湖北大廣南高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：

本文介紹G45大慶至廣州高速公路湖北黃石至通山段高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采集400V多功能電力儀表、400V進出線開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫控儀、10kV微機保護裝置、EPS、發(fā)電機等各類設(shè)備參數(shù)、開關(guān)信號并可進行遠程控制。系統(tǒng)采用光纖環(huán)網(wǎng)的方式，通過QDLPort通信機、QDL9000組態(tài)軟件實現(xiàn)配電室配電回路用電的實時監(jiān)控和管理。

概述

G45大慶至廣州高速公路湖北黃石至通山段高速公路（簡稱“湖北大廣南高速”）是國家高速公路“7918”網(wǎng)南北向的縱5線大慶至廣州公路在湖北境內(nèi)的最南段，也是湖北省“六縱五橫一環(huán)”公路主骨架的重要組成部分。它的建設(shè)，標志著大廣通道在湖北省267公里即將全部建成，完善了湖北省高速公路主骨架，可以使已建成的各路段充分發(fā)揮效益，對進一步改善鄂東南的投資環(huán)境，帶動貧困地區(qū)脫貧，促進促進武漢城市圈“兩型社會改革試驗區(qū)”的建設(shè)和沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等具有重要意義。

湖北大廣南高速共有9條隧道，設(shè)置了8個變電所、4臺箱變。全線共部署了兩套QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)，于2012年6月順利驗收。

東方山隧道：10kV高壓柜13臺、變壓器1臺、低壓配電柜4臺、發(fā)電機1臺、EPS2套、隧道地埋變16臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了14臺QDLPort通信機，接入了53臺各類測控設(shè)備。

長樂山隧道：10kV高壓柜4臺、變壓器1臺、低壓配電柜9臺、發(fā)電機1臺、EPS1套。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了56臺各類測控設(shè)備。

馬鞍山隧道：10kV環(huán)網(wǎng)柜2臺、變壓器1臺、低壓配電柜6臺、發(fā)電機1臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了9臺各類測控設(shè)備。

丁家山隧道：變電所2座，10kV高壓柜8臺、變壓器2臺、低壓配電柜16臺、發(fā)電機2臺、EPS2套。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了2臺QDLPort通信機，接入了66臺各類測控設(shè)備。

張海灣隧道：10kV環(huán)網(wǎng)柜2臺、變壓器1臺、低壓配電柜5臺、發(fā)電機1臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了6臺各類測控設(shè)備。

白人巖隧道：10kV環(huán)網(wǎng)柜3臺、變壓器1臺、低壓配電柜5臺、發(fā)電機1臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了6臺各類測控設(shè)備。

紫荊山隧道：變電所2座，10kV高壓柜17臺、變壓器2臺、低壓配電柜8臺、發(fā)電機2臺、EPS3套、隧道地埋變14臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了12臺QDLPort通信機，接入了53臺各類測控設(shè)備。

盤田隧道：10kV環(huán)網(wǎng)柜2臺、變壓器1臺、低壓配電柜5臺、發(fā)電機1臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了6臺各類測控設(shè)備。

鄂贛隧道：10kV高壓柜14臺、變壓器1臺、低壓配電柜4臺、發(fā)電機1臺、EPS2套、隧道地埋變15臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了14臺QDLPort通信機，接入了50臺各類測控設(shè)備。

軸流風(fēng)機房：10kV高壓柜4臺、變壓器1臺、低壓配電柜11臺。電力監(jiān)控系統(tǒng)共部署了1臺QDLPort通信機，接入了22臺各類測控設(shè)備。

設(shè)計說明

電力監(jiān)控系統(tǒng)對各隧道室內(nèi)變電所變配電系統(tǒng)（包括10kV進線回路、10kV饋出回路、0.4kV進線回路、0.4kV雙電源切換柜、低壓母聯(lián)斷路器柜、無功功率補償柜、射流風(fēng)機回路、EPS、UPS、變壓器及其它智能電氣設(shè)備運行狀態(tài)）進行保護和監(jiān)控。

1.系統(tǒng)說明

電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用設(shè)備分散設(shè)置、高速光纖通訊、隧道管理站控制和管理的模式。各變電所均設(shè)智能通信管理機1套，現(xiàn)場的保護和監(jiān)控裝置與智能通信管理機之間采用屏蔽雙絞線連接，并通過RS232/RS485口通訊；智能通信管理機與隧道管理站內(nèi)電力監(jiān)控工作站通過隧道內(nèi)以太網(wǎng)交換機構(gòu)成的以太網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)通訊。

（1）分層分布式體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于冗余、分散、分層分布式設(shè)計思想，系統(tǒng)分為主控層、通信管理層、設(shè)備層。微機保護測控裝置依據(jù)保護對象分布在開關(guān)柜上，獨立完成保護功能；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或通訊發(fā)生故障不影響現(xiàn)場微機保護測控裝置的保護功能?，F(xiàn)場的遙信量、遙測量、控制、保護動作等信息均通過現(xiàn)場保護或測控單元采集處理，并以數(shù)字式信息上傳前端機和后臺機。前端機完成現(xiàn)場監(jiān)視和控制，并實現(xiàn)通信規(guī)約轉(zhuǎn)換和故障診斷功能。后臺主機完成全系統(tǒng)監(jiān)控和各種管理功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)與其它智能系統(tǒng)通信。

（2）系統(tǒng)模塊化的設(shè)計理念

后臺系統(tǒng)監(jiān)控管理功能采用模塊化的設(shè)計思想，各功能管理模塊如柜圖監(jiān)控環(huán)境、圖形監(jiān)控環(huán)境、動態(tài)趨勢環(huán)境、告警查詢、動態(tài)報表、邏輯關(guān)系、負荷管理等均可獨立運行于不同的工作站上，也可同時運行于一臺主機上，各部分之間不相互影響。模塊化的設(shè)計思想提高了系統(tǒng)的可靠性。

（3）保護、測控設(shè)備

系統(tǒng)應(yīng)采用智能型保護設(shè)備就地完成保護功能，減少二次接線，減少安裝工作量，從而提高系統(tǒng)可靠性。測控設(shè)備應(yīng)采用智能型，具有數(shù)據(jù)采集的高度精確性。采集的數(shù)據(jù)包括：模擬量（電壓、電流、有功、無功、功率等），數(shù)字量（電能電度量等）、頻率、溫度量和狀態(tài)量（開關(guān)分合狀態(tài)以及事故信號等）。智能保護、測控裝置應(yīng)采用屏蔽雙絞電纜與前端機通訊，抗干擾能力強。

2.系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)應(yīng)以Windows NT或Windows 2000/2003/XP作為操作系統(tǒng)平臺，以大型商用數(shù)據(jù)庫SQL_SERVER為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式及分布式處理等技術(shù)實現(xiàn)。應(yīng)兼容TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)約和MODBUS等通訊規(guī)約。系統(tǒng)應(yīng)采用專用電力監(jiān)控組態(tài)軟件，全漢化的操作監(jiān)視界面。系統(tǒng)功能應(yīng)嚴格遵循電力系統(tǒng)行業(yè)標準，支持特殊的功能模塊，實現(xiàn)正常測量和監(jiān)視、事故過程記錄與分析、開關(guān)操作、數(shù)據(jù)存儲、處理、共享等全部功能。

3.電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集與處理

實時采集模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量、溫度量、脈沖量以及各類事件信息。對實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析及計算。包括以下功能：

·實時計算各線路的功率因數(shù)；

·實時計算各線路的有功、無功功率值；

·實時計算每日、每月各條線路的有功、無功最大、最小及平均值；

·計算每日、每月母線電壓最高、最低與平均值。

（2）報警處理

置預(yù)告信號和事故信號，并產(chǎn)生不同的音響報警及閃光，自動推出相應(yīng)畫面，對應(yīng)事故、故障設(shè)備的圖形發(fā)生閃動變位，窗口提示事件內(nèi)容及處理指導(dǎo)。報警信號可在監(jiān)控主機上人工確認復(fù)歸。報警同時啟動事件打印輸出功能。

·預(yù)告信號：包括線路過負荷、系統(tǒng)自診斷故障、母線電壓越限、電流越限、變壓器溫度越限等。

·事故信號：包括保護裝置動作、開關(guān)變位。

（3）事故追憶顯示畫面

保護動作發(fā)生時，系統(tǒng)自動啟動相關(guān)的測量數(shù)據(jù)記錄，供系統(tǒng)進行事故追憶，可任意選擇想要查看的事故追憶數(shù)據(jù)。

·接線圖：包括開關(guān)位置和各實時電量信息。圖形包括一次接線圖、二次接線圖、所用電系統(tǒng)圖、直流系統(tǒng)圖、保護監(jiān)控配置圖、通訊結(jié)構(gòu)圖、報警信號圖、地理位置信息圖等圖形，可根據(jù)業(yè)主需要繪制各種圖形；

·工況圖：包括日常數(shù)據(jù)、電度顯示、選點召喚等畫面；可顯示整個系統(tǒng)各計算機的工作狀態(tài)圖；可顯示系統(tǒng)中保護監(jiān)控裝置的工作狀態(tài)；

·棒圖：包括電流棒、負荷棒圖等實時刷新顯示圖形；

·曲線畫面：包括電壓曲線、電流曲線、負荷曲線等；

·一覽表：包括事故信號一覽表、故障信號一覽表、操作信號一覽表、保護定值一覽表等。

（4）遙測、遙信、遙控、遙調(diào)四遙遠動功能

·支持CDT、Polling等多種遠動規(guī)約，按照電力部門的運行要求與電力調(diào)度中心通信；

·通過鍵盤、鼠標即可執(zhí)行對站內(nèi)斷路器的控制調(diào)節(jié)；

·多級口令，各項操作均有確認信息，經(jīng)確認方能動作；

·控制優(yōu)先權(quán)級別為：就地操作，遠方監(jiān)控主機操作，遠方調(diào)度操作。

（5）歷史數(shù)據(jù)存儲。

系統(tǒng)主站設(shè)有歷史數(shù)據(jù)庫，記錄周期可設(shè)定，保留全部監(jiān)測量：一日24小時、一月內(nèi)每日和一年內(nèi)每月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；以及重要事故、操作記錄保存的時間，各歷史數(shù)據(jù)及在線查詢、顯示，保存時間可在線修改。全站的數(shù)據(jù)至少保存兩年。

（6）報表功能

提供功能強大、靈活自如的報表編輯工具；所見即所得并可自動生成；提供典型報表模板；支持定時和隨機兩種打印方式，隨機打印是自動記錄故障、事故情況下操作時的事件，并響應(yīng)手動選擇的各打印功能，定時打印是專用于定時報表的打印。主要功能有：

·現(xiàn)場工況打??；

·事故、故障及操作控制項目的自動打印，成組或選擇打印；

·負荷曲線、趨勢曲線打印；

·歷史數(shù)據(jù)選擇打??；

·運行日志，包括日報表、月報表打?。?/p>

·各種隨機選擇打??；

·屏幕拷貝打??；

·可根據(jù)實際需要制定各種復(fù)雜的報表。

（7）生成與修改

·開關(guān)量輸入、遙控量輸出的定義及修改；

·人工參數(shù)的置入、模擬圖及相關(guān)圖的生成修改；

·打印報表自動生成及修改。

（8）運行及配電管理功能

系統(tǒng)具有交接班記錄、運行記錄、操作票管理記錄、檢修維護記錄、技術(shù)資料管理記錄、設(shè)備管理記錄、繼電保護定值管理記錄等功能。

（9）系統(tǒng)自診斷及自恢復(fù)

系統(tǒng)具有自診斷及自恢復(fù)功能

（10）故障錄波和諧波分析系統(tǒng)

（11）權(quán)限管理

·調(diào)度操作權(quán)限管理；

·調(diào)度員操作密碼管理；

·調(diào)度操作過程再現(xiàn)。

4.電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標

（1）可用性

系統(tǒng)的設(shè)計充分考慮了在整個工程環(huán)境中的不同因素，以保證在現(xiàn)場安裝調(diào)試后立即適用并進入穩(wěn)定可靠運行，系統(tǒng)年可用率大于99.99%。

（2）可維護性

系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)備便于維護，各部件均具有自檢和聯(lián)機診斷校驗的能力。軟件有備份，便于工程師安裝啟動，應(yīng)用程序易于擴充。

（3）可靠性

系統(tǒng)在工程現(xiàn)場運行具有很高的可靠性，其平均無故障時間MTBF≥50000h。

（4）容錯能力

軟、硬件設(shè)備具有良好的容錯能力，當各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通訊出錯，以及當運行人員或工程師在操作過程中發(fā)生一般性錯誤時，均不影響系統(tǒng)的正常運行。對意外情況引起的故障，系統(tǒng)具備恢復(fù)能力。

（5）安全性

正常情況下，硬件和軟件設(shè)備的運行均不會危及變電所的安全穩(wěn)定運行和工作人員的安全。

（6）抗電磁干擾能力

系統(tǒng)具有足夠的抗電磁干擾能力，符合IEC標準，確保在變電所中的穩(wěn)定運行。

（7）主要技術(shù)參數(shù)

·主要模擬量測量精度誤差 ≤0.2%

·主要模擬量測量數(shù)值在數(shù)據(jù)庫中的更新時間 ≤1s

·狀態(tài)量變位在數(shù)據(jù)庫中的反映時間 ≤1s

·SOE分辨率 ≤1ms

·畫面實時調(diào)用響應(yīng)時間 ≤2s

·畫面實時數(shù)據(jù)刷新周期 ≤1s

·告警產(chǎn)生時間 ≤1s

·控制命令回答響應(yīng)時間 ≤1s

·控制命令執(zhí)行響應(yīng)時間 ≤1s

·系統(tǒng)平均無故障時間(MTBF) ≥50000h

·系統(tǒng)抗電磁干擾能力 符合IEC標準

·系統(tǒng)主要控制設(shè)備容錯能力 環(huán)網(wǎng)

·系統(tǒng)可維護性 優(yōu),設(shè)備帶自檢功能

·系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層可擴展性 以太網(wǎng)無限擴展

5.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

下陸監(jiān)控中心

鄂贛監(jiān)控中心

系統(tǒng)方案

慶德隆QDL9000系統(tǒng)根據(jù)湖北大廣南高速電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場實際情況，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用屏蔽雙絞線將變電所智能儀表接至QDLPort通信機，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)上至配電室的監(jiān)控主機，確保電力監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時性。

1.站控管理層

站控管理層針對電力監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口。在湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗研究院電力監(jiān)控系統(tǒng)工程中主要指位于地下一層配電室的監(jiān)控主機。

2.網(wǎng)絡(luò)通訊層

通訊層主要是由光纖收發(fā)器、視頻光端機、單模光纖、QDLPort通信機、以太網(wǎng)交換機設(shè)備及485總線網(wǎng)絡(luò)組成。QDLPort通信機主要功能是接入變電所內(nèi)各類智能儀表，并解析上傳數(shù)據(jù)或下發(fā)通信數(shù)據(jù)，；以太網(wǎng)設(shè)備及485總線網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)交互，使配電系統(tǒng)管理集中化、信息化、智能化，提高了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，真正達到了無人值守的目的。

3.現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，智能儀表通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入QDLPort通信機，與監(jiān)控主機進行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能。

系統(tǒng)功能

1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.系統(tǒng)界面

慶德隆QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)。系統(tǒng)實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(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、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。

主要功能：一次圖顯示各回路對應(yīng)回路名稱、電流、電壓、總有功功率、總功率因數(shù)，斷路器、地刀、隔離開關(guān)等合分位狀態(tài)，彈簧儲能狀態(tài)、手車位置狀態(tài)。

系統(tǒng)界面如下圖所。

3.報表功能

慶德隆QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)對電力參數(shù)進行存儲和管理，電力參數(shù)分為實時顯示參數(shù)和歷史參數(shù)。所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、指定時間或選擇查詢近更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。

主要功能：查詢各回路或者設(shè)備指定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息包括三相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、四象限電能等。電參量報表支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

報表功能如下圖所示。

4.曲線功能

慶德隆QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)對支持電參量曲線功能，曲線分為實時曲線及歷史曲線，支持同一界面顯示多條曲線并以不同顏色進行區(qū)分。曲線記錄最大值、最小值及平均值，以及極值發(fā)生的時間。

曲線功能如下圖所示。

5.報警及事件

實時報警

實時報警窗口監(jiān)測系統(tǒng)所采集的遙測量。報警窗口會在系統(tǒng)運行時自動打開，并一直隱藏在后臺。

當有電流或者電壓越限，并且觸及報警界限時，“相應(yīng)實時報警”窗口就會自動彈出，并以紅色字體顯示具體的報警信息：回路名、越限的電參量、報警值等。

歷史報警

通過設(shè)置開始時間和結(jié)束時間，即可查詢到過去任意時間段內(nèi)的系統(tǒng)報警信息，包括遙測報警和遙信報警，還包括具體的報警時間，報警類型，報警內(nèi)容等。

6.遙控功能

慶德隆QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)支持遠程控制功能，在監(jiān)控主機上通過管理員權(quán)限對變電所內(nèi)的開關(guān)進行遠程分合閘操作。

遙控功能界面如下圖所示。

7.用戶管理

慶德隆QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)有完善的用戶管理功能，避免越權(quán)操作。

每一級權(quán)限對應(yīng)相應(yīng)的控制權(quán)限，最多可設(shè)置多級不同權(quán)限，并記錄權(quán)限用戶的操作。

管理員具有最高的權(quán)限，并可以對其他用戶或者計算機的權(quán)限進行設(shè)置；

用戶或者計算機被設(shè)置了權(quán)限之后只能在權(quán)限規(guī)定的范圍內(nèi)操作或者瀏覽，權(quán)限范圍以外的功能都將被禁止；

所有用戶的操作都將被系統(tǒng)日志記錄下來，包括操作時間、操作類型、操作對象、操作結(jié)果等等信息。

用戶管理界面如下圖所示。

結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用電需求劇增，供配電安全至關(guān)重要，供配電智能化管理的需求日益增大。

本文介紹的QDL9000電力監(jiān)控系統(tǒng)在湖北大廣南高速的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對配電室供配電回路用電的實時監(jiān)控。通過智能儀表、QDLPort通信機、計算機等組成電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅能顯示回路用電狀況，還具有實時告警、故障分析、事件追憶等實用功能。在日常運維過程中，為解決用電問題提供了真實可靠的依據(jù)，取得了較好的經(jīng)濟效益及安全保障。

審核編輯：符乾江