淺談變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)
摘要：本文對變電所的計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的構成、內容、功能及特點進行了敘述。近年來，變電所監(jiān)控技術得到了迅速的發(fā)展，并得到了廣泛的應用。但由于目前我國的推廣工作正處于起步階段，技術應用還不成熟，新的運行管理模式正在摸索之中，因而在運行中也暴露出一些問題。
關鍵詞：計算機監(jiān)控系統(tǒng)、遙測、遙信、遙控、抗電磁干擾
1、前言
變配電所是電力系統(tǒng)組成的一個重要環(huán)節(jié)，是電力網中線路的重要連接部分，其作用是變換電壓、匯集和分配電能。變配電所能否正常運行關系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，因此對變電所進行監(jiān)控和保護具有十分重要的意義。
變電所計算機監(jiān)控技術是利用現代自動化技術、電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合，將配電網在正常及事故情況下的監(jiān)測、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起。完成調度端遙測、遙信、遙控、遙調四遙功能。改進供電質量，力求供電最為安全、可靠、方便、靈活，經濟，變配電管理更為有效，從而改善供電質量，提高服務水平，減少運行費用。
近年來，變電所計算機監(jiān)控技術得到了迅速的發(fā)展，但為更好的保證計算機監(jiān)控系統(tǒng)性能的安全可靠、運行穩(wěn)定，還應提高變電所的抗電磁干擾能力。
2、系統(tǒng)構成
變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)由帶有通訊接口的采集控制模塊：多功能電力綜合儀表、開關量采集模塊、電流量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器控制輸出模塊、現場管理機、24V直流電源以及中央管理機等組成。中央管理機是本系統(tǒng)的集中管理中心。一般安置在有人值班的總值班室內，用于整個變配電系統(tǒng)的實時狀態(tài)顯示、參數統(tǒng)計、數據分析、歷史記錄、故障報警、控制、報表打印等。典型的系統(tǒng)結構示意圖如附圖1所示。
3、系統(tǒng)內容
3.1變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分
對35kV以下的高壓中心配電站主進、出線、母聯可采用電力綜合儀表來實現遙測、遙信、遙控功能。該儀表與CT、PT直接相連，采集高精度交流信號，經過離散數學計算，即可測量出各個回路電量參數(測量精度為0.5％)，該儀表具有八路開關量輸入，四路繼電器輸出，同時帶有自檢功能，可與綜合繼電保護裝置配合使用。
�。�1）將CT、PT直接接入電力綜合儀表測量回路中，即可測量出該回路的電量參數。實現該回路的“遙測”；
�。�2）該儀表的八路開關量輸人分別采集該柜中斷路器的分合閘狀態(tài)、手車工作位置、電機儲能狀態(tài)以及接地刀閘位置，同時對綜合繼電保護裝置中的故障跳閘信號和內部故障進行采集、分析，給予報警，并顯示該回路的故障類型。實現該回路的“遙信”；
�。�3）該儀表的繼電器輸出分別接至斷路器的分、合閘線圈上，實現斷路器的遠程控制，即斷路器的“遙控”。
在0.4kV低壓主進、母聯同樣采用電力綜合儀表來實現“三遙”功能。該儀表與CT、母線直接相連，采集高精度交流信號，測量該回路的實際電量，實現遙測，同時對主進、母聯開關的斷路器合、分閘狀態(tài)，框架式開關的位置以及故障報警等開關量實現遙信，并對斷路器實現遠程遙控。
3.1.1遙信
利用開關量采集輸入模塊采集各出線回路開關分合閘狀態(tài)、開關故障報警信號、失壓報警信號、過壓報警信號以及框架式開關的位置，并對變壓器的風機狀態(tài)、高溫、超高溫信號等開關量實現監(jiān)控，一個單獨模塊一般可采集16路開關狀態(tài)。
3.1.2遙測
�。�1）通過電流量輸人采集模塊采集各出線回路的各相電流，單個模塊可采集16回路電流。每一個回路可以由電流量輸入模塊采集該回路的電流，并根據測量的實際電壓、功率因數等來計算該回路的實際用電量。
�。�2）通過模擬量輸入模塊采集變壓器的溫度信號、濕度信號以及液位信號等模擬量信號(各個模擬量信號需有4—20mA或0—5V輸出)。
3.1.3遙控
通過繼電器控制輸出模塊分別對低壓各出線回路(帶有電動操作機構、失壓脫扣器的開關)實現開關的遠程分、合閘功能。
現場管理機在本系統(tǒng)中位于中央管理機與各模塊之間，作為一級底層控制單元，增加系統(tǒng)的可靠性。其功能是：進行現場調試，利用現場管理機動性對各模塊進行現場參數整定，獨立完成現場顯示工作，并將信號整理后通過通訊線（ILS485）發(fā)送給中央管理機，同時接受中央管理機所下達的命令�？勺鳛橹醒牍芾頇C的備用機，具有顯示功能、自檢功能。
3.2變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分
變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)所安裝的監(jiān)控軟件是基于Windows環(huán)境下的電力系統(tǒng)專用組態(tài)軟件，能夠運行在MicrosoftWindowsNT、2000、XP平臺上。給用戶提供的是全中文界面，簡潔的畫面設計、靈活的組態(tài)方式，高性能DDE驅動程序，支持諸多工控產品，并遵循開放式數據庫聯接(ODBC)標準。允許通過第三方，如MicrosoftAccess，SQLServer等訪問本系統(tǒng)數據庫。
3.2.1監(jiān)控系統(tǒng)的的基本功能要求：
微機的監(jiān)控系統(tǒng)是用戶掌握和控制設備運行狀況的主要途徑，特別是保護設備的可靠性的提高已經簡化了人機接口和就地控制的功能，所以更應具有性能安全可靠、運行穩(wěn)定、功能完善、人機界面友好、便以擴展、擴容、修改和增加新的功能、接口簡單，重新安裝和運行維護方便，最好能是各設備廠家可以統(tǒng)一使用的適用于不同通訊方式的監(jiān)控系統(tǒng)。
3.2.2監(jiān)控系統(tǒng)基本功能
�。�1）顯示功能
顯示變配電站實際開關柜體圖、一次系統(tǒng)圖，并在一次系統(tǒng)圖上顯示各開關的分、合狀態(tài)；
顯示各配電回路的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、頻率以及功率因數等電量參數；
顯示各開關的分、合狀態(tài)和事故報警類別等；
顯示各回路電量參數的實時曲線圖；
顯示變壓器的運行狀態(tài)以及高溫、超高溫報警及瓦斯保護；
顯示其他工藝設備的運行狀態(tài)及故障情況。
（2）報警功能
狀態(tài)報警：當變配電系統(tǒng)的開關出現過載跳閘、短路故障跳閘以及綜合繼電保護裝置內部故障時，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱、事故類別。
超限報警：當變配電系統(tǒng)的各電量參數出現超過額定值時或其他工藝設備超限運行時，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。
三相不平衡系數報警：當變、配電系統(tǒng)的三相電流或三相電壓值出現不平衡時(可自定義范圍)，計算機能夠通過多媒體音箱發(fā)出聲音報警并自動記錄時間、站號、回路名稱。
（3）控制功能
在變配電站總值班室中央管理機處，可以通過鼠標器控制各種高、低壓開關(帶有電動操作機構或者帶有交流接觸器)的合閘和分閘；同時也可實現電氣閉鎖功能，以防止具有閉鎖回路的開關誤操作；
在中央管理機處鼠標下達操作命令時具有密碼識別功能，只有操作人員輸入正確密碼時才可下達操作命令。
�。�4）統(tǒng)計和打印功能
統(tǒng)計和打印所監(jiān)控的所有電流值、電壓值、功率值、頻率值、功率因數值以及這些參數一天24小時變化曲線；
統(tǒng)計和打印各斷路器運行狀態(tài)變化時間及故障報警時間和類別；
統(tǒng)計和打印各斷路器的操作時間及操作人員代碼；
統(tǒng)計和打印有功電度、無功電度的一天24小時內單位小時用電量及電量圖，同時具有峰谷計費功能。
（5）歷史記錄
值班室計算機軟件能將所監(jiān)測并統(tǒng)計的各種電量參數、各斷路器或開關的狀態(tài)變化時間、報警故障類別、操作人員代碼和時間、開關機時間等永久保存，以便對整個變、配電系統(tǒng)的運行情況進行分析。
�。�6）通訊功能
系統(tǒng)內部遵循KS485通訊協(xié)議。與上位機通訊遵循RS485或TCP／IP通訊協(xié)議。
�。�7）自檢功能
系統(tǒng)應具有完善的自診斷功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，診斷功能將提供詳細的故障信息，以便及時排除故障。
4、系統(tǒng)特點
4.1變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的末端數據采集與控制單元直接安裝于開關柜內，采用交流采樣直接從電流互感器或電壓互感器取交流0-5A電流信號或交流0-100V電壓信號(380／220V低壓系統(tǒng)直接取交流0-220V或0-380V電壓信號)，不再需要各種電量變送器，開關柜上各種測量儀表可以取消，外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設計與施工簡單。
4.2雖然智能化開關和智能開關柜本身已經具備監(jiān)控功能，只要設計一根通信電纜引至值班室中央管理機，就可以實現集中監(jiān)測與遠方調度。但由于各廠家的通訊協(xié)議不統(tǒng)一，實現聯網較困難，開關柜內的繼電保護、信號與控制回路仍保留。因此，如何統(tǒng)一通訊協(xié)議，是系統(tǒng)未來發(fā)展方向，這樣系統(tǒng)將更加簡單。
4.3變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)對高次諧波的監(jiān)控、記錄和保護有待于完善。
4.4應用新技術，一次斷路器設備無油化，二次控制元件無觸點集成模塊化，提高了設備運行可靠性，減少了設備維修工作。
4.5變電所負荷調整、電壓調節(jié)及電量報表等工作都由調度直接完成，改變了過去那種調度下令，變電運行人員接令執(zhí)行操作的繁瑣環(huán)節(jié)，降低了變電所運行誤操作事故的發(fā)生。
4.6調度可直接監(jiān)視變電設備運行情況，發(fā)生故障能及時、準確地提供原始數據，為事故處理提供方便。
5、目前監(jiān)控系統(tǒng)運行中普遍存在的問題
（1）實時數據的采集和應用上的不足。
實時數據的采集是關系到能否安全正常運行的基礎，后臺監(jiān)控系統(tǒng)應該具備將所有設備運行監(jiān)視的模擬量如電流、電壓、頻率、溫度、開關刀閘位置、開關儲能信號、裝置運行信號、有功和無功電度量。首先普遍的監(jiān)控軟件均具有小的數據量時不顯示或不正常顯示。特別是有的軟件修改單位都不是很方便。潮流方向不易更改等。溫度的接口存在技術上處理的難點，基本上不能正確顯示主變的溫度。其次就是在應用上存在很多缺點，如各種采集量均沒有越限報警變壓器滿載時便不能設定告警，如同常規(guī)變電站一樣。電壓偏低時不能提示唯有接地時由保護裝置提供報警信號，而不能利用電腦也分析直觀表示是哪相接地，而電壓回路斷線也同樣不能由監(jiān)控軟件來提供告警信號和分析。
（2）在設計上存在的不足。
�、購S家生產的通訊規(guī)約的不同，造成了監(jiān)控軟件適應性不強。
�、谟捎趶S家自身的能力問題，開發(fā)的軟件穩(wěn)定性和可靠性差。造成系統(tǒng)死機，軟件崩潰，系統(tǒng)文件丟失，造成我們還要維護監(jiān)控系統(tǒng)。
�、塾捎诒O(jiān)控系統(tǒng)使用的通訊方式和對事件的記錄方式的不同，通訊時間顯得尤為重要，所以要求監(jiān)控系統(tǒng)的的快速響應方面有更高的要求。
�、芙涌谌萘坎粔�，導致刀閘等的開關量不能全部送入監(jiān)控系統(tǒng)，使結線圖的直觀性受到影響。
因此，在自動化變電所建設中，要十分重視廠家的產品質量和售后服務質量。要堅持簡單、實用、可靠的原則，以達到保證電網安全、經濟、可靠，優(yōu)質運行為目的，快速提高計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術并發(fā)揮它的最大潛力。
6、變電所內電磁干擾
變電所綜合自動化系統(tǒng)內部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，它們所工作的環(huán)境是電磁干擾極其嚴重的強電場所，很容易受到這些電磁的干擾而不能正常工作，給電力系統(tǒng)的安全經濟運行帶來非常嚴重的后果。所以，提高自動化監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，有著非常重要的意義。
6.1電磁干擾的來源
目前，電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內部干擾兩個方面：外部干擾包括了高壓開關操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產生的電磁干擾、靜電放電等。內部干擾是由自動化系統(tǒng)的結構、元件布置和生產工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應，長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。
6.2變電所抗電磁干擾的措施
干擾對變電所綜合自動化系統(tǒng)在線運行的影響是嚴重的，若不采取有效的措施，將產生嚴重的后果。消除或抑制電磁干擾可針對電磁干擾的三要素來進行。電磁干擾三要素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備。我們可在系統(tǒng)的硬件和軟件方面采取一些必要的措施，以期消除或抑制電磁干擾。
（1）隔離和屏蔽
變電所的微機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護裝置以及其它自動化裝置所采集的模擬量，大多數來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入到綜合自動化系統(tǒng)，必須經過設置在自動化系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器。這些隔離變壓器一次、二次中間必須有隔離層和屏蔽層，而且屏蔽層必須安全接地，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻信號通過分布電容進入自動化系統(tǒng)的相應部件。
變電所綜合自動化系統(tǒng)開關量的輸入，主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點等。開關量的輸出，大多數也是對斷路器、隔離開關的控制。這些斷路器和隔離開關都處于強電回路中，如果與自動化系統(tǒng)直接相連，必然會引起強的電磁干擾。因此要通過光耦合隔離或繼電器隔離，這樣會取得比較好的效果。開關量輸入回路前及信號變換部分應考慮采用濾波，開關量輸入信號送給CPU之前，必須進行隔離處理，可采用光電隔離，而且兩級光電隔離的效果會比較好，在開關量輸入板的出口處和CPU板的入口處各設置一級光電隔離。開關量輸出回路也應該在前端采取隔離措施，可通過光耦合或繼電器進行隔離，而且兩級隔離的效果比較好，在CPU板的出口處和開關量輸出板的入口處各設一級隔離。開關量輸出回路一般都用于控制現場的設備，要求實時性強，所以一般不能加濾波器。
二次回路布線時，應考慮隔離，減少互感耦合，避免干擾由互感耦合侵入�？刂齐娎|盡可能離開高壓母線，并盡可能減少平行布設長度。避雷器和避雷針的接地點、電容式電壓互感器等都是高頻暫態(tài)電流的入地點，控制電纜也應盡可能離開它們，以便減少感應耦合。
�。�2）接地在變電所中，一次系統(tǒng)接地是以防雷和保證安全（系統(tǒng)中性點接地）為目的的，但它對二次回路的電磁兼容有重要的影響。如果接地合適，可以減少所內的高頻瞬變電壓幅值，特別是減少電網中各點的瞬變電位差，減低了電網中的瞬變電位升高。這對二次設備的電磁兼容很有好處。二次系統(tǒng)的接地，從電磁兼容的角度來說，應做到：①多個電路共用接地線時，其阻抗應盡量減少；②由多個電子器件組成的系統(tǒng)，各電子器件的工作接地應連在一起，通過一點與安全接地網相連；③工作接地網各點的電位應盡量保持一致。
電磁干擾可能進入綜合自動化系統(tǒng)弱電部分的主要途徑是通過微機電源。因為電源與干擾源的聯系比較緊密，同時電源線直接連接至系統(tǒng)各部分，因此來自電源的干擾很容易引起死機。所以對微機電源的地線處理問題是很重要的。微機電源地線與機殼的連接方法有一點連接、多點連接和不連接三種。實踐中，多采用微機電源地線和機殼不連接，它的優(yōu)點是：由于干擾造成的流過電源的浪涌電流可大大減少，從而增加了抗共模干擾的能力，可明顯地提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
（3）微機電源的抗干擾
對于微機電源的抗干擾，實踐中，采取如下措施都是很有效的：①在電源的輸入側安裝電源濾波器，可以濾去交流電源輸入的高頻干擾和高次諧波。②在電源的輸入側安裝隔離變壓器，有隔離變壓器的輸出端直接向微機供電；③通過UPS電源向微機系統(tǒng)供電，可有效地抑制電網低頻正常狀態(tài)下的干擾。
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，提高電子元件自身的抗電磁干擾能力，可以提高計算機監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、安全性，更能準確監(jiān)測各種設備的使用狀態(tài)而使設備得到充分利用、精確完整地記錄并打印各種數據報表以大大減少勞動力等。
7、結論
變配電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，促進了無人值班變電站的實現，可以利用遠動技術使電網調度迅速而準確地獲得變電站運行的實時信息，完整地掌握變電站的實時運行狀態(tài)，及時發(fā)現變電站運行的故障并做出相應的決策和處理，同時可以使值班管理人員根據變配電系統(tǒng)的運行情況進行負荷分析、合理調度、遠控合分閘、躲峰填谷，把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作、誤判斷，縮短事故停電時間，實現對變配電系統(tǒng)的現代化運行管理。在變電所監(jiān)控系統(tǒng)建設中，要十分重視廠家的產品質量和售后服務質量，提高電子元件自身的抗電磁干擾能力，或在變電所加入抗電磁干擾的措施。這樣才能充分發(fā)揮計算機監(jiān)控系統(tǒng)的作用和潛力。
總之，變配電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、實時性好及維護簡單等特點。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，變配電站的計算機化進程越來越快，變配電所計算機監(jiān)控及無人值守已成為當今電氣自動化領域的發(fā)展趨勢。
參考文獻：
1、畢勝春編著《電力系統(tǒng)遠動及其自動化》；
2、徐玉琦編著《工廠與高層建筑供電》，北京：機械工業(yè)出版社，2004，；
3、WINDOWSNT因特網與內網管理，京京翻譯組譯．機械工業(yè)出版社，1998；
4、楊岳編著《電氣安全》第一版，北京：機械工業(yè)出版社，2003；
