變電站電力集中監控系統構建與設計

滕 磊，姜 輝，劉憲利，郭守海

（吉林石化公司電儀中心，吉林吉林 132022）

0 引言

公司某廠變電站多數始建于20 世紀，裝置設備于同期投入運行使用。由于設備數字化程度較低，還是依靠傳統方式人工操作，發現設備隱患，尤其是在特殊天氣、夜間時段、敏感時期，不能做到24 h 實時監控設備運行狀態，導致出現工作效率低、設備隱患發現不及時、應急處置反應慢等一系列問題。近年人員進入退休高峰數量呈現遞增趨勢，多數變電站存在用工總量與崗位人員短缺的嚴重矛盾問題，特別是存在日常巡檢力量不足的安全隱患問題。

1 項目背景

當前公司正值“數字化轉型、智能化發展”關鍵階段，建設電力集中監控系統，可顯著提高電氣管理的數字化程度及變電所智能化水平。智能化變電站可通過全景數據采集，運行信息可展示、遠程可瀏覽、數據可查詢功能。通過母線測溫、蓄電池在線監測、小電流接地選線、變壓器在線監測等智能化設施，實現變電站自動控制、智能調節、在線分析決策的智能化監控功能；通過移動端推送報警信息，顯著提高公司電氣事故應急處理能力；通過視頻智能識別報警功能，極大提升控制中心的遠程監視能力，為無人值守變電所提供了智能化技術支持。

智能化變電站具有自動生成電氣各類統計報表功能，可減少電氣值班員手動抄表低效工作，有更多精力投入到監盤和維護當中，是電氣減員增效、優化人力資源的需要。

智能集中管控項目可實現視頻可展示、智能可調節、在線可監測、決策可互動的集約化管理模式，電氣管理水平明顯提升。通過采集變電站運行參數，實現對供電運行信息、保護信息、開關狀態的運行監視和綜合展示；通過對重要設備運轉臺時統計，可自動輸出預知性工作、定期工作、季節性工作管理提示；事故時自動輸出應急預案、操作法、操作票及事故分析報告等作業指導書，達到電氣運行參數可瀏覽、開關狀態可查詢、應急處理智能化標準，管理水平明顯提升。

綜上，推廣實施電力集中監控系統平臺項目是公司管理實現信息化、網絡化、智能化的要求，現正處于電儀中心整合成立之際，為下一步各駐廠電氣整合、電氣統一調度搭建接軌平臺，實現電儀中心電氣調度數字化、網絡化、智能化的集中管理模式，滿足《無人值守變電站監控系統技術規范》，打造“系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保、支撐調控一體”的新一代智能化變電站。

2 總體設計

系統采用服務器結構，通過電力集中監控系統裝置、通信網絡和計算機軟件，實現供配電系統運行數據采集、運行狀態監視、事故記錄和統計分析等，完成企業的運行監視、安全供電和用電管理。系統主要電力集中監控系統分3 層結構：集中監控管理層（主站層）、通信層、變電站采集層。

2.1 主站層

電力集中監控系統主站負責采集變電站綜保及其他電氣數據，實現對變電站電氣數據的實時監控。集控中心的工作人員通過主站系統對各子站進行實時數據監視和遠方控制，實現所有變電站的遠程控制，電能量的遠程采集、統計和數據分析，同時采集現場保護裝置的保護信息，給調度員提出智能化的調度建議。

2.2 通信層

通信層是指變電站層與主站層數據交換的通道，通信系統采用星型光纖架構，每個6 kV 變電站與66 kV 總降（1#變電站）鋪設光纖，要求通信光纖采用環網設計或冗余配置，并借用原有的工業網。

2.3 變電站采集層

6 kV 變電站內新增一面采集通信柜，柜內主要包含：遠傳交換機、規約轉換器、站內交換機等，并獨立組屏。交換機等設備要求留有總數30%冗余量，為后續增加通信設備保留增容空間，由規約轉換器通過網線或者RS485 線采集站內的電氣設備數據（包括原有設備及新增加設備），并上傳給總變電站電力集中監控系統。

2.4 現場電氣設備

包含變電站已有的裝置中央信號系統、綜合保護單元、UPS設備、直流、變頻器、無功補償裝置具有通信功能的其他設備；新安裝的高壓柜綜保改造、電池在線監測巡檢儀、小電流接地裝置、母線在線監測裝置、溫濕度監測裝置、視頻監控裝置。設備通過RS485 總線或網口接入規約轉換器。

3 技術特點

（1）實現管理控制一體化。控制系統不僅與下層控制設備有良好的接口，而且具有與上層管理系統集成的接口，具有可擴展性。

（2）集中管理、分散控制將風險分散，確保系統的可靠性。系統內部的配置和調整靈活，構建彈性化，可根椐不同工藝處理要求及用戶需求進行優化。

（3）具備很好的開放性和兼容性，可應用不同品牌的軟硬件進行整合，可無縫的把分期建設的系統融為一體。

（4）可靠的冗余與容錯，加強系統的可靠性，使整個系統能夠長時間無故障運行。

（5）強大的數據處理能力，具有故障報警、事件處理、用戶權限管理機制，采取移動終端故障信息推送功能。

（6）監控系統具備現場設備的遠程可瀏覽、數據可查詢的管理功能。

（7）預留接口，該系統能夠實現與變電所內其他主要系統進行信息交互、數據互通、聯動操作；同時系統需做到能夠與吉林石化公司上層后臺系統提供無縫連接，利于后期維護管理，避免資源浪費，節約開支成本，縮短工期時間。

（8）電度量處理進行脈沖電度和帶時標電度的存儲和處理；從有功、無功積分獲得積分電度并保存，可用積分電度進行統計計算；每個分變電所有各自的電量分時段定義；可對電度量分別計算峰、谷、平電量，輸出供電質量報告。

（9）電力集中監控平臺全景數據采集，通過可視化技術，實現對供電運行信息、保護信息、開關狀態的運行監視和綜合展示。主要實現智能變電站具有通信功能的綜保、中央信號系統、綜合保護單元、UPS 設備、直流、變頻器的集中網絡化、信息化管理。

（10）通過采取高壓柜綜保、多功能表、電池在線監測巡檢儀、母線在線監測裝置、小電流接地選線裝置、溫濕度監測裝置及視頻監控等智能化物態感知作為技術支撐，實現變電站自動控制、智能調節、在線分析決策的智能化監控功能，實現一體化管理。公司電力集中監控系統架構如圖1 所示。

圖1 電力集中監控系統架構

4 通信設計

4.1 主要硬件設備說明

（1）SCADA 服務器：對變電站電氣數據實現數據處理、統計、計算、發布、控制等。

（2）主網交換機：采用冗余千兆高速交換機，保證數據交互能力。

（3）監控工作站：提供規范化的人機交互界面，對變電站進行集中監控的工作站。

（4）維護/報表工作站：對系統參數維護、技術管理、應急管理、報表管理、打印等。

（5）衛星鐘：提供北斗及GPS 對時方式，保證整個系統的時效性。

（6）通信管理機：負責變電站內綜保及其他電氣相關智能設備數據采集，并上傳給電力集中監控系統，并接受電力集中監控系統的相關指令，轉發給變電站內綜保及其他智能設備。是電力監控系統與站內設備相關連接的節點。

（7）規約轉換器：負責變電站內其他廠家的電氣設備的規約轉換、采集，將數據傳送給通信管理機。

（8）視頻監控系統：視頻具有跟蹤及越界報警功能，是電力集控系統不可缺少的部分。

4.2 通信及集中顯示構架

電氣設備傳輸鏈路接入公司原有的工業網，并采用點對點單網方式，各6 kV 變電站通過光纖匯集到總變集中監控室。現場電氣設備如綜合保護單元、UPS 設備、多功能表、其他具備通信功能等設備通過RS485 或網口等通信口，進入規約轉換器，規約轉換器經過交換機，數據上傳到集中控制中心。視頻設備傳輸鏈路采用原有的監控網平臺，電氣設備與視頻設備采用物理隔離方式進行信號的傳輸。

電力集中監控系統平臺布置在總變電所，設有6 個工位操作臺及操作工作站，并在總變、各分變電所設有分控中心。

4.3 主要實現的功能

（1）系統可以提供屏幕畫面、電話、語音、聲光等多種報警方式，可根據用戶需要設定多種報警級別，并可分組對應各級別發送報警信息，嚴重報警應以浮動消息窗口自動彈出、并有明確提示，方便管理者準確了解發生警情的位置及狀態，對各種設備的報警提供專家處理提示，同時打印應急處置方案及建議操作票。

（2）支持通過移動客戶端，分級別推送故障信息，實現公司事故應急反應信息化、智能化管理；利用移動終端遠程查詢變電站設備的運行狀態、設備的啟停信息等，實現管理人員對變電站信息化、智能化管控。

（3）采集變電站運行電流、電壓、有功/無功功率、有功/無功電能、功率因數，實現對供電運行信息、保護信息、開關狀態的運行監視和綜合展示，分畫面顯示并監視各電氣參數，具有可視化全景監控畫面。

（4）系統在線監測、畫面顯示各級開關、刀閘、斷路器的合、分狀態、變位信息，電源切換運行狀態，運行監視和綜合展示及時、準確、可靠。

（5）系統在線監測各回路的保護器動作事件、UPS、直流、EPS、變頻器、中央信號等報警信息，實現故障監控數字化、信息化、自動化管理。

（6）系統在線監測高壓綜保、低壓綜保、UPS 系統、直流系統、EPS、變頻器、小電流接地選線裝置、電池在線監測巡檢儀、母線在線監測裝置、干式變壓器溫控器，實現對電氣運行智能物態感知、智能化管理。

（7）系統可以實時監測變電站運行狀況，展示、打印曲線圖，可統計供電系統電能消耗情況，自動形成并打印日報/月報/年報表，減少手動抄表、人工計算低效工作，使值班員有更多的時間精心監盤、精心維護。

（8）曲線分析功能：可以曲線形式展示實時數據庫和歷史數據庫中的模擬量、電度量數據，保存運行狀態及歷史趨勢，為事故分析、狀態分析提供科學依據，實現故障信息可追溯。

（9）系統可支持節假日排班，提醒電氣管理者預知性工作、定期工作、季節性工作計劃落實時間，實現電氣管理標準化、規范化。

（10）應具有電機、變壓器、變頻器、UPS 及蓄電池運轉臺時統計，可設置定期提示定期加油、定期清掃、小修、中修、大修時間控制點，自動輸出檢修提示，自動打印檢修操作規程、檢修方案功能。

（11）視頻監控智能識別報警功能：視頻具有實時監控高低壓柜、直流、UPS、變頻器、EPS 等盤面功能，具有智能跟蹤及越界報警功能。

（12）具有后臺系統工作狀態自檢功能，實時監測各通信板卡、通信回路、通信終端設備之間的通信狀態，出現故障明確顯示報警信息。

（13）系統具備所有電氣10 大類設備狀態監視展示功能，便于電氣人員監視生產數據、設備狀態數據和通信暢通情況。

5 經濟效益分析

5.1 直接效益

工廠現有13 座高壓變電所、29 座低壓變電所。其中，有7座高壓變電所為無人變電所不符合電氣運行規程運行最低10 人要求，采用智能集中監控系統，彌補7 座高壓變電所、29 座低壓變電所無人值守不符合電氣運行規程的不足，若電氣運行方式改為集中運維中心模式，巡檢運行人員可減少1/2，每年降低人工費用1490 萬元。經財務查詢電氣車間每年人均人工成本21.3416 萬元，項目回報年限=（1737 萬元/（21.3416 萬元/人×70 人）=1.16 年。結論：采用智能集中監控系統1.16 年可回收成本。

5.2 間接效益

（1）系統關鍵設備參數顯示率100%；實現了電壓、電流、電量等報表全部在監控系統內生成，電氣報表準確率100%；可通過曲線數據庫和歷史趨勢曲線分析模擬量、電度量當前運行狀態，減少人工手動低效工作，實現信息化、智能化、自動化的運行維護效益。

（2）關鍵設備保護器、UPS、直流、變頻器報警信息及時上傳網絡監控系統，可實現及時發出聲光報警，采用移動終端采取短信、微信、即時通分級故障信息推送功能，事故時輸出打印應急預案、操作票、事故分析報告等作業指導書，提高故障報警、應急處理信息化、智能化的安全效益。

（3）采取母線在線監測、蓄電池在線監測、小電流接地選線、干式變壓器溫度監控裝置，具有變電站實時自動控制、智能調節、在線分析決策的智能化監控功能，實現公司電氣監控智能化、管理全面提升的管理效益。

（4）具有電機、變壓器、變頻器、UPS 及蓄電池等重要設備運轉臺時統計，可輸出定期清掃、定期檢修、定期試驗管理提示，輸出打印檢修操作規程、檢修方案，實現檢修智能化、維護程序化的管理效益。