電力監控SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 又稱為遠動監控和數據采集, 主要用以實現對遠方電力運行設備的監視和控制, 以提高供電安全運行水平[1]。SCADA系統通常包括調度主站系統, 變電站綜合自動化系統和所間通信通道三部分構成[2]。其中控制中心調度主站系統通過通信專業提供的通信通道與變電所站控單元進行信息交換;變電所綜合自動化系統通過所內通信網與所內IED裝置通信, 通過通信通道與調度主站進行通信, 變電所綜合自動化系統由站控主單元和所內通信網及中壓網絡單元IED裝置組成[3]。
電力監控系統主要通過“四遙”實現其監控功能, 即遙控、遙測、遙信和遙調。遙控是調度所對遠方變電站被控對象 (開關等) 進行操作;遙測是將變電站被測對象的數值 (電流、電壓等) 傳送到調度所;遙信是將變電站被控對象 (開關位置等) 的狀態信息傳送到調度所;遙調是調度所對遠方變電站工作狀態和參數 (變壓器輸出電壓等) 進行調整。另外電力監控系統還具有其他管理功能, 例如報表管理、事故回放、故障分析、信息管理和技能培訓等功能[2]。
1 系統組成
控制中心選用D S C-9 0 0 0 U自動化系統, 其主要設備包括以太網交換機、系統服務器、web服務器、打印服務器、操作員工作站、系統維護工作站、網絡打印機以及網絡連接附件等。
變電所自動化綜合系統采用國電南自NDT650自動化系統, 其采用分層分布式結構, 即站級管理層、網絡通信層和間隔設備層。
站間管理層設備包括控制信號盤及盤內的通信交換機、交換機、一體化監控計算機。
網絡通信層是兩個獨立的以太網接口, 互為備用。
間隔管理層是分散安裝于供電設備就地的微機保護測控、信息采集等裝置。
1.1 控制中心調度系統構成
控制中心調度系統采用分層、分布式開放局域網結構, 1∶N集中監控形式。中心調度系統設備包括三層以太網交換機兩臺、兩套系統服務器、兩套操作員工作站、一套系統維護工作站、一套web服務器、兩套打印服務器、四套網絡打印機及其它網絡連接附件構成;并且滿足與其他系統的互聯互通要求。
1.2 變電所自動化系統構成
車站級監控系統采用國電南自生產的NDT650變電所綜合自動化系統, 采用分層分布式結構。系統分為三個部分:站級管理層, 網絡通信層, 間隔設備層。
站級管理層為設置在綜控屏內的SCADA操作員站、便攜式維護計算機、冗余熱備的通信管理裝置。
間隔層包括分散安裝于供電一次設備中的各種微機保護測控單元、信息采集設備以及采用硬接點輸出的現場設備。設備包括400V及35kV交流保護測控單元、1500V直流保護測控單元、變壓器溫控器、微機測控單元、雜散電流監控單元、交/直流屏、電度表、上網隔離開關、負荷開關等。各廠家的智能裝置由國電南自提供的WTS-65網絡通信服務器進行接口及規約的轉換, 實現與變電所綜合自動化系統的接口, 其它硬接點信號可由智能測控裝置進行采集, 并由其實現對接觸軌隔離開關等的控制功能。
網絡通信層即為所內通信網絡和接口設備, 間隔單元通過所內通信網絡層與站級管理層進行數據交換。
整個系統面向變電所通盤考慮, 通過間隔單元與一次開關設備、CT/PT等設備接口, 實現對變電所設備的控制、監視、測量、繼電保護及數據管理、遠程通信等綜合自動化管理, 以保證供電系統的安全可靠運行。該系統所間通信采用單模光纖以太網方式、所內通信采用鎧裝屏蔽雙絞線以太網方式。
系統采用分散控制、集中管理的結構, 即使系統網絡的某一部分控制或線路受到損壞, 也只有系統的這一部分癱瘓, 不會影響到整個系統的運行。采用三級控制方式, 正常運行時采用遠動控制, 當設備檢修時, 采用所內集中控制或設備本體控制。在開關柜上設當地/遠方選擇開關。三種控制方式相互閉鎖, 以達到安全控制的目的。
1.3 車輛段供電檢修車間復示系統
復示系統用于監視全線變電所設備、接觸網設備的運行情況及對全線進行雜散電流監測, 使供電維護人員及時了解現場事故信息, 提高處理事故的工作效率, 縮短停電時間。與控制中心實現遠程通信, 完成維修調度作業計劃的發送和接收, 為檢修人員提供第一手信息資料。
1.4 通信通道及通信設備
(1) 控制中心與各被控站之間的通信通道。
控制中心與各被控站 (包括主變電站、牽引降壓混合變電所、降壓變電所) 之間由通信系統提供兩路100M以太網光纖雙通信通道, 物理接口為RJ45。
(2) 控制中心與車輛段復示系統之間的通道。
控制中心與車輛段復示系統通過路由器接入地鐵內部數字光纖網, 與控制中心監控系統通信。
2 系統功能
控制中心監控系統可以實現沿線所有變電所所內電壓、電流、功率、電度量和開關量等信息的采集, 實現對全線變電所所內設備工作情況的監視與全線各所電力設備的監控工作。在正常情況下, 由控制中心電調操作員工作站實現電力設備的控制工作, 如控制開關及刀閘的合/分, 變電所監控工作站只進行監視功能。當維護和調試時, 控制中心下放控制權, 由變電所監控計算機實現所內設備的控制和維護功能。文獻[3~4]說明了監控系統應該具備的功能, 本文在此基礎上增加了幾項功能。
2.1 通信功能
系統服務器是完成控制中心監控系統的實時數據采集功能, 系統服務器通過通信專業提供的以太網通道采集全線變電站綜合自動化系統采集的所內電氣設備信息。通信專業提供的以太網通道為兩個, 采用主備工作方式。正常運行時中心監控系統通過一個通道與綜自系統通信, 當通道故障時, 中心系統自動切換到備用通道與所內綜自系統通信。
通信報文以文本方式在系統上保存, 監控系統在計算機上保存固定大小的4個文件, 記錄與所內綜自的通信報文, 供維護人員使用。
數據采集與處理功能。
2.2 計算功能
公式系統的引用量可以是常量、實時量、歷史量、時間量, 支持數值計算符和邏輯計算符, 支持函數, 可用鼠標輸入, 也可手動輸入, 進行錯誤檢查。對歷史量可統計某測點在某段時間內按步長統計的最大、最小、平均、總和, 某測點在某段時間內出現的最大、最小值的時間。公式只在定義時分析編譯, 計算時直接使用。
2.3 采樣數據的顯示和查詢
(1) 實時數據的顯示查詢。
在監控計算機上可方便的進行實時采集數據的查詢。數據的顯示分為圖形顯示和表格顯示。
(2) 歷史數據處理。
控制中心監控系統系統服務器可進行歷史數據的存儲, 存儲的信息包括:測量量的存儲、事件的存儲。存儲的歷史數據的可通過調歷史報表、歷史曲線、事件預覽表中進行顯示。
用于曲線顯示和報表顯示的歷史數據存儲周期可進行設定, 用戶可方便的以畫面或報表的形式顯示存檔歷史數據。事件的信息記錄在數據庫中, 通過事件一覽表對歷史事件進行查詢和顯示。
2.4 控制操作
控制功能采用三級控制方式 (即遠程控制、所內盤上集中控制、設備本體控制) , 正常時控制權限在中心, 由控制中心實施監控功能, 此時站內監控計算機將閉鎖控制功能, 在緊急情況必須等到控制中心將控制權下放至變電所監控計算機, 此時控制中心失去控制權限, 由站內監控計算機實現控制功能, 控制中心對權限的下發和收回要變電所監控值班員確認后完成。
2.5 報警功能
系統發生以下情況時將啟動報警:
(1) 越限告警。
對需要報警的模擬量設定上下限值, 當越限狀態發生變化時, 發生越限報警, 通過窗口顯示文字及相關的數據變色閃爍。
(2) 變位報警。
當系統發生正常變位時, 變位點在窗口中發生數據變色及閃爍, 推出文字信息, 同時根據需要發生音響告警。
(3) 事故報警。
事故處理是廠站發生事故跳閘信息, 發生事故后, 系統發生強烈告警。
(4) 預告告警。
當與接口設備通訊中斷時, 系統發出明顯的告警信息, 以提示運行人員及進處理。各種告警信息發生后, 各信息被數據庫明確分類, 歸檔, 可按時間及類型分別檢索及處理。
在各種告警信息發生后, 各信息被數據庫明確分類, 歸檔, 可按時間及類型分別檢索及處理。監控計算機可在線選擇各種告警類型是否需要登錄、音響報警、可選擇事故是否推畫面。
對于操作變位和事故變位, 必須被調度員確認方被更新, 否則永遠保留事故狀態和變位狀態。
2.6 系統權限管理功能
系統通過集中權限管理實現全線的權限管理一致性。在任何位置的工作站登錄系統, 操作過程相同, 需要一致的用戶類型、用戶名、密碼信息。
2.7 報表及統計功能
系統具有全圖形、全漢化的顯示和打印功能的支持軟件, 人機界面良好, 采用多窗口技術和交互式操作手段, 畫面的調用方便、快捷, 能方便地生成各種統計和分析報表, 具有定時、召喚和異常情況時自動打印及屏幕拷貝等功能。
2.8 數據庫管理功能
實時數據庫用于保存并維護有關系統運行所需的全局數據, 并對調度端客戶機系統提供數據服務。為了滿足系統對實時響應時間的要求, 實時數據庫系統采用優化結構的自定義數據庫, 數據庫訪問高效快捷, 并由實時數據庫校驗程序維護自身數據的一致性和正確性。
2.9 系統時鐘同步功能
系統提供對時功能接受通信專業提供的標準時鐘, 保證網絡上各節點設備能同步工作, 并定時下發對時命令至綜合自動化系統。
3 接口
為完成系統功能需要借用通信專業通道, 并需要將Pscada信息發送至IMS系統。
(1) GPS通信接口。
通信專業提供接口形式為R S 4 2 2的GPS信號至我公司系統服務器屏柜的通信接口設備, 完成控制系統的對時功能。
(2) 通信通道接口。
與綜合自動化系統通信采用通信專業提供的雙以太網。
(3) 復示系統接口。
復示采用城市軌道專用數字光纖網通道與控制中心通信。
摘要：SCADA是數據采集與監控系統 (Supervisory Control And Data Acquisition) , 它完成對軌道交通全線變電所、接觸網設備運行的遠程實時控制、監視及測量, 處理各種異常事故及報警事件, 保障系統的正常運行, 提升供電系統調度、管理及維修的自動化程度, 提高供電質量, 保證供電系統的安全、可靠。近年來, 隨著微電子技術、計算機技術、自動控制技術、通信技術和信號處理技術的不斷進步, 城市軌道自動化技術得到了快速的發展。本文通過對城市軌道交通電力供應特點, 設計了一套基于數據采集與監控的SCADA系統, 在上海地鐵六號線和沈陽地鐵一號線的實踐經驗上進行了改進, 改善了系統的功能。文章分為三個部分, 介紹了系統的組成, 系統的功能和接口, 基本可以達到對城市軌道交通電力供應監控的設計要求。
關鍵詞：軌道交通,SCADA,數據采集與監控
參考文獻
[1] 沈陽地鐵一號線培訓教材[M].2008:1～3.
[2] 上海地鐵六號線招標書, 2005:3～10.
[3] 騰福生.電力系統調度自動化和能量管理系統[M].四川大學出版社, 2004:20～25.
[4] 高鳴燕, 陸文.城市軌道交通電力監控系統設計研究[J].城市軌道交通研究, 2003, 6 (6) :51～54.