電力監(jiān)控系統(tǒng)在長大隧道機(jī)電工程中的應(yīng)用

李自力

1 系統(tǒng)概述

鳳凰嶺隧道位于忻阜高速公路K 50+100處,全長 5 885m,本系統(tǒng)作為該路段電力監(jiān)控工程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道供配電、通風(fēng)及低壓供電回路(低壓饋線回路)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

電力監(jiān)控通過全線三大系統(tǒng)主干通信網(wǎng)絡(luò)和自身敷設(shè)的分支通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),在監(jiān)控中心與其他監(jiān)控子系統(tǒng)一起設(shè)置電力監(jiān)控工作站,共享數(shù)據(jù)。路段供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在監(jiān)控中心可隨時(shí)查看,并根據(jù)需要遠(yuǎn)程控制供電回路的分合閘,并統(tǒng)一發(fā)布供電狀態(tài)信息,對(duì)故障信息進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。

2 監(jiān)控對(duì)象及內(nèi)容

本系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象主要集中在鳳凰嶺、火焰山兩座長隧道的6座變電站內(nèi)。

2.1 10 kV系統(tǒng)

10 kV高壓系統(tǒng)設(shè)微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置,對(duì) 10 kV進(jìn)線/出線、線路變壓器組進(jìn)行繼電保護(hù)和運(yùn)行測控。電力監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)保護(hù)測控裝置進(jìn)行通信,實(shí)時(shí)監(jiān)測各進(jìn)線、出線的運(yùn)行狀態(tài)。

繼電保護(hù)功能:進(jìn)線及出線回路采用LSA1119,設(shè)置速斷、瞬時(shí)速斷,定時(shí)限過流等繼電保護(hù)功能;線路變壓器組采用LSA 1116,可設(shè)置速斷、過流、溫度、過負(fù)荷告警等繼電保護(hù)功能。

三遙功能:通過微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置測量三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù) cosΦ等電力參數(shù);遙信主要采集斷路器位置信號(hào)、接地刀位置信號(hào)、彈簧未儲(chǔ)能、遠(yuǎn)方/就地信號(hào)、400 V開關(guān)位置信號(hào)、回路分合閘狀態(tài)信號(hào)等;遙控主要10 kV開關(guān)分、合閘。

2.2 400 V系統(tǒng)

進(jìn)線回路:變電站低壓配電柜 400 V配電柜進(jìn)線單元和發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜、ATS聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜等,其監(jiān)控采用LSA 1420微機(jī)測控裝置,監(jiān)測有功P、無功Q、三相電壓U、三相電流I、功率因數(shù)cosΦ;開關(guān)位置信號(hào)、故障脫扣信號(hào)等;可對(duì)開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘控制。

出線回路:每臺(tái)出線柜配置 1臺(tái)照明風(fēng)機(jī)回路監(jiān)控單元LSA1500,其中照明回路按照每單元 8路出線,風(fēng)機(jī)回路每單元4路回路配置照明風(fēng)機(jī)回路監(jiān)控單元,可監(jiān)測開關(guān)位置信號(hào)、回路分合閘狀態(tài)、故障脫扣信號(hào);系統(tǒng)可以通過與監(jiān)控單元通信對(duì)照明回路進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,對(duì)風(fēng)機(jī)正/反轉(zhuǎn)回路進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)/停止控制。

2.3 其他相關(guān)供電設(shè)備

變電站還有發(fā)電機(jī)、主變、UPS等供電設(shè)備,這些成套設(shè)備本身配置有智能控制器,電力監(jiān)控通過智能控制器通信接口對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),監(jiān)測主要運(yùn)行參數(shù)和故障信息。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成

電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),各電力監(jiān)控終端分布在各高、低壓開關(guān)柜、變壓器、配電柜(屏)上,監(jiān)測采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息。通過通信電纜把數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ欧?wù)器,再利用通信系統(tǒng)提供的通信通道把各變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心(監(jiān)控所)電力監(jiān)控工作站,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、判斷、顯示,為運(yùn)行人員提供各種設(shè)備的運(yùn)行信息。

電力監(jiān)控作為全線機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu):監(jiān)控管理層(包括分中心監(jiān)控)、通信中間層、電力監(jiān)控終端設(shè)備層。

3.1 監(jiān)控管理層

監(jiān)控管理層設(shè)置在隧道管理所和監(jiān)控中心。它主要完成對(duì)各個(gè)隧道變電所、隧道洞口箱式變電站電力設(shè)備的高級(jí)應(yīng)用;電力監(jiān)控與其他子系統(tǒng)進(jìn)行信息共享,構(gòu)成監(jiān)控中心完整的功能組成,監(jiān)控工作站將實(shí)時(shí)地接收各變電站的有效數(shù)據(jù),以保證監(jiān)控中心對(duì)供電系統(tǒng)全局運(yùn)行狀態(tài)的掌握并協(xié)調(diào)各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之間的運(yùn)行。

電力監(jiān)控工作站從各個(gè)變電所、站的監(jiān)控系統(tǒng)中獲取供配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,從整體上對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制,分析供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)整個(gè)監(jiān)控的供配電系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制、管理,使供配電系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)控管理層主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、服務(wù)器(與交通監(jiān)控系統(tǒng)合用)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)及其附屬設(shè)備。

3.2 通信中間層

中層為通信系統(tǒng)層,通過以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖以太網(wǎng)交換機(jī)、光端機(jī)、光纜等,為監(jiān)控系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高速的通信通道。各變電所、站與隧道管理站之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過高速公路高速光纖通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。電力監(jiān)控利用通信系統(tǒng)提供的 100M高速通信網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與交換,電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在此通道中傳輸并送到電力監(jiān)控服務(wù)器及工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

每個(gè)變電所、站設(shè)置一臺(tái) LSA 1200通信管理機(jī),通信管理機(jī)帶有以太網(wǎng)接口,上行就近接入通信系統(tǒng)提供的高速通信通道,通過以太網(wǎng)與監(jiān)控中心的電力監(jiān)控工作站進(jìn)行通信;通信管理機(jī)下行為RS485,RS232,CAN等通信接口,與變電站內(nèi)的智能保護(hù)測控裝置進(jìn)行通信,采集終端裝置的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,上傳至電力監(jiān)控工作站。

3.3 電力監(jiān)控終端設(shè)備層

電力綜合監(jiān)控裝置采用模塊化、單元化結(jié)構(gòu)、分散分布式結(jié)構(gòu)采集數(shù)據(jù)方式和數(shù)據(jù)信息集中轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)模式配置。各智能終端安裝在變電站進(jìn)、出線開關(guān)、配電變壓器等電力元件的盤面上,主要對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制,記錄線路短路和接地故障信息。

在變配電所及箱式變電站,在低壓配電柜內(nèi)各低壓回路各安裝一臺(tái)現(xiàn)場測控裝置,負(fù)責(zé)采集本回路的各種數(shù)據(jù),包括 U,I及各開關(guān)狀態(tài)等;變壓器溫度數(shù)據(jù)、EPS狀態(tài)數(shù)據(jù)等所有的數(shù)據(jù)通過通信管理機(jī)匯總,然后通過以太網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

4.1 三遙功能

1)電力監(jiān)控系統(tǒng)所要完成的遙信量主要包括:

10 kV進(jìn)出線開關(guān)狀態(tài)與故障報(bào)警、變壓器出線總開關(guān)狀態(tài),熔絲熔斷信號(hào),變壓器溫度,風(fēng)機(jī)啟停信號(hào)。柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警、出線開關(guān)狀態(tài),0.4 kV出線開關(guān)狀態(tài)、斷路器運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警。

2)遙測量主要包括:

10 kV主要回路和 400 V主要回路三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等,變壓器溫度,配電室溫度,0.4 kV饋線三相電壓、三相/單相電流等。

3)還對(duì)以下設(shè)備進(jìn)行遙控:

10 kV負(fù)荷開關(guān)、0.4 kV低壓總開關(guān)、0.4 kV饋線斷路器、柴油發(fā)電機(jī)組等。

4.2 數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)來源:各個(gè)變電所的電力設(shè)備監(jiān)控單元,人工置入,通信運(yùn)行參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)及頻率值,與其他自動(dòng)化系統(tǒng)通信采到的數(shù)據(jù)。進(jìn)行模擬量處理、狀態(tài)量處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、變電所控制、事件與事故報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)庫保存、事故打印及表格顯示、事故追憶、事故重演等。

4.3 人機(jī)界面,打印圖形、曲線、報(bào)表功能

管理人員在圖形上可進(jìn)行各種允許的封鎖、解鎖、掛牌、遙控、人工置數(shù)等操作,可響應(yīng)各種事故告警。可查詢、打印各種圖形、歷史曲線、報(bào)表。

4.4 系統(tǒng)安全管理

系統(tǒng)用戶分為一般操作員、數(shù)據(jù)管理員和系統(tǒng)管理員,不同的用戶有不同的權(quán)限,保證系統(tǒng)在用戶使用上的安全性。用戶的登錄及重要操作均需要權(quán)限認(rèn)證,并記錄到數(shù)據(jù)庫中。

4.5 控制操作功能

遙控功能:控制過程包括以下幾個(gè)步驟,遙控操作人員的身份及權(quán)限檢查、選擇控制對(duì)象、遙控預(yù)發(fā)、系統(tǒng)內(nèi)部校核、RTU校核、RTU返送校核結(jié)果、遙控執(zhí)行或撤消,記錄操作過程。在遙控進(jìn)行的過程中若收到遙信變位,則自動(dòng)撤消控制。遙控方式為單步選點(diǎn)、多步標(biāo)準(zhǔn)控制序列、自定義控制序列。在系統(tǒng)的畫面中單步選點(diǎn)進(jìn)入遙控狀態(tài),點(diǎn)擊開關(guān),即可對(duì)開關(guān)進(jìn)行遙控操作。

5 結(jié)語

山西忻阜高速公路電力監(jiān)控系統(tǒng),作為機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),在監(jiān)控中心共享數(shù)據(jù),并共享一個(gè)主干數(shù)據(jù)傳輸通道,較好的和三大系統(tǒng)等傳統(tǒng)高速公路和隧道監(jiān)控等機(jī)電系統(tǒng)融為了一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體。為全線供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了保障,電力監(jiān)控系統(tǒng)采用信息化技術(shù)對(duì)高速公路全線的主要供配電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息化遠(yuǎn)程控制管理,提高運(yùn)行、管理的信息化、自動(dòng)化水平,方便管理人員操作,節(jié)省人力、物力資源,降低運(yùn)行維護(hù)成本,最終實(shí)現(xiàn)變電所(站)的無人職守。

[1] 黑龍江電力調(diào)度中心.變電所自動(dòng)化實(shí)用技術(shù)及應(yīng)用指南[M].北京:中國電力出版社,2004.

[2] 張 洋,趙祥模,許宏科,等.高速公路供配電照明系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[3] 于恒春.一個(gè)分布式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2000(1):14-16.