基于SCADA系統的一次變電所設計

姚思煒

（湛江供電局電力調度控制中心，廣東 湛江524005）

0 引言

配電SCADA系統是基于計算機的生產過程控制和調度自動化系統，通過使用數據采集模塊監督和控制現場設備，從而實現數據獲取、設備控制、測量、參數調整以及得到各種信號警報。配電SCADA系統有很多優勢，如信息整合、高效準確獲取系統實時運行狀態等，從而加快決策制定，快速對系統的失效狀態進行診斷。

SCADA系統是以SCADA中央主機與一系列RTU（遠程終端單元）之間傳輸的數據為中心，一個SCADA系統在獲取信息（如輸電線上哪里出現故障）后發送到中心站點，警告主站點有故障發生，并執行必要的分析，如判斷此錯誤是否關鍵，同時將此信息在運營人員的控制系統界面上顯示。這樣的遠程監控，是通過利用企業的本地網絡、廣域網和無線技術網絡的基礎設施加以實現的。

1 SCADA與變電所控制系統的對接

1.1 SCADA系統簡介

SCADA集合了遙測和數據采集技術，通過RTU搜集到的信息將會被發送至中心站點，系統執行必要的分析之后將信息在運營人員的控制屏幕上顯示，運營人員根據得到的信息遠程執行必要的控制手段，保證配電的正常運作。如圖1所示，SCADA系統通過遠程探測器和裝置搜集數據，整個系統包含了一個或多個現場數據接口設備（RTU或PLC），一個基于無限射頻、電話、有線或者衛星技術的通信系統，以及一個或多個中央主機（MTU），標準或者定制的人機交互界面（HMI）。

圖1 SCADA系統框圖

自動化系統通過低廉的計算機替代高昂的人員開支，提高了過程控制的效率，同時利用計算機控制相對于人工更快的反應速度，實現了系統性能的提高。這些自動化系統通常也被稱為過程控制系統（PCS）或SCADA系統，這些系統的廣泛使用，使得很多物理過程可以安全、可靠、高效地進行。

SCADA系統的組成元素：（1）運營人員：負責SCADA系統的監控，實現遠程發電站的控制管理功能。（2）人機交互界面（HMI）：搜集到的原始數據進行處理后在此接口界面上展示給運營人員，為運營人員提供圖形化的輸入控制方式。（3）主終端單元（MTU）：相當于主從架構中的主單元，MTU通過HMI將數據展示給運營人員，從遠程站點搜集數據，發送控制命令到遠程站點。考慮到時間延遲和數據流干擾，MTU和遠程站點之間的傳輸速率相對較低，控制方式通常是開環。（4）通信方式：MTU和遠程控制器的通信方式，可以是廣域網、無線或有線網絡，或交換電話網絡。（5）RTU：相當于主從架構中的從單元，發送控制信號到其控制的設備，同時獲取數據后發送到MTU，RTU可以是PLC，RTU和其控制的設備之間的傳輸速率相對較低，控制方式通常為閉環。

1.2 一次變電所

它能夠充當傳輸變電所，也可以充當配電變電所的角色，一個變電所需要的IED（智能電子設備）有電流變壓器（CT）、電壓互感器（PT）、阻斷開關（DS）、斷路器（CB），其基礎框架如圖2所示。

圖2 一次變電所框圖

1.3 SCADA與變電所控制的對接

配電系統的中心是其硬件組件，比如發電機、變壓器、傳輸線路和斷路器等。而SCADA系統則涉及軟件的應用，其首要目標是實現數據采集和管理控制。因此，配電系統組件必須與各種傳感設備連接（CT、PT）以便從電力線上獲取數據，系統需與變電所的所有IED對接，包括輪詢所有IED，讀取數據和事件通知。這些數據必須發送給公用事業企業填充其數據倉庫，或者在其他合適的地點來保存變電所數據，系統必須隨時可以查詢所有連接的IED狀態。

這些描述電力網絡運行狀態的基本信息，將被傳送到SCADA系統。通過子站點設備自動獲取的信息，可以分類為狀態數據、測量數據和能源數據。狀態數據代表的是開關設備的狀態和警報信號。測量數據反映了不同的時間變量，比如電壓、電流、溫度和分接頭位置，均從電力系統中搜集得到。這些數據又可以細分為模擬和數字，所有的模擬信號通過AD轉換器轉為二進制數據進行傳輸。SCADA系統是以實現以下這些功能為前提下進行配置的，即數據采集、監控和事件管理、控制，數據存儲存檔和分析報告。

2 一次變電所的監控系統

此監控系統是現場設備實時狀態（電流、電壓、壓力、溫度、連接狀態）的實時管理系統。這種管理是通過子站點的數字設備和傳感器實現的，數據搜集和處理通過數據采集和控制單位完成（UAC），然后經過通信網絡傳輸，使用國際標準協議發送到子站點控制中心的中央計算機，隨后發送到運作中心，實現遠程管理。變電所監控系統如圖3所示，包括1個主窗口和3個子窗口。

圖3 變電所監控系統框圖

操作人員通過HMI進行現場設備的管理，控制屏幕界面上的所有文本和控制按鍵，均與現場設備或者配電系統的IED連接。如果操作人員需要關閉或者打開某些線路，可以通過屏幕上的按鍵直接進行操作，所有的狀態、配置更改都會實時在操作人員的屏幕上更新。

3 結語

SCADA系統是EMS（能源管理系統）最主要的子系統，其主要目的是高效地制造、傳輸、配送電能。SCADA的主要功能是以一種集成的方式監督、控制、管理電力網絡，整個配電網絡的情況可以在控制屏幕顯示，數據也可以自動周期性地進行更新，未來的管理計劃也能夠在歷史負載量數據、穩定性數據的基礎上進行分析后制定。變電所操作人員通過SCADA可以即時了解負載、發電機的能源效率／頻率、子站點的過載警報、變壓器的情況等，其已成為電力調度不可缺少的工具。

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［2］劉東，丁振華，滕樂天.配電自動化實用化關鍵技術及其進展［J］.電力系統自動化，2004（7）

［3］Matthias Seitz.Programmable Controller Application Tutorial［M］.Beijing Machinery Industry Press，2009

［4］黨向榮.調度自動化主站系統的研究與設計［D］.四川大學，2006