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PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用

文章出处:www。bianyaqi8。com 人气:发表时间:2018-06-27 10:04

国家大剧院采用南瑞PCS-9700变配电监控系统,实现对变配电系统的智能监控,系统具有站控管理层、网络通信层、现场设备层。
 
本文详细说明了各层的硬件配置和网络搭建。通过网络通信层的通信管理机、网络交换机等设备,把现场设备层采集终端装置的数据统一进行收集,然后传输至站控层,从而实现现场层的设备状态在站控层中的监控主机中的分析、处理和显示。该监控系统具有灵活多样的使用功能,可以充分满足用户的需求。
 
本文还详细分析了一起出线开关跳闸故障,展示了该系统在变配电运行中良好的时效和实用性。
 
国家大剧院是国家级表演艺术中心,供电属于一级负荷,内设2座10kV高压站和9座分变配电站,低压出线500多路。按照剧院变配电管理和运行要求,需要对各个配电室的10kV进线、干式变压器、低压配电开关等进行电力运行监控,以保证剧院供电运行的安全可靠和经济高效。
 
NARI PCS-9700监控系统由若干厂站监控应用组成,具有统一的一体化设计开发应用平台作为支撑。系统灵活配置了可在各个计算机节点上运行的应用程序和数据库,具有分布式、可扩展、可异构的体系框架特点。
 
 
1  变配电监控系统的构成
 
国家大剧院变配电监控系统采用多层分布式计算机网络拓扑结构,包括用于终端采集的现场设备层、用于信息传输的网络通信层和用于人机交互的站控管理层。具体系统构成如图1所示。
 
1.1  主要硬件设备配置
 
1)现场设备层。
 
多功能智能仪表和数字量模拟量采集模块安装在低压配电柜内监控采集低压出线回路的运行状态及其参数。高压继电保护RCS9600装置安装在高压开关柜上,监控高压系统的运行状态,采集报警信息等。
 
在高压站内的直流屏上安装有智能监控仪表,可以直流屏的报警信息反馈到监控系统中。变压器箱体上也安装有带RS 485接口的温控装置,可以将变压器的三相绕组温度和冷却风机的状态进行上传。
 
图1  国家大剧院变配电监控系统构成图
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
2)网络通信层。
 
主要设备包括PCS-9794通信管理机、PCS-9882光纤网络交换机等。其主要功能是把分散在现场各个变配电站所的智能监控仪表、采集装置、保护装置和温控装置的数据统一进行收集,然后传输至站控层,从而实现现场层与站控层之间的信息通信。
 
3)站控管理层。
 
主要设备包括工控主机及显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在工控机上运行,集中采集显示现场设备运行状况并记录存储至ORACLE数据库中,供查询使用。系统还通过声光提醒,提供文字报警信息,以便值班人员及时发现和处理问题。工控机及其外设组成的系统,以人机交互的形式将变配电系统的信息显示给用户。
 
1.2  系统网络的搭建
 
现场设备层中的变压器和低压出线监控仪表均采用RS 485接口和MODBUS通信协议;高压开关柜中的继电保护装置带有RS 485接口,采用装置串口103规约;直流屏上的智能监控仪表也采用RS 485接口,选用CDT规约实现与通信管理机的通信。本层设备之间以及与上层通信管理机采用屏蔽双绞线作为传输介质,接线简单方便,传输稳定可靠。
 
在网络通信层中,由于大剧院各变配电站距离较远,所以各站所的通信管理机PCS-9794与交换机之间均采用光纤作为传输介质,选用带有百兆光口的以太网交换机PCS-9882B,使用IEC60870-5-103传输规约(以下简称103规约)作为通信协议进行数据交换。采用光纤传输可以实现远距离组网,传输速率高,抗干扰能力强。
 
站控管理层中的监控主机与网络通信层中的交换机采用以太网通信。使用超五类双绞线进行通信传输。监控主机采用Windows操作系统,配置微软SQLserver标准商业数据库。监控软件采用厂站变配电系统一体化监控组态软件。选用中文标准平台,方便使用操作。采用实时多进程系统,可以满足监控多个高低变配电室,还可以双机双网配置,具备与以太网的联网或与上级计算机集控站或调度端端通信功能。
 
2  监控系统的主要功能
 
国家大剧院变配电监控系统通过安装在现场终端上的传感器和智能仪表,搭建起信息传输的通信网络,完成对各回路电力参数的遥测、遥脉、遥信,并上传至监控系统主机。利用监控主机中的PCS-9700软件对采集到的数据参数进行记录、显示、处理,利用各种报表、曲线趋势图、柱状图等形式供变配电管理和值班人员参考分析,使相关人员能够更加快速、准确地掌握国家大剧院变配电系统的负荷情况和开关运行状况等。
 
2.1  友好的人机交互界面
 
PCS-9700厂站监控系统配置有界面编辑器。利用该工具可以方便地绘制并生成一次单线系统图,(如图2所示)简洁地显示高、低压配电网络的接线情况。由于国家大剧院变配电系统较大,所以人机界面采用了画面导航和多画面切换功能。
 
2.2  操作权限管理
 
该系统依据人员岗位的职责不同,可以授予不同的操作权限,从而保证系统在使用过程中的安全性和规范性。例如,系统的退出或重启也需要有一定权限的管理人员进行操作,避免误退出或重启信息丢失的问题。此外,对一些重要回路的分或合闸操作,除需操作员级用户输入操作口令外,还需主管级用户输入确认口令后方可完成该操作。
 
2.3  实时数据采集及处理
 
系统能通过各个层级的通信网络,接收并传输智能测控仪表采集到的实时数据信息,主要包括各类参数模拟量、各类设备系统的状态量、高低压各个回路电能量。具体采集数据见表1。
 
图2  国家大剧院变配电全站高压接线图
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
表1  变配电智能监控系统采集数据表
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
系统还可对采集到的数据进行存储和处理,为变配电系统运行和管理提供参考依据和优化分析。
 
2.4  数据曲线分析
 
系统根据记录的数据,提供了实时曲线显示和历史趋势两种曲线分析界面。通过选择相关参数的实时曲线界面,可以分析该回路当前的运行状况以及发展趋势。例如,通过查看某变压器的温度实时曲线,可分析该变压器温度变化情况以及最大、最小值。历史趋势曲线,可以根据用户选定的不同参数、不同时段,分析过去某段时间参数的突变、超限等问题,方便对某一报警或异常进行追溯分析。
 
2.5  报表管理
 
系统具有标准的报表格式,可以对采集的电压、电流、功率等参数进行统计汇总。可进行有关量值的最大/最小值及出现时间、出现回路的负荷率、母线有功/无功功率分析统计。系统还可定期生成各种日常使用或上报的运行日志,包括数据报表、故障及告警记录、操作记录等。用户也可根据特殊需求,手动配置报表参数,由系统自动记录填写报表。
 
2.6  事件记录
 
事件记录包括用户操作、报警提醒和故障记录3类。系统对这3类事件具有详细的记录功能,包括事件发生的时间、站号、设备号等信息。对开关变位、参量超限等信息,还具有主动画面提示和声像报警功能。
 
结合继电保护装置,该系统还可以对10kV高压回路,进行事故追忆。可以记录事故前1min至事故后5min相关回路的模拟量。同时可从保护装置中读取10个周波的故障录波波形。
 
2.7  系统五遥功能
 
PCS-9700智能变配电监控系统不仅可以实现常规的遥信、遥控、遥测和遥脉功能,还可以实现“遥设”功能。
 
1)遥信。实时对开关运行状态、保护动作信号、变压器冷却风机状态等开关量进行监视。在监控画面中实时显示和自动报警。
 
2)遥控。系统可以通过监控画面选择相应的站号、开关号进行遥控操作,授权确认后系统自动执行相关操作。
 
3)遥测。通过计算机实时对变配电系统的主要参数(电压、电流、功率因数、变压器温度等)进行不断地采集、处理和显示,自动生成报表。
 
4)遥脉。系统可以实现对各低压配电室主要出线回路电度的自动抄写。
 
5)遥设。通过监控系统可以对继电保护装置的定值进行上传、下装,从而实现相关设定值的修改。
 
3  监控系统应用举例
 
下面以国家大剧院某低压配电回路发生的跳闸故障为例,介绍PCS-9700监控系统在变配电系统运行故障分析中的应用。
 
3.1  故障发生情况
 
某日夜间,PCS-9700监控系统报警画面弹出,同时声光报警闪烁。值班人员立即检查报警信息,发现报警信息为“2017年4月17日21∶07∶40 4#变配电站4261开关遥信变位分闸”。经过现场确认该开关处于跳闸状态,所带低压负荷(风机)均已处于停电状态。相关人员立即对故障进行排查处理。
 
3.2  故障回路简介
 
故障回路系统单线图如图3所示。4161回路上级电源取自4#站9号变压器所带的低压4号母线。出线电缆接到到某区域风机房SEB3C1和SEB3C2配电柜的双电源互投器的主电源上口侧。4251回路上级电源取自4#站10号变压器所带的低压5号母线。
 
出线电缆接到风机房SEB3C1和SEB3C2配电柜的双电源互投器的备电源上口侧。SEB3C1和SEB3C2配电柜所带主要负载为2台通风风机。
 
该回路正常工作时,4161和4251均处于合闸状态,风机房SEB3C1和SEB3C2配电柜内互投器均处在主路合闸供电,备路分闸备用状态。当互投器检测的主路电源失电,自动分开主路电源断路器,
 
图3  故障回路系统单线示意图
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
合上备路电源断路器,由备用电源供现场设备继续工作。在主路电源恢复正常后,互投器自动切换回到主路,备路断开备用的状态。互投器主备断路器之间有机械互锁机构,确保避免两台断路器同时闭合或同时断开。
 
3.3  故障过程分析
 
4161和4251开关均为金钟穆勒NZS 10-630 S塑壳断路器,选配ZM-630-NZM10电子脱扣器。开关的整定值和速断设定如图4所示。
 
图4  4#配4161开关设定值
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
4161开关的整定值Ir设定为500A,速断保护值Irm设定为6*Ir。4151开关的整定值和速断保护值与4161开关相同。
 
利用变配电监控系统的历史趋势曲线分析功能,调取该回路跳闸时间段内的电流历史变化曲线如图5所示。
 
由图5中可以看出,4161开关在跳闸前的电流有逐渐上升的过程,最大值达到了490A,已经接近了开关的整定值500A。根据电流变化趋势可以推断4161开关跳闸的原因为过流跳闸。
 
从图5还可以看出,4161和4251开关的电流变化趋势一致,且4251开关所在的备用回路,在跳闸故障发生前就存在有较大电流(约425A),而正常情况下不应有电流。这就说明下级SEB3C2配电柜的双电源互投器的备路出现异常。
 
图5  4#配4161、4251电流变化曲线
PCS-9700监控系统在国家大剧院变配电系统中的应用
 
 
后经过现场确认,发现风机房SEB3C2配电柜内双电源互投器机械互锁脱扣,导致主备断路器均处于合闸状态。4#配电室的两台变压器通过该回路合环并列运行,产生了较大的合环电流,最终导致4161开关过流跳闸。
 
通过南瑞PCS-9700变配电监控系统,不仅能够快速地判断出故障发生的原因,而且还可准确地找出故障发生的位置,为消除故障恢复变配电系统正常运行,提供了有力保障。
 
4  结论
 
NARI PCS-9700变配电监控系统投用以后,表现出操作使用便捷、监控实时性强、保护灵敏度高等特点。通过其遥测、遥信功能,可以使值班人员及时地获取设备运行状况、报警信息。
 
有关技术人员借助该系统,不仅能快速判断出故障发生的原因,而且还能准确找出故障发生的位置,为国家大剧院配电正常运行,提供了有力保障。

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