變電站安全預(yù)警系統(tǒng)
1 概述
1.1 意義
隨著電力系統(tǒng)體制改革的深入,電力系統(tǒng)普遍開(kāi)展了”減人增效”、”提高供電水平和供電質(zhì)量”、”創(chuàng)一流企業(yè)”的工作。無(wú)論是減人增效還是創(chuàng)一流企業(yè),變電站都涉及了一個(gè)核心任務(wù):變電站應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
這樣,變電站必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題:
?如何保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性問(wèn)題;
?如何解決變電站無(wú)人值守后的安全管理問(wèn)題;
?如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)視問(wèn)題。
各種電壓等級(jí)的變電站在運(yùn)行過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)安全成了十分突出的問(wèn)題,特別是火災(zāi)、煙霧、非正常進(jìn)入、電纜溝進(jìn)水、小動(dòng)物侵入電纜溝等關(guān)系到變電站安全運(yùn)行的監(jiān)控問(wèn)題,靠操作隊(duì)人員的正常巡視難以實(shí)現(xiàn),必須建立一個(gè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境,對(duì)變電站各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響變電站安全運(yùn)行的因素如:設(shè)備異常、火災(zāi)、水災(zāi)、過(guò)熱、絕緣狀況、局部放電等實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè),使故障信息能夠早期發(fā)現(xiàn)并得到及時(shí)處理,使成立后的操作隊(duì)運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行工況、解決操作隊(duì)巡視周期內(nèi)的監(jiān)控空白,加強(qiáng)對(duì)變電設(shè)備的監(jiān)控。
無(wú)人值守變電站安全預(yù)警系統(tǒng)就是針對(duì)當(dāng)前情況而開(kāi)發(fā)的一整套使變電站安全運(yùn)行的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)把監(jiān)控對(duì)象落實(shí)到每一監(jiān)護(hù)設(shè)備,由微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)負(fù)責(zé)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。變電站安全預(yù)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)視變電站的安全運(yùn)行及環(huán)境狀況,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站的運(yùn)行環(huán)境,對(duì)變電站各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響變電站安全運(yùn)行的因素如:環(huán)境溫度、濕度、設(shè)備異常、火災(zāi)、水災(zāi)、過(guò)熱、絕緣狀況、局部放電等實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí),終端裝置采集到該實(shí)時(shí)信息后,立即記下此信息,進(jìn)行校對(duì)、分析、處理,當(dāng)確認(rèn)為報(bào)警信號(hào)時(shí),以聲和光的方式發(fā)出預(yù)警信息和報(bào)警信號(hào),使故障信息能夠早期發(fā)現(xiàn)并得到及時(shí)處理,能夠給變電站的運(yùn)行提供真正的安全保障。變電站安裝?quot;變電站安全預(yù)警系統(tǒng)”后,有效的實(shí)現(xiàn)了:
?將事故后報(bào)警改為事故前預(yù)警;
?將正常的3~4天一次的巡視變?yōu)?4小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控;
?將運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)巡視檢查變?yōu)樽詣?dòng)化監(jiān)視;
?將分散的巡視檢查變?yōu)榧斜O(jiān)控;
?減輕了操作隊(duì)人員、車(chē)輛來(lái)回奔波的辛苦,解決了變電站,尤其是無(wú)人值守變電站變電設(shè)備安全運(yùn)行如何實(shí)現(xiàn)可控、在控的問(wèn)題,從而使變電站完全具備了無(wú)人值守的要求,操作隊(duì)成為了真正意義上的監(jiān)控中心。
1.2 系統(tǒng)組成
”變電站安全預(yù)警系統(tǒng)” 由變電站安全預(yù)警終端、變電站安全預(yù)警主站(包括服務(wù)器、安全預(yù)警系統(tǒng)顯示屏)組成。安全預(yù)警終端主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、判斷和處理,將處理結(jié)果由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至變電站運(yùn)行監(jiān)控中心(或變電站操作隊(duì)),安全預(yù)警終端應(yīng)安裝在變電站中。安全預(yù)警服務(wù)器對(duì)安全預(yù)警終端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果出現(xiàn)報(bào)警故障,則要求安全預(yù)警終端和安全預(yù)警服務(wù)器都要進(jìn)行報(bào)警,安全預(yù)警服務(wù)器還要能記錄報(bào)警類(lèi)型和時(shí)間,以便查詢(xún)、分析,能與運(yùn)行工作站、調(diào)度、自動(dòng)裝置等進(jìn)行通信。安全預(yù)警服務(wù)器可安裝在調(diào)度所、操作隊(duì)等處,其數(shù)據(jù)應(yīng)在整個(gè)電力部門(mén)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共享。安全預(yù)警系統(tǒng)顯示屏主要完成故障顯示,可聲光報(bào)警,使運(yùn)行監(jiān)控人員能夠非常明顯的看到事故發(fā)生地點(diǎn)及類(lèi)型。
”變電站安全預(yù)警系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)非常靈活,安全預(yù)警系統(tǒng)可以獨(dú)立組成系統(tǒng),也可以和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化(SCADA)系統(tǒng)集成,或者和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[4]。
?。?)調(diào)度中心到操作隊(duì)數(shù)據(jù)傳輸方式可以為以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議或RS232轉(zhuǎn)發(fā)。
?。?)從終端到調(diào)度中心的傳輸通道可以是:光纖、載波通道、專(zhuān)線。
?。?)變電站安全預(yù)警終端,可以通過(guò)RS232接口單獨(dú)使用;可以與變電站的RTU配合使用,與RTU集中組屏,將報(bào)警信號(hào)通過(guò)RTU轉(zhuǎn)發(fā)給調(diào)度主站,實(shí)施報(bào)警,這樣可不占用信號(hào)傳輸通道。
2 無(wú)人值守變電站安全預(yù)警主站YJ2000
2.1 體系結(jié)構(gòu)[4]
無(wú)人值守變電站安全預(yù)警主站系統(tǒng)YJ2000,是基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式系統(tǒng)。服務(wù)器系統(tǒng)的基本任務(wù)是數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)處理,并響應(yīng)客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求向客戶(hù)機(jī)傳送格式化的數(shù)據(jù)信息??蛻?hù)機(jī)系統(tǒng)則負(fù)責(zé)提供用戶(hù)界面,如圖形、聲音、動(dòng)畫(huà)等。YJ2000的服務(wù)器是功能服務(wù)器,不同于傳統(tǒng)的文件服務(wù)器,在功能服務(wù)器上可同時(shí)運(yùn)行各種功能軟件。服務(wù)器系統(tǒng)和客戶(hù)機(jī)系統(tǒng)可以運(yùn)行在各自的硬件平臺(tái)上,也可以運(yùn)行在同一臺(tái)機(jī)器上,服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.2 硬件平臺(tái)
無(wú)人值守變電站安全預(yù)警系統(tǒng)主站系統(tǒng)在硬件上應(yīng)由服務(wù)器、前置機(jī)、客戶(hù)機(jī)、通道柜、大屏幕顯示屏組成。
服務(wù)器是YJ2000安全預(yù)警主站系統(tǒng)的核心。前置機(jī)完成系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的接口任務(wù)。系統(tǒng)其他各種工作站均是客戶(hù)機(jī),根據(jù)需要可以配備多臺(tái)。
系統(tǒng)服務(wù)器可選用一般微機(jī)或?qū)S梅?wù)器,CPU 為Pentium III 450 MHz以上,內(nèi)存不少于64 M(最好128M),硬盤(pán)4.3 GB以上。系統(tǒng)客戶(hù)機(jī),可選用能運(yùn)行Windows NT或Win95/98的微機(jī)或者RISC工程工作站,推薦選配100 MHz以上CPU,內(nèi)存不少于32 M,硬盤(pán)1.2 GB以上。
2.3 軟件平臺(tái)
YJ2000安全預(yù)警主站系統(tǒng)以Windows NT操作系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái),以商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。理論上,用戶(hù)可以選擇使用MS SQL Server、Sybase、Oracle、Foxpro等任何一種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),但是從性能價(jià)格比和易維護(hù)性等多種因素綜合考慮,推薦使用MS SQL Server Version 7.0以上版本。系統(tǒng)服務(wù)器應(yīng)安裝MS SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
2.4 系統(tǒng)軟件主要功能
數(shù)據(jù)采集與處理、語(yǔ)音報(bào)警、推畫(huà)面報(bào)警、報(bào)警信息記錄、實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示、歷史記錄查詢(xún)、數(shù)據(jù)庫(kù)分權(quán)限管理,與SCADA/EMS等接口功能。
3 安全預(yù)警終端
3.1 原理框圖[2]
3.2 功能與指標(biāo)
數(shù)據(jù)采集和處理功能:遙測(cè)量采集(YC)(室內(nèi)溫、濕度,電纜溫度等);遙信量采集(YX)(非法入院、非法入室、門(mén)禁、電纜溝小動(dòng)物入侵、電纜溝進(jìn)水;煙霧、明火、空調(diào)異常報(bào)警等)。
檢測(cè)功能:空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè),設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。
報(bào)警功能:超限報(bào)警;異常報(bào)警;報(bào)警方式:聲、光、語(yǔ)音、歷史記錄存儲(chǔ)。
預(yù)警功能:模糊智能判斷,多重報(bào)警,消除誤報(bào)。
故障定位功能:可對(duì)各種故障進(jìn)行定位。
控制輸出:可控制報(bào)警音箱和警示燈電源;探測(cè)器直流電源;交流接觸器電源。
開(kāi)關(guān)量輸入:2路;模擬量輸入:4路;開(kāi)關(guān)量輸出:3路。
通信:3個(gè)RS232口,1個(gè)RS485口;波特率600~4800 bit/s可選;通信規(guī)約:部頒CDT。
通道:電力載波、光纖、電纜等。
溫度測(cè)量范圍:-25~80 ℃;濕度測(cè)量范圍:10%~99%。
非法入院探測(cè)器最大探測(cè)距離:30、60、90m(三種選擇);非法入室探測(cè)器最大探測(cè)距離:10 m,視角:110啊 26埃幻骰鹛講餛魈講餼嗬耄 10 m(火焰高度≥7 cm),探測(cè)角度120埃謊濤硤講餛鞅ň?ǘ齲 3%~4%(減光度);水位探測(cè)器報(bào)警高度:≥50 mm。
測(cè)量精度:溫度:±1 ℃;濕度:±10%;事件分辯率:≤30 ms;遙測(cè)刷新率:≤3 s。
3.3 模擬量采集(YC)
將傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、采樣保持、多路開(kāi)關(guān)選擇通道、信號(hào)放大后采集,再進(jìn)行數(shù)字濾波,通過(guò)查表后,算出測(cè)量值,進(jìn)行上傳或顯示。測(cè)量電路如圖3所示。
3.4 遙信測(cè)量(YX)
YX輸入采用光電耦合芯片進(jìn)行隔離,以免外部干擾的串入,原理如圖4所示。
外部YX輸入需要一對(duì)常開(kāi)或常閉的開(kāi)關(guān)輔助空接點(diǎn),無(wú)人值守變電站安全預(yù)警終端裝置提供12 V隔離供電電源,CPU對(duì)YX的掃描時(shí)間為150 ms,并加有軟件去抖動(dòng)算法。
3.5 遙控或空接點(diǎn)輸出(YK)
有兩種功能:一是遙控或控制警示燈、排氣扇 3.6 串口通訊[1][3]
波特率:(600,1200,2400,4800)可選擇。
數(shù)據(jù)格式:數(shù)據(jù)位8位,起始位1位,停止位1位,無(wú)校驗(yàn),二進(jìn)制碼。
串行口按部頒CDT規(guī)約發(fā)送遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)(16進(jìn)制),每秒鐘發(fā)送一次報(bào)文,定義如下。
3.6.1 遙信
遙信內(nèi)容包括非法入院、非法入室、煙霧、火災(zāi)、水災(zāi)、空調(diào)等,若有其他內(nèi)容,另行說(shuō)明。其中EB90EB90EB90為同步頭,71F4……為控制字。詳細(xì)說(shuō)明如下。
0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、0F4H、01H、00H、01H、BCH碼、0F0H、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、BCH碼。
DATA的Bit7~Bit0為報(bào)警位,0表示正常,1表示報(bào)警。
3.6.2 遙測(cè)
遙測(cè)內(nèi)容包括溫度測(cè)量和濕度測(cè)量,若有其他測(cè)量,另行說(shuō)明。EB90EB90EB90為同步頭,7161 ……為控制字。現(xiàn)舉一幀報(bào)文詳細(xì)說(shuō)明如下。
0EBH、90H、0EBH、90H、0EBH、90H、71H、61H、02H、00H、01H、BCH碼、00H、DL1、DH1、DL2、DH2、BCH碼、01H、DL3、DH3、DL4、DH4、BCH碼
其中,00,01為發(fā)送序號(hào)。DN為數(shù)據(jù),它由DL和DH兩部分組成。
DL1 :室外溫度低8位 DH1 :室外溫度高8位
DL2 :室內(nèi)溫度低8位 DH2 :室內(nèi)溫度高8位
DL3 :室外濕度低8位 DH3 :室外濕度高8位
DL4 :室內(nèi)濕度低8位 DH4 :室內(nèi)濕度高8位
4 結(jié)束語(yǔ)
目前,我國(guó)的變電站安全預(yù)警系統(tǒng)仍處于起始階段,但各電力企業(yè)都認(rèn)識(shí)到了該系統(tǒng)的重要性,正在加大使用力度。但對(duì)于變電站設(shè)備來(lái)說(shuō),其可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)和相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)仍需作大量工作,尤其應(yīng)將安全預(yù)警系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)集成,形成變電站安全預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng),使該系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)全新的新技術(shù)階段。另外,為了適應(yīng)電力系統(tǒng)體制改革的需要,在安全預(yù)警的基礎(chǔ)上,要增加變電站設(shè)備巡檢系統(tǒng)、電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高壓電器溫升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)等,在供電公司中建立新的中心–變電站安全運(yùn)行集中監(jiān)控中心。
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