电力监控SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 又称为远动监控和数据采集, 主要用以实现对远方电力运行设备的监视和控制, 以提高供电安全运行水平[1]。SCADA系统通常包括调度主站系统, 变电站综合自动化系统和所间通信通道三部分构成[2]。其中控制中心调度主站系统通过通信专业提供的通信通道与变电所站控单元进行信息交换;变电所综合自动化系统通过所内通信网与所内IED装置通信, 通过通信通道与调度主站进行通信, 变电所综合自动化系统由站控主单元和所内通信网及中压网络单元IED装置组成[3]。
电力监控系统主要通过“四遥”实现其监控功能, 即遥控、遥测、遥信和遥调。遥控是调度所对远方变电站被控对象 (开关等) 进行操作;遥测是将变电站被测对象的数值 (电流、电压等) 传送到调度所;遥信是将变电站被控对象 (开关位置等) 的状态信息传送到调度所;遥调是调度所对远方变电站工作状态和参数 (变压器输出电压等) 进行调整。另外电力监控系统还具有其他管理功能, 例如报表管理、事故回放、故障分析、信息管理和技能培训等功能[2]。
1 系统组成
控制中心选用D S C-9 0 0 0 U自动化系统, 其主要设备包括以太网交换机、系统服务器、web服务器、打印服务器、操作员工作站、系统维护工作站、网络打印机以及网络连接附件等。
变电所自动化综合系统采用国电南自NDT650自动化系统, 其采用分层分布式结构, 即站级管理层、网络通信层和间隔设备层。
站间管理层设备包括控制信号盘及盘内的通信交换机、交换机、一体化监控计算机。
网络通信层是两个独立的以太网接口, 互为备用。
间隔管理层是分散安装于供电设备就地的微机保护测控、信息采集等装置。
1.1 控制中心调度系统构成
控制中心调度系统采用分层、分布式开放局域网结构, 1∶N集中监控形式。中心调度系统设备包括三层以太网交换机两台、两套系统服务器、两套操作员工作站、一套系统维护工作站、一套web服务器、两套打印服务器、四套网络打印机及其它网络连接附件构成;并且满足与其他系统的互联互通要求。
1.2 变电所自动化系统构成
车站级监控系统采用国电南自生产的NDT650变电所综合自动化系统, 采用分层分布式结构。系统分为三个部分:站级管理层, 网络通信层, 间隔设备层。
站级管理层为设置在综控屏内的SCADA操作员站、便携式维护计算机、冗余热备的通信管理装置。
间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备以及采用硬接点输出的现场设备。设备包括400V及35kV交流保护测控单元、1500V直流保护测控单元、变压器温控器、微机测控单元、杂散电流监控单元、交/直流屏、电度表、上网隔离开关、负荷开关等。各厂家的智能装置由国电南自提供的WTS-65网络通信服务器进行接口及规约的转换, 实现与变电所综合自动化系统的接口, 其它硬接点信号可由智能测控装置进行采集, 并由其实现对接触轨隔离开关等的控制功能。
网络通信层即为所内通信网络和接口设备, 间隔单元通过所内通信网络层与站级管理层进行数据交换。
整个系统面向变电所通盘考虑, 通过间隔单元与一次开关设备、CT/PT等设备接口, 实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理, 以保证供电系统的安全可靠运行。该系统所间通信采用单模光纤以太网方式、所内通信采用铠装屏蔽双绞线以太网方式。
系统采用分散控制、集中管理的结构, 即使系统网络的某一部分控制或线路受到损坏, 也只有系统的这一部分瘫痪, 不会影响到整个系统的运行。采用三级控制方式, 正常运行时采用远动控制, 当设备检修时, 采用所内集中控制或设备本体控制。在开关柜上设当地/远方选择开关。三种控制方式相互闭锁, 以达到安全控制的目的。
1.3 车辆段供电检修车间复示系统
复示系统用于监视全线变电所设备、接触网设备的运行情况及对全线进行杂散电流监测, 使供电维护人员及时了解现场事故信息, 提高处理事故的工作效率, 缩短停电时间。与控制中心实现远程通信, 完成维修调度作业计划的发送和接收, 为检修人员提供第一手信息资料。
1.4 通信通道及通信设备
(1) 控制中心与各被控站之间的通信通道。
控制中心与各被控站 (包括主变电站、牵引降压混合变电所、降压变电所) 之间由通信系统提供两路100M以太网光纤双通信通道, 物理接口为RJ45。
(2) 控制中心与车辆段复示系统之间的通道。
控制中心与车辆段复示系统通过路由器接入地铁内部数字光纤网, 与控制中心监控系统通信。
2 系统功能
控制中心监控系统可以实现沿线所有变电所所内电压、电流、功率、电度量和开关量等信息的采集, 实现对全线变电所所内设备工作情况的监视与全线各所电力设备的监控工作。在正常情况下, 由控制中心电调操作员工作站实现电力设备的控制工作, 如控制开关及刀闸的合/分, 变电所监控工作站只进行监视功能。当维护和调试时, 控制中心下放控制权, 由变电所监控计算机实现所内设备的控制和维护功能。文献[3~4]说明了监控系统应该具备的功能, 本文在此基础上增加了几项功能。
2.1 通信功能
系统服务器是完成控制中心监控系统的实时数据采集功能, 系统服务器通过通信专业提供的以太网通道采集全线变电站综合自动化系统采集的所内电气设备信息。通信专业提供的以太网通道为两个, 采用主备工作方式。正常运行时中心监控系统通过一个通道与综自系统通信, 当通道故障时, 中心系统自动切换到备用通道与所内综自系统通信。
通信报文以文本方式在系统上保存, 监控系统在计算机上保存固定大小的4个文件, 记录与所内综自的通信报文, 供维护人员使用。
数据采集与处理功能。
2.2 计算功能
公式系统的引用量可以是常量、实时量、历史量、时间量, 支持数值计算符和逻辑计算符, 支持函数, 可用鼠标输入, 也可手动输入, 进行错误检查。对历史量可统计某测点在某段时间内按步长统计的最大、最小、平均、总和, 某测点在某段时间内出现的最大、最小值的时间。公式只在定义时分析编译, 计算时直接使用。
2.3 采样数据的显示和查询
(1) 实时数据的显示查询。
在监控计算机上可方便的进行实时采集数据的查询。数据的显示分为图形显示和表格显示。
(2) 历史数据处理。
控制中心监控系统系统服务器可进行历史数据的存储, 存储的信息包括:测量量的存储、事件的存储。存储的历史数据的可通过调历史报表、历史曲线、事件预览表中进行显示。
用于曲线显示和报表显示的历史数据存储周期可进行设定, 用户可方便的以画面或报表的形式显示存档历史数据。事件的信息记录在数据库中, 通过事件一览表对历史事件进行查询和显示。
2.4 控制操作
控制功能采用三级控制方式 (即远程控制、所内盘上集中控制、设备本体控制) , 正常时控制权限在中心, 由控制中心实施监控功能, 此时站内监控计算机将闭锁控制功能, 在紧急情况必须等到控制中心将控制权下放至变电所监控计算机, 此时控制中心失去控制权限, 由站内监控计算机实现控制功能, 控制中心对权限的下发和收回要变电所监控值班员确认后完成。
2.5 报警功能
系统发生以下情况时将启动报警:
(1) 越限告警。
对需要报警的模拟量设定上下限值, 当越限状态发生变化时, 发生越限报警, 通过窗口显示文字及相关的数据变色闪烁。
(2) 变位报警。
当系统发生正常变位时, 变位点在窗口中发生数据变色及闪烁, 推出文字信息, 同时根据需要发生音响告警。
(3) 事故报警。
事故处理是厂站发生事故跳闸信息, 发生事故后, 系统发生强烈告警。
(4) 预告告警。
当与接口设备通讯中断时, 系统发出明显的告警信息, 以提示运行人员及进处理。各种告警信息发生后, 各信息被数据库明确分类, 归档, 可按时间及类型分别检索及处理。
在各种告警信息发生后, 各信息被数据库明确分类, 归档, 可按时间及类型分别检索及处理。监控计算机可在线选择各种告警类型是否需要登录、音响报警、可选择事故是否推画面。
对于操作变位和事故变位, 必须被调度员确认方被更新, 否则永远保留事故状态和变位状态。
2.6 系统权限管理功能
系统通过集中权限管理实现全线的权限管理一致性。在任何位置的工作站登录系统, 操作过程相同, 需要一致的用户类型、用户名、密码信息。
2.7 报表及统计功能
系统具有全图形、全汉化的显示和打印功能的支持软件, 人机界面良好, 采用多窗口技术和交互式操作手段, 画面的调用方便、快捷, 能方便地生成各种统计和分析报表, 具有定时、召唤和异常情况时自动打印及屏幕拷贝等功能。
2.8 数据库管理功能
实时数据库用于保存并维护有关系统运行所需的全局数据, 并对调度端客户机系统提供数据服务。为了满足系统对实时响应时间的要求, 实时数据库系统采用优化结构的自定义数据库, 数据库访问高效快捷, 并由实时数据库校验程序维护自身数据的一致性和正确性。
2.9 系统时钟同步功能
系统提供对时功能接受通信专业提供的标准时钟, 保证网络上各节点设备能同步工作, 并定时下发对时命令至综合自动化系统。
3 接口
为完成系统功能需要借用通信专业通道, 并需要将Pscada信息发送至IMS系统。
(1) GPS通信接口。
通信专业提供接口形式为R S 4 2 2的GPS信号至我公司系统服务器屏柜的通信接口设备, 完成控制系统的对时功能。
(2) 通信通道接口。
与综合自动化系统通信采用通信专业提供的双以太网。
(3) 复示系统接口。
复示采用城市轨道专用数字光纤网通道与控制中心通信。
摘要：SCADA是数据采集与监控系统 (Supervisory Control And Data Acquisition) , 它完成对轨道交通全线变电所、接触网设备运行的远程实时控制、监视及测量, 处理各种异常事故及报警事件, 保障系统的正常运行, 提升供电系统调度、管理及维修的自动化程度, 提高供电质量, 保证供电系统的安全、可靠。近年来, 随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术和信号处理技术的不断进步, 城市轨道自动化技术得到了快速的发展。本文通过对城市轨道交通电力供应特点, 设计了一套基于数据采集与监控的SCADA系统, 在上海地铁六号线和沈阳地铁一号线的实践经验上进行了改进, 改善了系统的功能。文章分为三个部分, 介绍了系统的组成, 系统的功能和接口, 基本可以达到对城市轨道交通电力供应监控的设计要求。
关键词：轨道交通,SCADA,数据采集与监控
参考文献
[1] 沈阳地铁一号线培训教材[M].2008:1～3.
[2] 上海地铁六号线招标书, 2005:3～10.
[3] 腾福生.电力系统调度自动化和能量管理系统[M].四川大学出版社, 2004:20～25.
[4] 高鸣燕, 陆文.城市轨道交通电力监控系统设计研究[J].城市轨道交通研究, 2003, 6 (6) :51～54.