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电力监控系统简介
电力监控系统（以下简称SCADA系统）实现在控制中心(OCC)对供电系统进行集中管理和调度、实时控制和数据采集。除利用“四遥”（遥控、遥信、遥测、遥调)功能监控供电系统设备的运行情况，及时掌握和处理供电系统的各种事故、报警事件功能外，利用该系统的后台工作站还可以对系统进行数据归档和统计报表功能，以更好地管理供电系统.
随着计算机和通信技术的发展，自20世纪90年代末开始，以计算机为基础的变电所综合自动化技术为供电系统的运行管理带来了一次变革.它包含微机保护、调度自动化和当地基础自动化。可实现电网安全监控、电量及非电量监测、参数自动调整、中央信号、当地电压无功综合控制、电能自动分时统计、事故跳闸过程自动记录、事件按时排序、事故处理提示、快速处理事故、微机控制免维护蓄电池和微机远动一体化功能.它为推行变电所无人值班提供了强大的技术支持。
一、基本组成与功能
电力监控系统由设置在控制中心的主站监控系统、设置在各种变电所内的子站系统以及联系二者的通信通道构成。
电力监控系统的设备选型、系统容量和功能配置应能满足运营管理和发展的需要。其系统构成、监控对象、功能要求，应根据城市轨道交通供电系统的特点、运营要求、通信系统的通道条件确定。
电力监控系统主站的设计,应确定主站的位置、主站系统设备配置方案、各种设备的功能、型式和要求，以及系统容量、远动信息记录格式和人机界面形式要求等。电力监控系统子站的设计，应确定子站设备的位置、类型、容量、功能、型式和要求.电力监控系统通道的设计要求，应包括通道的结构形式、主/备通道的配置方式、远动信息传输通道的接口形式和通道的性能要求等。电力监控系统的结构宜采用1对N的集中监控方式,即1个主站监控N个子站的方式。系统的硬件、软件一般要求充分考虑可靠性、可维护性和可扩性,并具备故障诊断、在线修改功能，同时遵循模块化和冗余的原则。远动数据通道宜采用通信系统提供的数据通道。在设计中应向通信设计部门提出对远动数据通道的技术要求。
(一）主站监控系统的基本功能和主要设备
1． 主站监控系统的基本功能
（1） 实现对遥控对象的遥控.遥控种类分选点式、选站式、选线式控制三种；
（2) 实现对供电系统设备运行状态的实时监视和故障报警；
(3） 实现对供电系统中主要运行参数的遥测；
（4） 实现汉化的屏幕画面显示、模拟盘显示或其他方式显示，以及运行和故障记录信息的打印;
（5） 实现电能统计等的日报月报制表打印；
（6） 实现系统自检功能；
（7） 以友好的人机界面实现系统维护功能；
（8) 实现主/备通道的切换功能。
2． 主站硬件应包括的主要设备
（1） 计算机设备(主机）与计算机网络；
（2） 人机接口设备;
(3) 打印记录设备和屏幕拷贝设备；
（4) 通信处理设备。
（二）子站设备（远动终端）应具备的基本功能
1． 远动控制输出;
2． 现场数据采集（包括数字量、模拟量、脉冲量等);
3． 远动数据传输；
4． 可脱离主站独立运行。
此外,子站设备（远动终端)的通信规约应对用户完全开放。
（三)变电所综合自动化装置应具备的基本功能
1． 保护、控制、信号、测量；
2． 电源自动转接；
3． 必要的安全联锁；
4． 程序操作；
5． 装置故障自检；
6． 开放的通信接口。
当采用主控单元对各变电所综合自动化装置进行管理时,除提供多种形式的现场网络接口外，变电所间断路器联跳等功能通过综合自动化主控单元与控制中心监控主站的信息传递、交换共同来实现。重要设备之间除考虑二次回路硬线联动、联锁、闭锁外,由综合自动化软件实现逻辑判断、计算、继电器等功能，并通过下位监控单元执行操作。
二、监控的基本内容
监控对象应包括遥控对象、遥信对象和遥测对象三部分。
(一）遥控
遥控对象应包括下列基本内容：
1． 主变电所、开闭所、中心降压变电所、牵引变电所、降压变电所内10KV及以上电压等级的断路器、负荷开关及系统用电动隔离开关；
2． 牵引变电所的直流快速断路器、直流电源总隔离开关;降压变电所的低压进线断路器、低压母联断路器、三级负荷低压总开关；
3． 接触网电源隔离开关；
4． 有载调压变压器的调压开关。
（二）遥信
遥信对象应包括下列基本内容：
1． 遥信对象的位置信号；
2． 高中压断路器、直流快速断路器的各种故障跳闸信号；
3． 变压器、整流器的故障信号；
4． 交直流电源系统故障信号；
5． 降压变电所低压进线断路器、母联断路器的故障跳闸信号；
6． 钢轨电位限制装置的动作信号;
7． 预告信号；
8． 断路器手车位置信号;
9． 无人值班变电所的大门开启信号；
10． 控制方式。
（三）遥测
遥测对象应包括下列基本内容:
1． 主变电所进线电压、电流、功率、电能；
2． 变电所中压母线电压、电流、功率、电能;
3． 牵引变电所直流母线电压；
4． 牵引整流机组电流与电能、牵引馈线电流、负极柜回流电流；
5． 变电所交直流操作电源的母线电压。
电力监控系统由设置在控制中心的主站监控系统、设置在各种变电所内的子站系统（变电所综合自动化系统）以及联系二者的通信通道构成。
一、 主站监控系统的组成
主站监控系统由局域网络、主备服务器、主备操作员计算机、维护计算机、数据文档计算机、信号系统用行调计算机、前置通信机、打印机、模拟盘等设备构成。主站监控系统网络结构如图1所示。
图1 主站监控系统网络结构示意图
（一）局域网络
控制中心主站网络访问方式可采用客户机、服务器访问方式，局域网络结构采用双以太网构成，相互备用。正常情况下两个网络同时工作，平衡网络信息流量。
网络切换采取基于网络口切换的策略,每台服务器和客户机保持同时监视两个网段上与其它通信节点的连通状况.当服务器或客户机某一个网络口（如网卡）故障时，只改变本机器与其它节点的通信路径，不会影响到其它节点间的通信,不进行全网切换.当两个网段的其中之一全网故障时,网络通信管理程序会根据网络口的连通状况,自动在另一个网段上形成通信链路。
网络通信协议采用TCP/IP协议，网络传输媒介为光纤，通信速率为100Mbps。系统网络具有良好的扩展性，可方便地增加客户机而不影响网络性能。
(二)服务器
控制中心主站配置两套功能等价、性能相同的计算机用于整个系统的网络管理、数据处理，并作为网络内其它计算机的共享资源。系统正常工作时，主、备服务器中，一台主用,另一台备用。控制命令仅通过主服务器发出.主、备服务器均能接收来自被控站的各种上传数据。当主服务器故障时，系统自动切换到另一台备用服务器上，故障信息在打印机上打印,并在另一台服务器系统故障画面上显示故障信息.
(三）工作站计算机
用于正确同步反映服务器上的所有数据（包括图像、警报、遥测量等）,提供给调度员和维护员各一个工作的窗口，进行维护系统软件、定义系统运行参数、定义系统数据库及编辑、修改、增扩人机界面画面等工作
（四）前置通信机
系统配置两套功能等价的前置通信机，通过通信系统提供的通信通道实现与被控站设备的远方通讯，两套前置通信机实现相互之间的热备用。配置监视两前置通信机工作运行状态的看门狗软件。
正常时，两套前置通信机同时接收来自被控站的信息，但只有一个前置通信机与系统进行信息交换，当主用前置通信机发生故障时，系统自动切换到备用前置通信机，故障信息记录在系统报警报表中。
前置通信机与各被控站采用点对点的通信方式，两个串口对应一个被控站,其中一个串口作备用.通信前置机至通信设备室的每个变电所的通信电缆采用单独回路。前置通信机采用经验成熟、性能先进、质量稳定的产品，通信接口为串行RS422，通信传输速率不低于9600bps。
（五）时钟子系统
该系统数字显示时钟与本系统计算机软时钟同步，此数字显示时钟镶嵌在模拟盘中央上部，并可通过CRT操作键对其进行时间设定,显示形式为:年、月、日、时、分、钞.
本系统主站定时与各变电所综合自动化系统定时同步对时，每10～15min同步一次，同步间隔时间可调。
（六)模拟盘
为全面、系统、直观掌握供电系统的运行情况，在控制中心设置模拟盘.模拟盘显示系统以彩色灯光（红、绿）形式模拟供电设备的运行状态，以光带方式监视接触网线路的带电状态.
模拟盘应具有暗盘和亮盘两种运行方式，其控制命令由操作员控制台发出。在暗盘运行时，当被控站发生故障，模拟盘相应站名灯、事故灯及相关开关灯闪烁,按闪光复归键后，停闪。
二、主站监控系统的管理功能
主控站系统的管理功能主要由五个部分组成：数据库管理子系统，网络管理子系统，图形管理子系统，报表管理子系统和安全管理子系统。
（一） 数据库管理系统
为各种应用功能模块提供共享的数据平台。
提供开放式的数据库接口，实现数据库的定义、创建、录入、检索和访问.
提供数据断面的管理机制，实现历史数据的存储、拷贝和再利用。
数据库的控制功能可完成对数据库的安全性控制完整性控制和数据共享时并发控制.
具有故障恢复功能、安全保护功能以及网络通信功能等。
可采用商用数据库管理系统保存历史数据
（二) 图形管理系统
具有风格统一、友好方便的操作界面。
可完成图元编辑、引用、画面生成、调用、操作、管理等功能.
允许用户自定义图元。
可生成多种类型画面,有接线图、地理图、工况图、棒图、饼图、曲线、仪表、其它.
可在画面上完成各种操作，有图形缩放、应用切换、调度操作、任务启动等。
画面显示具有网络动态着色功能。
画面打印可任选：行式打印、彩色打印、激光打印.
具有以下技术特点：全图形显示，可漫游变焦、自动分层、随意移动、多窗口技术、快速直接鼠标控制和多屏幕技术.
(三） 报表生成系统
操作员可在CRT上以交互式定义报表格或报表数据等。
可制定任意形式的数据表格。
表格可显示实时及历史数据内容.
表格在窗口 中提供翻滚棒操作。
表格内各数据具有计算功能，用户可在表格内自动加以惊异；考虑通道质量等因素，系统提供报表数据编辑修改功能。
报表操作可完全在线进行，不影响系统运行.
报表打印分成正常和异常打印,启动方式为定时启动，事件启动和召唤启动。
全图形为全汉化的人机界面。
（四） 网络管理系统
基于国际标准传输层协议（TCP/IP），实现网上工作站之间实时信息传输及这个网络系统的信息共享。
所有工作站之间的信息交换、功能实现，在网络环境下均能实现完全镜像信息，任一工作站的实时更新或操作定义，其他各站实时同步变化，任一工作站的实时画面可实时在任一监视器上显示;任一工作站故障或退出不丢失信息也不影响系统功能。
可以支持双以太网结构.
可以通过网桥和管理网进行信息交换,实现信息共享。
支持X2.5协议的远程分组交换网间通讯,实现和远方机器的网间连接。
（五) 安全管理系统
采用多级安全管理策略,在用户一级采用口令和权限管理机制，给每个用户分配一个用户名和口令，并且每个用户都赋予一定的操作权限，比如电调只有对图形的读取、遥控、置数等权限，而没有修改的权限，还可定义该口令的有效时间，防止用户忘记退出时被别人误用；在系统一级，采用防火墙技术，防止黑客进入OPEN2000系统。
三、变电所综合自动化系统主要功能
变电所综合自动化实现变电所各种设备的控制、保护、监视、联动、联锁、闭锁、电流、电压、功率、电度量的采集等功能。变电所间开关联跳等功能通过综合自动化主控单元与控制中心监控主站的信息传递、交换共同来实现。重要设备之间除考虑二次回路硬线联动、联锁、闭锁外，由综合自动化软件实现逻辑判断、计算、继电器等功能，并通过下位监控单元执行操作。利用下位监控单元实现对0。4kV进线开关、母联开关、三级负荷总开关的控制。如南京南瑞集团公司DISA型变电站综合自动化系统，其典型的应用方案见图2。
（一）现场网络接口
由于变电所的二次监控单元和保护单元采用不同厂商的设备，因而也造成了下层智能设备使用不同的通信协议，因此采用具有多个支持多种介质网络的通讯接口（RS232、RS422、RS485、CAN、LONWORKS、以太网、MODBUS、PROFIBUS、lon等）的主控单元对所有网络进行管理，通过现场监控网络对各开关柜内监控单元和保护单元的运行状态进行监视。
主控单元与0.4kV下位监控单元及公共部分I/O单元采用CANBUS现场总线互连，网络拓扑为总线;主控单元与110 kV交流、35（33)kV交流、1500直流设备、所内交直流装置、变压器温控器上的智能设备的连接采用RS485/LONWORKS/MODBUS/PROFIBUS/ LONBUS
/LON接口实现，传输介质采用光纤/双绞线。主控单元采用多CPU，不同设备或传输介质采用不同的接口模块，所有网络接口模块在主控单元内采用CANBUS通讯。
除设置主控单元外,还设有I/O模块单元,直接控制监视不宜装设下位监控单元的开关设备，例如：接触网上网电动隔离开关、所用电交流电源的投切自动装置等。
图2 DISA型变电站综合自动化系统典型的应用方案示意图
(二）主控单元的功能
主控单元接受控制中心主机或当地维护计算机的控制命令；向控制中心主机或当地维护计算机传送变电所操作、事故、预告等信息。除实现网络接口外，还实现下述功能。
1．实现直流馈线断路器与接触网电动隔离开关之间的软联锁
主控单元通过网络通讯采集到直流馈线断路器与接触网电动隔离开关的位置状态。在操作选择、校核时，主控单元按操作对象预编程的联锁条件进行操作闭锁软件判别，决定执行或终止操作，从而实现直流馈线断路器与接触网电动隔离开关之间的软联锁.
2．实现电源自动投切功能
采用可视化顺控流程的编程特点在主控单元固化电源自动投切的软件模块中，实现变电所35（33）kV高压侧电源、所用电交流电源的投切自动装置的功能。其实现方式通过所内控制信号盘、监控网络、开关柜内下位监控单元（控制、保护设备)来实现，所有信号的传递均由所内监控网络完成。
（三）变电所维护计算机的功能
变电所维护计算机配有专用的维护软件工具，实现对变电所监控网络和监控单元软件编程功能,实现对各监控单元软件的日常维护。软件维护工具包括图形界面维护工具、可视化顺控流程工具、灵活的系统配置工具、丰富的组态工具、远程诊断工具等。
维护人员只需要将变电所维护计算机与主控单元的维护接口相连，利用提供的软件维护工具调出、输入变电所综合自动化系统采集的数据及参数,即可自动完成对变电所综合自动化系统的维护.
变电所维护计算机除具有维护功能外还具备与监控系统主站一样的基本功能。具有对变电所内设备的控制、监视、电气测量、数据统计及接触网电动隔离开关的控制、监视功能。