電力監控系統在液晶面板廠中的設計與應用

2016-03-31 05:18:28孫海龍世源科技工程有限公司北京100142

智能建筑電氣技術 2016年1期

孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

電力監控系統在液晶面板廠中的設計與應用

孫海龍（世源科技工程有限公司，北京100142）

摘要介紹了電力監控系統在液晶面板廠中的設計與應用，結合工程實例分析了行業內的特殊需求，提供了針對性的解決方案。

關鍵詞電力監控系統液晶面板電能質量

Design and Application of Electric Power SCADA System in a LCD Panel Factory

Sun Hailong

Abstract The design and application of electric power SCADA system in LCD panel factory are introduced.Combined with engineering example，the special needs of the industry is analyzed，and the targeted solution is put forward.

Keywords power SCADA system，LCD panel，power quality

0　引言

在電子系統行業中，液晶面板廠具有規模大、自動化程度高及配變電系統龐大等特點。其對電力系統的安全性、穩定性和可靠性要求相對較高。通過合理配置電力監控系統，可模擬配電網絡運行，對各類電氣設備實時監測，實現無人值班模式，在發生故障時，能在最快的時間內切除故障，保護一次設備，縮小停電范圍，對發生故障的部分，能協助運行管理人員分析故障原因，快速定位和排除故障，盡量縮短停電時間；平時運行時，可進行遠程遙控操作，提高運行效率，提高系統供電可靠性。本文通過對具體案例進行分析來探討電力監控系統在液晶面板廠中的應用。

1　系統設計原則

1.1系統概述

電力監控系統的設計力求每個配變電所獨立、穩定運行，任意一個配變電所監控系統出現異常，都不會影響到其他配變電所的監控系統，同時，也可以在總控室中方便、快捷地瀏覽任何一個配變電所中供配電設備的實時和歷史運行情況，基于網絡完成所有供配電設備的數據信息匯總。

各配變電所中分別設有一臺前置通信機，作為一處監控子站。子站負責采集各站的實時數據，進行規約轉換和數據預處理，處理結果通過光纜傳送給總監控系統的雙前置處理機，同時對各站發送相應的控制命令。

電力監控系統配置雙監控主機和一臺后臺調度機，并配置WEB服務器。雙監控主機可將各個分變監控系統采集的數據進行匯總、處理，給值班人員提供直觀的畫面、報表和故障信息查詢。雙監控主機應互為熱備用，提高系統可靠性。

1.2監控內容

電力監控系統需要實現對各配變電所高壓開關柜的監視、測量和控制；各變壓器溫度信號的顯示和報警；各變壓器低壓側總進線斷路器和母聯斷路器的監視和測量；各變壓器低壓側饋線回路斷路器的監視和測量；應急柴油發電機系統的監視和測量；UPS不間斷電源系統的監視和測量；車間配電總盤系統、工藝母線系統的監視和測量。

2　系統常規功能

電力監控系統必須具有五防閉鎖功能，除此外，其他的常規功能如下。

1）圖形功能

電力監控系統的圖形顯示功能：可通過顯示屏直觀體現出電源線路的排列順序和物理位置；可顯示現場斷路器和接地刀狀態、斷路器小車的位置及相關故障、告警信號；可在顯示的供配電回路單線圖上對現場斷路器進行遙控操作，并有安全操作的雙重驗證；可結合實際工作進行各類模擬順序的操作和演示；圖形畫面可實時顯示現場設備的運行狀態和各種測量值；具有“遙信”、“遙測”、“遙脈”及“遙控”等功能；動態拓撲分析，以不同顏色形象化顯示帶電與失電區域，按電壓等級以標準顏色顯示帶電區域，體現整個電力系統運行狀態；可提供圖形編輯平臺及環境，用戶可進行配置和編輯，使用靈活，表現形式多樣。

2）曲線功能

電力監控系統的曲線功能：可顯示測量值的實時曲線和歷史曲線，通過曲線參數的變化趨勢，可對曲線進行統計和分析。如：某段周期內工藝母線出現的最大值、最小值、平均值及最大（小）值出現的時刻等；有越限變色、縱（橫）向伸縮、橫向平移等分析功能；曲線可逐條顯示也可多條組合顯示；曲線顏色、時間、坐標、單位、取樣等均可自定義；支持曲線打印。

3）告警功能

電力監控系統需要具有相應的告警功能。可通過畫面顯示、語音告警、打印告警等方式完成越限告警、變位告警、事件告警及通訊狀態告警。

告警信息需要包括告警類型、發生告警的對象、告警內容、發生告警的具體時間、確認狀態等。并將相應的告警信息實時存入數據庫，通過告警信息查詢系統可以從數據庫中查閱歷史告警信息；緊急告警優先彈出專用告警確認對話框；可進行通信狀態監測和通信報文監測，一旦出現通信異常立即報警。

4）用戶管理

電力監控系統需要將所有用戶分級，不同級別的操作人員可具有不同權限，并由用戶名和密碼唯一確定，保證操作安全、可靠；提供完善的用戶權限及密碼控制，對重要的操作（如遙控操作及整定值下發）設置雙重驗證；不同用戶在注冊、登錄時需鍵入相應的密碼。

5）項目管理

電力監控系統的相關用戶文件采用數據庫存儲形式，可進行實時數據的查詢、復制、拷貝、二次開發和再利用。并且可將系統中重要的配置表和歷史數據信息進行備份保存，以防數據丟失影響系統正常運行。

6）事故追憶

保護動作發生時，系統自動啟動相關的測量數據記錄，供系統進行事故追憶，可任意選擇想要查看的事故追憶數據。可讀取相對應的故障線路數據參量點前、后設定的全部數據，分析事故前電力系統運行狀態和事故后具體發生的電流、電壓變化，以便快速找到故障原因，排除故障。

7）操作票

電力監控系統需要具備制作操作票功能，提供操作票編輯工具軟件，完成典型操作票制作。操作員可在計算機屏幕顯示的被監控系統圖上進行模擬操作，系統可檢查操作的準確性，并記錄操作時間和操作員姓名，可在線修改操作票并支持操作票打印、輸出。

8）故障錄波

系統發生故障時，按照一定的采樣頻率采集故障點前、后一段時間內各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，快速了解、排除故障，提高電力系統安全運行水平。

3　系統特殊需求

3.1需求調研

液晶面板制造行業為用能集中行業，主要能源消耗為電能。電能在液晶面板制造廠中有復雜的轉換過程，按用途可劃分為主要生產設施用電、輔助生產設施用電及附屬生產設施用電。其中，主要生產設施用電、輔助生產設施用電占電耗的絕大部分。并且此部分用電設備突然斷電會造成巨大的經濟損失，甚至對人身造成危害。故此，液晶面板廠對供電的連續性、穩定性、電能質量都有很高的要求。電力監控系統設計時需要根據此特點考慮一些特殊功能。

經與北京某液晶面板廠的動力部相關人員探討，結合同行業的運行管理經驗，在液晶面板廠的項目中對電力監控系統提出了如下需求：需具有在當前規模下可靠的數據傳輸網絡和快速的數據響應能力、可靠的數據存儲和備份能力、大數據量情況下系統響應速度的保證能力、工藝母線安全隱患的監測能力、電能質量的監測能力、提供靈活的報表樣式能力等。

3.2解決方案

3.2.1數據傳輸網絡和快速的數據響應

廠區內部有辦公網絡和各種控制系統架設的網絡，雖與其他系統共用網絡可以降低成本，但是考慮到系統對數據響應的要求，需要建立自己的專有網絡。

廠區內配變電所數量一般在十個以上，且距離較遠，因此，各配變電所之間和配變電所至中控室部分采用光纖網絡。光纜敷設有輻射狀、手拉手及環狀三種敷設方式可供選擇，輻射狀敷設的優勢在于配變電所間無直接聯系，網絡發生故障只會影響一個配變電所，但敷設成本最高；手拉手敷設方式敷設成本最低，但若中間某一根光纜發生問題則向后所有配變電所的數據都會中斷；環狀方式成本比手拉手方式稍高，但是可以通過光纖環網冗余技術實現自愈。綜合考量采用光纖環網的網絡結構，網絡拓撲結構見圖1。

圖1　網絡拓撲圖

3.2.2可靠的數據存儲和備份

液晶面板廠檢測用的終端設備數量多，微機保護、智能儀表、電能質量分析儀、UPS控制儀、變壓器溫控儀等終端設備總數可達2 000臺以上，為保證可靠的數據存儲和備份，除利用不間斷電源及定期備份功能外，對系統的拓撲結構等均需充分考慮。系統可以在中心站服務器處采用雙機熱備機制，同時在配變電所子站處設置本地站，處理本站數據。

雙機熱備機制：一主一備兩臺服務器同時進行工作，共用一套磁盤陣列，數據庫存儲文件位于磁盤陣列。磁盤陣列的讀寫權限由熱切更換軟件控制，當主用服務器正常時讀寫權限由主站負責，當主站異常時讀寫權限切換到備用服務器。磁盤陣列采用Raid5模式，提供數據安全保證。

設置本地站：為保障數據安全還需將數據多地存儲，在配變電所內設置本地站，用以存儲本地數據。當極端情況出現時，若主站服務器數據不完整，本地站的數據可以作為補充。配變電所的通訊管理機需要同時向本地站和主站服務器上傳數據，要求通訊管理機有雙通道上傳能力。

3.2.3大數據量情況下系統響應速度的保證

液晶面板廠電力系統數據庫中的配置信息條目可達數十萬條，由此產生的數據記錄規模呈幾何級上漲。要保證數據查詢調用的快速響應，就必須要求電力監控系統使用成熟的商用數據庫，如SQL Server或Oracle。同時啟用該數據庫的分區存儲功能，將數據庫文件按照時間條件拆分成若干個小文件，每個文件存放少量數據。通過應用此項技術，可以并行訪問數據，快速定位，改善系統數據查詢的響應情況，保證大數據量情況下系統響應速度。

3.2.4工藝母線安全隱患的監測

液晶面板廠有大量的工藝母線，以密集母線的形式從配變電所引至工藝設備。密集母線的接頭如果處理不當，隨著時間的推遲可能產生隱患。一般密集母線接頭出現隱患時溫度會異常上升，因此只需要在各個接頭處加裝溫度監測裝置，對此進行監測，及時發現異常溫度變化，快速定位故障點。及時排除故障，可有效減少停電時間。

由于工藝母線跨度為從配變電所出線柜到工藝設備控制柜，距離長且橫跨支持區域和潔凈區域，采用傳統工業總線方式在成本及后期維護上都會比較復雜。經綜合分析后，設計采用無線溫度傳感裝置。傳感器通過無線信號，將監測點的溫度信息上送至集中器，集中器再通過工業總線送入電力監控系統。

通過無線測溫終端以及在電纜及電纜接頭上安裝連續測量溫度的探頭，對母線、觸頭、電纜、電纜頭的運行狀態進行實時監測，并把測量結果通過通信網絡上傳到監控中心數據庫服務器，通過軟件分析能夠預知設備的早期過熱現象，實現故障的早期預測，防患于未然，達到預警的目的。測溫系統結構圖見圖2。

圖2　測溫系統結構圖

3.2.5電能質量的監測

為保證工藝設備的可靠運行，電力系統除常規監測的電壓、頻率、功率因數、諧波等電參量外還需要對更多的電能質量參數進行采集和統計，并以事件形式進行記錄，同時附有當時的數據快照。主要需要監測的事件包括：電壓暫降、暫升以及中斷，沖擊電流超限；過頻率和欠頻率事件；1μs高頻脈沖偵測；電壓/電流諧波總畸變率；電壓不平衡度和電流不平衡度；諧波和間諧波；各次電壓和電流諧波分量及相位；均方根值閃變；溫度-濕度趨勢和累計概率。

要實現上述功能，需要在高壓進線回路、低壓進線回路及重點設備回路上加裝電能質量分析儀，要求電能質量分析儀具備上述事件檢測能力，能根據預設條件觸發事件快照，并通過以太網方式將文件上傳至電力監控系統以供解析。考慮到電能質量分析儀并不要求數據實時上送，且傳輸文件可能對總線資源占用較久，電能質量分析儀可采用以太網接口，通過電力監控系統專用網絡上傳至中心。

3.2.6靈活的報表樣式

用戶對電力參數匯總的需求會隨著管理的精細化程度不斷變化，項目建設前期的固有電力監控系統很難一步到位，完全滿足用戶需求。為滿足液晶面板廠可隨時調取電力系統的各類監測數據報表，且數據報表樣式可根據實際需求調整。電力監控系統的C/S構架系統不能滿足其要求，因此，需要建設一個方便自定義設計的報表平臺，在該平臺上用戶可以根據自己的需求設計報表樣式，能調取電力監控系統內部的所有數據。根據此需求，考慮采用第三方平臺加控件的方式實現。利用微軟的Excel系統＋VBS插件可以完美地解決上述問題，Excel的報表樣式靈活，通過VBS插件可以定義每個單元格的數據源，可以設置時間等篩選條件，簡單易操作。