電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介

1、電力監(jiān)控系統(tǒng)簡介電力監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱 SCADA 系統(tǒng)）實現(xiàn)在控制中心（ OCC ）對供電系統(tǒng)進行集中 管理和調(diào)度、實時控制和數(shù)據(jù)采集。除利用“四遙” （遙控、遙信、遙測、遙調(diào)）功能監(jiān)控 供電系統(tǒng)設(shè)備的運行情況， 及時掌握和處理供電系統(tǒng)的各種事故、 報警事件功能外， 利用該 系統(tǒng)的后臺工作站還可以對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)歸檔和統(tǒng)計報表功能，以更好地管理供電系統(tǒng)。隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展， 自 20 世紀(jì) 90 年代末開始， 以計算機為基礎(chǔ)的變電所綜 合自動化技術(shù)為供電系統(tǒng)的運行管理帶來了一次變革。 它包含微機保護、 調(diào)度自動化和當(dāng)?shù)?基礎(chǔ)自動化?？蓪崿F(xiàn)電網(wǎng)安全監(jiān)控、電量及非電量監(jiān)測、參數(shù)自動調(diào)整、中

2、央信號、當(dāng)?shù)仉?壓無功綜合控制、電能自動分時統(tǒng)計、事故跳閘過程自動記錄、事件按時排序、事故處理提 示、快速處理事故、 微機控制免維護蓄電池和微機遠(yuǎn)動一體化功能。 它為推行變電所無人值 班提供了強大的技術(shù)支持。一、基本組成與功能電力監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)置在控制中心的主站監(jiān)控系統(tǒng)、 設(shè)置在各種變電所內(nèi)的子站系統(tǒng)以及 聯(lián)系二者的通信通道構(gòu)成。電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備選型、 系統(tǒng)容量和功能配置應(yīng)能滿足運營管理和發(fā)展的需要。 其系 統(tǒng)構(gòu)成、監(jiān)控對象、功能要求，應(yīng)根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)的特點、運營要求、通信系統(tǒng) 的通道條件確定。電力監(jiān)控系統(tǒng)主站的設(shè)計， 應(yīng)確定主站的位置、 主站系統(tǒng)設(shè)備配置方案、 各種設(shè)備的功 能、型

3、式和要求，以及系統(tǒng)容量、遠(yuǎn)動信息記錄格式和人機界面形式要求等。電力監(jiān)控系統(tǒng) 子站的設(shè)計，應(yīng)確定子站設(shè)備的位置、類型、容量、功能、型式和要求。電力監(jiān)控系統(tǒng)通道 的設(shè)計要求，應(yīng)包括通道的結(jié)構(gòu)形式、主/備通道的配置方式、遠(yuǎn)動信息傳輸通道的接口形式和通道的性能要求等。電力監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)宜采用1 對 N 的集中監(jiān)控方式，即 1 個主站監(jiān)控 N 個子站的方式。系統(tǒng)的硬件、軟件一般要求充分考慮可靠性、可維護性和可擴性， 并具備故障診斷、 在線修改功能， 同時遵循模塊化和冗余的原則。 遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)通道宜采用通信 系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通道。在設(shè)計中應(yīng)向通信設(shè)計部門提出對遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)通道的技術(shù)要求。（一）主站監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能

4、和主要設(shè)備1 主站監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能（ 1） 實現(xiàn)對遙控對象的遙控。遙控種類分選點式、選站式、選線式控制三種；（ 2） 實現(xiàn)對供電系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視和故障報警；（ 3） 實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中主要運行參數(shù)的遙測；（ 4） 實現(xiàn)漢化的屏幕畫面顯示、 模擬盤顯示或其他方式顯示， 以及運行和故障記錄信 息的打?。唬?5） 實現(xiàn)電能統(tǒng)計等的日報月報制表打??；（ 6） 實現(xiàn)系統(tǒng)自檢功能；（ 7） 以友好的人機界面實現(xiàn)系統(tǒng)維護功能；（ 8） 實現(xiàn)主 /備通道的切換功能。2 主站硬件應(yīng)包括的主要設(shè)備（ 1） 計算機設(shè)備（主機）與計算機網(wǎng)絡(luò)；（ 2） 人機接口設(shè)備；（ 3） 打印記錄設(shè)備和屏幕拷貝設(shè)備；（

5、4） 通信處理設(shè)備。（二）子站設(shè)備（遠(yuǎn)動終端）應(yīng)具備的基本功能1 遠(yuǎn)動控制輸出；2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集（包括數(shù)字量、模擬量、脈沖量等）3 遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)傳輸；4 可脫離主站獨立運行。此外，子站設(shè)備（遠(yuǎn)動終端）的通信規(guī)約應(yīng)對用戶完全開放。除提供多種形式的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接（三）變電所綜合自動化裝置應(yīng)具備的基本功能1保護、控制、信號2電源自動轉(zhuǎn)接；3必要的安全聯(lián)鎖；4程序操作；5裝置故障自檢；6開放的通信接口。測量；當(dāng)采用主控單元對各變電所綜合自動化裝置進行管理時， 口外，變電所間斷路器聯(lián)跳等功能通過綜合自動化主控單元與控制中心監(jiān)控主站的信息傳 遞、交換共同來實現(xiàn)。重要設(shè)備之間除考慮二次回路硬線聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖外，由

6、綜合自動 化軟件實現(xiàn)邏輯判斷、計算、繼電器等功能，并通過下位監(jiān)控單元執(zhí)行操作。、監(jiān)控的基本內(nèi)容監(jiān)控對象應(yīng)包括遙控對象、遙信對象和遙測對象三部分。（一）遙控 遙控對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：1主變電所、開閉所、中心降壓變電所、牽引變電所、降壓變電所內(nèi)10KV 及以上電壓等級的斷路器、負(fù)荷開關(guān)及系統(tǒng)用電動隔離開關(guān)；2牽引變電所的直流快速斷路器、直流電源總隔離開關(guān)；降壓變電所的低壓進線斷路器、低壓母聯(lián)斷路器、三級負(fù)荷低壓總開關(guān)；3接觸網(wǎng)電源隔離開關(guān)；有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓開關(guān)。4（二）遙信遙信對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：1 遙信對象的位置信號；2 高中壓斷路器、直流快速斷路器的各種故障跳閘信號；3 變壓器、整

7、流器的故障信號；4 交直流電源系統(tǒng)故障信號；5 降壓變電所低壓進線斷路器、母聯(lián)斷路器的故障跳閘信號；6 鋼軌電位限制裝置的動作信號；7 預(yù)告信號；8 斷路器手車位置信號；9 無人值班變電所的大門開啟信號；10 控制方式。（三）遙測遙測對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：1 主變電所進線電壓、電流、功率、電能；2 變電所中壓母線電壓、電流、功率、電能；3 牽引變電所直流母線電壓；4 牽引整流機組電流與電能、牽引饋線電流、負(fù)極柜回流電流；5 變電所交直流操作電源的母線電壓。電力監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)置在控制中心的主站監(jiān)控系統(tǒng)、 設(shè)置在各種變電所內(nèi)的子站系統(tǒng) （變 電所綜合自動化系統(tǒng)）以及聯(lián)系二者的通信通道構(gòu)成。一、 主

8、站監(jiān)控系統(tǒng)的組成主站監(jiān)控系統(tǒng)由局域網(wǎng)絡(luò)、主備服務(wù)器、 主備操作員計算機、 維護計算機、 數(shù)據(jù)文檔計 算機、信號系統(tǒng)用行調(diào)計算機、前置通信機、打印機、模擬盤等設(shè)備構(gòu)成。主站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。圖 1 主站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖（一）局域網(wǎng)絡(luò)控制中心主站網(wǎng)絡(luò)訪問方式可采用客戶機、 服務(wù)器訪問方式， 局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙以太 網(wǎng)構(gòu)成，相互備用。正常情況下兩個網(wǎng)絡(luò)同時工作，平衡網(wǎng)絡(luò)信息流量。網(wǎng)絡(luò)切換采取基于網(wǎng)絡(luò)口切換的策略， 每臺服務(wù)器和客戶機保持同時監(jiān)視兩個網(wǎng)段上與 其它通信節(jié)點的連通狀況。當(dāng)服務(wù)器或客戶機某一個網(wǎng)絡(luò)口（如網(wǎng)卡） 故障時，只改變本機 器與其它節(jié)點的通信路徑， 不會影響到其

9、它節(jié)點間的通信， 不進行全網(wǎng)切換。 當(dāng)兩個網(wǎng)段的 其中之一全網(wǎng)故障時， 網(wǎng)絡(luò)通信管理程序會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)口的連通狀況， 自動在另一個網(wǎng)段上形 成通信鏈路。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用 TCP/IP 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介為光纖，通信速率為 100Mbps 。系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)具有良好的擴展性，可方便地增加客戶機而不影響網(wǎng)絡(luò)性能。（二）服務(wù)器控制中心主站配置兩套功能等價、 性能相同的計算機用于整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、 數(shù)據(jù)處 理，并作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它計算機的共享資源。系統(tǒng)正常工作時，主、備服務(wù)器中，一臺主用， 另一臺備用。 控制命令僅通過主服務(wù)器發(fā)出。 主、備服務(wù)器均能接收來自被控站的各種上傳 數(shù)據(jù)。當(dāng)主服務(wù)器故障時， 系統(tǒng)自動切換

10、到另一臺備用服務(wù)器上， 故障信息在打印機上打印， 并在另一臺服務(wù)器系統(tǒng)故障畫面上顯示故障信息。（三）工作站計算機 用于正確同步反映服務(wù)器上的所有數(shù)據(jù)（包括圖像、警報、遙測量等） ，提供給調(diào)度員 和維護員各一個工作的窗口， 進行維護系統(tǒng)軟件、 定義系統(tǒng)運行參數(shù)、 定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及編 輯、修改、增擴人機界面畫面等工作（四）前置通信機系統(tǒng)配置兩套功能等價的前置通信機， 通過通信系統(tǒng)提供的通信通道實現(xiàn)與被控站設(shè)備 的遠(yuǎn)方通訊， 兩套前置通信機實現(xiàn)相互之間的熱備用。 配置監(jiān)視兩前置通信機工作運行狀態(tài) 的看門狗軟件。正常時， 兩套前置通信機同時接收來自被控站的信息， 但只有一個前置通信機與系統(tǒng)進 行信息交

11、換， 當(dāng)主用前置通信機發(fā)生故障時， 系統(tǒng)自動切換到備用前置通信機， 故障信息記 錄在系統(tǒng)報警報表中。前置通信機與各被控站采用點對點的通信方式， 兩個串口對應(yīng)一個被控站， 其中一個串 口作備用。 通信前置機至通信設(shè)備室的每個變電所的通信電纜采用單獨回路。 前置通信機采 用經(jīng)驗成熟、性能先進、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，通信接口為串行RS422,通信傳輸速率不低于9600bps。（五）時鐘子系統(tǒng)該系統(tǒng)數(shù)字顯示時鐘與本系統(tǒng)計算機軟時鐘同步， 此數(shù)字顯示時鐘鑲嵌在模擬盤中央上 部，并可通過 CRT 操作鍵對其進行時間設(shè)定，顯示形式為：年、月、日、時、分、鈔。本系統(tǒng)主站定時與各變電所綜合自動化系統(tǒng)定時同步對時，每1

12、015min同步一次，同步間隔時間可調(diào)。（六）模擬盤為全面、系統(tǒng)、 直觀掌握供電系統(tǒng)的運行情況，在控制中心設(shè)置模擬盤。模擬盤顯示系 統(tǒng)以彩色燈光（紅、 綠）形式模擬供電設(shè)備的運行狀態(tài)，以光帶方式監(jiān)視接觸網(wǎng)線路的帶電 狀態(tài)。模擬盤應(yīng)具有暗盤和亮盤兩種運行方式， 其控制命令由操作員控制臺發(fā)出。 在暗盤運行 時，當(dāng)被控站發(fā)生故障，模擬盤相應(yīng)站名燈、事故燈及相關(guān)開關(guān)燈閃爍，按閃光復(fù)歸鍵后， 停閃。二、主站監(jiān)控系統(tǒng)的管理功能 主控站系統(tǒng)的管理功能主要由五個部分組成： 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)， 網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)， 圖 形管理子系統(tǒng)，報表管理子系統(tǒng)和安全管理子系統(tǒng)。（一）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 為各種應(yīng)用功能模塊提供共享的

13、數(shù)據(jù)平臺。 提供開放式的數(shù)據(jù)庫接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的定義、創(chuàng)建、錄入、檢索和訪問。 提供數(shù)據(jù)斷面的管理機制，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、拷貝和再利用。 數(shù)據(jù)庫的控制功能可完成對數(shù)據(jù)庫的安全性控制、完整性控制和數(shù)據(jù)共享時并發(fā)控制。 具有故障恢復(fù)功能、安全保護功能以及網(wǎng)絡(luò)通信功能等?？刹捎蒙逃脭?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)（二）圖形管理系統(tǒng) 具有風(fēng)格統(tǒng)一、友好方便的操作界面。 可完成圖元編輯、引用、畫面生成、調(diào)用、操作、管理等功能。允許用戶自定義圖元。 可生成多種類型畫面，有接線圖、地理圖、工況圖、棒圖、餅圖、曲線、儀表、其它。 可在畫面上完成各種操作，有圖形縮放、應(yīng)用切換、調(diào)度操作、任務(wù)啟動等。 畫面顯示具有網(wǎng)

14、絡(luò)動態(tài)著色功能。畫面打印可任選：行式打印、彩色打印、激光打印。 具有以下技術(shù)特點：全圖形顯示，可漫游變焦、自動分層、隨意移動、多窗口技術(shù)、快 速直接鼠標(biāo)控制和多屏幕技術(shù)。（三）報表生成系統(tǒng) 操作員可在 CRT 上以交互式定義報表格或報表數(shù)據(jù)等。可制定任意形式的數(shù)據(jù)表格。 表格可顯示實時及歷史數(shù)據(jù)內(nèi)容。 表格在窗口 中提供翻滾棒操作。表格內(nèi)各數(shù)據(jù)具有計算功能， 用戶可在表格內(nèi)自動加以驚異； 考慮通道質(zhì)量等因素， 系 統(tǒng)提供報表數(shù)據(jù)編輯修改功能。報表操作可完全在線進行，不影響系統(tǒng)運行。 報表打印分成正常和異常打印，啟動方式為定時啟動，事件啟動和召喚啟動。 全圖形為全漢化的人機界面。（四）網(wǎng)絡(luò)管理系

15、統(tǒng) 基于國際標(biāo)準(zhǔn)傳輸層協(xié)議（ TCP/IP ），實現(xiàn)網(wǎng)上工作站之間實時信息傳輸及這個網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)的信息共享。所有工作站之間的信息交換、 功能實現(xiàn)， 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下均能實現(xiàn)完全鏡像信息， 任一工 作站的實時更新或操作定義， 其他各站實時同步變化， 任一工作站的實時畫面可實時在任一 監(jiān)視器上顯示；任一工作站故障或退出不丟失信息也不影響系統(tǒng)功能。可以支持雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。可以通過網(wǎng)橋和管理網(wǎng)進行信息交換，實現(xiàn)信息共享。支持 X2.5 協(xié)議的遠(yuǎn)程分組交換網(wǎng)間通訊，實現(xiàn)和遠(yuǎn)方機器的網(wǎng)間連接。（五）安全管理系統(tǒng)采用多級安全管理策略， 在用戶一級采用口令和權(quán)限管理機制， 給每個用戶分配一 個用戶名和口令， 并且每個

16、用戶都賦予一定的操作權(quán)限， 比如電調(diào)只有對圖形的讀取、 遙控、 置數(shù)等權(quán)限， 而沒有修改的權(quán)限， 還可定義該口令的有效時間， 防止用戶忘記退出時被別人 誤用；在系統(tǒng)一級，采用防火墻技術(shù)，防止黑客進入 OPEN2000 系統(tǒng)。三、變電所綜合自動化系統(tǒng)主要功能變電所綜合自動化實現(xiàn)變電所各種設(shè)備的控制、 保護、監(jiān)視、聯(lián)動、聯(lián)鎖、 閉鎖、電流、 電壓、 功率、電度量的采集等功能。 變電所間開關(guān)聯(lián)跳等功能通過綜合自動化主控單元與控 制中心監(jiān)控主站的信息傳遞、 交換共同來實現(xiàn)。 重要設(shè)備之間除考慮二次回路硬線聯(lián)動、 聯(lián) 鎖、閉鎖外，由綜合自動化軟件實現(xiàn)邏輯判斷、計算、繼電器等功能，并通過下位監(jiān)控單元 執(zhí)行

17、操作。利用下位監(jiān)控單元實現(xiàn)對 0.4kV 進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、三級負(fù)荷總開關(guān)的控制。 如南京南瑞集團公司 DISA 型變電站綜合自動化系統(tǒng)，其典型的應(yīng)用方案見圖2。（一）現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接口 由于變電所的二次監(jiān)控單元和保護單元采用不同廠商的設(shè)備， 因而也造成了下層智能設(shè) 備使用不同的通信協(xié)議， 因此采用具有多個支持多種介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的通訊接口（RS232、RS422、RS485、 CAN 、 LONWORKS 、以太網(wǎng)、 MODBUS 、 PROFIBUS 、lon 等）的主控單元對所 有網(wǎng)絡(luò)進行管理，通過現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對各開關(guān)柜內(nèi)監(jiān)控單元和保護單元的運行狀態(tài)進行監(jiān) 視。主控單元與 0.4kV 下位監(jiān)控單元及

18、公共部分 I/O 單元采用 CANBUS 現(xiàn)場總線互連，網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)錇榭偩€；主控單元與 110 kV 交流、 35（33）kV 交流、 1500 直流設(shè)備、所內(nèi)交直流 裝置、變壓器溫控器上的智能設(shè)備的連接采用 RS485/LONWORKS/MODBUS/PROFIBUS/ LONBUS/LON 接口實現(xiàn)，傳輸介質(zhì)采用光纖 /雙絞線。主控單元采用多 CPU ，不同設(shè)備或傳輸 介質(zhì)采用不同的接口模塊，所有網(wǎng)絡(luò)接口模塊在主控單元內(nèi)采用 CANBUS 通訊。除設(shè)置主控單元外， 還設(shè)有 I/O 模塊單元， 直接控制監(jiān)視不宜裝設(shè)下位監(jiān)控單元的開關(guān) 設(shè)備，例如：接觸網(wǎng)上網(wǎng)電動隔離開關(guān)、所用電交流電源的投切自動裝置等。圖 2 DISA 型變電站綜合自動化系統(tǒng)典型的應(yīng)用方案示意圖（二）主控單元的功能主控單元接受控制中心主機或當(dāng)?shù)鼐S護計算機的控制命令； 向控制中心主機或當(dāng)?shù)鼐S護 計算機傳送變電所操作、事故、預(yù)告等信息。除實現(xiàn)