1、前言 1.1 電力綜合自動化系統(tǒng)的概念 電力綜合自動化是指利用現(xiàn)代電子技術、通信技術、計算機及網(wǎng)絡技術與電力設備相結合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質量，與用戶建立更密切更負責的關系，力求供電經濟性最好，企業(yè)管理更為有效。 工廠電力綜合自動化系統(tǒng)包含企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。主要包含以下2個方面： 饋線自動化：完成饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡重構。其主要功能有：運行狀態(tài)監(jiān)測、遠方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負荷轉移及恢復供電、無功補償?shù)取? 變配電站自動化：變電站自動化指應用自動控制技術和信息處理與傳輸技術，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運行操作的一種自動化系統(tǒng)。 1.2 實現(xiàn)電力綜合自動化的必要性 電力的正常供應對朝柴公司、思益公司生產的正常進行有著非常重要的作用。隨著朝柴公司、思益公司新產品的開發(fā)和生產規(guī)模的擴大，工業(yè)用電的需求量逐年增加，精益生產、準時化的生產方式對供電質量及可靠性也提出了更高的要求。這就要求思益公司的變配電系統(tǒng)在擴建和改造的同時，還要加強監(jiān)控力度，做好負荷分析和負荷預測工作。 思益公司電力系統(tǒng)電源由電業(yè)局孟克變電站10KV系統(tǒng)供給，經西廠區(qū)開閉所、南廠區(qū)開閉所、北廠區(qū)開閉所分配至各變壓器降低為0.4KV供給各種用電單位使用。 而動力公司只在10KV開閉所內設有值班室，依靠人工對電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行采集，抄錄數(shù)據(jù)少，無法實現(xiàn)準確的負荷分析與管理，無法保證電力系統(tǒng)運行的可靠性。這樣，期望在配電所及時記錄電力參數(shù)的變異，掌握電力運轉的品質，對非正常狀態(tài)及時報警，并準確記錄實發(fā)事故，及時發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患，保證安全、可靠、連續(xù)地供電，實現(xiàn)配電系統(tǒng)智能化，做到防患于未然，就成了急需解決、十分重要的問題。 但我公司變配電設備使用時間較短，加上設備比較堅固耐用，老化現(xiàn)象并不嚴重。為了提高設備的綜合自動化水平而將現(xiàn)有設備淘汰重建，將會造成巨大的投資浪費。因此，必須充分利用現(xiàn)有設備，采用計算機控制和通信技術，對現(xiàn)有設備進行適當?shù)募夹g改造，使之滿足自動化運行的要求，才是最佳解決方案。 1.3 實現(xiàn)電力綜合自動化的可行性 常規(guī)開關柜與智能儀表、現(xiàn)場控制模塊的組合應用就可以構成智能配電系統(tǒng)?，F(xiàn)在，隨著微處理器及個人計算機技術的飛速發(fā)展，PLC、智能儀表、現(xiàn)場控制模塊等自動化監(jiān)控設備的價格得以大幅度降低，體積也逐漸縮小，使得常規(guī)配電系統(tǒng)的智能化改造不再是昂貴而遙不可及的夢想。 2、電力綜合自動化改造的具體要求 對常規(guī)變配電站實施電力綜合自動化系統(tǒng)改造后，應滿足如下要求： （1）遙測 可以實時對系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等進行采集、分析、處理、記錄，顯示曲線，自動生成報表。 （2）遙信 可以實時對開關的運行狀態(tài)、保護動作等開關量進行監(jiān)測，計算機實時顯示和自動報警，并對各柜內的開關狀態(tài)、事故跳閘、過流、速斷、溫度等動作實時記錄、打印。 （3）遙控 通過計算機屏幕選擇相應的站號、開關號、合分閘等信號，同時在屏幕上將要選擇的開關的狀態(tài)反饋回來，確認后執(zhí)行，實時記錄操作的時間、類型和開關號等。 3、電力綜合自動化系統(tǒng)硬件結構和設備選型 系統(tǒng)采用模塊化、分層分布式開放系統(tǒng)結構。本著分散控制、集中監(jiān)視的原則，按間隔劃分、單元化設計、分布式處理，實現(xiàn)設備分層和網(wǎng)絡分層的解決方案，整個系統(tǒng)分為現(xiàn)場級控制層和站級控制層。 現(xiàn)場級控制層中的自動化設備要求運行十分穩(wěn)定可靠，能免維護使用，同時又能滿足工程的自動化設計要求。 站級控制層位于集中控制室，一般由計算機、打印機、通訊設備及不間斷電源等組成，硬件采用高性能高可靠性的工業(yè)PC機，系統(tǒng)軟件采用Microsoft Windows 搶占式多任務多線程操作系統(tǒng)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、報警顯示、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計報表和變配電站優(yōu)化運行控制等功能。 3.1 方案設計 方案一：如圖1，在每個變配電站內用屏蔽雙絞線將全部智能表聯(lián)接在一起，再接一個RS-232C／RS-485轉換器后，與微機構成一個變電所內的監(jiān)控部分。對于距離超過1200米以外的變電所，通過電話、無線通信實現(xiàn)遠程通信，構成整個硬件系統(tǒng)。 方案二：如圖2，每個開閉所作為一個監(jiān)控子站，每個開閉所配備一臺微機安裝智能系統(tǒng)軟件，微機的一個RS-232接口（COM1或COM2）外接一個RS-232/RS-485轉換器，在每個配電所內，用屏蔽雙絞線智能儀表表聯(lián)接在一起，構成一個單獨的監(jiān)控子站。該子站再通過局域網(wǎng)與監(jiān)控中心通信。 方案三：如圖3，每個開閉所配備一臺下位機，下位機帶有RS-485接口，在每個配電所內，用屏蔽雙絞線將智能儀表聯(lián)接在一起，與下位機相連，下位機通過局域網(wǎng)與監(jiān)控中心通信。 3.2 方案比較 以上是系統(tǒng)構成的三種常規(guī)方案，可以根據(jù)工程實際需要進行靈活設計，智能儀表可以分散安裝在開關柜的儀表盤上，也可以安裝在集控柜內。 中控機與RS-485總線直連方式，可靠性好，通訊速度快，投資少，軟件設計簡單，但RS-485總線長度限制在1200米以內。 監(jiān)控子站方式，每個子站可以獨立實施自動化監(jiān)控和管理，但需設置多臺監(jiān)控子站，投資費用大，且軟件設計較復雜。 無線通訊方式需安置天線等附屬設施，投資費用大，可靠性差。 電話線方式，通訊速度快，軟件設計簡單，投資少，但每部電話需要占用線路，并按月交納月租費。 現(xiàn)場下位機方式，可充分利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)資源，投資少，軟件設計簡單，但下位機本身無存貯裝置，不能獨立實施自動化監(jiān)控和管理。 3.3 方案確定 因我們將監(jiān)控中心選在西廠開閉所，所以對西廠區(qū)開閉所的自動化監(jiān)控和管理系統(tǒng)通訊方式采用RS-485總線與中央控制機直連方式；對于距離超過1200米的南廠區(qū)開閉所、北廠區(qū)開閉所、金工一、金工二、金工三、金工四低壓配電所，采用在每個配電所安裝一臺現(xiàn)場下位機，由下位機通過局域網(wǎng)與中央控制機進行通訊，完成自動化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。系統(tǒng)結構如圖4所示。 3.4 設備選型 系統(tǒng)結構及具體方案設計完成后，下一步的工作就是設備選型，我們查閱了大量自動化設備資料，經過仔細研究，決定采用如下設備。 （1）智能儀表 智能儀表是整個系統(tǒng)的硬件核心，應在符合計量標準同時，具備與上位機通訊功能?？紤]節(jié)省改造資金及充分利用原有設備，智能儀表使用原有的全電子式多功能電能表，全電子式多功能電能表具有高穩(wěn)定、高可靠、高安全、高壽命、高精度等諸多優(yōu)點，符合DL/T614-1997、DL/T645-1997等標準，是電力部門現(xiàn)代化電能測量和管理的理想計量儀表。 全電子式多功能電能表基本特性如下： 采用雙處理機，分別擔任功率計量和數(shù)據(jù)處理工作，相互間完全隔離，增強抗干擾性能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 主CPU設內外部雙看門狗電路，按操作規(guī)程使用時，系統(tǒng)可以永不死機，確保高可靠性。 數(shù)據(jù)備份時，采用雙份拷貝、熱緩沖，數(shù)據(jù)恢復時，采用冗余判決，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實性。 雙后備電池做數(shù)據(jù)和時鐘的備份電源，可長期工作無后顧之憂 通過RS-485串口可對電能表實施全功能操作。 全電子式多功能表基本功能如下： 測量雙向有功、四象限無功電能； 測量雙向有功、四象限無功最大需量； 保留三個抄表周期的電能和最大需量數(shù)據(jù)； 四種費率，每日可切換12次，周休、節(jié)假日可以設定 六套時段表，每年可分四個季節(jié)段； 無源有功正反向、無功四象限脈沖輸出，脈沖寬度可編程設定； 失壓、失流計時及顯示； 測量瞬時功率、電壓、電流及功率因數(shù)； 超需量限額報警； 超預警電量報警及剩余電量等于零或小于透支電量時拉閘； 具有存儲功能，每15分鐘存儲一次數(shù)據(jù)，并保存前一天的數(shù)據(jù)； 上位機可實時讀取有功、無功功率，產生任何時間密度的復合曲線，便于合理的用電管理。 （2）RS-232/RS-485信號轉換模塊 由于RS-232與RS-485所采用的IC不一樣，它們之間的信號標準電位也不相同，如果希望能使用RS-232去進行RS-485的控制，就必須將RS-232的標準電位做轉換。本系統(tǒng)選用泓格科技出品的分布式模塊ICP-CON的I-7520進行RS-232與RS-485的信號轉換。 （3）可編程自動化控制模塊 可編程自動化控制模塊選用了臺灣鴻格科技的I－7188EXD。I-7188EXD的強大功能來自于帶有512K字節(jié)的靜態(tài)RAM和512K字節(jié)閃存的 80188-40 處理器。它還提供1個RS-232串口和1個RS-485口。通過一個與NE-2000兼容并帶有16K字節(jié)緩存芯片和10Base-T接口界面的控制器提供支持以太網(wǎng)的功能。 I-7188EX 也能提供14個用戶定義的I/O連線。可以連接低價高效的I/O擴展板卡，如A/D，D/A，繼電器驅動和輸入保護板卡。I-7188EX也支持電池供電的SRAM磁盤卡和Flash-Rom卡，從而能提供從2G到64G的不丟失的大容量存儲。 （4）分布式數(shù)據(jù)采集控制模塊 實現(xiàn)監(jiān)控最基礎的便是應用數(shù)字輸入/輸出來檢測外界狀態(tài)和控制開關，我們在系統(tǒng)中選用了臺灣鴻格科技的I－7065，作為數(shù)字輸入/輸出模塊，實現(xiàn)對現(xiàn)場開關量的采集和控制。I－7065是5通道繼電器輸出/4通道數(shù)字量輸入模塊。如圖7所示。 （5）中央控制機 中央控制機選用臺灣艾訊公司生產的工業(yè)計算機，工業(yè)計算機具有較高可靠性，具有較好的擴展性。 4、電力綜合自動化系統(tǒng)的軟件開發(fā) 主要工作是按DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》及Delphi編程語言開發(fā)串口通信組件和數(shù)據(jù)采集程序，實現(xiàn)動態(tài)的人機界面，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享。 5、電力綜合自動化系統(tǒng)的具體功能 5.1 數(shù)據(jù)采集功能 電力綜合自動化系統(tǒng)采集現(xiàn)場有關數(shù)據(jù)，包括模擬量及開關量，測量量，外部輸入訊號等數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控系統(tǒng)作實時處理，實時更新數(shù)據(jù)庫及顯示畫面，并在屏幕上采用模擬圖方式實時顯示現(xiàn)場設備運行狀況，顯示實時和歷史事件，為系統(tǒng)實現(xiàn)其他功能提供必需的運行信息。具體如下： （1）系統(tǒng)能完成配電系統(tǒng)模擬量運行狀態(tài)的監(jiān)視，有效反映各模擬量（電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能等）。 （2）系統(tǒng)能對配電系統(tǒng)內狀態(tài)量進行有效，安全，可靠，直觀的監(jiān)視，如開關位置、斷路器位置。 5.2 控制功能 通過主站微機的鍵盤，鼠標器對控制對象進行分合操作?？刂茖ο蟀ㄩ_關和斷路器開關的分合（跳合）操作。為保證受控設備的安全，必須有可靠的閉鎖和防范措施，控制操作實施時必須輸入口令，口令是操作員唯一通過微機來分合開關或斷路器的唯一驗證手段，口令需要雙重驗證。 5.3 屏幕顯示功能 系統(tǒng)能在主控機顯示與實際相對應的一次主接線模擬圖，顯示各控制對象的運行狀態(tài)并實時動態(tài)更新。可形成實時的和歷史的模擬量連續(xù)變化的趨勢圖，如功率負荷曲線。數(shù)據(jù)可以在系統(tǒng)硬盤中長時間儲存，為進行負荷分析和預測提供全面的第一手資料。 系統(tǒng)主接線圖； 斷路器、開關狀態(tài)； 實時量參數(shù)表顯示； 報警信息； 歷史數(shù)據(jù)，趨勢曲線； 事件顯示。 5.4 越限監(jiān)視與報警功能 按系統(tǒng)實際需要，可在任何時間在顯示屏上通過彈出報警窗口方式顯示最新的報警信號和提示，及時反映事故報警，并產生報警聲音，包括音響報警，語音報警，警鈴報警。報警分模擬量報警和開關量報警，報警訊號一旦發(fā)出將持續(xù)不斷直到有值班人員來處理并按報警取消或復歸鍵。報警信號按時間先后順序排隊，報警信號分不同的報警級別，并用閃爍和不閃爍來區(qū)別某一報警是否已確認或已處理。所有報警信息均存儲在事件記錄中，作為對該報警之事后分析依據(jù)。 模擬量越限報警，將越限時間，測點名稱，越限時刻工程值（高限，高高限，低限，低低限），工程量單位，越限性質輸出當?shù)刂鳈C硬盤或打印機上，并給出聲光報警信息。 5.5 事件信息功能 系統(tǒng)能顯示和記錄配電系統(tǒng)中所有動作事件。事件包括：所有報警信號；開關的操作；系統(tǒng)通訊狀況，設備運行狀況；斷路器動作和狀態(tài)等。 5.6 報表記錄和打印功能 系統(tǒng)可以將采集數(shù)據(jù)存儲在實時數(shù)據(jù)庫，并可按要求自動生成報表。 運行日志，月報表，年報表； 事故，故障，操作一覽表； 事件順序記錄表； 6、電力綜合自動化系統(tǒng)的經濟性分析 6.1 提高供電質量 使用電力綜合自動化系統(tǒng)可提高供電的可靠性。實現(xiàn)變配電站自動化，可減少故障次數(shù)，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據(jù)。 6.2 降低網(wǎng)損 根據(jù)國內配電自動化系統(tǒng)運行的成功經驗，通過電壓和無功優(yōu)化控制，可以降低網(wǎng)損率3％左右。 6.3 提高設備管理水平 電力綜合自動化系統(tǒng)系的效益還在很大程度上體現(xiàn)在變配電設備管理上。比如設備檢修，如果沒有相應的配電自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)，所有設備按一定期限定期檢修，其工作量巨大，耗費大量人力物力，電力自動化系統(tǒng)的使用可以使設備檢修的針對性更強。變故障修為狀態(tài)修，變人工巡檢為自動故障保修，減輕維護人員的勞動強度；減少操作人員；增強電力系統(tǒng)的免維護性。 通過對負荷的監(jiān)控，合理分配負荷，還可以最大限度地保護供電設備投資。有利于提高設備的安全和健康水平，延長使用壽命。 6.4 提高用電管理水平 電力綜合自動化系統(tǒng)提供了一套科學化的用電管理手段，可以準確、及時地提供實時的數(shù)據(jù)和信息；可以直觀地監(jiān)視電力設備的運行情況，方便的控制計劃停電、供電，實現(xiàn)總體控制。為用戶調整用電峰谷時段，提供有效的依據(jù)。做到值班電工通過電腦化面實時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況；檢修電工根據(jù)畫面的予警提示有針對性的對設備進行保養(yǎng)、檢修；電氣工程師通過系統(tǒng)報表和分析曲線制訂保養(yǎng)、檢修、整改計劃；管理者代表可根據(jù)詳細的電量統(tǒng)計報表核算、控制生產成本；為企業(yè)ERP提供充足完整的數(shù)據(jù)信息。在不增加人員成本的基礎上，大大提升了管理水平。 6.5 節(jié)省人員成本 電力綜合自動化系統(tǒng)使得動力公司電氣人員職責更清晰、層次更分明、分工更具體，對運行、檢修人員要求少而精，電力綜合自動化系統(tǒng)投入使用比沒有進行自動化改造前可節(jié)省1/3人員。 7、結束語 總結以上可以看出，電力綜合自動化系統(tǒng)改造具有明顯的經濟效益。另外，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，將電力綜合自動化系統(tǒng)同工廠的集散控制系統(tǒng)DCS、企業(yè)資源計劃ERP融合在一起，達到良好管理，已成為一種必然趨勢和發(fā)展方向。 參考文獻 [1]《監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用》，清華大學出版社，馬國華 [2]《水電站無人值班綜合自動化系統(tǒng)》，楊辰，周洪，賀劍鋒 [3]《Visual Basic與分布式監(jiān)控系統(tǒng)——RS-232/485串行通信》，范逸之，清華大學出版社 [4]《常規(guī)變電站實現(xiàn)無人值班對二次回路的改造》，臺山電力局，余國平 [5]《低壓智能配電監(jiān)控系統(tǒng)方案》，珠海派諾電子有限公司