安科瑞 華楠

摘要：35 kV 變電站的日常運(yùn)維需要大量的人力物力，而集測(cè)量、控制、保護(hù)及通信等功能于一身的綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)正是解決運(yùn)維資源嚴(yán)重不足現(xiàn)狀的出路，故依據(jù)變電站監(jiān)控的企業(yè)需求，文章開(kāi)發(fā)了3 層結(jié)構(gòu)的35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。針對(duì)不同生產(chǎn)廠家硬件設(shè)備管理監(jiān)控的需求，35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)規(guī)約進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)添加， 從而簡(jiǎn)化變電站二次接線并切實(shí)降低運(yùn)維成本，具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。

1.35 kV變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的需求

1）35 kV 變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的采集、監(jiān)控及處理。諸如電度量、狀態(tài)量等35 kV 變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行信息可以經(jīng)各種硬件裝置被采集，然后數(shù)字化后在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。此外，系統(tǒng)利用面向?qū)ο蟆⑷块_(kāi)放及靈活組態(tài)的方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示主接線圖、潮流圖、直流系統(tǒng)圖等圖形中的相關(guān)數(shù)據(jù)（如開(kāi)關(guān)狀態(tài)、標(biāo)示牌狀態(tài)），并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障追憶、故障預(yù)警、裝置定值管理、運(yùn)行快照及公式管理等功能。

（2）控制、操作和閉鎖。35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)具有斷路器、開(kāi)關(guān)、變壓器接頭的調(diào)控和信號(hào)復(fù)位功能， 一旦發(fā)生故障將對(duì)相關(guān)裝置進(jìn)行閉鎖，對(duì)參數(shù)進(jìn)行遙控修改并對(duì)等級(jí)權(quán)限進(jìn)行管理，從而確保各操作間的良好銜接性。

（3）日常管理及圖形的分析處理。系統(tǒng)可以對(duì)操作票 / 工作票的歷史票和標(biāo)準(zhǔn)票、交接班記錄、標(biāo)準(zhǔn)日?qǐng)?bào) / 月報(bào) / 年報(bào)自由報(bào)表進(jìn)行管理，對(duì)故障信息、操作記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、歷史記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和打印。同時(shí)，用戶可以根據(jù)需要從系統(tǒng)中選擇相應(yīng)的曲線、棒圖組態(tài)分析工具，以便更直觀地實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的分析處理。

（4）良好的人機(jī)交互。通過(guò)35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，值班人員可以隨時(shí)掌握變電站的的運(yùn)行情況（包括包括實(shí)時(shí)參數(shù)、主接線、各種開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流、功率，各種報(bào)表和曲線，報(bào)警界面及事故記錄等），一旦發(fā)現(xiàn)故障將可以實(shí)時(shí)妥善地進(jìn)行處理。

2.35 kV變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和總體架構(gòu)

35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循如下原則。

（1）系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境并不是一成不變的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)系統(tǒng)的電磁兼容性、故障診斷與處理、軟硬件的冗余度等問(wèn)題進(jìn)行考慮，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

（2）系統(tǒng)使用和維護(hù)的簡(jiǎn)便性。系統(tǒng)的人機(jī)交互界面要良好，操作人員通過(guò)簡(jiǎn)單的操作就能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，并且系統(tǒng)的維護(hù)要簡(jiǎn)便。此外，系統(tǒng)要具備良好的故障診斷與處理程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和處理。

（3）系統(tǒng)功能的模塊化。由于系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能比較復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可以采取模塊化的方式，將特定的功能交由不同模塊來(lái)完成，然后將這些功能各異的模塊組合成完整的系統(tǒng)。

35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)從層次上可以分為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)3 層，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)用于直接與現(xiàn)場(chǎng)各類裝置相連，執(zhí)行諸如運(yùn)行數(shù)據(jù)采集等操作 ；監(jiān)控級(jí)用于監(jiān)視系統(tǒng)的各個(gè)單元，并管理系統(tǒng)的所有信息，主要包括：優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控 ；管理級(jí)計(jì)算機(jī)位于整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的頂端，通常具有很強(qiáng)大的處理能力。

35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1 所示，整個(gè)系統(tǒng)由應(yīng)用服務(wù)器模塊、系統(tǒng)主控模塊、監(jiān)控服務(wù)模塊、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、通用報(bào)表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊等幾個(gè)部分構(gòu)成，各部分具有如下聯(lián)系 ：作為整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)模塊，監(jiān)控服務(wù)模塊實(shí)施對(duì)系統(tǒng)主控模塊、應(yīng)用服務(wù)器模塊及監(jiān)控服務(wù)模塊的再啟動(dòng)，并通過(guò)通信管理模塊來(lái)對(duì)這3 個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 ；由監(jiān)控服務(wù)模塊再啟動(dòng)后，系統(tǒng)主控模塊通過(guò)通用圖形分析工具模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)各類圖形畫(huà)面的再編輯，并且通過(guò)通信管理模塊將下行命令進(jìn)行發(fā)送 ；由監(jiān)控服務(wù)模塊再啟動(dòng)后，系統(tǒng)主控模塊通過(guò)通用圖形分析工具模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的圖形方式分析打印，并可以自定義、顯示和編輯用戶所需的各類報(bào)表 ；通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器模塊，系統(tǒng)主控模塊、通用報(bào)表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊可以對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊進(jìn)行訪問(wèn)以獲取所需數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的工作模塊

35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的工作模塊具體如下。

（1）當(dāng)處于正常監(jiān)控運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行如下功能，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)下位機(jī)及保護(hù)測(cè)控單元傳輸通信管理模塊，對(duì)接收到的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)通信管理模塊存儲(chǔ)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，各類數(shù)據(jù)以圖形的形式展示給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員，便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)35 kV變電站的運(yùn)行狀況進(jìn)行方位掌握。如果需要，各類數(shù)據(jù)可以經(jīng)報(bào)表打印模塊完成定時(shí)打印日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表。

（2）當(dāng)有需要時(shí)，經(jīng)管理員發(fā)布的命令通過(guò)通信管理模塊與下位機(jī)取得聯(lián)系，從而執(zhí)行各類設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。

（3）當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員會(huì)從圖形顯示模塊中獲得相應(yīng)的報(bào)警信息，以便及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是各類現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這意味著下位機(jī)及保護(hù)測(cè)控單元的數(shù)據(jù)采集、通信管理模塊的數(shù)據(jù)傳輸、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

基于角色的權(quán)限設(shè)置

當(dāng)不同用戶登錄到35 kV 變電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，因用戶角色的差異，系統(tǒng)將顯示不同的功能菜單界面，這樣確保用戶只能訪問(wèn)具備權(quán)限的功能。例如當(dāng)一個(gè)用戶角色改變時(shí)，管理員只需去掉用戶當(dāng)前角色并加入新角色，這會(huì)提高系統(tǒng)的處理效率且實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較簡(jiǎn)單，由管理員執(zhí)行即可。而系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)用戶的管理將使用戶控件控制用戶權(quán)限， 它的基本思想是 ：根據(jù) RBAC（角色訪問(wèn)控制）的基本原理， 給用戶分配一個(gè)角色，每個(gè)角色對(duì)應(yīng)一些權(quán)限值，顯示網(wǎng)頁(yè)時(shí)， 根據(jù)權(quán)限值動(dòng)態(tài)加載用戶控件。

3.安科瑞變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

2）報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2） 對(duì)每一測(cè)量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3） 開(kāi)關(guān)事故跳閘到指定次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到指定次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報(bào)警器、語(yǔ)音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

3）調(diào)節(jié)與控制

操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級(jí)：

一級(jí)控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

二級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對(duì)任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

4）用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

系統(tǒng)硬件配置

4.結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)35 kV 變電站需要實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化管理的現(xiàn)實(shí)情況，以能實(shí)現(xiàn)控制、保護(hù)、測(cè)量、通信等功能相結(jié)合的綜合系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和變電站企業(yè)需求，開(kāi)發(fā)了3 層結(jié)構(gòu)的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸可靠，控制精度高，并且易于管理，具有較高的技術(shù)水平和商業(yè)推廣價(jià)值。