京沪高铁虹桥火车站低压监控系统

 

  基本信息  

项目名称：京沪高铁虹桥火车站低压监控系统

项目地点：上海虹桥

实施时间：2008年

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  项目介绍 

 1、概述

    沪高铁上海虹桥站新建工程低压配电自动化系统是一个整体、优化系统解决方案。虹桥站低压配电自动化系统是利用现代电子技术、计算机、通信技术、软件技术及网络技术，将站区电网在线数据和离线数据、电网结构数据进行信息集成，构成完整的区域自动化系统，实现虹桥站配电自动化。配电自动化建设充分考虑了虹桥站的总体规划设计和发展需求，在统一的接口标准以及开放的架构上分层实现配电自动化主站、站控层及间隔层自动化系统。配电自动化系统将充分考虑到10KV、400V配电系统的运行特征。在SCADA功能的集成上，建立虹桥站配电网络模型，并扩充电网分析和辅助决策等功能。

 

　　上图是虹桥站低压配电自动化系统结构，该系统方案采用集中和分层结合的原则，系统具有很好的开放性、互连性和可靠性。

　　此系统物理结构上由站控层（也称主站层）、配电监控子站层和间隔层三个层次组成。

间隔层设备由低压测量表计组成，每个开关柜抽屉配置一台低压测量表计。低压测量表计分散安装在开关柜附近。

　　系统在每个配电室独立设置一个监控子站，监控子站由若干台嵌入式前置通信单元构成。每个前置通信单元接入一定数量的低压配电测量表计，并将汇总后的数据转发到主站层。配电站内的其他智能设备，如直流屏等，也可通过现场总线方式接入到前置通信单元。

监控主站部署服务器和工作站，实现完整的配电SCADA功能。

　　监控子站与主站之间通过自愈式光纤环网连接。子站前置通信单元和低压测量表计之间使用IEC-60870-5-101进行通信，前置通信单元与主站系统通过IEC-60870-5-104规约进行通信。主站系统可以通过网关机和其他自动化系统进行数据交换。

 

 

 

1.1间隔层

1.1.2间隔层自动化系统的结构

　　本方案选用上海申瑞继保电气有限公司成熟可靠的DEP-970系列低压配电监控单元。DEP系列低压配电监控单元采用模块化、系统化设计思想，监控、保护、通信网络整体设计统一开发、生产。DEP-970D选用高性能32位单片机为核心元件，采用模块化设计，可按照用户要求灵活方便地配置，独立完成对间隔层设备的保护、测量、控制以及通讯的功能。

　　按照低压配电开关的布置，每个开关柜抽屉配置一台DEP-970D，实现对本开关的监视、控制和保护功能。一面配电监控屏上部署多个DEP-970D监控装置，和一面低压开关柜屏一一对应。每面配电监控屏上的多台DEP-970D通过RS-485总线接入到配电子站层的前置通信单元。

1.1.2 0.4kV间隔层设备的通信和实时性响应解决方案

　　为了满足实时性响应，0.4kV监控单元通过485总线接入前置通信单元的若干个通信端口。根据配电站的具体规模限制每端口接入的装置数量，可提升系统的响应能力。比如100个监控装置规模的厂站可使用2台前置通信单元，在每个通信端口上可配置6～8个设备，通信规约对于同一个通信端口上的监控装置采用POLLING通信方式这样假设问答一次遥测数据的周期为100ms，则1s内可刷新全部的遥测数据。对于遥信量可优先查询，从而充分保证遥信变位响应速度。此外，对于遥控操作，通信规约进行特殊处理，某个开关遥控操作后立即刷新此开关的遥信量，则可以保证遥控操作后遥信变位的响应速度。

1.2配电监控子站层

　　配电监控子站层选用上海申瑞继保电气有限公司成熟可靠的远动工作站DEP-765N作为前置通信单元。

　　DEP-765N装置具备强大的通讯功能，每个模块配有多达8个串口（RS232/485/422）和两个以太网，支持直接光纤接入。装置内嵌多达上百种通讯协议，具有强大的通讯管理机功能。

　　当DEP-765N用作总控单元时，完成和各分散的测控单元、智能设备进行通信，并将汇总的信息向后台或者远方调度转发。总控单元的功能相当于常规的RTU核心，但大大增强了系统通信功能。

　　间隔层多台低压配电监控装置通过485总线接入到DEP-765N的一个串口。为提升通信效率考虑，在配电站内根据配电监控装置数量的多少配置多台DEP-765N以降低通信压力。一般情况下每个DEP-765N提供8个RS-485串口，每串口接入6-8台低压配电监控装置。

 

DEP-765N外观图

1.3主站层

1.3.1软件配置

　　主站系统统一采用Windows操作系统平台,采用计算性能强，可靠性高的服务器作为服务器端的硬件平台，选用大型商用数据库作为数据库支撑平台（MS SQL Server）。客户端选择高性能的PC图形工作站，服务器与工作站在网络环境下构成分布式系统。

　　SCADA功能是主站层的基础和核心，通过SCADA系统实现了全网范围内电气设备运行工况的监视以及运行设备的远方控制。

　　主站层的实时信息通过网关机向远方监控中心传送；配电自动化网络系统与其他监控中心通过网关机隔离。

　　在调度SCADA基础上建立调度管理模型，实现调度管理功能，如日志管理、两票管理、缺陷管理、检修管理等，实现配电调度无纸化，提高企业工作效率。

配电主站系统选用上海申瑞继保电气有限公司的成熟SCADA产品Super-2000系统。Super-2000系统设计定位为电力系统实时图形组态平台，系统基于客户服务器体系结构，具有功能强大的组态功能，性能优异，在国内电力系统有数百套运行经验。

基于Super-2000系统开放的API接口可以灵活扩展新应用，便于实现转发或者扩展其他自动化系统功能。

2 配电主站系统功能

2.1 前置通信系统功能及特点

　　本节主要描述调度自动化前置通信系统的物理通信链路层所满足的技术要求以及与之相关的应用软件功能。Super-2000系统支持传统的RS-232、RS-485、RS-422等串行通信方式以及网络通信方式。

　　Super-2000系统与远方终端设备的通信支持RS-232接口及网络通信方式。此类通信设备包括RTU、FTU、各种智能通信设备（直流屏、智能电度表等）、变电站综合自动化系统、模拟屏、地调转发系统等。通信系统支持点对点通信或多个设备共线（挂灯笼）通信方式，各装置虚拟端口可灵活设置。

　　除常规的串行端口外，Super-2000系统支持与虚拟网络通信。虚拟网络通信设备可以是支持以太网通信方式的RTU、FTU或者其他终端设备，也可以是远方计算机网络系统的通信程序（如地调系统、集控系统、电能量采集系统等）。

无论是常规串行通信设备，还是网络通信设备，都可有多个不同速率的通道相互作为备用，系统可以自动判别通道误码率，选择通信质量最好的通道作为值班通道，其他通道作为备用通道。

　　通道可使用电力载波、电话线、光纤、微波、卫星等。还可支持电话拨号、GPRS、CDMA、手机短信等各种通信方式。

　　通道可以在线添加、删除、修改，通道的通信参数可以方便设置（波特率、停止位、校验位、IP地址、端口等）。

2.2远动系统工况监视

可以对以下设备的正常／故障，主／备等运行工况进行监视：

• 前置机子系统（通信管理程序以及规约处理程序）；

• MODEM及通道；

• RTU。

    设备运行工况能通过相应画面表达，设备停运时可以多种方式报警（打印输出、文字提示、推画面音响等）

2.3 远动系统事件记录

• 当远动系统中发生了设备主／备切换、设备故障，以及从故障中恢复等事件时，发出相应的远动系统事件告警消息；

• 当一个远动系统事件发生时，系统自动地将上述信息记录到历史数据库中；

• 消息内容包括事件发生的时间和事件的内容；

保存的历史远动系统事件记录可以查询。

2.4 远动系统报文监视

• 能对任一个通道报文的问／答过程、报文类型和报文的完整内容、回答报文中的模拟量／状态量和数字量分类进行监视；

• 通道报文可以在屏幕上实时滚动显示，可以暂时停止上行或者下行报文的滚动，也可以启动报文的滚动显示；

• 系统支持报文录制功能，用户可控制是否将上述的监视结果输出到由用户指定的文本文件中，记录的时间可以由用户设置；

• 系统还可以对特殊报文进行监视，比如系统常出现一个固定的遥测值，经过配置后，只要一出现包含此数据的数据帧系统会自动录制此帧报文并自动生成日志文件，方便维护人员分析问题。

• 系统提供CDT规约配置文件配置程序，与传统手工编写配置文件不同的是此程序可以统一批量编写配置文件，并采取填表形式，方便用户填写、核对。填写完毕保存即可。

  2.5告警功能

　　Super-2000系统服务器程序监视告警事件的发生，当有事件发生时，服务器提供告警服务功能，和各客户机的告警处理程序建立连接发送告警信息；

　　系统可以把事件告警信息分类存入系统数据库。

　　系统服务器可按照事件先后发生顺序，保留当前最新的各种事件信息，以备客户机查询，同时也为新登录的客户机提供开机前发生的最新事件消息。

　　服务器还负责对历史库中的事件告警信息进行管理，根据用户设定的保留期限，自动清除多余的内容，减少系统资源占用。

　　Super-2000系统支持多种告警方式。

• 系统支持文本显示告警。在事件发生时，系统自动弹出告警显示框，在显示框中，列出当前最新信息中的相关事件；

• 系统支持事故推画面告警，用户可以定义和某一事件关联的画面，当此事件发生时，系统推出相关画面；

• 系统支持打印告警方式，实现告警信息自动打印；

• 系统支持音响报警功能，用户可以定义和事件相关联的声音文件，当有系统事件发生时，告警系统会播放音响，提示调度员有事件发生；告警音响可自动停止，音响持续时间可由用户设置；

• 用户可定制订针对对某个特殊事件的告警处理方式；

• 系统支持短信功能，可以通过发短信告警。

2.6设备管理功能

    Super-2000系统采用开放的设计策略，可以在图形系统中关联和显示设备信息，设备信息可以来自外部MIS数据库，系统的设备信息关联和显示功能与具体数据库结构无关。 

• 各类设备图元可定义关联到不同的数据源；

• 可定义设备信息库记录数据在设备属性对话框列表中的显示格式；

• 可以在画面制作时选择设备图元要关联到的设备信息库设备记录关键字；

• 在画面显示和浏览程序中点击设备图元可弹出设备属性对话框列表。

2.7报表系统功能

    报表系统由报表制作与管理软件、报表显示打印软件和报表自动打印软件组成，各个软件均基于Microsoft Excel VBA(Visual Basic for Application)开发完成。系统产生的每张报表可独立成为数据文件，具有MS Excel的标准格式，脱离本系统也可进行显示打印，也可广泛被其他软件系统访问利用。以独立数据文件形式保存的报表具有独立的时效性，不会因为表体或数据定义变化而无法显示或失效。

• 报表制作与管理软件提供友好的数据定义方式，可定义制作班报、日报、旬报、月报、季报、年报及事故追忆报表；

• 班报和日报可跨天；

• 报表可以利用所有的历史采样数据、计划数据以及事故追忆数据；

• 报表中可进行各种复杂的数据统计（如在年报表中可统计每个月典型日高峰时的最大值及其出现时间，各统计时段的统计值等）；

• 报表中可嵌入多种图形、曲线等内容；

• 并可指定时间有选择自动打印报表；

• 报表制作与管理软件可利用Excel的所有制表功能；

• 报表显示及打印软件为使用者提供直接查看或召唤打印各种报表的手段，并可直接修改报表数据；

• 可自动统计报表合格率；

• 报表自动打印软件可自动定时打印由报表制作管理软件设定的各类报表；

• 报表生成时可自动保存为HTML格式，方便WEB发布。

2.8历史数据管理功能

    Super-2000系统历史数据管理功能实现所有历史采样数据、计划数据、事故追忆数据的管理。

可选择查询的数据类型（1分钟采样、5分钟采样、30分钟采样、小时采样、日采样、计划值、事故追忆等）；

• 可按厂站筛选采样记录；

• 可同时打开多个历史数据查询窗口；

• 可设置查询时间；

• 可倒出采样定义、计划值定义数据；

• 可以多种方式修改历史数据记录。

2.9保护管理功能

    Super-2000系统的保护管理程序完成与现场保护设备的通信，可以远方调保护定值、保护测值，下装保护定值以及进行远方保护复归。

保护管理程序的正常运行取决于前置系统的规约是否支持保护信息（例如常规的“支持保护的部颁CDT规约”）。

• 支持保护设备定义；

• 支持保护词典定义，保护词典定义了保护设备的相关信息，比如定值信息、测值信息、动作类型、自诊断类型、故障类型等；

• 可按厂站筛选显示保护设备；

• 可选择显示设备、设备子类的保护代码、定值名称、召唤值、定值单位等；

• 可远方招唤定值；

• 可远方设置定值；

• 可远方召唤测值；

• 可按区号召唤保护定值；

• 可按区号切换保护定值；

• 可远方复归保护。

2.10 10KV故障定位和0.4KV故障分析

当10kV系统有故障发生时，系统可快速定位故障回路，在显示器上推出事故画面并以闪烁或者高亮方式定位故障点，并通过语音、短信等多种方式给出故障告警。

系统提供事故追忆功能，任何系统运行故障都将引发事故追忆，系统可自动记录预先定义的追忆量，事故前后的追忆周期可设定。追忆数据可以用于故障追忆回放，也可用于报表制作。

0.4kV监控装置支持故障录波功能。主站系统可以和监控装置通信召唤、存储故障录波数据，并提供故障波形的显示和分析功能。系统可显示故障前后系统运行参数（如电流、电压）的波形变化，并给出故障诊断辅助分析。

3 通信系统

3.1通信系统设计原则

根据数据网络自身特点和发展动向，在满足目前电网自动化系统数据传输功能的同时，满足未来系统扩容、业务多样化等不断发展变化的需求。

按照配网自动系统的总体结构，整个通信系统物理上分为两层：第一层为主站层，实现子站系统和主站系统之间的网络连接，第二层为子站层，实现子站通信设备与子站智能设备之间的网络连接。

主站层采用光纤以太网通信模式；子站层基本采用以太网（10kV间隔层保护测控单元）和485现场总线（0.4kV监控单元）通信模式。

    0.4kV低压智能配电监控装置通过RS-485总线网络与配电站前置通信单元连接，为保证通信实时性，每条总线建议连接不超过8台低压监控装置，通信规约采用IEC60870-5-101。

3.2系统安全性、稳定性和容错冗余能力

    电网数据通信网络网络是支虹桥站电力生产、运营及未来不断发展的多种业务的一体化网络服务平台，同时随着应用范围的不断扩大将在电力生产、运营、社会服务中日益发挥更大的作用。系统运行稳定可靠，具有高可用性，全年365天，每天24小时的不间断运行，同时具备一定的容错、冗余能力，可以有效预防恶意侵入，具备强大的网络安全保障体系，是系统设计的基本原则。

3.3系统经济性

    经济性是电网数据通信网络规划和建设中的一个重要方面。经济性需从两个方面来考虑，首先是建网过程中的开销，同时还有网络建成后的运维费用和网络对投资的保护能力。要求既要充分考虑现有资源的有效利用，同时建成系统具有很高的性能价格比。

3.4系统可管理性

    电网数据通信网是一个应用多样化、范围广阔、规模庞大的网络系统。对这样一个网络环境必须要求完备的网管系统对其进行监视、控制和远程配置，充分发挥系统功能，提高工作效率，保证网络的正常运行。因此，完善、有效的网络管理是虹桥站数据通信网建设的重要保证。

3.5系统开放性、扩展性和适应性

    通信网必须遵循国际标准。随着技术的发展、业务的增多，网络的规模也会逐渐扩大。必须保证支持以后的网络平滑的扩容，提供统一的接入标准，具备可扩展性和适应性。