有色冶金企业供电系统集中监控方案设计与应用

王德成，王兴贵

（1.金川集团公司动力厂，甘肃 金昌 737104；2.兰州理工大学电信学院，甘肃 兰州 730000）

有色冶金企业供电系统集中监控方案设计与应用

王德成1，王兴贵2

（1.金川集团公司动力厂，甘肃 金昌 737104；2.兰州理工大学电信学院，甘肃 兰州 730000）

基于光纤通讯环网、计算机网络通讯技术和DF8002调度自动化系统，设计出企业供电系统集中监控方案，实现了企业供电系统的运行状态实时监控、电气参数实时监测、事故异常报警处理、运行分析等综合功能。

有色冶金；供电系统；监控；调度自动化；设计；应用

0 引言

目前，许多有色冶金企业都集采、选、冶、化和金属深加工为一体，其供电系统（电压6 kV及以上）都由数十个高压变（配）电、整流所和数条架空（电缆）线路组成，有的企业还有一定数量的自备电厂。这些供电设施分布于井下、地表、生产厂房等方圆几公里的各生产单位，为各生产流程提供所需的电力供应。由于变电站建成年代不同，技术装备水平相差较大，变电站综合自动化改造和集中监控在实施上存在一定的困难。近些年已实现综合自动化的变电站（所）也由于技术、投资等原因，各站（所）相对独立，无网络联系，数据交换不畅。已有简单通讯设备的变电站（所）也因厂家技术差异较大、技术规约相互兼容性不高，上下级站之间通讯和监控困难[1]。这些问题的存在，不仅不能实现供电系统的运行信息资源共享，影响系统故障的判断和事故情况下及时恢复，也使变电站综合自动化技术的效益难以发挥，供电系统统一调度和管理受到技术限制。本文介绍了某企业供电系统集中监控方案的设计及应用效果。

1 供电系统集中监控构想

1.1 集中监控的含义

集中监控有两层含义：一是指变电站本站集中监控，包括变电站站内的运行设备集中监控系统、视频系统、消防报警系统及温度检测系统[2]；二是指对一定区域内数个变电站组成的供电系统实行集中监控，包括对变电站进行无人值守改造或实现综合自动化，设立集中监控子站、信息传输系统和集控总站。本文所述的供电系统集中监控主要是指后者。

1.2 供电系统集中监控方案设计构想

企业供电系统（电压6 kV及以上）的特点是变电站数量多，各站空间距离短，一个降压站下属多个配电（整流）站（所），距离生产设备近，直接启动设备多。变电站实现集中监控的必要条件是各站的监控数据能够上传，也即本站有远程测控终端RTU（Remote Terminal Unit），或监控和数据采集SCADA系统，或类似的系统和设备[3]。方案设计的思路是尽量利用成熟的技术和设备，少增加或少改造现有各变电站的设备，充分利用已形成的技术和设备，实现对企业绝大部分变电站的集中监控。提出的设计方案如下：

（1）整个系统采用分层结构，自上至下分为集中监控主站（供电系统调度员站）、按地理位置或电压等级或负荷中心等方式组建的集中监控子站、监控终端变电站。

（2）集中监控主站与子站之间采用光纤通讯环网通讯；在监控子站和变电站安装通讯设备，利用电力线路光纤差动保护光缆或通讯光缆形成传输通道，将信息上传至监控子站，保证集中监控的可靠性和数据传递的速率。

（3）终端变电站的监控系统满足集中监控的要求。对于部分老站进行变电站综合自动化技术改造，对不宜进行变电站综合技术改造的老站可采用RTU技术、简单的信号集中上传等技术手段进行改造，满足监控的要求；已实现变电站综合自动化的变电站直接监控。

1.3 供电系统集中监控实现的功能

（1）终端变电站层：一般装设有变电站综合自动化设备或RTU设备，本站能够独立运行，实现本站数据采集和数据处理，控制和事件记录与报警，事故追忆、历史事件及数据的查询，显示、查询功能，安全保护，远方通讯功能与系统扩展[4]。并且有远动设备，能将本站信息处理后向上一级站传输。整个变电站无人值守。

（2）监控子站层：能使数据和报告上传主站，数据和指令下达到终端站，设计成有人值班，一般应是中央变电所或负荷中心变电所，除对本所的运行进行监控外，主要对下属各监控终端站进行监控。它是区域运行管理中心，也是操作人员集中值班场所[5]。

（3）监控主站层：是整个供电系统自动化监控和管理的核心，主要负责采集、管理整个系统区域中心(子站)传上来的数据；负责数据的处理、存储、事故的报警，远方的控制，事故的隔离，无故障区域的供电恢复等；负责与配电管理多个子系统的接口，实现数据共享，完成配电信息的管理和维护。具有谐波分析、系统潮流分析、全站智能化操作闭锁、全网时钟同步等功能，并保留人工直接跳合闸操作出口。

2 供电系统集中监控功能的实现方式

2.1 终端变电站层的实现方式

终端变电站层的实现方式分为两种：完全采用成熟的变电站综合自动化系统实现，称之为综合自动化实现方式；采用变电站综合自动化技术和设备改造，或采用RTU技术和设备进行改造，增加部分消防、防盗、门禁或图像监控技术和设备，实现变电站无人值守，称之为监控改造实现方式。

2.1.1 综合自动化实现方式

该方式的基本结构、网络结构、系统配置与变电站综合自动化的实现方式类似，典型的网络结构及配置如图1。

图1 终端变电站监控网络

2.1.2 监控改造实现方式

采用RTU作为独立的数据获取与控制单元，它通过自身的软件系统，实现监控子站对生产现场的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。适用对老变电站的二次系统进行改造，实现无人值守。

（1）基本结构和配置：系统分为二个层次，包括作为站级信息收集处理的主处理器层和作为与现场电气设备接口的I/O部分的间隔层。站级主处理器作为整个系统的核心，完成整个变电站所有数据的收集、整理、上传，并对（I/O）接口插件（模块）进行管理和下发各种命令，同时完成与站内其它智能设备的接口以及与站控层监控系统上位机的通信。（I/O）测控单元完成各间隔单元各种信息的采集和控制，并上传给主处理器。间隔层包括与现场电气设备接口的一定数量的各种标准I/O插件，实现现场各类开关量及脉冲量输入输出、遥控、交流采样等功能。配置包括 CDT85、DL451-91、SCI1801、Telephone、FDK、u4F规约等内容的通讯规约库。

（2）网络结构：主处理器与各前置I/O接口单元之间采用光纤或双绞线局域网通信，总线驱动器均经过光隔，实时通信。插板与插板之间、插板与现场电气接线之间，均采用完全的电气隔离，避免相互干扰和地线回流等问题。

2.2 集中监控子站的实现方式

2.2.1 基本结构

集中监控子站按结构和功能可分为两层：通信管理层及监控层。通信管理层将各终端监控子站传来的信息经过终端服务器处理，通过工业以太网与监控层的监控主机联网，实现对下属变电站的监控，如图2。

图2 集中监控子站系统图

2.2.2 系统配置

监控层配置2台服务器（兼前置机）实现对下属各所的实时及历史数据的处理，配置2台监控主机实现对下属各所运行信息的监控和事故状况下的操作。通讯管理层配置光传输设备，接受终端变电站上传的信息，通过互为备用两台终端服务器进入监控层，并将处理过的信息提供给远程监控用的服务器和光端机，再上传监控主站。网络采用分流/冗余的Solaris Unix双网系统，配备相应的操作系统（Windows XP或Unix）、ORACLE数据库软件以及SCADA功能软件包。

2.2.3 网络结构

采用双服务器冗余，客户端以太双网，设置通信机间的双端口[IEC101M，IEC103协议]冗余，监控机上设置实时数据库冗余等。

2.3 集中监控主站的实现方式

2.3.1 基本结构

采用DF8002系统组成集中监控主站（供电系统调度员站），按地理位置的分布在各监控子站之间建立光纤通信环网，各子站和监控主站都作为环网的一个节点，其信息通过光纤通信网进入DF8002系统，完成数据采集/SCADA处理/数据库处理工作，对各监控子站实现集中监控。

2.3.2 网络结构

采用IBAS 130B+PDH+SAU-02A的组网方案。各监控子站和主站装设相应的光通讯设备。光缆选用16芯全介质自承式光缆(ADSS)或OPGW光缆。

2.3.3 系统配置

两台集控主机（兼做调度员工作站）；报表工作站；GPS卫星钟；防火墙设备。一台核心交换机，至少5对千兆光口模块的高端路由交换机，用于划分路由交换功能。集中监控主站系统与各监控子站，采取网络IEC101规约、IEC104规约进行通信。

3 供电系统集中监控设计方案的应用和应注意的问题

某企业供电系统的大部分变电站按上述方案实现集中监控后，解决了不同时期建设的变电站的监控和无人值班改造、不同厂家通讯规约互不兼容、变电站综合自动化技术的效益发挥不充分等的问题，使更多的变电所实现无人值守，进一步提高了供电系统职工的劳动生产效率和供电系统的稳定性、可靠性。

供电系统集中监控设计方案在应用中应注意如下问题：

（1）要在对企业所有变电站的布置、技术装备水平、在企业供电系统中的重要性等方面充分调研的基础上，确定适合本企业供电特点、经济实用的方案，统一规划，分步实施，既满足企业供电系统智能化的要求，又与企业的整体发展相适应。文中的方案适用较大型变电站超过10个的企业。

（2）变电站集中监控改造涉及多个专业，要提前选拔和培训相关专业的技术人员，在实施前进行多方案技术经济比较；实施过程中全程参与，掌握软硬件维护技术，保证改造后能够可靠运行，发挥效益。

（3）在满足设备技术性能的前提下尽量采用相同通讯规约的设备，增强监控软件的适应性。

（4）不论是综合自动化系统、监控系统还是通信系统，使用软件的现场运行可靠性和稳定性要高，以减少由于部分系统死机、软件崩溃、文件丢失而造成的对监控系统维护量［6］。

（5）调度员工作站和监控子站要合理分担信息的处理量，以免影响通讯的速率和事故情况下监控系统响应速度［7］。

（6）对系统运行的安全性要高度重视，配置专用防火墙将监控网络与其他网络隔离开；加强管理，采取防“病毒”措施；对遥控对象设置一组遥控条件，防遥控操作被系统禁止［8］。

4 结论

该方案能够实现企业供电系统的集中监控，是变电站综合自动化、网络通信、计算机等技术在企业中的综合应用，对于提升企业供电系统的可靠性，推动供电系统的管理逐步向“自动化，集中化，智能化”方向发展，技术创新降成本，改变传统的运行管理模式等方面有着积极的作用。

[1]王德成.大功率整流集中监控系统设计与应用[J].世界有色金属，2007，（增刊）：352-354.

[2]黄益庄.变电站综合自动化技术[M].北京:中国电力出版社,2001.[3]刘凌云.浅谈配电网自动化系统建设[J].广东科技，2009，（10）.

[4]丁书文,黄训诚,胡起宙编著.变电站综合自动化原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2002.

[5]陈庆,王晓东等.500kV变电站集中监控少人值守[J].江苏电机工程，2008,（3）:39-41.

[6]赵家庆.220kV无人值守变电站远方监控系统建设[J].电力系统自动化，2003，27（8）.

[7]严 胜.智能电网变电站集中监控告警专家处理系统的研究和应用[J].中国科技信息，2009,（19）:25-27.

[8]王加友.无人值守变电站安全运行集中监控问题的探讨[J].电力安全技术，2007，（4）:32-34.

Abstract:The centralized monitoring scheme of power supply system of enterprise was designed based on the ring network of optical fiber communication,communication technology of computer network and DF8002 dis⁃patching automation system.The comprehensive function of power supply system of enterprise was realized,such as the real-time monitoring of running state,the real-time monitoring of electric parameter,the warning and han⁃dling of trouble,abnormity and so on.

Key words:non-ferrous metallurgy;power supply system;monitoring;dispatching automation;design;application

Design and application of centralized monitoring scheme of power supply system of non-ferrous metallurgical enterprise

WANG De-cheng,WANG Xing-gui

TF083.2

B

1672-6103（2011）02-0045-04

王德成（1966—），男，甘肃武威人，工学学士，高级工程师，从事企业供配电技术和管理等方面的研究。

2010-12-28