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京滬高鐵虹橋火車站低壓監控系統2020-02-24

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  基本信息  

項目名稱:京滬高鐵虹橋火車站低壓監控系統

項目地點:上海虹橋

實施時間:2008年


  項目介紹 

 1、概述

 

    滬高鐵上海虹橋站新建工程低壓配電自動化系統是一個整體、優化系統解決方案。虹橋站低壓配電自動化系統是利用現代電子技術、計算機、通信技術、軟件技術及網絡技術,將站區電網在線數據和離線數據、電網結構數據進行信息集成,構成完整的區域自動化系統,實現虹橋站配電自動化。配電自動化建設充分考慮了虹橋站的總體規劃設計和發展需求,在統一的接口標準以及開放的架構上分層實現配電自動化主站、站控層及間隔層自動化系統。配電自動化系統將充分考慮到10KV、400V配電系統的運行特征。在SCADA功能的集成上,建立虹橋站配電網絡模型,并擴充電網分析和輔助決策等功能。

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上圖是虹橋站低壓配電自動化系統結構,該系統方案采用集中和分層結合的原則,系統具有很好的開放性、互連性和可靠性。

此系統物理結構上由站控層(也稱主站層)、配電監控子站層和間隔層三個層次組成。

間隔層設備由低壓測量表計組成,每個開關柜抽屜配置一臺低壓測量表計。低壓測量表計分散安裝在開關柜附近。

系統在每個配電室獨立設置一個監控子站,監控子站由若干臺嵌入式前置通信單元構成。每個前置通信單元接入一定數量的低壓配電測量表計,并將匯總后的數據轉發到主站層。配電站內的其他智能設備,如直流屏等,也可通過現場總線方式接入到前置通信單元。

監控主站部署服務器和工作站,實現完整的配電SCADA功能。

監控子站與主站之間通過自愈式光纖環網連接。子站前置通信單元和低壓測量表計之間使用IEC-60870-5-101進行通信,前置通信單元與主站系統通過IEC-60870-5-104規約進行通信。主站系統可以通過網關機和其他自動化系統進行數據交換。


 

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1.1間隔層

 

1.1.2間隔層自動化系統的結構

 本方案選用上海申瑞繼保電氣有限公司成熟可靠的DEP-970系列低壓配電監控單元。DEP系列低壓配電監控單元采用模塊化、系統化設計思想,監控、保護、通信網絡整體設計統一開發、生產。DEP-970D選用高性能32位單片機為核心元件,采用模塊化設計,可按照用戶要求靈活方便地配置,獨立完成對間隔層設備的保護、測量、控制以及通訊的功能。

    按照低壓配電開關的布置,每個開關柜抽屜配置一臺DEP-970D,實現對本開關的監視、控制和保護功能。一面配電監控屏上部署多個DEP-970D監控裝置,和一面低壓開關柜屏一一對應。每面配電監控屏上的多臺DEP-970D通過RS-485總線接入到配電子站層的前置通信單元。

1.1.2 0.4kV間隔層設備的通信和實時性響應解決方案

    為了滿足實時性響應,0.4kV監控單元通過485總線接入前置通信單元的若干個通信端口。根據配電站的具體規模限制每端口接入的裝置數量,可提升系統的響應能力。比如100個監控裝置規模的廠站可使用2臺前置通信單元,在每個通信端口上可配置68個設備,通信規約對于同一個通信端口上的監控裝置采用POLLING通信方式這樣假設問答一次遙測數據的周期為100ms,則1s內可刷新全部的遙測數據。對于遙信量可優先查詢,從而充分保證遙信變位響應速度。此外,對于遙控操作,通信規約進行特殊處理,某個開關遙控操作后立即刷新此開關的遙信量,則可以保證遙控操作后遙信變位的響應速度。

1.2配電監控子站層

    配電監控子站層選用上海申瑞電力科技股份有限公司成熟可靠的遠動工作站DEP-765N作為前置通信單元。

 DEP-765N裝置具備強大的通訊功能,每個模塊配有多達8個串口(RS232/485/422)和兩個以太網,支持直接光纖接入。裝置內嵌多達上百種通訊協議,具有強大的通訊管理機功能。

當DEP-765N用作總控單元時,完成和各分散的測控單元、智能設備進行通信,并將匯總的信息向后臺或者遠方調度轉發??偪貑卧墓δ芟喈斢诔R幍腞TU核心,但大大增強了系統通信功能。

    間隔層多臺低壓配電監控裝置通過485總線接入到DEP-765N的一個串口。為提升通信效率考慮,在配電站內根據配電監控裝置數量的多少配置多臺DEP-765N以降低通信壓力。一般情況下每個DEP-765N提供8個RS-485串口,每串口接入6-8臺低壓配電監控裝置。

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DEP-765N外觀圖

1.3主站層

1.3.1軟件配置

    主站系統統一采用Windows操作系統平臺,采用計算性能強,可靠性高的服務器作為服務器端的硬件平臺,選用大型商用數據庫作為數據庫支撐平臺(MS SQL Server)??蛻舳诉x擇高性能的PC圖形工作站,服務器與工作站在網絡環境下構成分布式系統。

SCADA功能是主站層的基礎和核心,通過SCADA系統實現了全網范圍內電氣設備運行工況的監視以及運行設備的遠方控制。

主站層的實時信息通過網關機向遠方監控中心傳送;配電自動化網絡系統與其他監控中心通過網關機隔離。

在調度SCADA基礎上建立調度管理模型,實現調度管理功能,如日志管理、兩票管理、缺陷管理、檢修管理等,實現配電調度無紙化,提高企業工作效率。

配電主站系統選用上海申瑞繼保電氣有限公司的成熟SCADA產品Super-2000系統。Super-2000系統設計定位為電力系統實時圖形組態平臺,系統基于客戶服務器體系結構,具有功能強大的組態功能,性能優異,在國內電力系統有數百套運行經驗。

基于Super-2000系統開放的API接口可以靈活擴展新應用,便于實現轉發或者擴展其他自動化系統功能。

2 配電主站系統功能

2.1 前置通信系統功能及特點

    本節主要描述調度自動化前置通信系統的物理通信鏈路層所滿足的技術要求以及與之相關的應用軟件功能。Super-2000系統支持傳統的RS-232、RS-485、RS-422等串行通信方式以及網絡通信方式。

     Super-2000系統與遠方終端設備的通信支持RS-232接口及網絡通信方式。此類通信設備包括RTU、FTU、各種智能通信設備(直流屏、智能電度表等)、變電站綜合自動化系統、模擬屏、地調轉發系統等。通信系統支持點對點通信或多個設備共線(掛燈籠)通信方式,各裝置虛擬端口可靈活設置。

 除常規的串行端口外,Super-2000系統支持與虛擬網絡通信。虛擬網絡通信設備可以是支持以太網通信方式的RTU、FTU或者其他終端設備,也可以是遠方計算機網絡系統的通信程序(如地調系統、集控系統、電能量采集系統等)。

無論是常規串行通信設備,還是網絡通信設備,都可有多個不同速率的通道相互作為備用,系統可以自動判別通道誤碼率,選擇通信質量最好的通道作為值班通道,其他通道作為備用通道。

通道可使用電力載波、電話線、光纖、微波、衛星等。還可支持電話撥號、GPRS、CDMA、手機短信等各種通信方式。

通道可以在線添加、刪除、修改,通道的通信參數可以方便設置(波特率、停止位、校驗位、IP地址、端口等)。

2.2遠動系統工況監視

可以對以下設備的正常/故障,主/備等運行工況進行監視:

  • 前置機子系統(通信管理程序以及規約處理程序);

  • MODEM及通道;

  • RTU。

    設備運行工況能通過相應畫面表達,設備停運時可以多種方式報警(打印輸出、文字提示、推畫面音響等)

2.3 遠動系統事件記錄

  • 當遠動系統中發生了設備主/備切換、設備故障,以及從故障中恢復等事件時,發出相應的遠動系統事件告警消息;

  • 當一個遠動系統事件發生時,系統自動地將上述信息記錄到歷史數據庫中;

  • 消息內容包括事件發生的時間和事件的內容;

保存的歷史遠動系統事件記錄可以查詢。

2.4 遠動系統報文監視

  • 能對任一個通道報文的問/答過程、報文類型和報文的完整內容、回答報文中的模擬量/狀態量和數字量分類進行監視;

  • 通道報文可以在屏幕上實時滾動顯示,可以暫時停止上行或者下行報文的滾動,也可以啟動報文的滾動顯示;

  • 系統支持報文錄制功能,用戶可控制是否將上述的監視結果輸出到由用戶指定的文本文件中,記錄的時間可以由用戶設置;

  • 系統還可以對特殊報文進行監視,比如系統常出現一個固定的遙測值,經過配置后,只要一出現包含此數據的數據幀系統會自動錄制此幀報文并自動生成日志文件,方便維護人員分析問題。

  • 系統提供CDT規約配置文件配置程序,與傳統手工編寫配置文件不同的是此程序可以統一批量編寫配置文件,并采取填表形式,方便用戶填寫、核對。填寫完畢保存即可。

    2.5告警功能

Super-2000系統服務器程序監視告警事件的發生,當有事件發生時,服務器提供告警服務功能,和各客戶機的告警處理程序建立連接發送告警信息;

系統可以把事件告警信息分類存入系統數據庫。

系統服務器可按照事件先后發生順序,保留當前最新的各種事件信息,以備客戶機查詢,同時也為新登錄的客戶機提供開機前發生的最新事件消息。

服務器還負責對歷史庫中的事件告警信息進行管理,根據用戶設定的保留期限,自動清除多余的內容,減少系統資源占用。

Super-2000系統支持多種告警方式。

  • 系統支持文本顯示告警。在事件發生時,系統自動彈出告警顯示框,在顯示框中,列出當前最新信息中的相關事件;

  • 系統支持事故推畫面告警,用戶可以定義和某一事件關聯的畫面,當此事件發生時,系統推出相關畫面;

  • 系統支持打印告警方式,實現告警信息自動打??;

  • 系統支持音響報警功能,用戶可以定義和事件相關聯的聲音文件,當有系統事件發生時,告警系統會播放音響,提示調度員有事件發生;告警音響可自動停止,音響持續時間可由用戶設置;

  • 用戶可定制訂針對對某個特殊事件的告警處理方式;

  • 系統支持短信功能,可以通過發短信告警。

2.6設備管理功能

    Super-2000系統采用開放的設計策略,可以在圖形系統中關聯和顯示設備信息,設備信息可以來自外部MIS數據庫,系統的設備信息關聯和顯示功能與具體數據庫結構無關。 

  • 各類設備圖元可定義關聯到不同的數據源;

  • 可定義設備信息庫記錄數據在設備屬性對話框列表中的顯示格式;

  • 可以在畫面制作時選擇設備圖元要關聯到的設備信息庫設備記錄關鍵字;

  • 在畫面顯示和瀏覽程序中點擊設備圖元可彈出設備屬性對話框列表。

     

2.7報表系統功能

    報表系統由報表制作與管理軟件、報表顯示打印軟件和報表自動打印軟件組成,各個軟件均基于Microsoft Excel VBA(Visual Basic for Application)開發完成。系統產生的每張報表可獨立成為數據文件,具有MS Excel的標準格式,脫離本系統也可進行顯示打印,也可廣泛被其他軟件系統訪問利用。以獨立數據文件形式保存的報表具有獨立的時效性,不會因為表體或數據定義變化而無法顯示或失效。

  • 報表制作與管理軟件提供友好的數據定義方式,可定義制作班報、日報、旬報、月報、季報、年報及事故追憶報表;

  • 班報和日報可跨天;

  • 報表可以利用所有的歷史采樣數據、計劃數據以及事故追憶數據;

  • 報表中可進行各種復雜的數據統計(如在年報表中可統計每個月典型日高峰時的最大值及其出現時間,各統計時段的統計值等);

  • 報表中可嵌入多種圖形、曲線等內容;

  • 并可指定時間有選擇自動打印報表;

  • 報表制作與管理軟件可利用Excel的所有制表功能;

  • 報表顯示及打印軟件為使用者提供直接查看或召喚打印各種報表的手段,并可直接修改報表數據;

  • 可自動統計報表合格率;

  • 報表自動打印軟件可自動定時打印由報表制作管理軟件設定的各類報表;

  • 報表生成時可自動保存為HTML格式,方便WEB發布。

2.8歷史數據管理功能

    Super-2000系統歷史數據管理功能實現所有歷史采樣數據、計劃數據、事故追憶數據的管理。

可選擇查詢的數據類型(1分鐘采樣、5分鐘采樣、30分鐘采樣、小時采樣、日采樣、計劃值、事故追憶等);

  • 可按廠站篩選采樣記錄;

  • 可同時打開多個歷史數據查詢窗口;

  • 可設置查詢時間;

  • 可倒出采樣定義、計劃值定義數據;

  • 可以多種方式修改歷史數據記錄。

2.9保護管理功能

    Super-2000系統的保護管理程序完成與現場保護設備的通信,可以遠方調保護定值、保護測值,下裝保護定值以及進行遠方保護復歸。

保護管理程序的正常運行取決于前置系統的規約是否支持保護信息(例如常規的“支持保護的部頒CDT規約”)。

  • 支持保護設備定義;

  • 支持保護詞典定義,保護詞典定義了保護設備的相關信息,比如定值信息、測值信息、動作類型、自診斷類型、故障類型等;

  • 可按廠站篩選顯示保護設備;

  • 可選擇顯示設備、設備子類的保護代碼、定值名稱、召喚值、定值單位等;

  • 可遠方招喚定值;

  • 可遠方設置定值;

  • 可遠方召喚測值;

  • 可按區號召喚保護定值;

  • 可按區號切換保護定值;

  • 可遠方復歸保護。

2.10 10KV故障定位和0.4KV故障分析

當10kV系統有故障發生時,系統可快速定位故障回路,在顯示器上推出事故畫面并以閃爍或者高亮方式定位故障點,并通過語音、短信等多種方式給出故障告警。

系統提供事故追憶功能,任何系統運行故障都將引發事故追憶,系統可自動記錄預先定義的追憶量,事故前后的追憶周期可設定。追憶數據可以用于故障追憶回放,也可用于報表制作。

0.4kV監控裝置支持故障錄波功能。主站系統可以和監控裝置通信召喚、存儲故障錄波數據,并提供故障波形的顯示和分析功能。系統可顯示故障前后系統運行參數(如電流、電壓)的波形變化,并給出故障診斷輔助分析。

3 通信系統

3.1通信系統設計原則

根據數據網絡自身特點和發展動向,在滿足目前電網自動化系統數據傳輸功能的同時,滿足未來系統擴容、業務多樣化等不斷發展變化的需求。

按照配網自動系統的總體結構,整個通信系統物理上分為兩層:第一層為主站層,實現子站系統和主站系統之間的網絡連接,第二層為子站層,實現子站通信設備與子站智能設備之間的網絡連接。

主站層采用光纖以太網通信模式;子站層基本采用以太網(10kV間隔層保護測控單元)和485現場總線(0.4kV監控單元)通信模式。

    0.4kV低壓智能配電監控裝置通過RS-485總線網絡與配電站前置通信單元連接,為保證通信實時性,每條總線建議連接不超過8臺低壓監控裝置,通信規約采用IEC60870-5-101。

3.2系統安全性、穩定性和容錯冗余能力

    電網數據通信網絡網絡是支虹橋站電力生產、運營及未來不斷發展的多種業務的一體化網絡服務平臺,同時隨著應用范圍的不斷擴大將在電力生產、運營、社會服務中日益發揮更大的作用。系統運行穩定可靠,具有高可用性,全年365天,每天24小時的不間斷運行,同時具備一定的容錯、冗余能力,可以有效預防惡意侵入,具備強大的網絡安全保障體系,是系統設計的基本原則。

3.3系統經濟性

    經濟性是電網數據通信網絡規劃和建設中的一個重要方面。經濟性需從兩個方面來考慮,首先是建網過程中的開銷,同時還有網絡建成后的運維費用和網絡對投資的保護能力。要求既要充分考慮現有資源的有效利用,同時建成系統具有最高的性能價格比。

3.4系統可管理性

    電網數據通信網是一個應用多樣化、范圍廣闊、規模龐大的網絡系統。對這樣一個網絡環境必須要求完備的網管系統對其進行監視、控制和遠程配置,充分發揮系統功能,提高工作效率,保證網絡的正常運行。因此,完善、有效的網絡管理是虹橋站數據通信網建設的重要保證。

3.5系統開放性、擴展性和適應性

    通信網必須遵循國際標準。隨著技術的發展、業務的增多,網絡的規模也會逐漸擴大。必須保證支持以后的網絡平滑的擴容,提供統一的接入標準,具備可擴展性和適應性。













 



 

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