摘要：本文主要針對綜合自動化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)問題，設(shè)計一套智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備運行工況的在線監(jiān)測，各種可控開關(guān)的本地/遠(yuǎn)程控制操作，負(fù)荷切換，變配電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行，適合各種運行方式的控制、聯(lián)鎖/聯(lián)動及通信網(wǎng)絡(luò)連接，信息共享等多種功能。系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，以分散控制、集中監(jiān)視為原則，按間隔劃分、單元化設(shè)計、分布式處理，實現(xiàn)設(shè)備分層和網(wǎng)絡(luò)分層的解決方案。

關(guān)鍵詞：一次電氣設(shè)備、智能配電、監(jiān)控系統(tǒng)、分散控制、集中監(jiān)控

1引言

電氣一次設(shè)備作為直接用于生產(chǎn)、輸送和分配電能的生產(chǎn)過程的高壓電氣設(shè)備，其能否安全、可靠的運行，直接關(guān)系到整個自動化系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定的運行。有鑒于此，根據(jù)綜合自動化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)的具體要求，我們研制了智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，以分散控制、集中監(jiān)視為原則，從而構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控與遙視功能，以期達(dá)到變電站無人或少人值班，實現(xiàn)對一次設(shè)備全面監(jiān)控的目的。該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)大大提高生產(chǎn)效率、降低事故率，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。

2系統(tǒng)功能簡介

針對綜合自動化系統(tǒng)一次電氣設(shè)備的安全保護(hù)問題，該智能配電監(jiān)控系統(tǒng)確定功能如下：

1、監(jiān)控主機上集中顯示各電氣設(shè)備的工作狀態(tài)、運行參數(shù)、報警記錄等信息，監(jiān)控主機發(fā)送控制操作命令，并通過自動化設(shè)備的出口繼電器控制各可控開關(guān)的分合，便于現(xiàn)場操作人員監(jiān)控；

2、完善的信息處理功能，將報警信息、運行參數(shù)、操作記錄等信息自動形成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)庫文件，并長期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用，可實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享；

3、多種操作方式并存。控制方式有：集中聯(lián)動、集中手動、就地聯(lián)動、就地手動、緊停等方式，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式，所有設(shè)備由集控室操作員通過上位機操作；

4、通過采集電量參數(shù)，實現(xiàn)故障的快速定位，方便工作人員檢修；

3系統(tǒng)工作原理

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，其核心技術(shù)是監(jiān)測電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，識別設(shè)備運行異常狀態(tài)信號，并分析判斷異常信號種類、部位、危險等級等，分析預(yù)測故障發(fā)展趨勢，并作出相應(yīng)決策。如圖2-1所示，礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)主要包括設(shè)備運行狀態(tài)識別與趨勢預(yù)測兩個方面內(nèi)容，其具體過程分為三個階段：狀態(tài)檢測、分析診斷、預(yù)警治理。

圖2-1 系統(tǒng)運行三個階段

所設(shè)計的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)能智能診斷、控制系統(tǒng)，它能對電氣設(shè)備運行出現(xiàn)的各種故障，進(jìn)行自動檢測與控制、聲光預(yù)警報警。電氣設(shè)備出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，能自動檢測與控制電氣設(shè)備的運行，并及時有效的采取預(yù)警報警措施，系統(tǒng)設(shè)計原理框圖如圖2-2所示。

圖2-2 系統(tǒng)設(shè)計原理框圖

系統(tǒng)設(shè)計工作原理是:當(dāng)綜合自動化系統(tǒng)運行時，安裝在相應(yīng)電氣設(shè)備上的智能儀表便可以檢測其相應(yīng)的信號特征量，智能儀表將非電量的特征信號量轉(zhuǎn)變成為標(biāo)準(zhǔn)電信號特征量，用于現(xiàn)場顯示控制的同時并將該信號傳遞給控制主機。監(jiān)控主機接收該信號，進(jìn)行分析判斷并采取相應(yīng)的策略，例如對異常信號進(jìn)行停機、預(yù)警、報警等控制策略。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，分散控制、集中監(jiān)視為原則，按間隔劃分、單元化設(shè)計、分布式處理，實現(xiàn)設(shè)備分層和網(wǎng)絡(luò)分層的解決方案，整個系統(tǒng)分為現(xiàn)場級控制層和站級控制層，如圖3-1所示。

站級控制層位于集中控制室，一般由計算機、打印機、通訊設(shè)備及不間斷電源等組成，計算機之間采用高速Ethernet(TCP/IP)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成計算機局域網(wǎng)。硬件采用高性能高可靠性的工業(yè)PC機，系統(tǒng)軟件采用Microsoft Windows NT搶占式多任務(wù)多線程操作系統(tǒng)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、報警顯示、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計報表和變電站優(yōu)化運行控制等功能。集成化監(jiān)控系統(tǒng)平臺，具有強大的組態(tài)能力，適合于本工程的技術(shù)要求；站級控制層的監(jiān)控主機和其他操作工作站均具有對現(xiàn)場級控制層各種智能化設(shè)備完全的訪問和控制能力。外接聲光報警裝置以實現(xiàn)報警功能，外接打印機用以打印輸出相關(guān)信息。

現(xiàn)場級控制層中的自動化設(shè)備要求運行十分穩(wěn)定可靠，能免維護(hù)使用，同時又能滿足工程的自動化設(shè)計要求。選用TPDCMS等系列智能測控儀表作為保護(hù)測控裝置，通過現(xiàn)場總線與站級控制層的監(jiān)控主機連接，與站級控制層一起構(gòu)成一個有機協(xié)調(diào)的低壓智能監(jiān)控系統(tǒng)。TPDCMS系列儀表替代傳統(tǒng)的電網(wǎng)參數(shù)檢測儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，主要包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、31次諧波、電度等多項電能參數(shù)，并在儀表內(nèi)部自動對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換后的電網(wǎng)參數(shù)通過監(jiān)測器上配置的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊接口向現(xiàn)場總線和上位機傳送。

整個系統(tǒng)的通信基于RS-485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TPDCMS3032配置了標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信口，它即可集中組屏，亦可分散安裝。RS-485為兩線局域網(wǎng)，通訊速率可為300-19200波特率，TPDCMS3032儀表可以在線修改通訊地址和通訊速率，同時向用戶提供開放式的通訊協(xié)議。

圖3-1智能配電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括工具軟件設(shè)計和組態(tài)軟件設(shè)計兩大部分。工具軟件完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中交換機、控制器和遠(yuǎn)程I／O模塊的參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)配置、診斷、標(biāo)定、測試等功能。組態(tài)軟件完成各分站和總站的監(jiān)測預(yù)警信息管理、動態(tài)圖形顯示、數(shù)據(jù)報表打印、歷史數(shù)據(jù)存儲和動態(tài)趨勢分析等功能。

本系統(tǒng)將Visual Basic、Matlab及SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，基于對話框模式編程，通過按鈕操作實現(xiàn)采集、分析和遙控功能。通過Matlab對電氣設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行計算用以辨識系統(tǒng)故障類型。通過VB建立人機界面，將具體數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件采用力控,能夠顯示監(jiān)測過程的總體運行畫面，有歷史曲線、報警記錄、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查看、操作幫助信息、設(shè)備運行統(tǒng)計等畫面，系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4-1所示，要求畫面簡潔、友好，便于操作。

圖4-1 智能配電系統(tǒng)監(jiān)控界面

5 結(jié)語

本文介紹的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)提高了綜合自動化系統(tǒng)的自動化水平，減少了工人誤操作，并且能夠快速的判斷系統(tǒng)故障，處理十分方便。該系統(tǒng)采用了可視化技術(shù)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法，提供了良好的人機交互界面。該系統(tǒng)整體架構(gòu)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，實時監(jiān)測整個自動化系統(tǒng)運行，提高了工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。該系統(tǒng)明顯提高綜合自動化系統(tǒng)的一次電氣設(shè)備的安全性、可靠性以及企業(yè)現(xiàn)代和科學(xué)管理水平，保證了企業(yè)的安全生產(chǎn)，社會效益和經(jīng)濟效益非常顯著。

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