淺論變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)

1、旅大27-2/32-2油田是中海油第一座采用變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)的油田，采用的是PMCS2000變配電自動化系統(tǒng)，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機、通信技術(shù)、軟件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電站電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行信息集成，構(gòu)成完整的區(qū)域自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站控制系統(tǒng)的綜合自動化。系統(tǒng)設(shè)計充分考慮到電站運行現(xiàn)狀以及發(fā)展需求，采用系統(tǒng)化設(shè)計思想，監(jiān)控、保護、通信網(wǎng)絡(luò)整體設(shè)計，在統(tǒng)一的接口標準以及開放的架構(gòu)上分層實現(xiàn)站控、間隔自動化。系統(tǒng)提供開放接口，可以和其他自動化系統(tǒng)進行有效集成。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能目 錄一、微機綜合自動化系統(tǒng)概述3（一）系統(tǒng)規(guī)模3（二）監(jiān)控系統(tǒng)基本

2、結(jié)構(gòu)4（三）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5（四）通訊管理機組網(wǎng)結(jié)構(gòu)5二、微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能6（一）通訊處理6（二）實時數(shù)據(jù)處理、檢測7（三）順序記錄與故障錄波7（四）異常記錄處理7（五）開關(guān)操作與安全管理7（六）歷史數(shù)據(jù)記錄8（七）屏幕顯示8（八）屏幕操作8三、平臺負荷卸載功能在系統(tǒng)中的應(yīng)用9（一）快速脫扣9（二）優(yōu)先脫扣9（三）大負荷起動抑制9四、結(jié)束語10淺論變電站微機綜合自動化管理系統(tǒng)傳統(tǒng)的變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要是由繼電器式保護屏，一對一強電控制屏等組成，通過斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器、控制繼電器、互感器、各種電工儀表（電流表、電壓表、功率表等）及變送器組合成高低壓開關(guān)控制柜，實現(xiàn)配電、控

3、制、保護、監(jiān)視等功能。這種傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)自動化程度很低，一旦出現(xiàn)事故只能依靠跳閘保護或配電變壓器的熔斷器斷電或是人工拉閘，然后再靠人工查明故障點。運行值班人員不能及時了解設(shè)備運行狀況，即使是一個小小的故障也容易導致一片區(qū)域長時間停電，并且設(shè)備的控制及維護只能通過運行維護人員到達現(xiàn)場進行手動操作，對配電系統(tǒng)運行的安全性及設(shè)備的維護無法滿足用電可靠性的要求。隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的擴大,高低壓配電系統(tǒng)的出線也越來越多,對供電的安全可靠性的要求也越來越高,傳統(tǒng)的運行管理維護模式越來越無法滿足現(xiàn)代配電系統(tǒng)的要求,因此采用變配電自動化系統(tǒng)逐漸成為工業(yè)及樓宇變配電系統(tǒng)的一種趨勢，該系統(tǒng)具有很高的自動化程度，將傳

4、統(tǒng)的繼電器保護改為數(shù)字式的微機保護、種類繁多的電工儀表僅需要一臺智能監(jiān)控儀表就能完成各種監(jiān)控功能，并且利用現(xiàn)代通訊技術(shù)還可以設(shè)置遠方或就地監(jiān)控系統(tǒng)，使運行值班人員不用到設(shè)備現(xiàn)場也能了解設(shè)備運行情況，極大地提高了系統(tǒng)的運行可靠性和安全性。一、 中海油旅大27-2/32-2平臺微機綜合自動化系統(tǒng)概述(一) 系統(tǒng)規(guī)模旅大27-2/32-2油田3個平臺設(shè)1套微機綜合自動化系統(tǒng)。本系統(tǒng)安裝在PSP平臺主配電室內(nèi)，以實現(xiàn)對WHPA平臺、WHPB平臺和PSP平臺低壓進線等回路的遙測、遙信。(二) 監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)中海油旅大27-2平臺監(jiān)控系統(tǒng)由主控層、通訊管理層兩大部分組成。主控層通過通信管理機接入現(xiàn)場間隔

5、層各種單元測控信息，實現(xiàn)變電站電氣系統(tǒng)SCADA功能?，F(xiàn)場間隔層系統(tǒng)設(shè)備采用在信息源點安裝，獨立完成對間隔層設(shè)備的保護、測量、控制以及通訊的功能。主控層通信管理主要由通訊管理機和雙機切換裝置構(gòu)成，通訊管理機通過現(xiàn)場總線方式接入了各種間隔設(shè)備，同時和主控層實現(xiàn)通信；通訊管理機也負責向其他自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在PSP平臺主開關(guān)間， WHPA平臺，WHPB平臺的保護裝置組網(wǎng)通過光MODEM，以光纖方式接入PSP主平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。1. 主控層：一體化工作站、打印機、網(wǎng)絡(luò)交換機組成。1) 監(jiān)控主機配置：ADVANTECH一體化工作站AWS-8248V，參數(shù)為14槽,15"T

6、FT LCD，分辨率：1024 x 768。2) 軟件：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件集中體現(xiàn)了現(xiàn)代SCADA技術(shù)的特點：標準平臺、模塊化設(shè)計、靈活的通訊及連接方式、高品質(zhì)的人機界面。3) 功能：對變電所正常運行和事故情況下的生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，把通訊管理層采集到現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通過人機界面（大屏幕彩色液晶顯示器）的方式顯示給用戶，同時發(fā)送命令給間隔層設(shè)備；具有定時自動報表打印及越限和事故報警、時間順序記錄及故障錄波、斷路器和隔離開關(guān)分合操作、操作閉鎖等功能；并具備向各級調(diào)度和當?shù)鼐钟蚓W(wǎng)傳送遠動信息及要求的數(shù)據(jù)的能力；具有一些其他運行管理功能。2. 通訊管理層：由通訊管理單元和I/O采集單元組成1) 控制核

7、心：本層是整個系統(tǒng)的通訊控制核心，它采用穩(wěn)定的工業(yè)計算機或嵌入式通訊管理機為核心，經(jīng)過眾多的通訊口把上下級設(shè)備聯(lián)在一起，實現(xiàn)全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，由此而形成和完成變電站層的控制功能；與監(jiān)控主機通訊把采集的信息輸入實現(xiàn)就地監(jiān)控功能；與智能測控裝置通訊實現(xiàn)測量功能；與微機繼電保護通訊實現(xiàn)保護信息采集功能；與對時裝置GPS通訊實現(xiàn)時鐘同步。2) 通訊功能：本層利用其眾多通訊口和豐富的規(guī)約庫，實現(xiàn)與各種微機保護，測量儀表的通訊。PLC軟件可以根據(jù)用戶不同的要求，利用各I/O點的輸入輸出信息，實現(xiàn)各種控制調(diào)節(jié)功能。(三) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)支持多種網(wǎng)絡(luò)方式，有效地保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性；通信協(xié)

8、議采用電力行業(yè)標準規(guī)約，可方便地實現(xiàn)不同廠家的設(shè)備互連；提供遠動通信功能，可以不同的規(guī)約向不同的調(diào)度或集控站轉(zhuǎn)發(fā)不同的信息報文；系統(tǒng)支持硬件對時網(wǎng)絡(luò)，減少了GPS與設(shè)備之間的連線，方便可靠，對時準確。(四) 通訊管理機組網(wǎng)結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)高開放性，可以方便擴展采用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 下圖監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。二、 微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能微機自動化管理系統(tǒng)的主要功能是對變電站正常運行和事故情況下的生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，大屏幕彩色顯示，定時自動報表打印或召喚報表打印，越限和事故報警，事故推畫面、事件順序記錄與事故追憶，進行數(shù)據(jù)采集與處理，完成站內(nèi)自動化控制功能，向調(diào)度傳送遠動信號與數(shù)據(jù)，接收調(diào)度遙控命令

9、，以及其它一些運行管理功能。(一) 通訊處理監(jiān)控系統(tǒng)首先處理各種不同規(guī)約的信息，發(fā)送和接收遙測、遙信、遙控、系統(tǒng)對時，配置信息的請求、應(yīng)答、報文，將實時數(shù)據(jù)按相同的數(shù)據(jù)格式存入實時數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)其它模塊提供數(shù)據(jù)來源。基本的規(guī)約包括部頒 CDT現(xiàn)約，部頒 SC1801規(guī)約和 DNP 3.0規(guī)約，MODBUS RTU規(guī)約等，同時預留規(guī)約接口，使用戶方便地擴充通訊規(guī)約。系統(tǒng)能夠同時處理8個CCU通道信息，實時數(shù)據(jù)刷新周期小于3秒。(二) 實時數(shù)據(jù)處理、檢測系統(tǒng)對采集到的實時數(shù)據(jù)作如下處理：1. 檢測數(shù)據(jù)的合理性。當系統(tǒng)的收到的數(shù)據(jù)超出合理性范圍，對其進行復位為某一合理值。2. 處理計算、統(tǒng)計。對各采

10、集量收集其最大、最小值及發(fā)生時間，統(tǒng)計電壓、頻率合格率，對電度量按峰、平、谷值累加，實現(xiàn)分時計量。(三) 順序記錄與故障錄波事件記錄包括名開關(guān)狀態(tài)的變位，保護裝置動作信號，控制操作及操作后狀態(tài)變化等。系統(tǒng)記錄事件發(fā)生的時刻、事件性質(zhì)和名稱，顯示、打印在 CRT、打印機上，供用戶分析事故原因。故障錄波功能可以顯示、打印帶時標的故障波形，供精確分析故障。(四) 異常記錄處理系統(tǒng)對測量實現(xiàn)超限報警，越限報警死區(qū)處理，越限時間累計及超時報警。對開關(guān)量狀態(tài)變位報警，非操作變位報警，報警恢復、確認處理。報警以聲、光形式實現(xiàn)，并實時地顯示在屏幕上，存入歷史事項庫中，供操作員查詢。(五) 開關(guān)操作與安全管理軟

11、件系統(tǒng)對不同的使用人員分級授權(quán)，操作人員只能進行權(quán)限允許的操作。系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，能涉及系統(tǒng)各個部分，并對使用者的權(quán)限進行管理。獲得權(quán)限的人員可在監(jiān)控計算機或工作站上執(zhí)行遙控跳合閘操作，采用口令核對和操作返校確保操作準確。(六) 歷史數(shù)據(jù)記錄測量量周期性地存入歷史數(shù)據(jù)庫，為報表、曲線的生成提供數(shù)據(jù)源。同時記錄事件順序記錄和異常事項記錄及設(shè)備運行檢修等，形成完整的歷史數(shù)據(jù)庫。(七) 屏幕顯示屏幕采用流行的Windows多文稿窗口界面，畫面可放大、縮小、打印。屏幕顯示的內(nèi)容有：1. 主接線圖：實時顯示斷路器、開關(guān)、隔離開關(guān)的狀態(tài)，在各主設(shè)備旁顯示電流、功率和電度值，母線電壓等測量值，顯示系統(tǒng)

12、時鐘。2. 重要測量值的趨勢曲線圖、負荷曲線圖，電壓、電流、功率曲線及捧圖。3. 變電站實時數(shù)據(jù)表格。4. 事故報告信息。5. 控制操作過程記錄。6. 各類日報表，月報表及運行日志等。7. 保護運行狀態(tài)，整定值和參數(shù)等。8. 自動化系統(tǒng)各設(shè)備運行工況圖。(八) 屏幕操作系統(tǒng)可形成各種形式的報表，用戶可在線進行修改、編輯，并可定時、召喚打印。1. 日常報表，包括整點電壓、電流、有功、無功、頻率等。2. 月報表，包括電度計量，保護、線路故障次數(shù)、月電壓及負荷的統(tǒng)計分析等。三、 平臺負荷卸載功能在系統(tǒng)中的應(yīng)用油田卸載采用快速脫扣與優(yōu)先脫扣相結(jié)合的方式。(一) 快速脫扣：PSP平臺主電站共包括5臺主發(fā)

13、電機，其中原油發(fā)電機2臺、天然氣發(fā)電機3臺。每臺原油發(fā)電機現(xiàn)場功率為7760kW，每臺天然氣發(fā)電機現(xiàn)場功率為3100kW。正常生產(chǎn)工況下，由1臺原油發(fā)電機與3臺天然氣發(fā)電機并網(wǎng)運行，負荷率約為83.85%。當有發(fā)電機發(fā)生故障退出運行時，系統(tǒng)執(zhí)行快速脫扣程序。由于天然氣發(fā)電機主氣源平臺目前無法確定，兩個井口平臺（WHPA、WHPB）都具有快速脫扣選擇功能，可根據(jù)實際情況任意選擇。(二) 優(yōu)先脫扣：正常生產(chǎn)工況下，當主發(fā)電機負荷率達到95%及以上時，系統(tǒng)執(zhí)行優(yōu)先脫扣程序。優(yōu)先脫扣共設(shè)計四級，第一級負荷卸載后，經(jīng)延時，若負荷率降低在95%以下或不再增加，則中止優(yōu)先脫扣程序，二級、三級類似；否則，進入

14、下一級負荷卸載。(三) 大負荷起動抑制1. 大負荷起動抑制的主要對象1) 注水泵（PSP-P-4101A/B/C/D、WHPB-P-4105A/B）2) 外輸泵（PSP-P-2003A/B）3) 海水提升泵（WHPA-P-4001A/B/C）經(jīng)與天然氣發(fā)電機廠家聯(lián)系，天然氣發(fā)電機負荷達到80以后，每次突增負荷不應(yīng)超過發(fā)電機容量的5。2. 大負荷起動抑制的原則1) 系統(tǒng)的負荷率達到80%以上時，對功率超過電網(wǎng)剩余功率25%的負荷進行起動抑制。2) 若僅有天然氣發(fā)電機在線運行，負荷率達到60%以上時，對800kW電動機（PSP-P-4101A/B、WHPB-P-4105A/B）進行起動抑制。大負荷起動抑制功能主要通過安裝在PSP平臺內(nèi)的PMS系統(tǒng)來實現(xiàn)。通過實時監(jiān)測計算各并列運行發(fā)電機的剩余功率和允許起動