PCS-9700監控系統在國家大劇院變配電系統中的應用

陳圣楊 朱彥麗 劉 浩

PCS-9700監控系統在國家大劇院變配電系統中的應用

陳圣楊 朱彥麗 劉 浩

（國家大劇院，北京 100031）

國家大劇院采用南瑞PCS-9700變配電監控系統，實現對變配電系統的智能監控，系統具有站控管理層、網絡通信層、現場設備層。本文詳細說明了各層的硬件配置和網絡搭建。通過網絡通信層的通信管理機、網絡交換機等設備，把現場設備層采集終端裝置的數據統一進行收集，然后傳輸至站控層，從而實現現場層的設備狀態在站控層中的監控主機中的分析、處理和顯示。該監控系統具有靈活多樣的使用功能，可以充分滿足用戶的需求。本文還詳細分析了一起出線開關跳閘故障，展示了該系統在變配電運行中良好的時效和實用性。

變配電監控；PCS-9700；系統搭建

國家大劇院是國家級表演藝術中心，供電屬于一級負荷，內設2座10kV高壓站和9座分變配電站，低壓出線500多路。按照劇院變配電管理和運行要求，需要對各個配電室的10kV進線、干式變壓器、低壓配電開關等進行電力運行監控，以保證劇院供電運行的安全可靠和經濟高效。

NARI PCS-9700監控系統由若干廠站監控應用組成，具有統一的一體化設計開發應用平臺作為支撐。系統靈活配置了可在各個計算機節點上運行的應用程序和數據庫，具有分布式、可擴展、可異構的體系框架特點。

1 變配電監控系統的構成

國家大劇院變配電監控系統采用多層分布式計算機網絡拓撲結構，包括用于終端采集的現場設備層、用于信息傳輸的網絡通信層和用于人機交互的站控管理層。具體系統構成如圖1所示。

1.1 主要硬件設備配置

1）現場設備層。多功能智能儀表和數字量模擬量采集模塊安裝在低壓配電柜內監控采集低壓出線回路的運行狀態及其參數。高壓繼電保護RCS9600裝置安裝在高壓開關柜上，監控高壓系統的運行狀態，采集報警信息等。在高壓站內的直流屏上安裝有智能監控儀表，可以直流屏的報警信息反饋到監控系統中。變壓器箱體上也安裝有帶RS 485接口的溫控裝置，可以將變壓器的三相繞組溫度和冷卻風機的狀態進行上傳。

圖1 國家大劇院變配電監控系統構成圖

2）網絡通信層。主要設備包括PCS-9794通信管理機、PCS-9882光纖網絡交換機等。其主要功能是把分散在現場各個變配電站所的智能監控儀表、采集裝置、保護裝置和溫控裝置的數據統一進行收集，然后傳輸至站控層，從而實現現場層與站控層之間的信息通信。

3）站控管理層。主要設備包括工控主機及顯示器、UPS電源、打印機等設備。監控系統安裝在工控機上運行，集中采集顯示現場設備運行狀況并記錄存儲至ORACLE數據庫中，供查詢使用。系統還通過聲光提醒，提供文字報警信息，以便值班人員及時發現和處理問題。工控機及其外設組成的系統，以人機交互的形式將變配電系統的信息顯示給用戶。

1.2 系統網絡的搭建

現場設備層中的變壓器和低壓出線監控儀表均采用RS 485接口和MODBUS通信協議；高壓開關柜中的繼電保護裝置帶有RS 485接口，采用裝置串口103規約；直流屏上的智能監控儀表也采用RS 485接口，選用CDT規約實現與通信管理機的通信。本層設備之間以及與上層通信管理機采用屏蔽雙絞線作為傳輸介質，接線簡單方便，傳輸穩定可靠。

站控管理層中的監控主機與網絡通信層中的交換機采用以太網通信。使用超五類雙絞線進行通信傳輸。監控主機采用Windows操作系統，配置微軟SQL server標準商業數據庫。監控軟件采用廠站變配電系統一體化監控組態軟件。選用中文標準平臺，方便使用操作。采用實時多進程系統，可以滿足監控多個高低變配電室，還可以雙機雙網配置，具備與以太網的聯網或與上級計算機集控站或調度端端通信功能。

2 監控系統的主要功能

國家大劇院變配電監控系統通過安裝在現場終端上的傳感器和智能儀表，搭建起信息傳輸的通信網絡，完成對各回路電力參數的遙測、遙脈、遙信，并上傳至監控系統主機。利用監控主機中的PCS-9700軟件對采集到的數據參數進行記錄、顯示、處理，利用各種報表、曲線趨勢圖、柱狀圖等形式供變配電管理和值班人員參考分析，使相關人員能夠更加快速、準確地掌握國家大劇院變配電系統的負荷情況和開關運行狀況等。

2.1 友好的人機交互界面

PCS-9700廠站監控系統配置有界面編輯器。利用該工具可以方便地繪制并生成一次單線系統圖，（如圖2所示）簡潔地顯示高、低壓配電網絡的接線情況。由于國家大劇院變配電系統較大，所以人機界面采用了畫面導航和多畫面切換功能。

2.2 操作權限管理

該系統依據人員崗位的職責不同，可以授予不同的操作權限，從而保證系統在使用過程中的安全性和規范性。例如，系統的退出或重啟也需要有一定權限的管理人員進行操作，避免誤退出或重啟信息丟失的問題。此外，對一些重要回路的分或合閘操作，除需操作員級用戶輸入操作口令外，還需主管級用戶輸入確認口令后方可完成該操作。

2.3 實時數據采集及處理

系統能通過各個層級的通信網絡，接收并傳輸智能測控儀表采集到的實時數據信息，主要包括各類參數模擬量、各類設備系統的狀態量、高低壓各個回路電能量。具體采集數據見表1。

圖2 國家大劇院變配電全站高壓接線圖

表1 變配電智能監控系統采集數據表

系統還可對采集到的數據進行存儲和處理，為變配電系統運行和管理提供參考依據和優化分析。

除了法律依據的缺乏以外，非政府組織參與角色的定位也影響其在環評過程中的公眾身份。實踐中，非政府組織的參與角色有兩種：一是直接參與者。非政府組織作為直接參與主體，參與到環評行動中，或代表普遍公眾直接參與環評活動。[注]吳滿昌：《公眾參與環境影響評價機制研究——對典型環境群體性事件的反思》，《昆明理工大學學報(社會科學版)》2013年第4期，第26頁。二是間接參與者。即非政府組織是政府—公眾、企業—公眾之間重要的中間層，它們可以將圍繞環境問題的矛盾、沖突引向和平理性的解決軌道。

2.4 數據曲線分析

系統根據記錄的數據，提供了實時曲線顯示和歷史趨勢兩種曲線分析界面。通過選擇相關參數的實時曲線界面，可以分析該回路當前的運行狀況以及發展趨勢。例如，通過查看某變壓器的溫度實時曲線，可分析該變壓器溫度變化情況以及最大、最小值。歷史趨勢曲線，可以根據用戶選定的不同參數、不同時段，分析過去某段時間參數的突變、超限等問題，方便對某一報警或異常進行追溯分析。

2.5 報表管理

系統具有標準的報表格式，可以對采集的電壓、電流、功率等參數進行統計匯總?？蛇M行有關量值的最大/最小值及出現時間、出現回路的負荷率、母線有功/無功功率分析統計。系統還可定期生成各種日常使用或上報的運行日志，包括數據報表、故障及告警記錄、操作記錄等。用戶也可根據特殊需求，手動配置報表參數，由系統自動記錄填寫報表。

2.6 事件記錄

事件記錄包括用戶操作、報警提醒和故障記錄3類。系統對這3類事件具有詳細的記錄功能，包括事件發生的時間、站號、設備號等信息。對開關變位、參量超限等信息，還具有主動畫面提示和聲像報警功能。

結合繼電保護裝置，該系統還可以對10kV高壓回路，進行事故追憶?？梢杂涗浭鹿是?min至事故后5min相關回路的模擬量。同時可從保護裝置中讀取10個周波的故障錄波波形。

2.7 系統五遙功能

PCS-9700智能變配電監控系統不僅可以實現常規的遙信、遙控、遙測和遙脈功能，還可以實現“遙設”功能。

1）遙信。實時對開關運行狀態、保護動作信號、變壓器冷卻風機狀態等開關量進行監視。在監控畫面中實時顯示和自動報警。

2）遙控。系統可以通過監控畫面選擇相應的站號、開關號進行遙控操作，授權確認后系統自動執行相關操作。

3）遙測。通過計算機實時對變配電系統的主要參數（電壓、電流、功率因數、變壓器溫度等）進行不斷地采集、處理和顯示，自動生成報表。

4）遙脈。系統可以實現對各低壓配電室主要出線回路電度的自動抄寫。

5）遙設。通過監控系統可以對繼電保護裝置的定值進行上傳、下裝，從而實現相關設定值的修改。

3 監控系統應用舉例

下面以國家大劇院某低壓配電回路發生的跳閘故障為例，介紹PCS-9700監控系統在變配電系統運行故障分析中的應用。

3.1 故障發生情況

某日夜間，PCS-9700監控系統報警畫面彈出，同時聲光報警閃爍。值班人員立即檢查報警信息，發現報警信息為“2017年4月17日21∶07∶40 4#變配電站4261開關遙信變位分閘”。經過現場確認該開關處于跳閘狀態，所帶低壓負荷（風機）均已處于停電狀態。相關人員立即對故障進行排查處理。

3.2 故障回路簡介

故障回路系統單線圖如圖3所示。4161回路上級電源取自4#站9號變壓器所帶的低壓4號母線。出線電纜接到到某區域風機房SEB3C1和SEB3C2配電柜的雙電源互投器的主電源上口側。4251回路上級電源取自4#站10號變壓器所帶的低壓5號母線。出線電纜接到風機房SEB3C1和SEB3C2配電柜的雙電源互投器的備電源上口側。SEB3C1和SEB3C2配電柜所帶主要負載為2臺通風風機。

該回路正常工作時，4161和4251均處于合閘狀態，風機房SEB3C1和SEB3C2配電柜內互投器均處在主路合閘供電，備路分閘備用狀態。當互投器檢測的主路電源失電，自動分開主路電源斷路器，合上備路電源斷路器，由備用電源供現場設備繼續工作。在主路電源恢復正常后，互投器自動切換回到主路，備路斷開備用的狀態?；ネ镀髦鱾鋽嗦菲髦g有機械互鎖機構，確保避免兩臺斷路器同時閉合或同時斷開。

圖3 故障回路系統單線示意圖

3.3 故障過程分析

4161和4251開關均為金鐘穆勒NZS 10-630 S塑殼斷路器，選配ZM-630-NZM10電子脫扣器。開關的整定值和速斷設定如圖4所示。

圖4 4#配4161開關設定值

4161開關的整定值r設定為500A，速斷保護值rm設定為6*r。4151開關的整定值和速斷保護值與4161開關相同。

利用變配電監控系統的歷史趨勢曲線分析功能，調取該回路跳閘時間段內的電流歷史變化曲線如圖5所示。

由圖5中可以看出，4161開關在跳閘前的電流有逐漸上升的過程，最大值達到了490A，已經接近了開關的整定值500A。根據電流變化趨勢可以推斷4161開關跳閘的原因為過流跳閘。

從圖5還可以看出，4161和4251開關的電流變化趨勢一致，且4251開關所在的備用回路，在跳閘故障發生前就存在有較大電流（約425A），而正常情況下不應有電流。這就說明下級SEB3C2配電柜的雙電源互投器的備路出現異常。

圖5 4#配4161、4251電流變化曲線

后經過現場確認，發現風機房SEB3C2配電柜內雙電源互投器機械互鎖脫扣，導致主備斷路器均處于合閘狀態。4#配電室的兩臺變壓器通過該回路合環并列運行，產生了較大的合環電流，最終導致4161開關過流跳閘。

通過南瑞PCS-9700變配電監控系統，不僅能夠快速地判斷出故障發生的原因，而且還可準確地找出故障發生的位置，為消除故障恢復變配電系統正常運行，提供了有力保障。

4 結論

NARI PCS-9700變配電監控系統投用以后，表現出操作使用便捷、監控實時性強、保護靈敏度高等特點。通過其遙測、遙信功能，可以使值班人員及時地獲取設備運行狀況、報警信息。有關技術人員借助該系統，不僅能快速判斷出故障發生的原因，而且還能準確找出故障發生的位置，為國家大劇院配電正常運行，提供了有力保障。

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Application of PCS-9700 monitoring system in power distribution and transferring of NCPA

Chen Shengyang Zhu Yanli Liu Hao

(The National Centre for the Performing Arts, Beijing 100031)

This article describes the use of the NARI PCS-9700 monitoring system in the power distribution and transferring of NCPA. According to different levels, implementing the hardware configuration and network structure. Through communication management machine and network switch, the system collects the information from the terminal unit. And then the information is transferred to the station control level, so as to analysis, process and display by the monitoring host. The system has a flexible and versatile function, which can fully meet the needs of users. Combined with a breaker failure, the system shows a good effectiveness and practicability in the power running management.

monitoring of power distribution and transferring; PCS-9700; system building

2017-11-13

陳圣楊（1980-），男，本科，工程師，從事變配電運行管理、技術改造等工作。