“.DBF”文件的記錄。這些“.DBF”文件也可以直接在其它工作中使用。
　　為滿足變電站運行管理、繼電保護分析、電網(wǎng)調(diào)度中心、電網(wǎng)規(guī)劃的需要，主機軟件中主要有下列一些數(shù)據(jù)處理與記錄：
　　(1) 各條線路或者各臺主變壓器的有功功率、無功功率、電流、功率因數(shù)、有功電度、無功電度的定時記錄，并統(tǒng)計出這些數(shù)據(jù)日最大值、最小值及相應時間，由此可進行主變壓器高峰及低谷負荷時的負荷率分析。
　　(2) 各條母線電壓定時記錄，并統(tǒng)計出日最大值、最小值、平均值及相應時間，各條母線電壓越限值和相應時間，由此可計算各條母線的日、月、年電壓合格率。
　　(3) 開關(guān)變位瞬間前16個周波 (每周波10個點)的電壓、電流數(shù)據(jù)。
　　(4) 拉閘限電、斷路器故障跳閘次數(shù)的日、月、年統(tǒng)計。
　　(5) 主變壓器油溫的定時記錄和越限運行時間統(tǒng)計。
　　(6) 進行諧波分析，給出諧波分量大小及總諧波畸變率。

5.4　報表、圖形打印

　　歷史或?qū)崟r數(shù)據(jù)表格、曲線圖、立體棒圖和立體餅圖，既可以定時自動打印，也可以隨時召換打印。
　　對于統(tǒng)計報表，可以在線地修改表格格式及所聯(lián)系的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

5.5　內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置

　　監(jiān)控系統(tǒng)的所有內(nèi)部參數(shù)都可以在主機屏幕上通過相關(guān)窗口修改、設(shè)定。主要的內(nèi)部參數(shù)包括：
　　(1) 各條線路或各臺變壓器開關(guān)量、保護信號的定義。
　　(2) 各條線路 CT 、PT 變比大小。
　　(3) 各條線路的編號、名稱、密碼。
　　(4) 各條線路24小時分時電度費率。
　　(5) 各條線路12 類模擬量越限報警信號及限值大小。
　　(6) 各條線路 24 個小時計劃負荷。通過設(shè)置24個小時分時負荷極大值和動作延遲時間，實現(xiàn)對用戶的負荷管理。此項功能也可設(shè)定為“禁用”。
　　(7) 除所測線路的斷路器外，線路監(jiān)控儀還可遙控另外一組斷路器的線路號。這樣設(shè)定以后，每一臺線路監(jiān)控儀就可以同時遙控兩組斷路器。

5.6　多媒體功能

　　利用 Windows 95 的多媒體環(huán)境，可以將一些必要的信息錄音為“.WAV”文件，然后通過調(diào)用這些文件，用語音報出主變壓器油溫、變位報警的線路名稱、線路號、變位事件名稱等內(nèi)容。
　　這樣，可以更好地提醒變電站值班人員的注意。

6　結(jié)論

　　分布式變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備通用，維護、安裝簡單，可靠性高，功能較齊全，用戶使用方便。經(jīng)河北、內(nèi)蒙、北京等地的多個變電站和廠礦配電室使用，本文所述的監(jiān)控系統(tǒng)收到了良好效果。監(jiān)控系統(tǒng)的主機軟件在增加站碼數(shù)據(jù)后，也可以擴充為電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)度自動化軟件。隨著應用功能不斷開發(fā)和完善， Windows 95 環(huán)境下開發(fā)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)軟件必將會在變電站綜合自動化中起到更大的作用。