安科瑞 華楠

摘要：35 kV 變電站的日常運維需要大量的人力物力，而集測量、控制、保護及通信等功能于一身的綜合自動化管理系統(tǒng)正是解決運維資源嚴(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，文章開發(fā)了3 層結(jié)構(gòu)的35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)。針對不同生產(chǎn)廠家硬件設(shè)備管理監(jiān)控的需求，35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)可以對規(guī)約進行現(xiàn)場實時添加， 從而簡化變電站二次接線并切實降低運維成本，具有推廣和應(yīng)用價值。

1.35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的需求

1）35 kV 變電站實時運行信息的采集、監(jiān)控及處理。諸如電度量、狀態(tài)量等35 kV 變電站實時運行信息可以經(jīng)各種硬件裝置被采集，然后數(shù)字化后在實時數(shù)據(jù)庫進行存儲。此外，系統(tǒng)利用面向?qū)ο?、全部開放及靈活組態(tài)的方式來實時顯示主接線圖、潮流圖、直流系統(tǒng)圖等圖形中的相關(guān)數(shù)據(jù)（如開關(guān)狀態(tài)、標(biāo)示牌狀態(tài)），并實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障追憶、故障預(yù)警、裝置定值管理、運行快照及公式管理等功能。

（2）控制、操作和閉鎖。35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)具有斷路器、開關(guān)、變壓器接頭的調(diào)控和信號復(fù)位功能， 一旦發(fā)生故障將對相關(guān)裝置進行閉鎖，對參數(shù)進行遙控修改并對等級權(quán)限進行管理，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)日報 / 月報 / 年報自由報表進行管理，對故障信息、操作記錄、統(tǒng)計報表、歷史記錄等數(shù)據(jù)進行查詢和打印。同時，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，以便更直觀地實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的分析處理。

（4）良好的人機交互。通過35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)，值班人員可以隨時掌握變電站的的運行情況（包括包括實時參數(shù)、主接線、各種開關(guān)的運行狀態(tài)、電壓、電流、功率，各種報表和曲線，報警界面及事故記錄等），一旦發(fā)現(xiàn)故障將可以實時妥善地進行處理。

2.35 kV變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計

系統(tǒng)的設(shè)計原則和總體架構(gòu)

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計時要遵循如下原則。

（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)計時要對系統(tǒng)的電磁兼容性、故障診斷與處理、軟硬件的冗余度等問題進行考慮，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行。

（2）系統(tǒng)使用和維護的簡便性。系統(tǒng)的人機交互界面要良好，操作人員通過簡單的操作就能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，并且系統(tǒng)的維護要簡便。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)生故障時能夠及時被發(fā)現(xiàn)和處理。

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

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)從層次上可以分為現(xiàn)場控制級、監(jiān)控級、管理級3 層，現(xiàn)場控制級用于直接與現(xiàn)場各類裝置相連，執(zhí)行諸如運行數(shù)據(jù)采集等操作 ；監(jiān)控級用于監(jiān)視系統(tǒng)的各個單元，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)運行監(jiān)控 ；管理級計算機位于整個自動化系統(tǒng)的頂端，通常具有很強大的處理能力。

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1 所示，整個系統(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、后臺數(shù)據(jù)庫模塊、通用報表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊等幾個部分構(gòu)成，各部分具有如下聯(lián)系 ：作為整個系統(tǒng)的啟動模塊，監(jiān)控服務(wù)模塊實施對系統(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，并通過通信管理模塊來對這3 個模塊進行實時監(jiān)控 ；由監(jiān)控服務(wù)模塊再啟動后，系統(tǒng)主控模塊通過通用圖形分析工具模塊來實現(xiàn)各類圖形畫面的再編輯，并且通過通信管理模塊將下行命令進行發(fā)送 ；由監(jiān)控服務(wù)模塊再啟動后，系統(tǒng)主控模塊通過通用圖形分析工具模塊來實現(xiàn)實時數(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表 ；通過應(yīng)用服務(wù)器模塊，系統(tǒng)主控模塊、通用報表工具模塊、通用圖形分析工具模塊及通信管理模塊可以對后臺數(shù)據(jù)庫模塊進行訪問以獲取所需數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的工作模塊

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

（1）當(dāng)處于正常監(jiān)控運行時，系統(tǒng)執(zhí)行如下功能，將現(xiàn)場采集到的各類實時數(shù)據(jù)經(jīng)下位機及保護測控單元傳輸通信管理模塊，對接收到的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)通信管理模塊存儲到后臺數(shù)據(jù)庫模塊，各類數(shù)據(jù)以圖形的形式展示給現(xiàn)場運行人員，便于現(xiàn)場運行人員對35 kV變電站的運行狀況進行方位掌握。如果需要，各類數(shù)據(jù)可以經(jīng)報表打印模塊完成定時打印日報表和月報表。

（2）當(dāng)有需要時，經(jīng)管理員發(fā)布的命令通過通信管理模塊與下位機取得聯(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，現(xiàn)場運行人員會從圖形顯示模塊中獲得相應(yīng)的報警信息，以便及時對故障進行處理，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源是各類現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，這意味著下位機及保護測控單元的數(shù)據(jù)采集、通信管理模塊的數(shù)據(jù)傳輸、后臺數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲等是系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。

基于角色的權(quán)限設(shè)置

當(dāng)不同用戶登錄到35 kV 變電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)時，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具備權(quán)限的功能。例如當(dāng)一個用戶角色改變時，管理員只需去掉用戶當(dāng)前角色并加入新角色，這會提高系統(tǒng)的處理效率且實現(xiàn)技術(shù)比較簡單，由管理員執(zhí)行即可。而系統(tǒng)在設(shè)計時，對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（角色訪問控制）的基本原理， 給用戶分配一個角色，每個角色對應(yīng)一些權(quán)限值，顯示網(wǎng)頁時， 根據(jù)權(quán)限值動態(tài)加載用戶控件。

3.安科瑞變電站綜合自動化系統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

2）報警處理

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

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

事故報警通過手動，每次確認(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2） 對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。

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

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、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警信息。

3）調(diào)節(jié)與控制

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

操作控制分為四級：

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

二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

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

四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

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，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時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及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為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、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

系統(tǒng)硬件配置

4.結(jié)束語

本文針對35 kV 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、測量、通信等功能相結(jié)合的綜合系統(tǒng)為出發(fā)點，依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和變電站企業(yè)需求，開發(fā)了3 層結(jié)構(gòu)的后臺監(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)推廣價值。