韓來(lái)發(fā)

上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定

    摘 要： 輸配和保護(hù)控制是電力應(yīng)用的前提條件，也是電氣建設(shè)的基本目的，對(duì)與要求用電要求用電穩(wěn)定保障、力保萬(wàn)無(wú)一失的亞運(yùn)開閉幕式場(chǎng)館來(lái)說(shuō)，更是如此。因此，亞組委在選擇電氣設(shè)備及供應(yīng)商時(shí)，慎之又慎，上海安科瑞電氣股份有限公司的電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel3000真是在這基礎(chǔ)上突引而出，成為亞運(yùn)保供電系統(tǒng)的一員。

    1　 概述

    海心沙島位于廣州市珠江內(nèi)江心沙洲，在珠江北主航道上，2010年第16屆廣州亞運(yùn)會(huì)開幕式以及半個(gè)月后的閉幕式在此隆重舉行。

    整個(gè)島內(nèi)的供電由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電以及廣州市供電局供電兩部分組成，整個(gè)配電設(shè)施全部位于舞臺(tái)下方的地下空間，包括四個(gè)配電區(qū)域，分別是：（1#）綜合變配電房、舞臺(tái)（2#）綜合變配電房、地下空間（3#）綜合變配電房、舞臺(tái)（4#）綜合變配電房，每個(gè)配電房包括10KV高壓配電柜、直流屏、0.4KV低壓配電柜、發(fā)電機(jī)、變壓器等。在亞運(yùn)會(huì)開閉幕式當(dāng)晚，所有涉及表演、噴泉、音響等重要回路全部由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)供電，其余看臺(tái)、照明等由廣州市供電局供電。

    作為洲際大賽的開閉幕式會(huì)場(chǎng)，其對(duì)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性要求極高。因此，在每個(gè)綜合變配區(qū)域設(shè)置一個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)本變配電房各運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、預(yù)警，故障分析、統(tǒng)計(jì)輸出與自動(dòng)控制；在看臺(tái)設(shè)備監(jiān)控中心設(shè)一個(gè)中央控制室，系統(tǒng)服務(wù)器和主管理工作站設(shè)于該中央控制室，所有變配電房電力參數(shù)通過(guò)光纖傳輸至中央控制室。同時(shí)在廣州市供電局10樓設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)公司局域網(wǎng)，通過(guò)廣東省104規(guī)約傳輸至供電局調(diào)度中心。從多方位，全角度，深層次來(lái)確保亞運(yùn)供電萬(wàn)無(wú)一失。

    集合以上要求，Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的最新發(fā)展，對(duì)整個(gè)島內(nèi)的供配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。

    2　 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

    本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

圖1

    作為整個(gè)配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)間隔隔層主要的設(shè)備包括：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、漏電流監(jiān)測(cè)裝置、微機(jī)綜合保護(hù)裝置、直流屏系統(tǒng)、變壓器溫度控制儀等。這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在高低壓電氣柜、溫控箱以及直流屏柜內(nèi)，多功能網(wǎng)絡(luò)儀表、漏電流監(jiān)測(cè)裝置、微機(jī)綜合保護(hù)裝置以及變壓器溫控儀采用RS485通訊接口，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)MODBUS總線組網(wǎng)通訊，直流屏系統(tǒng)采用232接口，通過(guò)CDT通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。

    通訊網(wǎng)絡(luò)層主要為：通訊服務(wù)器、光端交換機(jī)、交換機(jī)。其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

    站控層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

    以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485、RS232接口通過(guò)MODBUS-RTU以及CDT通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。

    數(shù)據(jù)在站控層以串口協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的形式，通過(guò)局域網(wǎng)，傳輸給總服務(wù)器，在總服務(wù)器，以104規(guī)約，通過(guò)高速以太網(wǎng)，傳輸給廣州市供電局調(diào)中心。

    3　 系統(tǒng)的主要功能

    3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

    數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層的測(cè)控裝置采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號(hào)包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Ep、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)。

    數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢、分析。避免了運(yùn)行保障團(tuán)隊(duì)直接去配電室查看配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確保在最短時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除故障。

    3.2 人機(jī)交互

    系統(tǒng)通過(guò)全中文界面，CAD圖形顯示高低壓配電系統(tǒng)一次主接線圖，顯示當(dāng)前各回路設(shè)備運(yùn)行信息，并實(shí)時(shí)刷新，并通過(guò)著色，顯示當(dāng)前回路運(yùn)行狀態(tài)，如下圖所示：

圖2

    3.3 故障報(bào)警及事故追憶

    在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢，追憶故障原因，記錄如下圖所示：

圖3

    圖中顯示現(xiàn)場(chǎng)回路產(chǎn)生分合位告警信息。

    3.4 用戶權(quán)限管理

    可根據(jù)用戶要求添加和刪除軟件的用戶數(shù)量和設(shè)置用戶的權(quán)限。針對(duì)不同級(jí)別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來(lái)的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。

    3.5 運(yùn)行負(fù)荷曲線

    定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢(shì)曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況、實(shí)時(shí)顯示重要回路的諧波數(shù)據(jù)（2—31次諧波），以及查詢歷史諧波數(shù)據(jù)等。

圖4

    由于開幕式當(dāng)晚對(duì)配電系統(tǒng)安全性要求極高，因此，在重要回路部分采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電，保證配電系統(tǒng)運(yùn)行安全，穩(wěn)定。圖4中，大紅色曲線表示由廣州市供電局供電功率趨勢(shì)曲線，紫色部分為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)發(fā)電功率趨勢(shì)，綠色曲線表示當(dāng)前總功率運(yùn)行趨勢(shì)，通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線，可以幫助值班人員密切監(jiān)視當(dāng)前負(fù)荷運(yùn)行狀況。

    3.6 用數(shù)據(jù)庫(kù)建立與查詢

    主要完成遙測(cè)量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫(kù)，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

    3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

    所有運(yùn)行數(shù)據(jù)均通過(guò)以太網(wǎng)，由海心沙現(xiàn)場(chǎng)值班室通過(guò)104規(guī)約，傳輸至廣州市供電局調(diào)度中心，由市供電部門集中監(jiān)視，統(tǒng)一運(yùn)籌。

    4　 系統(tǒng)特點(diǎn)

    系統(tǒng)的軟硬件全部模塊化，硬件全部智能化。軟硬件設(shè)計(jì)選擇工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可靠性非常高；整個(gè)系統(tǒng)的智能控制終端，遠(yuǎn)程智能通訊控制器全部由16位微機(jī)組成，這種集散型控制系統(tǒng)速度快，實(shí)時(shí)性好，通訊可靠；智能控制終端自帶CPU，采集周期短，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)冗余度高；各個(gè)子系統(tǒng)都是獨(dú)立工作，互不影響；并且和子系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了模塊化，進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全及可靠性。

    5　 總結(jié)

    本文介紹了廣州亞運(yùn)會(huì)開閉幕式電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)功能。在系統(tǒng)投資運(yùn)營(yíng)以后，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了亞運(yùn)開閉幕式多次開幕式預(yù)演的考驗(yàn)，并最終在亞運(yùn)開閉幕式當(dāng)晚成功發(fā)揮其功效。通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)前幾次預(yù)演所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了最合適的發(fā)電負(fù)荷量，既保證了供電的可靠性，又實(shí)現(xiàn)了成本的節(jié)約，響應(yīng)了節(jié)約辦亞運(yùn)的號(hào)召。<