配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在機場航站樓的應(yīng)用

劉　潔(西部機場集團(tuán)置業(yè)

(西安)有限公司，西安 710075)

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配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在機場航站樓的應(yīng)用

劉潔(西部機場集團(tuán)置業(yè)

(西安)有限公司，西安 710075)

0　引言

機場航站樓作為一類大型公共建筑，在日常運營中負(fù)責(zé)旅客服務(wù)和地面服務(wù)，但在保障優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時，航站樓對電力供應(yīng)的要求也越來越高。一方面要求在電力供應(yīng)即將出現(xiàn)異常時能及時觸發(fā)故障預(yù)警，把可能發(fā)生的故障前兆通過事先設(shè)定好的預(yù)警機制準(zhǔn)確做出預(yù)警可視化推送，變被動為主動；另一方面要求在發(fā)生電力供應(yīng)故障時能實現(xiàn)故障點的及時鎖定，幫助維護(hù)人員迅速完成對故障點的搶修工作，避免發(fā)生連鎖性故障。因此，為了保障機場供電的安全、穩(wěn)定和連續(xù)性，有必要建設(shè)一套實時的配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，以提高供電故障預(yù)判、診斷及處理的速度，達(dá)到故障處理的快速性、準(zhǔn)確性和全面性。

1　工程概況

西安咸陽機場T3A航站樓是機場二期擴建的核心工程，總面積達(dá)300 000m2，機場飛行區(qū)按照民航機場的最高等級4F級進(jìn)行建設(shè)，目前載客量最大的A380客機可以在此起降，可滿足高峰期起降72架次和1萬人次的需求量。西安咸陽機場T3A航站樓建筑效果圖如圖1所示。

圖1　西安咸陽機場T3A航站樓建筑效果圖

T3A航站樓共建設(shè)7座變電所(1#～7#)，1#、2#為中心變電所，其中1#中心變供電范圍為1#、3#、4#和6#變電所區(qū)域，2#中心變供電范圍為2#、5#、7#變電所(含貴賓樓、停車場)區(qū)域，同時預(yù)留遠(yuǎn)期用電容量。

2　系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)監(jiān)控部分

本配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括10kV配電綜合自動化監(jiān)控和0.4kV低壓配電監(jiān)控兩個部分。

1)10kV配電綜合自動化監(jiān)控部分

該部分對1#～6#變電所10kV配電綜合自動化進(jìn)行實時監(jiān)控。

監(jiān)控中心機房分別設(shè)置在1#和2#中心變電所，且與1#、2#中心變電所高低壓室隔離，2個監(jiān)控中心各設(shè)置一套雙冗余IEC 61850配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機互為備用，還配備有操作員站、工程師站、GPS衛(wèi)星對時裝置、語音報警裝置、UPS不間斷電源、激光打印機和56″液晶電視大屏等。

2)0.4kV低壓配電監(jiān)控部分該部分在1#～7#變電所內(nèi)(含貴賓樓、停車場)均設(shè)置變電所現(xiàn)場子站，各子站分別配備可與低壓配電回路上的多功能電力儀表建立通訊的獨立一體化工作站，以實現(xiàn)對各配電回路的斷路器通/斷狀態(tài)、故障信號、電流、電壓、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波分量、電度量等數(shù)據(jù)信息的實時采集。

2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c設(shè)備配置

IEC 61850配電綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所包含的計算機、通信設(shè)備、通訊鏈路稱之為系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(內(nèi)網(wǎng))，監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)稱之為外部網(wǎng)絡(luò)(外網(wǎng))。

系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各變電所子站與1#、2#中心機房服務(wù)器之間采用光纖介質(zhì)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，遵從TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，1#、2#監(jiān)控中心均能實現(xiàn)對T3A航站樓各變電所設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，其預(yù)留的通訊接口可將各種數(shù)據(jù)上傳至航站區(qū)管理中心(TOC)及信息中心大樓的能源管理中心席位工作站，并可對不同的安裝軟件進(jìn)行不同級別授權(quán)的操作。

系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)設(shè)計為一個典型的分層、分布式系統(tǒng)，縱向分為：系統(tǒng)后臺主站層-網(wǎng)絡(luò)通訊層-現(xiàn)場設(shè)備層。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2　IEC61850配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1)現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層負(fù)責(zé)采集處理電力現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)和信息狀態(tài)并通過現(xiàn)場總線接入通訊間隔層的一體化工作站，包括安裝在現(xiàn)場開關(guān)柜、變壓器、直流屏上的遠(yuǎn)方I/O、智能傳感器和執(zhí)行器、采集裝置、智能通訊等設(shè)備上的裝置。具體包括：繼電保護(hù)裝置、多功能智能儀表、直流屏智能控制器、變壓器溫控儀、柴油發(fā)電機控制器、有源濾波控制器等。

2)網(wǎng)絡(luò)通訊層

網(wǎng)絡(luò)通訊層由底層通訊鏈路、通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備以及頂層通訊鏈路(光纖以太網(wǎng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò))等通訊設(shè)備組成，具體包括：通訊管理機、以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、一體化工作站(網(wǎng)絡(luò)機柜安裝)、網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器等。

其中，各自變電所一體化工作站需與現(xiàn)場設(shè)備層的各類裝置建立通訊，可以脫離1#、2#監(jiān)控中心自成系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合就地監(jiān)控，同時還可以作為中轉(zhuǎn)單元，將各自變電所采集到的全部電力運行數(shù)據(jù)打包并集中上傳至主站層，再接收由主站層下發(fā)的遙控指令，將指令下發(fā)給各自對應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備層的裝置執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)通訊層配置如表2所示。

表1　現(xiàn)場設(shè)備層配置表

表2　網(wǎng)絡(luò)通訊層配置表

3)主站層

主站層負(fù)責(zé)接收通訊間隔層上傳的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解包和分析、相關(guān)功能執(zhí)行和集中管理等操作，以完成整個IEC 61850配電綜合自動化系統(tǒng)的整體監(jiān)管。

主站層位于1#、2#監(jiān)控中心機房，具體包括：服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、GPS衛(wèi)星對時裝置、56″液晶電視大屏、室內(nèi)/外環(huán)境溫度變送器、語音報警裝置、UPS不間斷電源、打印機等設(shè)施。

服務(wù)器A和B雙機互為熱備(熱備冗余)，正常情況下，A、B服務(wù)器同時運行，系統(tǒng)可任意設(shè)定一臺服務(wù)器為主用機(設(shè)定A機為主用機)，并定時對A、B服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、備份。當(dāng)系統(tǒng)自診斷程序診斷到主機(A)出現(xiàn)故障時，軟件會自動進(jìn)行無擾動切換將備機(B)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳈C；當(dāng)主機(A)恢復(fù)運行后，備機(B)自動由主機恢復(fù)到備機狀態(tài)。主備機的冗余保障了系統(tǒng)可用性，大大減少了系統(tǒng)故障時間。

56″液晶電視大屏用于顯示變電所一次系統(tǒng)圖及參數(shù)動態(tài)、高低壓柜開關(guān)動態(tài)參數(shù)、變壓器溫度參數(shù)、發(fā)電機工作狀態(tài)及啟動后的動態(tài)參數(shù)、重要參數(shù)的時間曲線圖及同步曲線圖等，此外，重大故障通知也可在大屏幕醒目顯示。

高低壓配電室、發(fā)電機房等場所的室內(nèi)/外溫度的監(jiān)測選用帶遠(yuǎn)傳接口的溫度變送器進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)實時上傳于中心機房服務(wù)器。

服務(wù)器通過廣播命令對所有計算機、現(xiàn)場控制器及綜合繼電保護(hù)裝置等智能設(shè)備對時，對系統(tǒng)管理的所有事件分配一個時間標(biāo)識，實現(xiàn)在GPS衛(wèi)星統(tǒng)一時鐘標(biāo)準(zhǔn)下存儲歷史操作記錄、查詢歷史信息、判斷事件發(fā)生時間順序等功能。

A3激光打印機可設(shè)定為手動或自動工作模式進(jìn)行報表、曲線、故障畫面打印。主站設(shè)備層配置如表3所示。

表3　主站層設(shè)備配置表

3　系統(tǒng)介紹

3.1系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)

1)重要模擬量更新周期：≤1sec；

2)開關(guān)量狀態(tài)變化傳送時間：≤1sec；

3)遙控遙調(diào)命令傳送時間：≤2sec；

4)全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)掃描周期：≤1sec；

5)畫面調(diào)用響應(yīng)時間：實時畫面≤1sec，其他畫面≤2sec；

6)畫面實時數(shù)據(jù)刷新時間：1～5sec(可調(diào))；

7)打印報表輸出周期：按需整定；

8)歷史曲線采樣間隔：1～10min(可調(diào))；

9)歷史數(shù)據(jù)存儲時間：≥3年；

10)事件順序記錄(SOE)分辨率：≤1ms；

11)報警或事件產(chǎn)生時間：≤2s；

12)事故追憶：事故前、事故后幀數(shù)1～5幀(可調(diào))；

13)控制命令傳送時間：≤2s；

14)遙信信號響應(yīng)率：≥100%；

15)遙控(調(diào))正確率：100%；

16)遙測綜合誤差：≤0.5%；

17)遙測合格率：99.9%；

18)系統(tǒng)可用率：≥ 99.9%；

19)系統(tǒng)平均無故障時間(MTBF)：>50 000h；

20)計算機CPU負(fù)荷率：≤20%，事故情況下10s內(nèi)≤50%。

3.2系統(tǒng)主要功能

IEC 61850配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)完全符合全球唯一的電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域通用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，基于模塊化、智能化的設(shè)計理念，采用Windows操作系統(tǒng)、MS-SQL Server大型商業(yè)化數(shù)據(jù)庫軟件、遵循工業(yè)MS-windows標(biāo)準(zhǔn)的人機界面，可適用于各行業(yè)大、中、小型電力監(jiān)控環(huán)境，具有交互界面友好、可靠性高、兼容性好、可擴展和易升級等優(yōu)點。系統(tǒng)功能模塊圖如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)功能模塊圖

1)主頁窗口

系統(tǒng)軟件全中文顯示，不同的管理人員擁有不同權(quán)限，鼠標(biāo)操作方便靈活，可漫游各顯示畫面，畫面之間的切換快捷流暢。主頁窗口如圖4所示。

圖4　主頁窗口

2)實時采集與控制

采集與控制包括遙測、遙信、遙脈數(shù)據(jù)與遙控(部分回路)四遙功能，是對所有變配電設(shè)備(如高低壓進(jìn)線、母聯(lián)、饋線、直流屏、溫控儀、柴油發(fā)電機等)的實時監(jiān)測與控制，具體如下：

(1)10kV高壓系統(tǒng)：包括的參數(shù)信息有I(電流)、U(電壓)、P(有功功率)、Q(無功功率)、PF(功率因數(shù))、E(電度量)、THD(諧波)、手車/隔離車位置、開關(guān)分合狀態(tài)、過流/速斷/接地/報警及跳閘信號等。一次系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5　一次系統(tǒng)圖

(2)0.4kV低壓系統(tǒng)：包括的參數(shù)信息有I(電流)、U(電壓)、P(有功功率)、Q(無功功率)、PF(功率因數(shù))、E(電度量)、THD(諧波)等。

(3)變壓器溫控儀：對系統(tǒng)與變壓器溫控儀進(jìn)行實時通訊，采集變壓器A、B、C三相繞組的溫度、風(fēng)機啟/停、高溫報警和超溫跳閘等數(shù)據(jù)信息。變壓器溫控儀信息如圖6所示。

圖6　溫控儀信息圖

(4)直流屏：對直流屏運行參數(shù)(如交流輸入電壓(Uab、Ubc、Uac)、合閘母線電壓、電池組電壓、控制母線電壓、負(fù)載電流、電池溫度等)進(jìn)行實時采集。

(5)遙控操作：系統(tǒng)具有嚴(yán)格的操作權(quán)限等級，可對不同人員分級授權(quán)，系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，能操作系統(tǒng)各個部分，并對使用者的權(quán)限進(jìn)行管理，而操作人員只能進(jìn)行權(quán)限允許的操作，包括：可遠(yuǎn)程執(zhí)行進(jìn)線、母聯(lián)、后備電源及重要饋電回路斷路器的遙控跳合閘操作，采用口令核對和操作返校來確保操作準(zhǔn)確等。

3)告警功能

(1)告警類型

事故告警：當(dāng)設(shè)備/裝置發(fā)生事故跳閘時觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)生強烈告警信息，包括：推送告警文字信息、廠站工況圖；語音告警，召喚操作人員；立即打印事故變位信息；啟動事故追憶并打印。

越限告警：設(shè)定越限告警上/下限閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到閾值時觸發(fā)越限告警，彈出對話窗口，同時改變重要文字顏色。

變位告警:當(dāng)斷路器開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變位時，立即觸發(fā)告警，彈出變位對話框閃爍顯示開關(guān)狀態(tài)，同時啟動語音告警，實時進(jìn)行變位告警記錄。

工況告警：當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備層某裝置出現(xiàn)通訊故障時，自診斷程序能實現(xiàn)在監(jiān)控畫面上即時彈出報警畫面，并明確故障發(fā)生的模件部位以及立即閉鎖該保護(hù)的功能，還能配合語音報警召喚值班人員。

通訊狀態(tài)告警:系統(tǒng)對現(xiàn)場裝置進(jìn)行通訊報文和通訊狀態(tài)的實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時觸發(fā)通訊告警。

(2)告警方式

圖形告警：根據(jù)用戶需求設(shè)定圖形告警方式，如點位閃爍、顏色變換與動畫展現(xiàn)。

語音告警：告警信號觸發(fā)語音報警裝置，召喚操作員進(jìn)行處理；根據(jù)告警類型區(qū)分事故信號與預(yù)告信號。

文字告警：通過文字告警播報點位類型及信息。

打印告警：告警觸發(fā)后，可設(shè)定為打印機自動打印告警點位類型及信息。

(3)告警信息查詢方式

按照時間標(biāo)識、告警類型、點位信息、告警等級、確認(rèn)狀態(tài)自由組合方式進(jìn)行告警查詢。

(4)告警設(shè)定

告警觸發(fā)：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況且符合告警條件時，觸發(fā)告警。

刷新頻率：警報訊息具有顯示到毫秒(ms)的時間標(biāo)簽解晰度。

告警響應(yīng)：緊急告警優(yōu)先彈出專用告警確認(rèn)對話框。

告警確認(rèn)：告警觸發(fā)后，須經(jīng)操作員進(jìn)行確認(rèn)，根據(jù)告警級別，部分告警未經(jīng)確認(rèn)一直保持持續(xù)告警狀態(tài)。

告警信息歸檔：根據(jù)時間標(biāo)識、告警類型、點位信息、告警等級、確認(rèn)狀態(tài)等條件分別進(jìn)行分類歸檔。

事故追憶：觸發(fā)事故告警時，系統(tǒng)自動記錄當(dāng)前操作員操作步驟，具有操作日志，可及時進(jìn)行查詢、檢索及打印等功能。

權(quán)限管理：系統(tǒng)具備嚴(yán)格的用戶管理權(quán)限，依據(jù)權(quán)限等級設(shè)定相應(yīng)操作范圍。

告警信息查詢?nèi)鐖D7所示。

圖7　告警信息查詢

4)曲線功能

(1)曲線圖特點

a.趨勢曲線依照實時測量值隨時更新。

b.任一點都可顯示趨勢。

c.每個趨勢畫面包含3筆趨勢曲線。

d.可在線任意選擇多筆，并同時顯示趨勢。

e.X、Y軸的刻度可以由操作者在線更改。

(2)曲線功能

a.通過實時曲線與歷史曲線可查看系統(tǒng)或設(shè)備裝置運行負(fù)荷趨勢變化。

b.通過曲線功能直觀顯示出設(shè)備運行參數(shù)(如最小值、最大值、平均值等)出現(xiàn)的時間節(jié)點，便于設(shè)備管理人員統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)備調(diào)度。

c.依據(jù)電流、電壓、有功功率、無功功率等電力參數(shù)進(jìn)行趨勢曲線圖、負(fù)荷曲線圖、棒圖等關(guān)系圖的展示。

d.曲線顏色、時間、坐標(biāo)、單位、取樣等均可自定義，既可在曲線組內(nèi)逐條顯示，也可多條組合顯示。

e.可以通過進(jìn)線回路電流、電壓/功率的運行曲線，分析判斷負(fù)荷運行情況，結(jié)合歷史曲線/報表記錄對將來的運行趨勢進(jìn)行分析判斷，并可轉(zhuǎn)成Excel格式供后續(xù)分析。

歷史曲線查詢?nèi)鐖D8所示。

圖8　歷史曲線查詢

5)報表功能及電能管理

(1)報表功能

a.系統(tǒng)允許使用者(具有操作權(quán)限的人員)建立報表，報表含平均值、尖峰值等業(yè)主需求的格式靈活定制。

b.報表子系統(tǒng)是基于MS Excel軟件，具備MS Excel擁有的全部功能和標(biāo)準(zhǔn)格式。

c.報表類型分為日報表、月報表、季報表、年度報表和綜合報表形式；報表格式分為通用模板和單獨定制。

d.報表數(shù)據(jù)自動添入，通過報表功能能記錄和分析各回路的運行參數(shù)。

e.可根據(jù)要求進(jìn)行報表打印(分為定時、召喚、事件或周期性打印)而不影響其他控制與監(jiān)視功能。

f.日報表/月報表保存時間可單獨設(shè)定，保存時長取決于采集數(shù)據(jù)量與系統(tǒng)硬盤的大小，一般為3～5年。

報表管理如圖9所示。

圖9　報表管理

(2)電能管理

a.電能管理能夠自動準(zhǔn)確記錄和隨時調(diào)用各種時刻的運行數(shù)據(jù)，節(jié)省了人力，完全做到了省時、省力。

b.可輸入數(shù)據(jù)運算公式，根據(jù)電力公司的計費模式，預(yù)估出電費金額。

c.對各回路不同時間間隔(如年、季、月、日)的有功/無功電度進(jìn)行實時統(tǒng)計。

d.電度分時統(tǒng)計，具有多種分時計費(尖、峰、谷、平值等)方案和費率種類。

4　結(jié)束語

IEC 61850配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)是機場航站樓電力供應(yīng)的有力保障。該系統(tǒng)的應(yīng)用對于航站樓電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控、配電設(shè)施潛在的故障預(yù)警、故障診斷、故障排除、設(shè)備維護(hù)、事件追憶等提供了全面的技術(shù)支撐，實現(xiàn)了更安全、可靠、經(jīng)濟的自動化管理手段，為航站樓供電安全運營起到了至關(guān)重要的作用。

Application of Power Distribution Comprehensive Automation Monitor System in the Terminal Building

Liu Jie

以IEC 61850配電綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在西安咸陽國際機場T3A航站樓的應(yīng)用為例，分別從系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃與設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能實現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為設(shè)計和應(yīng)用該系統(tǒng)的同類建筑提供實際案例參考。

大型公共建筑航站樓監(jiān)控系統(tǒng)

Through taking the case of application of IEC 61850 power distribution comprehensive automation monitor system in the terminal building,power distribution comprehensive automation monitor system is introduced in detail from the system requirement analysis,system design program and equipment install,network topology conformation and system function,which provides the case study reference for the design and application of the similar structure system illustrated .

large-scale public structure,terminal building,monitoring system