東風(fēng)思益電力綜合自動化系統(tǒng)研制與應(yīng)用

    變配電站自動化：變電站自動化指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進(jìn)行監(jiān)控、測量和運(yùn)行操作的一種自動化系統(tǒng)。

    1.2 實(shí)現(xiàn)電力綜合自動化的必要性

    電力的正常供應(yīng)對朝柴公司、思益公司生產(chǎn)的正常進(jìn)行有著非常重要的作用。隨著朝柴公司、思益公司新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)用電的需求量逐年增加，精益生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)化的生產(chǎn)方式對供電質(zhì)量及可靠性也提出了更高的要求。這就要求思益公司的變配電系統(tǒng)在擴(kuò)建和改造的同時(shí)，還要加強(qiáng)監(jiān)控力度，做好負(fù)荷分析和負(fù)荷預(yù)測工作。

    思益公司電力系統(tǒng)電源由電業(yè)局孟克變電站10KV系統(tǒng)供給，經(jīng)西廠區(qū)開閉所、南廠區(qū)開閉所、北廠區(qū)開閉所分配至各變壓器降低為0.4KV供給各種用電單位使用。

    而動力公司只在10KV開閉所內(nèi)設(shè)有值班室，依靠人工對電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，抄錄數(shù)據(jù)少，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的負(fù)荷分析與管理，無法保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。這樣，期望在配電所及時(shí)記錄電力參數(shù)的變異，掌握電力運(yùn)轉(zhuǎn)的品質(zhì)，對非正常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警，并準(zhǔn)確記錄實(shí)發(fā)事故，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患，保證安全、可靠、連續(xù)地供電，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)智能化，做到防患于未然，就成了急需解決、十分重要的問題。

    但我公司變配電設(shè)備使用時(shí)間較短，加上設(shè)備比較堅(jiān)固耐用，老化現(xiàn)象并不嚴(yán)重。為了提高設(shè)備的綜合自動化水平而將現(xiàn)有設(shè)備淘汰重建，將會造成巨大的投資浪費(fèi)。因此，必須充分利用現(xiàn)有設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)控制和通信技術(shù)，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，使之滿足自動化運(yùn)行的要求，才是最佳解決方案。

    1.3 實(shí)現(xiàn)電力綜合自動化的可行性

    常規(guī)開關(guān)柜與智能儀表、現(xiàn)場控制模塊的組合應(yīng)用就可以構(gòu)成智能配電系統(tǒng)。現(xiàn)在，隨著微處理器及個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC、智能儀表、現(xiàn)場控制模塊等自動化監(jiān)控設(shè)備的價(jià)格得以大幅度降低，體積也逐漸縮小，使得常規(guī)配電系統(tǒng)的智能化改造不再是昂貴而遙不可及的夢想。

    2、電力綜合自動化改造的具體要求

    對常規(guī)變配電站實(shí)施電力綜合自動化系統(tǒng)改造后，應(yīng)滿足如下要求：

    （1）遙測

    可以實(shí)時(shí)對系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等進(jìn)行采集、分析、處理、記錄，顯示曲線，自動生成報(bào)表。

    （2）遙信

    可以實(shí)時(shí)對開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動作等開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)測，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示和自動報(bào)警，并對各柜內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)、事故跳閘、過流、速斷、溫度等動作實(shí)時(shí)記錄、打印。

    （3）遙控

    通過計(jì)算機(jī)屏幕選擇相應(yīng)的站號、開關(guān)號、合分閘等信號，同時(shí)在屏幕上將要選擇的開關(guān)的狀態(tài)反饋回來，確認(rèn)后執(zhí)行，實(shí)時(shí)記錄操作的時(shí)間、類型和開關(guān)號等。

    3、電力綜合自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型

    系統(tǒng)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本著分散控制、集中監(jiān)視的原則，按間隔劃分、單元化設(shè)計(jì)、分布式處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備分層和網(wǎng)絡(luò)分層的解決方案，整個(gè)系統(tǒng)分為現(xiàn)場級控制層和站級控制層。

    現(xiàn)場級控制層中的自動化設(shè)備要求運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，能免維護(hù)使用，同時(shí)又能滿足工程的自動化設(shè)計(jì)要求。

    站級控制層位于集中控制室，一般由計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、通訊設(shè)備及不間斷電源等組成，硬件采用高性能高可靠性的工業(yè)PC機(jī)，系統(tǒng)軟件采用Microsoft Windows 搶占式多任務(wù)多線程操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和變配電站優(yōu)化運(yùn)行控制等功能。

    3.1 方案設(shè)計(jì)

    方案一：如圖1，在每個(gè)變配電站內(nèi)用屏蔽雙絞線將全部智能表聯(lián)接在一起，再接一個(gè)RS-232C／RS-485轉(zhuǎn)換器后，與微機(jī)構(gòu)成一個(gè)變電所內(nèi)的監(jiān)控部分。對于距離超過1200米以外的變電所，通過電話、無線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，構(gòu)成整個(gè)硬件系統(tǒng)。

圖1 一臺中央控制機(jī)和每個(gè)配電所安裝1-32個(gè)智能儀表

    方案二：如圖2，每個(gè)開閉所作為一個(gè)監(jiān)控子站，每個(gè)開閉所配備一臺微機(jī)安裝智能系統(tǒng)軟件，微機(jī)的一個(gè)RS-232接口（COM1或COM2）外接一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，在每個(gè)配電所內(nèi)，用屏蔽雙絞線智能儀表表聯(lián)接在一起，構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的監(jiān)控子站。該子站再通過局域網(wǎng)與監(jiān)控中心通信。

圖2 每個(gè)變配電站安裝一臺監(jiān)控子站和1-32塊智能表

    方案三：如圖3，每個(gè)開閉所配備一臺下位機(jī)，下位機(jī)帶有RS-485接口，在每個(gè)配電所內(nèi)，用屏蔽雙絞線將智能儀表聯(lián)接在一起，與下位機(jī)相連，下位機(jī)通過局域網(wǎng)與監(jiān)控中心通信。

圖3 每個(gè)配電所安裝一臺下位機(jī)和1-32臺智能表

    3.2 方案比較

    以上是系統(tǒng)構(gòu)成的三種常規(guī)方案，可以根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，智能儀表可以分散安裝在開關(guān)柜的儀表盤上，也可以安裝在集控柜內(nèi)。

1. 中控機(jī)與RS-485總線直連方式，可靠性好，通訊速度快，投資少，軟件設(shè)計(jì)簡單，但RS-485總線長度限制在1200米以內(nèi)。
2. 監(jiān)控子站方式，每個(gè)子站可以獨(dú)立實(shí)施自動化監(jiān)控和管理，但需設(shè)置多臺監(jiān)控子站，投資費(fèi)用大，且軟件設(shè)計(jì)較復(fù)雜。
3. 無線通訊方式需安置天線等附屬設(shè)施，投資費(fèi)用大，可靠性差。
4. 電話線方式，通訊速度快，軟件設(shè)計(jì)簡單，投資少，但每部電話需要占用線路，并按月交納月租費(fèi)。
5. 現(xiàn)場下位機(jī)方式，可充分利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源，投資少，軟件設(shè)計(jì)簡單，但下位機(jī)本身無存貯裝置，不能獨(dú)立實(shí)施自動化監(jiān)控和管理。

    3.3 方案確定

    因我們將監(jiān)控中心選在西廠開閉所，所以對西廠區(qū)開閉所的自動化監(jiān)控和管理系統(tǒng)通訊方式采用RS-485總線與中央控制機(jī)直連方式；對于距離超過1200米的南廠區(qū)開閉所、北廠區(qū)開閉所、金工一、金工二、金工三、金工四低壓配電所，采用在每個(gè)配電所安裝一臺現(xiàn)場下位機(jī)，由下位機(jī)通過局域網(wǎng)與中央控制機(jī)進(jìn)行通訊，完成自動化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 東風(fēng)思益電力綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4 設(shè)備選型

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及具體方案設(shè)計(jì)完成后，下一步的工作就是設(shè)備選型，我們查閱了大量自動化設(shè)備資料，經(jīng)過仔細(xì)研究，決定采用如下設(shè)備。

    （1）智能儀表

    智能儀表是整個(gè)系統(tǒng)的硬件核心，應(yīng)在符合計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)，具備與上位機(jī)通訊功能?？紤]節(jié)省改造資金及充分利用原有設(shè)備，智能儀表使用原有的全電子式多功能電能表，全電子式多功能電能表具有高穩(wěn)定、高可靠、高安全、高壽命、高精度等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合DL/T614-1997、DL/T645-1997等標(biāo)準(zhǔn)，是電力部門現(xiàn)代化電能測量和管理的理想計(jì)量儀表。

    全電子式多功能電能表基本特性如下：

• 采用雙處理機(jī)，分別擔(dān)任功率計(jì)量和數(shù)據(jù)處理工作，相互間完全隔離，增強(qiáng)抗干擾性能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
• 主CPU設(shè)內(nèi)外部雙看門狗電路，按操作規(guī)程使用時(shí)，系統(tǒng)可以永不死機(jī)，確保高可靠性。
• 數(shù)據(jù)備份時(shí)，采用雙份拷貝、熱緩沖，數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，采用冗余判決，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
• 雙后備電池做數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的備份電源，可長期工作無后顧之憂
• 通過RS-485串口可對電能表實(shí)施全功能操作。

    全電子式多功能表基本功能如下：

• 測量雙向有功、四象限無功電能；
• 測量雙向有功、四象限無功最大需量；
• 保留三個(gè)抄表周期的電能和最大需量數(shù)據(jù)；
• 四種費(fèi)率，每日可切換12次，周休、節(jié)假日可以設(shè)定
• 六套時(shí)段表，每年可分四個(gè)季節(jié)段；
• 無源有功正反向、無功四象限脈沖輸出，脈沖寬度可編程設(shè)定；
• 失壓、失流計(jì)時(shí)及顯示；
• 測量瞬時(shí)功率、電壓、電流及功率因數(shù)；
• 超需量限額報(bào)警；
• 超預(yù)警電量報(bào)警及剩余電量等于零或小于透支電量時(shí)拉閘；
• 具有存儲功能，每15分鐘存儲一次數(shù)據(jù)，并保存前一天的數(shù)據(jù)；
• 上位機(jī)可實(shí)時(shí)讀取有功、無功功率，產(chǎn)生任何時(shí)間密度的復(fù)合曲線，便于合理的用電管理。

    （2）RS-232/RS-485信號轉(zhuǎn)換模塊

    由于RS-232與RS-485所采用的IC不一樣，它們之間的信號標(biāo)準(zhǔn)電位也不相同，如果希望能使用RS-232去進(jìn)行RS-485的控制，就必須將RS-232的標(biāo)準(zhǔn)電位做轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)選用泓格科技出品的分布式模塊ICP-CON的I-7520進(jìn)行RS-232與RS-485的信號轉(zhuǎn)換。

圖5 I7520外觀和引腳圖

    （3）可編程自動化控制模塊

    可編程自動化控制模塊選用了臺灣鴻格科技的I－7188EXD。I-7188EXD的強(qiáng)大功能來自于帶有512K字節(jié)的靜態(tài)RAM和512K字節(jié)閃存的 80188-40 處理器。它還提供1個(gè)RS-232串口和1個(gè)RS-485口。通過一個(gè)與NE-2000兼容并帶有16K字節(jié)緩存芯片和10Base-T接口界面的控制器提供支持以太網(wǎng)的功能。 I-7188EX 也能提供14個(gè)用戶定義的I/O連線。可以連接低價(jià)高效的I/O擴(kuò)展板卡，如A/D，D/A，繼電器驅(qū)動和輸入保護(hù)板卡。I-7188EX也支持電池供電的SRAM磁盤卡和Flash-Rom卡，從而能提供從2G到64G的不丟失的大容量存儲。

圖6 I－7188EXD 外觀和引腳圖

    （4）分布式數(shù)據(jù)采集控制模塊

    實(shí)現(xiàn)監(jiān)控最基礎(chǔ)的便是應(yīng)用數(shù)字輸入/輸出來檢測外界狀態(tài)和控制開關(guān)，我們在系統(tǒng)中選用了臺灣鴻格科技的I－7065，作為數(shù)字輸入/輸出模塊，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場開關(guān)量的采集和控制。I－7065是5通道繼電器輸出/4通道數(shù)字量輸入模塊。如圖7所示。

圖7 I－7065外觀和引腳圖

    （5）中央控制機(jī)

    中央控制機(jī)選用臺灣艾訊公司生產(chǎn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)具有較高可靠性，具有較好的擴(kuò)展性。

    4、電力綜合自動化系統(tǒng)的軟件開發(fā)

    主要工作是按DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》及Delphi編程語言開發(fā)串口通信組件和數(shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)動態(tài)的人機(jī)界面，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享。

    5、電力綜合自動化系統(tǒng)的具體功能

    5.1 數(shù)據(jù)采集功能

    電力綜合自動化系統(tǒng)采集現(xiàn)場有關(guān)數(shù)據(jù)，包括模擬量及開關(guān)量，測量量，外部輸入訊號等數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控系統(tǒng)作實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫及顯示畫面，并在屏幕上采用模擬圖方式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，顯示實(shí)時(shí)和歷史事件，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其他功能提供必需的運(yùn)行信息。具體如下：

    （1）系統(tǒng)能完成配電系統(tǒng)模擬量運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，有效反映各模擬量（電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能等）。

    （2）系統(tǒng)能對配電系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)量進(jìn)行有效，安全，可靠，直觀的監(jiān)視，如開關(guān)位置、斷路器位置。

圖8 系統(tǒng)主畫面

    5.2 控制功能

    通過主站微機(jī)的鍵盤，鼠標(biāo)器對控制對象進(jìn)行分合操作?？刂茖ο蟀ㄩ_關(guān)和斷路器開關(guān)的分合（跳合）操作。為保證受控設(shè)備的安全，必須有可靠的閉鎖和防范措施，控制操作實(shí)施時(shí)必須輸入口令，口令是操作員唯一通過微機(jī)來分合開關(guān)或斷路器的唯一驗(yàn)證手段，口令需要雙重驗(yàn)證。

    5.3 屏幕顯示功能

    系統(tǒng)能在主控機(jī)顯示與實(shí)際相對應(yīng)的一次主接線模擬圖，顯示各控制對象的運(yùn)行狀態(tài)并實(shí)時(shí)動態(tài)更新。可形成實(shí)時(shí)的和歷史的模擬量連續(xù)變化的趨勢圖，如功率負(fù)荷曲線。數(shù)據(jù)可以在系統(tǒng)硬盤中長時(shí)間儲存，為進(jìn)行負(fù)荷分析和預(yù)測提供全面的第一手資料。

• 系統(tǒng)主接線圖；
• 斷路器、開關(guān)狀態(tài)；
• 實(shí)時(shí)量參數(shù)表顯示；
• 報(bào)警信息；
• 歷史數(shù)據(jù)，趨勢曲線；
• 事件顯示。

（轉(zhuǎn)載）