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变配电自动化系统集成设计
时间：2009-01-14 来源：互联网 作者：互联网编辑 浏览次数：
1.前言
人类进入21世纪，科学技术飞速发展，特别是计算机技术的发展更是日新月异，已经应用到各个领域。而计算机网络技术发展更快，可以说网络技术已经为信息化社会架设了高速公路。如今，从政府机关，企业事业单位，医院，百货商场，银行和证券交易所，到一个部门，一个办公室，一个宿舍或一个家庭，随处都可以看到网络的存在，随处都可以享受网络生活带来的便利。
随着计算机和网络技术的发展，网络技术已经与现代建筑巧妙集成。即现代所谓的智能建筑。智能建筑是信息化社会，网络化社会的必然产物。智能建筑是利用系统集成方法，将计算机网络技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理，适合信息化需要并且具有安全，高效，舒适，便利和灵活的建筑物。
变配电自动控制系统是智能建筑电气设计的一个重要组成部分，其能否安全、可靠地运行，方便、快捷的操作，远程控制智能化管理，是智能建筑的重要体现。一类建筑供电多数采用高压10kv系统单母线分段运行，两路高压电源同时供电。当一路电源断电时，中间联络开关自动闭合，由另一路电源向全部一级，二级负荷供电。为做好供电的安全性设各级保护，保护分为：进线过电流保护，电流速断保护和低电压保护。母线联络柜装设过电流保护。变压器装设过电流保护，电流速断保护，温度保护。为保障变配电系统时监控，监视，记录供电系统的运行情况。高压系统要进行进线与中间联络断路器状态控制监测，电压，电流，频率，有功功率，无功功率，变压器温度及故障状态正常运行显示与报警。低压系统包括进线与中间联络断路器状态监测，电压，电流，功率因数，重要输出支路断路器状态控制，故障显示与报警。如何能对上述功能实行自动化控制需要设计人员选择先进的开发工具，可靠的设备进行系统集成。
2.系统分析
首先系统的现场的数据采集和控制设备应能够在变配电室的恶劣环境下如低温，高温，强电磁场干扰，有害气体，灰尘等，长期可靠运行和实现常规控制，测量与信号要兼容；其次系统需要有超大容量、高速稳定的数据库来保障电力调度自动化系统和配电自动化系统的稳定性、提高数据存储的及时性、确保大规模数据的存储安全；另外要有先进的网络操作系统和系统开发工具。
2.1需求分析
2.1.1应用现状
现在运行的变配电系统大部分由人工操作，对于双回路供电系统母联开关需要和两路进线开关进行机械和电气连锁，给人工操作带来很大难度，操作一旦出现失误就可能造成严重后果。另外变配电室需要24小时人工值班，工人定时抄表回路各相电流表、电压表、无功表、有功表等大量数据。人工抄表不但增加了工作强度，而且数据的准确性较差，给日常管理带来不便。开关跳闸的原因人工很难查找，查不到事故原因不能合闸，不能供电，使供电的可靠性下降。
2.1.2用户的要求
作为用户，系统运行的稳定性，可靠性，以及操作的方便，简单，高效率一直被视为首要的问题，除此之外如果功能强，价格低，施工调试方便那就更好了。
2.2可行性分析
首先单片机技术的发展为现场设备的数据采集和控制提供保障，CAN总线网络技术使现场设备的布线简单，设备之间通过一根双绞线连接就能实现设备之间进行实时数据交换，完成遥测、遥控、遥信及远程修改保护定值，信号复归等功能。
SyBase 数据库容量大，技术稳定，具有高速引擎。能保障变配电控制自动化系统的稳定、能提高数据及时存储、确保大规模数据的存储安全。SCADA功能可实现数据采集与处理、控制与调节、事故追忆、事故分析、事件顺序记录、报警处理、系统时钟和时钟同步、实时数据库、人机界面、用户管理、系统维护、历史数据和报表处理等功能。
局域网技术的成熟为宾馆内部各部门之间组网提供了很好的实例。网络操作系统和VC语言的编程能使用户操作简单，人机界面图形逼真丰富多彩。随着科技的发展，上述的硬件和软件的成本都在下降，使用户在经济上能承受。
3.系统设计
3.1系统设计目标
设计目标达到建筑物使用单位内各个具有权限部门管理人员能实现对变配电系统进行遥信、遥测、遥控功能，实现远程操作集中管理，操作简单、方便，提高系统运行的可靠性及可维护性、减少事故隐患。
3.2总体设计
现场控制和数据采集和控制装置微机保护装置 采用博大工控公司开发的BDP－6000系列产品，现场的设备通过CAN总线连接并与服务器连接，服务器与其他部门组成C/S模式的局域网。数据库采用SyBase Enterprise Server/Client 11.9.2。人机界面采用博大工控公司开发的组态工具。
3.3硬件设计
微机保护装置硬件由电源，监控，保护，继电器四大插件和模拟量输入，开关量输入两个小插件及底板组成。
模拟量输入部分包括：电压形成回路，模拟滤波，模数转换。将0－5A或100V的模拟量转换成单片机能识别的数字量，为保护判别及遥测提供数据来源。
开关量输入部分包括：光电隔离及编码电路完成断路器状态，瓦斯，温度信号，电量脉冲信号等的遥信。
开关量输出部分包括：光电隔离，驱动电路，继电器板，信号指示等，完成各种保护的出口跳闸，信号报警及遥控合分闸的出口。
网络通讯包括：网络通讯控制器，光电隔离及总线驱动，完成装置之间，装置与监控主机之间的通讯。
3.4软件设计
3.4.1功能设计
包括遥信、遥测、遥控功能，事故记录，数据存盘，数据服务，报表功能。
1）测量功能
测量部分包括电流测量，电压测量，频率测量，功率测量，功率因数测量，电度测量等。
2）遥信量
包括开关量，保护信号，故障参数，事件记录等。事故追忆、事故分析、事件顺序记录。
3）遥控输出
独立遥控跳合闸空接点输出，由外部连接片投退。
4）遥调量
包括保护定值，保护实验。
5）事故记录
事故记录部分自动记录最近一次事故发生的时间，事故类型，电气参数，开关状态。
6）完善的自诊断功能
定值错误报警：当保护定值错误时发报警信号。
装置故障报警：当装置自检发现有不可恢复的错误时发报警信号。
控制回路断线报警：当采用断路器控制时，控制电源保险熔断或跳闸跨路断线或合闸回路断线时均发控制回路断线报警。
7）网络通讯
CAN总线网络控制部分和局域网的连接实现现场装置同网络上其它设备和各个部门之间进行产量的数据交换。完成遥测、遥信、遥控，遥调及远方修改保护定值，远方信号复归等功能。
3.4.2数据库设计
数据库设计采用了SyBase Enterprise Server/Client11.9.2，利用SyBase的稳定技术以及高速引擎、超大容量的存储等先端技术，保障了电力调度自动化系统和配电自动化系统的稳定性、提高了数据存储的及时性、确保了大规模数据的存储安全。在SyBase技术的前提下，又具有高速、安全的实时数据系统，在正常的情况下用户只是跟实时数据库进行数据交换，实时数据库在必要时可对内存数据进行物理存储——即存储到SyBase数据库。为电力调度自动化系统和配电自动化系统的实时要求提供了坚实的技术支持。
3.4.3组态工具设计
组态软件系统是基于Windows2000而开发的图表编辑工具，可以使你轻轻松松的绘制出种种电力系统所用图形图表诸如：接线图、棒图、曲线图、综合图 和各种精彩的三维图形球体、圆柱、圆锥、立方体 。本系统的核心特点是利用OPEN GL的技术支持，保障了图形逼真的渲染效果；强大的动画效果；并充分的体现矢量化等特点。
3.4.4报表工具设计
报表工具包括两个部分：报表编辑器与报表查看器。
报表编辑器：用来创建与编辑报表
报表查看器：用来显示与打印报表
3.4.5用户界面设计
用户界面采用博大开发的组态工具垢，组态工具是基于Windows2000而开发的图表编辑工具，如3.4.3节所述。
用户界面是调度员监视、控制设备运行情况的窗口。人机界面隐藏了与数据库、网络部分的复杂接口，通过组态图包括配置图、接线图、曲线图等，各种监视控制窗口以及调度员权限管理使监控工作变得直观、方便、安全。
4.系统实施
4.1系统的安全与配置
1）服务器安装WINDOWS 2000操作系统：一般工作站安装WINDOWS 2000 PROFESSIONAL；历史数据库服务器安装WINDOWS 2000 SERVER。
2）在“控制面板/系统/高级/环境变量”中，增加环境变量RUNDIR：比如RUNDIR=EL2001；则增加PATH路径：E：L2001LL。
3）在“控制面板/网络和拨号连接/我的连接/属性”中，配置TCP/IP协议，每个网卡只能一个IP地址。
4）在“控制面板/显示”中，配置显示属性，系统要求显示器的分辨率为1024×768以上，颜色为16位以上真色彩，由于系统完全采用OPENGL显示且支持三维动画，对显卡要求比较高。
4.2网络子系统实施
网络子系统能完成系统中各网络节点的状态监控、信息传输、进程控制、文件维护、事项管理、消息管理，同时还实现客户/服务器数据库访问的数据传输功能。
网络节点以主机名作为唯一标识，通过TCI/IP网络协议实现各网络节点之间的信息交换，，系统数据及控制命令采用传输控制协议TCP。系统支持双网运行，每个网络节点均可以通过一个或两个网络适配器粗缆、细缆、双绞线、光纤以及拨号网络 与其他节点通信。网络节点按指定的时间间隔向服务器发送监控报文，由此确定各网络适配器的状态。根据适配器的状态，确定与其他节点之间可用的通信链路，从而完成信息的传输。
4.3前置机子系统实施
前置机进程主要完成前置数据采集、各种通讯规约的解释、通讯通道运行监视、通道运行状态统计等工作，从而得到RTU采集到的遥测、遥信、电度等生数据。该程序具有非常高的实时性和稳定性。
前置机调试界面主要完成前置机子站和RTU的通讯配置显示，接收和发送缓区数据的显示，实时接收的数据及通道运行状况的显示，转发参数与转发数据的显示，遥信SOE、前置机生成事件及网络运行事件的显示，上行与主站数据链路的调式，下行与子站、RTU通讯链路的调试等功能。
5.结束语
在已运行的变配电室全部实现无人职守，实现了遥测、遥控、遥信，操作简单方便，提高了工作效率，提高了供电可靠性，增强了安全性，减少了事故处理时间，有效的节约了电能，减少了电力管理人员，取得很好的经济效益，因此受到了用户的好评。
人类进入21世纪，科学技术飞速发展，特别是计算机技术的发展更是日新月异，已经应用到各个领域。而计算机网络技术发展更快，可以说网络技术已经为信息化社会架设了高速公路。如今，从政府机关，企业事业单位，医院，百货商场，银行和证券交易所，到一个部门，一个办公室，一个宿舍或一个家庭，随处都可以看到网络的存在，随处都可以享受网络生活带来的便利。
随着计算机和网络技术的发展，网络技术已经与现代建筑巧妙集成。即现代所谓的智能建筑。智能建筑是信息化社会，网络化社会的必然产物。智能建筑是利用系统集成方法，将计算机网络技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理，适合信息化需要并且具有安全，高效，舒适，便利和灵活的建筑物。
变配电自动控制系统是智能建筑电气设计的一个重要组成部分，其能否安全、可靠地运行，方便、快捷的操作，远程控制智能化管理，是智能建筑的重要体现。一类建筑供电多数采用高压10kv系统单母线分段运行，两路高压电源同时供电。当一路电源断电时，中间联络开关自动闭合，由另一路电源向全部一级，二级负荷供电。为做好供电的安全性设各级保护，保护分为：进线过电流保护，电流速断保护和低电压保护。母线联络柜装设过电流保护。变压器装设过电流保护，电流速断保护，温度保护。为保障变配电系统时监控，监视，记录供电系统的运行情况。高压系统要进行进线与中间联络断路器状态控制监测，电压，电流，频率，有功功率，无功功率，变压器温度及故障状态正常运行显示与报警。低压系统包括进线与中间联络断路器状态监测，电压，电流，功率因数，重要输出支路断路器状态控制，故障显示与报警。如何能对上述功能实行自动化控制需要设计人员选择先进的开发工具，可靠的设备进行系统集成。
2.系统分析
首先系统的现场的数据采集和控制设备应能够在变配电室的恶劣环境下如低温，高温，强电磁场干扰，有害气体，灰尘等，长期可靠运行和实现常规控制，测量与信号要兼容；其次系统需要有超大容量、高速稳定的数据库来保障电力调度自动化系统和配电自动化系统的稳定性、提高数据存储的及时性、确保大规模数据的存储安全；另外要有先进的网络操作系统和系统开发工具。
2.1需求分析
2.1.1应用现状
现在运行的变配电系统大部分由人工操作，对于双回路供电系统母联开关需要和两路进线开关进行机械和电气连锁，给人工操作带来很大难度，操作一旦出现失误就可能造成严重后果。另外变配电室需要24小时人工值班，工人定时抄表回路各相电流表、电压表、无功表、有功表等大量数据。人工抄表不但增加了工作强度，而且数据的准确性较差，给日常管理带来不便。开关跳闸的原因人工很难查找，查不到事故原因不能合闸，不能供电，使供电的可靠性下降。
2.1.2用户的要求
作为用户，系统运行的稳定性，可靠性，以及操作的方便，简单，高效率一直被视为首要的问题，除此之外如果功能强，价格低，施工调试方便那就更好了。
2.2可行性分析
首先单片机技术的发展为现场设备的数据采集和控制提供保障，CAN总线网络技术使现场设备的布线简单，设备之间通过一根双绞线连接就能实现设备之间进行实时数据交换，完成遥测、遥控、遥信及远程修改保护定值，信号复归等功能。
SyBase 数据库容量大，技术稳定，具有高速引擎。能保障变配电控制自动化系统的稳定、能提高数据及时存储、确保大规模数据的存储安全。SCADA功能可实现数据采集与处理、控制与调节、事故追忆、事故分析、事件顺序记录、报警处理、系统时钟和时钟同步、实时数据库、人机界面、用户管理、系统维护、历史数据和报表处理等功能。
局域网技术的成熟为宾馆内部各部门之间组网提供了很好的实例。网络操作系统和VC语言的编程能使用户操作简单，人机界面图形逼真丰富多彩。随着科技的发展，上述的硬件和软件的成本都在下降，使用户在经济上能承受。
3.系统设计
3.1系统设计目标
设计目标达到建筑物使用单位内各个具有权限部门管理人员能实现对变配电系统进行遥信、遥测、遥控功能，实现远程操作集中管理，操作简单、方便，提高系统运行的可靠性及可维护性、减少事故隐患。
3.2总体设计
现场控制和数据采集和控制装置微机保护装置 采用博大工控公司开发的BDP－6000系列产品，现场的设备通过CAN总线连接并与服务器连接，服务器与其他部门组成C/S模式的局域网。数据库采用SyBase Enterprise Server/Client 11.9.2。人机界面采用博大工控公司开发的组态工具。
3.3硬件设计
微机保护装置硬件由电源，监控，保护，继电器四大插件和模拟量输入，开关量输入两个小插件及底板组成。
模拟量输入部分包括：电压形成回路，模拟滤波，模数转换。将0－5A或100V的模拟量转换成单片机能识别的数字量，为保护判别及遥测提供数据来源。
开关量输入部分包括：光电隔离及编码电路完成断路器状态，瓦斯，温度信号，电量脉冲信号等的遥信。
开关量输出部分包括：光电隔离，驱动电路，继电器板，信号指示等，完成各种保护的出口跳闸，信号报警及遥控合分闸的出口。
网络通讯包括：网络通讯控制器，光电隔离及总线驱动，完成装置之间，装置与监控主机之间的通讯。
3.4软件设计
3.4.1功能设计
包括遥信、遥测、遥控功能，事故记录，数据存盘，数据服务，报表功能。
1）测量功能
测量部分包括电流测量，电压测量，频率测量，功率测量，功率因数测量，电度测量等。
2）遥信量
包括开关量，保护信号，故障参数，事件记录等。事故追忆、事故分析、事件顺序记录。
3）遥控输出
独立遥控跳合闸空接点输出，由外部连接片投退。
4）遥调量
包括保护定值，保护实验。
5）事故记录
事故记录部分自动记录最近一次事故发生的时间，事故类型，电气参数，开关状态。
6）完善的自诊断功能
定值错误报警：当保护定值错误时发报警信号。
装置故障报警：当装置自检发现有不可恢复的错误时发报警信号。
控制回路断线报警：当采用断路器控制时，控制电源保险熔断或跳闸跨路断线或合闸回路断线时均发控制回路断线报警。
7）网络通讯
CAN总线网络控制部分和局域网的连接实现现场装置同网络上其它设备和各个部门之间进行产量的数据交换。完成遥测、遥信、遥控，遥调及远方修改保护定值，远方信号复归等功能。
3.4.2数据库设计
数据库设计采用了SyBase Enterprise Server/Client11.9.2，利用SyBase的稳定技术以及高速引擎、超大容量的存储等先端技术，保障了电力调度自动化系统和配电自动化系统的稳定性、提高了数据存储的及时性、确保了大规模数据的存储安全。在SyBase技术的前提下，又具有高速、安全的实时数据系统，在正常的情况下用户只是跟实时数据库进行数据交换，实时数据库在必要时可对内存数据进行物理存储——即存储到SyBase数据库。为电力调度自动化系统和配电自动化系统的实时要求提供了坚实的技术支持。
3.4.3组态工具设计
组态软件系统是基于Windows2000而开发的图表编辑工具，可以使你轻轻松松的绘制出种种电力系统所用图形图表诸如：接线图、棒图、曲线图、综合图 和各种精彩的三维图形球体、圆柱、圆锥、立方体 。本系统的核心特点是利用OPEN GL的技术支持，保障了图形逼真的渲染效果；强大的动画效果；并充分的体现矢量化等特点。
3.4.4报表工具设计
报表工具包括两个部分：报表编辑器与报表查看器。
报表编辑器：用来创建与编辑报表
报表查看器：用来显示与打印报表
3.4.5用户界面设计
用户界面采用博大开发的组态工具垢，组态工具是基于Windows2000而开发的图表编辑工具，如3.4.3节所述。
用户界面是调度员监视、控制设备运行情况的窗口。人机界面隐藏了与数据库、网络部分的复杂接口，通过组态图包括配置图、接线图、曲线图等，各种监视控制窗口以及调度员权限管理使监控工作变得直观、方便、安全。
4.系统实施
4.1系统的安全与配置
1）服务器安装WINDOWS 2000操作系统：一般工作站安装WINDOWS 2000 PROFESSIONAL；历史数据库服务器安装WINDOWS 2000 SERVER。
2）在“控制面板/系统/高级/环境变量”中，增加环境变量RUNDIR：比如RUNDIR=EL2001；则增加PATH路径：E：L2001LL。
3）在“控制面板/网络和拨号连接/我的连接/属性”中，配置TCP/IP协议，每个网卡只能一个IP地址。
4）在“控制面板/显示”中，配置显示属性，系统要求显示器的分辨率为1024×768以上，颜色为16位以上真色彩，由于系统完全采用OPENGL显示且支持三维动画，对显卡要求比较高。
4.2网络子系统实施
网络子系统能完成系统中各网络节点的状态监控、信息传输、进程控制、文件维护、事项管理、消息管理，同时还实现客户/服务器数据库访问的数据传输功能。
网络节点以主机名作为唯一标识，通过TCI/IP网络协议实现各网络节点之间的信息交换，，系统数据及控制命令采用传输控制协议TCP。系统支持双网运行，每个网络节点均可以通过一个或两个网络适配器粗缆、细缆、双绞线、光纤以及拨号网络 与其他节点通信。网络节点按指定的时间间隔向服务器发送监控报文，由此确定各网络适配器的状态。根据适配器的状态，确定与其他节点之间可用的通信链路，从而完成信息的传输。
4.3前置机子系统实施
前置机进程主要完成前置数据采集、各种通讯规约的解释、通讯通道运行监视、通道运行状态统计等工作，从而得到RTU采集到的遥测、遥信、电度等生数据。该程序具有非常高的实时性和稳定性。
前置机调试界面主要完成前置机子站和RTU的通讯配置显示，接收和发送缓区数据的显示，实时接收的数据及通道运行状况的显示，转发参数与转发数据的显示，遥信SOE、前置机生成事件及网络运行事件的显示，上行与主站数据链路的调式，下行与子站、RTU通讯链路的调试等功能。
5.结束语
在已运行的变配电室全部实现无人职守，实现了遥测、遥控、遥信，操作简单方便，提高了工作效率，提高了供电可靠性，增强了安全性，减少了事故处理时间，有效的节约了电能，减少了电力管理人员，取得很好的经济效益，因此受到了用户的好评。
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