電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0引言在電子系統(tǒng)行業(yè)中，液晶面板廠具有規(guī)模大、自動(dòng)化程度高及配變電系統(tǒng)龐大等特點(diǎn)。其對電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性要求相對較高。通過合理配置電力監(jiān)控系統(tǒng)，可模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，對各類電氣設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)無人值班模式；在發(fā)生故障時(shí)，能在最快的時(shí)間內(nèi)切除故障，保護(hù)一次設(shè)備，縮小停電范圍；對發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運(yùn)行管理人員分析故障原因，快速定位和排除故障，盡量縮短停電時(shí)間；平時(shí)運(yùn)行時(shí)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，提高運(yùn)行效率，提高系統(tǒng)供電可靠性。本文通過對具體案例進(jìn)行分析來探討電力監(jiān)控系統(tǒng)在液晶面板廠中的應(yīng)用。1

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.1系統(tǒng)概述電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)力求每個(gè)配變電所獨(dú)立、穩(wěn)定運(yùn)行，任意一個(gè)配變電所監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，都不會(huì)影響到其他配變電所的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)，也可以在總控室中方便、快捷地瀏覽任何一個(gè)配變電所中供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行情況，基于網(wǎng)絡(luò)完成所有供配電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息匯總。各配變電所中分別設(shè)有一臺(tái)前置通信機(jī)，作為一處監(jiān)控子站。子站負(fù)責(zé)采集各站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理，處理結(jié)果通過光纜傳送給總監(jiān)控系統(tǒng)的雙前置處理機(jī)，同時(shí)對各站發(fā)送相應(yīng)的控制命令。電力監(jiān)控系統(tǒng)配置雙監(jiān)控主機(jī)和一臺(tái)后臺(tái)調(diào)度機(jī)，并配置WEB服務(wù)器。雙監(jiān)控主機(jī)可將各個(gè)分變監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理，給值班人員提供直觀的畫面、報(bào)表和故障信息查詢。雙監(jiān)控主機(jī)應(yīng)互為熱備用，提高系統(tǒng)可靠性。1.2監(jiān)控內(nèi)容電力監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對各配變電所高壓開關(guān)柜的監(jiān)視、測量和控制；各變壓器溫度信號的顯示和報(bào)警；各變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器的監(jiān)視和測量；各變壓器低壓側(cè)饋線回路斷路器的監(jiān)視和測量；應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)視和測量；UPS不間斷電源系統(tǒng)的監(jiān)視和測量；車間配電總盤系統(tǒng)、工藝母線系統(tǒng)的監(jiān)視和測量。2

系統(tǒng)常規(guī)功能電力監(jiān)控系統(tǒng)必須具有五防閉鎖功能，除此外，其他的常規(guī)功能如下。1）圖形功能電力監(jiān)控系統(tǒng)的圖形顯示功能：可通過顯示屏直觀體現(xiàn)出電源線路的排列順序和物理位置；可顯示現(xiàn)場斷路器和接地刀狀態(tài)、斷路器小車的位置及相關(guān)故障、告警信號；可在顯示的供配電回路單線圖上對現(xiàn)場斷路器進(jìn)行遙控操作，并有安全操作的雙重驗(yàn)證；可結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)行各類模擬順序的操作和演示；圖形畫面可實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各種測量值；具有“遙信”、“遙測”、“遙脈”及“遙控”等功能；動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治觯圆煌伾蜗蠡@示帶電與失電區(qū)域，按電壓等級以標(biāo)準(zhǔn)顏色顯示帶電區(qū)域，體現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；可提供圖形編輯平臺(tái)及環(huán)境，用戶可進(jìn)行配置和編輯，使用靈活，表現(xiàn)形式多樣。2）曲線功能電力監(jiān)控系統(tǒng)的曲線功能：可顯示測量值的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，通過曲線參數(shù)的變化趨勢，可對曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。如：某段周期內(nèi)工藝母線出現(xiàn)的最大值、最小值、平均值及最大（小）值出現(xiàn)的時(shí)刻等；有越限變色、縱（橫）向伸縮、橫向平移等分析功能；曲線可逐條顯示也可多條組合顯示；曲線顏色、時(shí)間、坐標(biāo)、單位、取樣等均可自定義；支持曲線打印。3）告警功能電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具有相應(yīng)的告警功能?？赏ㄟ^畫面顯示、語音告警、打印告警等方式完成越限告警、變位告警、事件告警及通訊狀態(tài)告警。告警信息需要包括告警類型、發(fā)生告警的對象、告警內(nèi)容、發(fā)生告警的具體時(shí)間、確認(rèn)狀態(tài)等。并將相應(yīng)的告警信息實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫，通過告警信息查詢系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)庫中查閱歷史告警信息；緊急告警優(yōu)先彈出專用告警確認(rèn)對話框；可進(jìn)行通信狀態(tài)監(jiān)測和通信報(bào)文監(jiān)測，一旦出現(xiàn)通信異常立即報(bào)警。4）用戶管理電力監(jiān)控系統(tǒng)需要將所有用戶分級，不同級別的操作人員可具有不同權(quán)限，并由用戶名和密碼唯一確定，保證操作安全、可靠；提供完善的用戶權(quán)限及密碼控制，對重要的操作（如遙控操作及整定值下發(fā)）設(shè)置雙重驗(yàn)證；不同用戶在注冊、登錄時(shí)需鍵入相應(yīng)的密碼。5）項(xiàng)目管理電力監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)用戶文件采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)形式，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢、復(fù)制、拷貝、二次開發(fā)和再利用。并且可將系統(tǒng)中重要的配置表和歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份保存，以防數(shù)據(jù)丟失影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。6）事故追憶保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)的測量數(shù)據(jù)記錄，供系統(tǒng)進(jìn)行事故追憶，可任意選擇想要查看的事故追憶數(shù)據(jù)?？勺x取相對應(yīng)的故障線路數(shù)據(jù)參量點(diǎn)前、后設(shè)定的全部數(shù)據(jù)，分析事故前電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和事故后具體發(fā)生的電流、電壓變化，以便快速找到故障原因，排除故障。7）操作票電力監(jiān)控系統(tǒng)需要具備制作操作票功能，提供操作票編輯工具軟件，完成典型操作票制作。操作員可在計(jì)算機(jī)屏幕顯示的被監(jiān)控系統(tǒng)圖上進(jìn)行模擬操作，系統(tǒng)可檢查操作的準(zhǔn)確性，并記錄操作時(shí)間和操作員姓名，可在線修改操作票并支持操作票打印、輸出。8）故障錄波系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，按照一定的采樣頻率采集故障點(diǎn)前、后一段時(shí)間內(nèi)各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，快速了解、排除故障，提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。3系統(tǒng)特殊需求3.1需求調(diào)研液晶面板制造行業(yè)為用能集中行業(yè)，主要能源消耗為電能。電能在液晶面板制造廠中有復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過程，按用途可劃分為主要生產(chǎn)設(shè)施用電、輔助生產(chǎn)設(shè)施用電及附屬生產(chǎn)設(shè)施用電。其中，主要生產(chǎn)設(shè)施用電、輔助生產(chǎn)設(shè)施用電占電耗的絕大部分。并且此部分用電設(shè)備突然斷電會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對人身造成危害。故此，液晶面板廠對供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量都有很高的要求。電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)此特點(diǎn)考慮一些特殊功能。經(jīng)與北京某液晶面板廠的動(dòng)力部相關(guān)人員探討，結(jié)合同行業(yè)的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，在液晶面板廠的項(xiàng)目中對電力監(jiān)控系統(tǒng)提出了如下需求：需具有在當(dāng)前規(guī)模下可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)能力、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份能力、大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度的保證能力、工藝母線安全隱患的監(jiān)測能力、電能質(zhì)量的監(jiān)測能力、提供靈活的報(bào)表樣式能力等。3.2解決方案3.2.1數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)廠區(qū)內(nèi)部有辦公網(wǎng)絡(luò)和各種控制系統(tǒng)架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，雖與其他系統(tǒng)共用網(wǎng)絡(luò)可以降低成本，但是考慮到系統(tǒng)對數(shù)據(jù)響應(yīng)的要求，需要建立自己的專有網(wǎng)絡(luò)。廠區(qū)內(nèi)配變電所數(shù)量一般在十個(gè)以上，且距離較遠(yuǎn)，因此，各配變電所之間和配變電所至中控室部分采用光纖網(wǎng)絡(luò)。光纜敷設(shè)有輻射狀、手拉手及環(huán)狀三種敷設(shè)方式可供選擇，輻射狀敷設(shè)的優(yōu)勢在于配變電所間無直接聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障只會(huì)影響一個(gè)配變電所，但敷設(shè)成本最高；手拉手敷設(shè)方式敷設(shè)成本最低，但若中間某一根光纜發(fā)生問題則向后所有配變電所的數(shù)據(jù)都會(huì)中斷；環(huán)狀方式成本比手拉手方式稍高，但是可以通過光纖環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)自愈。綜合考量采用光纖環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。圖1

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D3.2.2可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份液晶面板廠檢測用的終端設(shè)備數(shù)量多，微機(jī)保護(hù)、智能儀表、電能質(zhì)量分析儀、UPS控制儀、變壓器溫控儀等終端設(shè)備總數(shù)可達(dá)2000臺(tái)以上，為保證可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份，除利用不間斷電源及定期備份功能外，對系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等均需充分考慮。系統(tǒng)可以在中心站服務(wù)器處采用雙機(jī)熱備機(jī)制，同時(shí)在配變電所子站處設(shè)置本地站，處理本站數(shù)據(jù)。雙機(jī)熱備機(jī)制：一主一備兩臺(tái)服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行工作，共用一套磁盤陣列，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)文件位于磁盤陣列。磁盤陣列的讀寫權(quán)限由熱切更換軟件控制，當(dāng)主用服務(wù)器正常時(shí)讀寫權(quán)限由主站負(fù)責(zé)，當(dāng)主站異常時(shí)讀寫權(quán)限切換到備用服務(wù)器。磁盤陣列采用Raid5模式，提供數(shù)據(jù)安全保證。設(shè)置本地站：為保障數(shù)據(jù)安全還需將數(shù)據(jù)多地存儲(chǔ)，在配變電所內(nèi)設(shè)置本地站，用以存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)極端情況出現(xiàn)時(shí)，若主站服務(wù)器數(shù)據(jù)不完整，本地站的數(shù)據(jù)可以作為補(bǔ)充。配變電所的通訊管理機(jī)需要同時(shí)向本地站和主站服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)，要求通訊管理機(jī)有雙通道上傳能力。3.2.3大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度的保證液晶面板廠電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的配置信息條目可達(dá)數(shù)十萬條，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄規(guī)模呈幾何級上漲。要保證數(shù)據(jù)查詢調(diào)用的快速響應(yīng)，就必須要求電力監(jiān)控系統(tǒng)使用成熟的商用數(shù)據(jù)庫，如SQLServer或Oracle。同時(shí)啟用該數(shù)據(jù)庫的分區(qū)存儲(chǔ)功能，將數(shù)據(jù)庫文件按照時(shí)間條件拆分成若干個(gè)小文件，每個(gè)文件存放少量數(shù)據(jù)。通過應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可以并行訪問數(shù)據(jù)，快速定位，改善系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢的響應(yīng)情況，保證大數(shù)據(jù)量情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度。3.2.4工藝母線安全隱患的監(jiān)測液晶面板廠有大量的工藝母線，以密集母線的形式從配變電所引至工藝設(shè)備。密集母線的接頭如果處理不當(dāng)，隨著時(shí)間的推遲可能產(chǎn)生隱患。一般密集母線接頭出現(xiàn)隱患時(shí)溫度會(huì)異常上升，因此只需要在各個(gè)接頭處加裝溫度監(jiān)測裝置，對此進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常溫度變化，快速定位故障點(diǎn)。及時(shí)排除故障，可有效減少停電時(shí)間。、由于工藝母線跨度為從配變電所出線柜到工藝設(shè)備控制柜，距離長且橫跨支持區(qū)域和潔凈區(qū)域，采用傳統(tǒng)工業(yè)總線方式在成本及后期維護(hù)上都會(huì)比較復(fù)雜。經(jīng)綜合分析后，設(shè)計(jì)采用無線溫度傳感裝置。傳感器通過無線信號，將監(jiān)測點(diǎn)的溫度信息上送至集中器，集中器再通過工業(yè)總線送入電力監(jiān)控系統(tǒng)。通過無線測溫終端以及在電纜及電纜接頭上安裝連續(xù)測量溫度的探頭，對母線、觸頭、電纜、電纜頭的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并把測量結(jié)果通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過軟件分析能夠預(yù)知設(shè)備的早期過熱現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)故障的早期預(yù)測，防患于未然，達(dá)到預(yù)警的功能。測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。圖2

測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2.5電能質(zhì)量的監(jiān)測為保證工藝設(shè)備的可靠運(yùn)行，電力系統(tǒng)除常規(guī)監(jiān)測的電壓、頻率、功率因數(shù)、諧波等電參量外還需要對更多的電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)，并以事件形式進(jìn)行記錄，同時(shí)附有當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)快照。主要需要監(jiān)測的事件包括：電壓暫降、暫升以及中斷，沖擊電流超限；過頻率和欠頻率事件；1μs高頻脈沖偵測；電壓/電流諧波總畸變率；電壓不平衡度和電流不平衡度；諧波和間諧波；各次電壓和電流諧波分量及相位；均方根值閃變；溫度-濕度趨勢和累計(jì)概率。要實(shí)現(xiàn)上述功能，需要在高壓進(jìn)線回路、低壓進(jìn)線回路及重點(diǎn)設(shè)備回路上加裝電能質(zhì)量分析儀，要求電能質(zhì)量分析儀具備上述事件檢測能力，能根據(jù)預(yù)設(shè)條件觸發(fā)事件快照，并通過以太網(wǎng)方式將文件上傳至電力監(jiān)控系統(tǒng)以供解析。考慮到電能質(zhì)量分析儀并不要求數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上送，且傳輸文件可能對總線資源占用較久，電能質(zhì)量分析儀可采用以太網(wǎng)接口，通過電力監(jiān)控系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)上傳至中心。3.2.6靈活的報(bào)表樣式用戶對電力參數(shù)匯總的需求會(huì)隨著管理的精細(xì)化程度不斷變化，項(xiàng)目建設(shè)前期的固有電力監(jiān)控系統(tǒng)很難一步到位，完全滿足用戶需求。為滿足液晶面板廠可隨時(shí)調(diào)取電力系統(tǒng)的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)表，且數(shù)據(jù)報(bào)表樣式可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整。電力監(jiān)控系統(tǒng)的C/S構(gòu)架系統(tǒng)不能滿足其要求，因此，需要建設(shè)一個(gè)方便自定義設(shè)計(jì)的報(bào)表平臺(tái)，在