35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李永鋒

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710089）

35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李永鋒

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710089）

本文針對35 kV中小型變電站需要實現(xiàn)綜合自動化管理的現(xiàn)實情況，以能實現(xiàn)控制、保護(hù)、測量、通信等功能相結(jié)合的綜合系統(tǒng)為出發(fā)點，在計算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)變電站測量、監(jiān)控、保護(hù)等功能的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集成傳統(tǒng)變電站的控制屏、保護(hù)屏及控制臺，結(jié)合了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和變電站企業(yè)需求，開發(fā)實現(xiàn)了三層結(jié)構(gòu)的后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

35 kV變電站；綜合自動化；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；后臺監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，無人值班變電站在我國主要應(yīng)用于110 kV及以上變電站企業(yè)，提高了供電企業(yè)的勞動效率，達(dá)到了現(xiàn)代化企業(yè)的科學(xué)管理要求。對于35 kV的中低壓變電站,依然存在電力企業(yè)不易與其他領(lǐng)域交換數(shù)據(jù)，不同廠家產(chǎn)品之間也不易交換數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，系統(tǒng)之間只有開發(fā)商提供的數(shù)據(jù)交換接口，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈活性差，難維護(hù)和推廣[1]。保護(hù)、本地監(jiān)控、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波和測距、直流絕緣監(jiān)視和通信系統(tǒng)及其他裝置，組成了中低壓變電站的二次回路部分，它們裝置獨(dú)立，各自獨(dú)成系統(tǒng)，存在各裝置之間功能覆蓋，大量重復(fù)配置，大量耗用連接線和電纜等問題[2]。

1 35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)功能

安裝有監(jiān)控軟件的后臺機(jī)，要求實時處理各種繼電保護(hù)設(shè)備提交的數(shù)據(jù)，安全監(jiān)控整個變電站。根據(jù)國內(nèi)外目前變電站自動化技術(shù)的發(fā)展，綜合考慮保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)動裝置、信號、通信、事故記錄、故障錄波、直流和五防功能，整體各自要獨(dú)立運(yùn)行，智能協(xié)同工作，避免裝置重復(fù)配置，減少投資，又要便于運(yùn)行管理和維護(hù)[3]。因此，后臺主控計算機(jī)一般由高性能工業(yè)控制計算機(jī)充當(dāng)，其主要任務(wù)是系統(tǒng)監(jiān)控，包括對變電站所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集和處理，對異常數(shù)據(jù)分析原因，保護(hù)定值，上傳下發(fā)數(shù)據(jù)，收發(fā)命令等任務(wù)[4]。具體需要有以下幾個功能：

1)與下位機(jī)交互：能修改和保存變電站系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息，包括在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)；能讀取和保存下位機(jī)的實時采集數(shù)據(jù)。

2)數(shù)據(jù)處理：通過運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，能處理實時數(shù)據(jù)，收發(fā)控制命令，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、統(tǒng)計、繪圖、打印和輸出等基本處理。

3)報警提示：如果設(shè)備出現(xiàn)斷路跳閘、保護(hù)裝置等動作故障，或出現(xiàn)如設(shè)備變位、狀態(tài)異常等各種不正常事件時，主控機(jī)會發(fā)出相應(yīng)報警提示。

4)界面提示：后臺主控計算機(jī)可以給用戶提供各種形式的信息提示界面，包括實時系統(tǒng)運(yùn)行工況圖等。

2 35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計思想

變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)需要采用組態(tài)化設(shè)計思路，利用面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計和組件技術(shù)實現(xiàn)，使系統(tǒng)安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡便，提高了靈活性和適應(yīng)性。使用戶的操作使用與系統(tǒng)的信息組織達(dá)到最自然、最有效的結(jié)合，增強(qiáng)了用戶使用的方便性和靈活性，也增加了系統(tǒng)可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。其中，組件技術(shù)是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的延伸，一種新的軟件工程技術(shù)?；诮M件對象模型是一種面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)，組件是一個封裝好的有一致接口的功能單元，組件之間的依賴性相對較低，在軟件開發(fā)過程中，采用了組件技術(shù)可以降低開發(fā)的難度，系統(tǒng)的開放性、集成性和可重用性增強(qiáng)[5]。

本項目采用WINDOWS平臺開發(fā)，由于數(shù)據(jù)采集集中，主要依賴于計算機(jī)數(shù)字通訊，涉及串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊以及相關(guān)的規(guī)約和協(xié)議，對計算機(jī)的硬件（處理速度）接口要求較高（多串口、多網(wǎng)絡(luò)），相對應(yīng)的代碼效率要求也高，因此編程平臺計劃用VC++或匯編等；由于本項目的數(shù)據(jù)采集集中后數(shù)據(jù)量大，類型多，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作也多，因此，計劃借助普及率高的SQL server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使用EXCEL解決報表問題。本項目的人機(jī)界面要求較豐富，用VC++開發(fā)。

2.2 總體架構(gòu)

后臺監(jiān)控系統(tǒng)分3層：應(yīng)用層，應(yīng)用服務(wù)層，底層。應(yīng)用層包括系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)模塊、通信管理模塊、系統(tǒng)主控模塊等3個模塊；應(yīng)用服務(wù)層包括應(yīng)用服務(wù)器；底層包括后臺數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)含有3個公用程序：組態(tài)圖形、組態(tài)報表、組態(tài)圖形分析。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備通過信息交換、數(shù)據(jù)共享，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。監(jiān)控軟件可以直接利用通用圖形分析工具對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以曲線、棒圖的方式進(jìn)行分析、顯示、打印，也可以利用組態(tài)報表工具對用戶自定義的各類報表進(jìn)行定義、顯示和編輯。

變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)分7個模塊：系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)、通信管理模塊、系統(tǒng)主控模塊、應(yīng)用服務(wù)器、后臺數(shù)據(jù)庫、通用圖形分析工具、通用報表工具。各模塊之間的關(guān)系是：系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)模塊是整個系統(tǒng)的啟動模塊，由它再啟動應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)主控模塊、通信管理模塊，并通過通信實時監(jiān)控它們。系統(tǒng)主控模塊被監(jiān)控模塊啟動后，可以直接利用圖形工具來編輯各類圖形畫面，當(dāng)需要發(fā)送下行命令時，就將下行命令發(fā)送給通信管理模塊；也可以直接利用通用圖形分析工具對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以曲線、棒圖的方式進(jìn)行分析、顯示、打印，還可以通過組態(tài)報表工具對用戶需要的報表進(jìn)行自定義、顯示和編輯。通信管理模塊、系統(tǒng)主控模塊，圖形工具模塊、通用報表模塊、通用圖形分析模塊通過應(yīng)用服務(wù)器訪問后臺數(shù)據(jù)庫。變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1 后臺監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)架Fig.1 The overall framework of the background monitoring system

以下各模塊之間有接口關(guān)系：應(yīng)用服務(wù)器與后臺數(shù)據(jù)庫，通信模塊與主控模塊，后臺工具與主控模塊，系統(tǒng)監(jiān)視服務(wù)與各模塊，通信模塊與總控、調(diào)度系統(tǒng)，各模塊與應(yīng)用服務(wù)器。系統(tǒng)模塊描述如表1所示。

3 35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 后臺監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

圖2是后臺監(jiān)控系統(tǒng)的工作模塊圖。整體工作流程是這樣的：若處于正常監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，有數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)打印等過程。數(shù)據(jù)采集即：下位機(jī)及保護(hù)測控單元把從現(xiàn)場采集到的實時數(shù)據(jù)上傳給通信管理模塊；數(shù)據(jù)管理即：收到數(shù)據(jù)后，對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)存儲即：通信管理模塊把處理過的數(shù)據(jù)采集存入數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)顯示即：通過圖形顯示模塊完成變電站運(yùn)行狀態(tài)的實時顯示，提供給現(xiàn)場運(yùn)行人員；數(shù)據(jù)打印即：由報表打印模塊完成定時打印日報表和月報表；管理員發(fā)布命令，管理命令通過對下的通訊管理模塊與下位機(jī)進(jìn)行通信，以實現(xiàn)對實際設(shè)備的操作：當(dāng)一個事件發(fā)生時，報警模塊通過圖形顯示模塊提示現(xiàn)場運(yùn)行人員，并由通訊管理模塊對遠(yuǎn)方調(diào)度上傳報警信息。

在該系統(tǒng)中，下位機(jī)及保護(hù)測控單元的數(shù)據(jù)采集和與通信管理模塊的管理、存儲數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源，主要完成規(guī)約轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)，具體工作是在網(wǎng)絡(luò)適配器上完成。系統(tǒng)設(shè)計為了提高安全可靠性，采用對運(yùn)行模塊實時監(jiān)控技術(shù)，即每間隔一定時間應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)主控模塊、通信管理模塊自動向監(jiān)控服務(wù)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包 (預(yù)先定義好的)。監(jiān)控服務(wù)模塊每間隔相應(yīng)時間檢測這3個模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，如果檢測到發(fā)送來的數(shù)據(jù)包不正確，立即通過重新啟動已出現(xiàn)異常的模塊以恢復(fù)正常[6]。

3.2 后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件層次模型及函數(shù)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包括：操作系統(tǒng)、支撐軟件和應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)位于系統(tǒng)的底層，中間是支撐軟件，位于應(yīng)用服務(wù)層，頂層是應(yīng)用軟件，位于應(yīng)用層。層次模型圖如圖3所示，函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

表1 系統(tǒng)模塊描述Tab.1 system module description

圖2 后臺監(jiān)控系統(tǒng)工作模塊圖Fig.2 The module background monitoring system diagram

圖3 層次模型圖Fig.3 Hierarchical model

4 結(jié)論

本文將針對35 kV的中低壓變電站綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)，總體是在計算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)變電站測量、監(jiān)控、保護(hù)等功能的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成一個資源和信息共享的綜合自動化系統(tǒng)，集成了傳統(tǒng)變電站的控制屏、保護(hù)屏、控制臺，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，集中管理，最終實現(xiàn)自動化管理的變電站[7]。同時，該系統(tǒng)由于裝置高度集成，大大節(jié)省了變電站面積，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢。

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圖4 函數(shù)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 The function structure diagram

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Design and realization of integrated automation system for 35 kV substation

LI Yong-feng
（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi'an 710089,China）

In this paper,according to the actual situation of the 35 kV substation which need realize integrated automation of management,make the comprehensive system which can achieve control,protection,measurement,communication and other functions as a starting point,based on the computer technology and the traditional substation measuring,monitoring and protection function，Integrate the control panel,protection pane and console desk of integrated traditional substation through the network technology,combine with the relevant national standards and substation business needs,develop the background monitoring system of three layer structure.

35 kV substation;integrated automation;network technology;background monitoring system

TN91

A

1674－6236（2015）07-0046-04

2014-07-24 稿件編號：201407188

李永鋒(1980—)，男，陜西扶風(fēng)人，碩士，講師。研究方向：程序設(shè)計。