分布式变电站电力监控系统

文　摘　探讨变电站电力监控系统的总体结构方案，详细分析监控系统软件的功能和实现过程。监控系统以分布式线路监控仪为基础，应用软件基于 Windows 95 环境，有全新的图形操作界面，实时多任务运行，符合变电站综合自动化和电网调度自动化的要求。
关键词　变电站　监控系统　变电站综合自动化　电网调度自动化
　　变电站电力监控系统能就地或向远方提供必要的运行信息，尤其是开关和保护行为的信息，使值班人员和系统调度人员把握安全控制、事故处理的主动性，同时可以提高电网的运行管理水平，减少变电、配电损失，提高供电质量。
　　随着电力工业装备技术的发展和运行管理水平的提高，国内不少变电站或厂矿配电室配置了电力监控系统，但这些监控系统一般为集中柜式，可靠性较差，维护检修不方便，人机界面不友好，数据处理能力差。因此，有必要开发新型的分布式变电站监控系统，更好地完善变电站综合自动化和电网调度自动化的功能。

1　分布式电力监控系统的基本结构

　　分布式电力监控系统将电力线路监控仪进行网络化组合，主机采用 IBM PC 586 兼容机或工业控制机，其基本结构如图1所示。
 

图1　分布式监控系统的基本结构
分布式监控系统的设备主要有：

　　(1)数台线路监控仪；
　　(2) 一台 IBM PC 586 微机或工业控制机；
　　(3) 一个网络通信接口；
　　(4) 一个调制解调器；
　　(5) 一台打印机(可选项)。
　　这样设计的分布式监控系统维护简单，设备通用性强，主机硬件、软件资源可以充分利用，并且易于与电网调度中心连接。

2　线路监控仪

　　面向线路或变压器的分布式电力线路监控仪是针对电网三相监视、测量和控制而设计的装置，它以 MCS-96 系列单片机为核心，采用液晶显示、全金属封装的结构，基本尺寸为 290×190×110 mm3，安装、维护类似电度表，使用相当方便。
　　线路监控仪的输入量为：
　　(1) 母线 PT 二次侧三相交流电压(100 V)；
　　(2) 线路 CT 二次侧两相或三相交流电流(5A)；
　　(3) 断路器位置接点；
　　(4) 继电保护信号接点或脉冲量信号，共7路；
　　(5) 变压器油温 (可选项)。
　　线路监控仪可测量几十个运行参数，具有条件控制输出、谐波分析、故障录波等功能。它可以分散安装到对应线路或变压器的开关柜上，然后用通信电缆连接到主机上；此外，也可以将它们集中安装到仪表柜上，将各条线路或各台变压器的输入量引到该柜上，并且用通信电缆连接到主机上。
　　每台线路监控仪有各自的组号和回路号，其内部参数既可由监控仪面板设置，也可通过主机软件设置。

3　监控系统的软件环境

　　线路监控仪采用 C 语言编制程序，主机采用中文 Windows 95 操作环境，用 Visual BASIC 4.0 语言编制程序，用 FoxPro 2.5 的数据库文件形式。

4　主机软件的主要功能模块

　　监控系统的主机软件以变电站电气主接线图为主界面，在主接线图上定时显示变电站各母线电压、各条线路或各台变压器的有功功率、无功功率、电流、有功电度、全站总有功功率、总无功功率、主变压器油温、电网频率等数据，以及断路器闭合或断开状态。利用 Windows 95 多任务操作系统的特点，在主机软件中可以多窗口查阅、修改变电站主变压器、线路、保护等参数档案。当继电保护动作时，可以实时弹出变位报警窗口，显示出变位的线路名称、变位事件名称、变位时间及变位瞬间的线路功率等内容。所有这些功能主要由以下的模块实现：
　　(1) 通信模块。
　　(2) 遥测遥信模块。
　　(3) 遥控遥调模块。
　　(4) 图形模块。
　　(5) 运行状况模块。它包括最大与最小值显示、谐波处理、越限与变位事件记录三个子模块。
　　(6) 系统设计模块。它主要包括下列子模块：光字牌设置、事件设置、电度表参数设置、负荷管理、系统参数设置、校时钟、值班员名单设置等。
　　(7) 系统管理模块。它主要包括下列子模块：拷贝文件、删除文件、通信通道故障查询、变位查询、停送电查询、断路器操作查询、交接班情况查询。
　　(8) 值班员交接班记录模块。
　　(9) 报表打印。
　　(10) 全站、各条线路或各台变压器历史、实时数据查阅。

5　主机软件的主要功能设计

5.1　数据通信功能
　　变电站内部的线路监控仪与主机之间的通信采用 RS 485 通信总线，通信距离可达 1 200 m，波特率可以设定为 300、600、1 200、2 400、9 600、14 400或19 200。
　　上发调度中心的通信单独使用一个通信接口，可以配接无线电台、扩频通信、音频电缆或载波等通信设备，波特率可以选为 300～19 200，规约为 MODCOM、Polling、部颁 CDT 等。
　　数据通信功能软件通过后台程序实现。在 Visual BASIC Enterprise 版中具有 MsComm 通信控件，借助该控件可以设置 PC 机串口通信的波特率和数据格式。由于该通信控件可以引发并响应 OnComm 事件，这样通信程序就能够设计成事件驱动方式，从而在接收或发出数据时不影响前台窗口程序的运行。
　　主机与线路监控仪之间的通信采用一个单独的模块。当主机向线路监控仪下发通信命令时，格式由地址和数值两部分组成，地址部分采用 Mark 模式发送，即多机通信位1状态；数值部分采用 Space 模式发送，即多机通信位0 状态。当线路监控仪向主机上报数据时，采用 Space 模式发送。这样的通信方式可使线路监控仪尽量少受与本仪器无关的通信数据的影响。
　　在主机接收线路监控仪上报遥测数据的间隔中(约 200 ms)，主机通过发出“报警取数据”专用命令(例如一个字节 H55)，使得有变位报警信号的监控仪立即上报变位报警数据。即使暂时停止数据遥测时，后台通信程序也定时向线路监控仪发出“报警取数据”专用命令。如果由于某种干扰使计算机发生“死机”现象，三分钟左右主机串口未接到“报警取数据”专用命令，则主机会自动“复位”(Reset)，重新进入监控程序。

5.2　遥控遥调

　　变电站值班人员首先用鼠标器点击“遥控遥调”菜单项，然后就可以在主机屏幕的电气主接线图上选择相应的断路器进行闭合或断开的操作。每次合、断操作时，会自动弹出遥控窗口，询问回路密码和操作人代码，并提示该断路器的线路号、线路名称及状态，以避免误操作。
　　值班人员还可以在电气主接线图上选择相应的有载调压变压器，将分接头进行实时调整。

5.3　数据处理与记录

　　由于电力部门管理工作中普遍采用 FoxPro 数据库，因此在主机中所有数据记录文件都采用 FoxPro 2.5 的“.DBF”文件形式。数据文件的结构(例如：字段数、字段名称、字段宽度、字段类型等)已事先确定，通过 Visual BASIC 与 FoxPro 2.5 的接口，在主程序中可以直接调用、修改、增添“.DBF”文件的记录。这些“.DBF”文件也可以直接在其它工作中使用。
　　为满足变电站运行管理、继电保护分析、电网调度中心、电网规划的需要，主机软件中主要有下列一些数据处理与记录：
　　(1) 各条线路或者各台主变压器的有功功率、无功功率、电流、功率因数、有功电度、无功电度的定时记录，并统计出这些数据日最大值、最小值及相应时间，由此可进行主变压器高峰及低谷负荷时的负荷率分析。
　　(2) 各条母线电压定时记录，并统计出日最大值、最小值、平均值及相应时间，各条母线电压越限值和相应时间，由此可计算各条母线的日、月、年电压合格率。
　　(3) 开关变位瞬间前16个周波 (每周波10个点)的电压、电流数据。
　　(4) 拉闸限电、断路器故障跳闸次数的日、月、年统计。
　　(5) 主变压器油温的定时记录和越限运行时间统计。
　　(6) 进行谐波分析，给出谐波分量大小及总谐波畸变率。

5.4　报表、图形打印

　　历史或实时数据表格、曲线图、立体棒图和立体饼图，既可以定时自动打印，也可以随时召换打印。
　　对于统计报表，可以在线地修改表格格式及所联系的数据库数据。

5.5　内部参数的设置

　　监控系统的所有内部参数都可以在主机屏幕上通过相关窗口修改、设定。主要的内部参数包括：
　　(1) 各条线路或各台变压器开关量、保护信号的定义。
　　(2) 各条线路 CT 、PT 变比大小。
　　(3) 各条线路的编号、名称、密码。
　　(4) 各条线路24小时分时电度费率。
　　(5) 各条线路12 类模拟量越限报警信号及限值大小。
　　(6) 各条线路 24 个小时计划负荷。通过设置24个小时分时负荷极大值和动作延迟时间，实现对用户的负荷管理。此项功能也可设定为“禁用”。
　　(7) 除所测线路的断路器外，线路监控仪还可遥控另外一组断路器的线路号。这样设定以后，每一台线路监控仪就可以同时遥控两组断路器。

5.6　多媒体功能

　　利用 Windows 95 的多媒体环境，可以将一些必要的信息录音为“.WAV”文件，然后通过调用这些文件，用语音报出主变压器油温、变位报警的线路名称、线路号、变位事件名称等内容。
　　这样，可以更好地提醒变电站值班人员的注意。

6　结论

　　分布式变电站监控系统设备通用，维护、安装简单，可靠性高，功能较齐全，用户使用方便。经河北、内蒙、北京等地的多个变电站和厂矿配电室使用，本文所述的监控系统收到了良好效果。监控系统的主机软件在增加站码数据后，也可以扩充为电网调度中心的调度自动化软件。随着应用功能不断开发和完善， Windows 95 环境下开发的变电站监控系统软件必将会在变电站综合自动化中起到更大的作用。