变电站电力集中监控系统构建与设计

滕 磊，姜 辉，刘宪利，郭守海

（吉林石化公司电仪中心，吉林吉林 132022）

0 引言

公司某厂变电站多数始建于20 世纪，装置设备于同期投入运行使用。由于设备数字化程度较低，还是依靠传统方式人工操作，发现设备隐患，尤其是在特殊天气、夜间时段、敏感时期，不能做到24 h 实时监控设备运行状态，导致出现工作效率低、设备隐患发现不及时、应急处置反应慢等一系列问题。近年人员进入退休高峰数量呈现递增趋势，多数变电站存在用工总量与岗位人员短缺的严重矛盾问题，特别是存在日常巡检力量不足的安全隐患问题。

1 项目背景

当前公司正值“数字化转型、智能化发展”关键阶段，建设电力集中监控系统，可显著提高电气管理的数字化程度及变电所智能化水平。智能化变电站可通过全景数据采集，运行信息可展示、远程可浏览、数据可查询功能。通过母线测温、蓄电池在线监测、小电流接地选线、变压器在线监测等智能化设施，实现变电站自动控制、智能调节、在线分析决策的智能化监控功能；通过移动端推送报警信息，显著提高公司电气事故应急处理能力；通过视频智能识别报警功能，极大提升控制中心的远程监视能力，为无人值守变电所提供了智能化技术支持。

智能化变电站具有自动生成电气各类统计报表功能，可减少电气值班员手动抄表低效工作，有更多精力投入到监盘和维护当中，是电气减员增效、优化人力资源的需要。

智能集中管控项目可实现视频可展示、智能可调节、在线可监测、决策可互动的集约化管理模式，电气管理水平明显提升。通过采集变电站运行参数，实现对供电运行信息、保护信息、开关状态的运行监视和综合展示；通过对重要设备运转台时统计，可自动输出预知性工作、定期工作、季节性工作管理提示；事故时自动输出应急预案、操作法、操作票及事故分析报告等作业指导书，达到电气运行参数可浏览、开关状态可查询、应急处理智能化标准，管理水平明显提升。

综上，推广实施电力集中监控系统平台项目是公司管理实现信息化、网络化、智能化的要求，现正处于电仪中心整合成立之际，为下一步各驻厂电气整合、电气统一调度搭建接轨平台，实现电仪中心电气调度数字化、网络化、智能化的集中管理模式，满足《无人值守变电站监控系统技术规范》，打造“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体”的新一代智能化变电站。

2 总体设计

系统采用服务器结构，通过电力集中监控系统装置、通信网络和计算机软件，实现供配电系统运行数据采集、运行状态监视、事故记录和统计分析等，完成企业的运行监视、安全供电和用电管理。系统主要电力集中监控系统分3 层结构：集中监控管理层（主站层）、通信层、变电站采集层。

2.1 主站层

电力集中监控系统主站负责采集变电站综保及其他电气数据，实现对变电站电气数据的实时监控。集控中心的工作人员通过主站系统对各子站进行实时数据监视和远方控制，实现所有变电站的远程控制，电能量的远程采集、统计和数据分析，同时采集现场保护装置的保护信息，给调度员提出智能化的调度建议。

2.2 通信层

通信层是指变电站层与主站层数据交换的通道，通信系统采用星型光纤架构，每个6 kV 变电站与66 kV 总降（1#变电站）铺设光纤，要求通信光纤采用环网设计或冗余配置，并借用原有的工业网。

2.3 变电站采集层

6 kV 变电站内新增一面采集通信柜，柜内主要包含：远传交换机、规约转换器、站内交换机等，并独立组屏。交换机等设备要求留有总数30%冗余量，为后续增加通信设备保留增容空间，由规约转换器通过网线或者RS485 线采集站内的电气设备数据（包括原有设备及新增加设备），并上传给总变电站电力集中监控系统。

2.4 现场电气设备

包含变电站已有的装置中央信号系统、综合保护单元、UPS设备、直流、变频器、无功补偿装置具有通信功能的其他设备；新安装的高压柜综保改造、电池在线监测巡检仪、小电流接地装置、母线在线监测装置、温湿度监测装置、视频监控装置。设备通过RS485 总线或网口接入规约转换器。

3 技术特点

（1）实现管理控制一体化。控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口，具有可扩展性。

（2）集中管理、分散控制将风险分散，确保系统的可靠性。系统内部的配置和调整灵活，构建弹性化，可根椐不同工艺处理要求及用户需求进行优化。

（3）具备很好的开放性和兼容性，可应用不同品牌的软硬件进行整合，可无缝的把分期建设的系统融为一体。

（4）可靠的冗余与容错，加强系统的可靠性，使整个系统能够长时间无故障运行。

（5）强大的数据处理能力，具有故障报警、事件处理、用户权限管理机制，采取移动终端故障信息推送功能。

（6）监控系统具备现场设备的远程可浏览、数据可查询的管理功能。

（7）预留接口，该系统能够实现与变电所内其他主要系统进行信息交互、数据互通、联动操作；同时系统需做到能够与吉林石化公司上层后台系统提供无缝连接，利于后期维护管理，避免资源浪费，节约开支成本，缩短工期时间。

（8）电度量处理进行脉冲电度和带时标电度的存储和处理；从有功、无功积分获得积分电度并保存，可用积分电度进行统计计算；每个分变电所有各自的电量分时段定义；可对电度量分别计算峰、谷、平电量，输出供电质量报告。

（9）电力集中监控平台全景数据采集，通过可视化技术，实现对供电运行信息、保护信息、开关状态的运行监视和综合展示。主要实现智能变电站具有通信功能的综保、中央信号系统、综合保护单元、UPS 设备、直流、变频器的集中网络化、信息化管理。

（10）通过采取高压柜综保、多功能表、电池在线监测巡检仪、母线在线监测装置、小电流接地选线装置、温湿度监测装置及视频监控等智能化物态感知作为技术支撑，实现变电站自动控制、智能调节、在线分析决策的智能化监控功能，实现一体化管理。公司电力集中监控系统架构如图1 所示。

图1 电力集中监控系统架构

4 通信设计

4.1 主要硬件设备说明

（1）SCADA 服务器：对变电站电气数据实现数据处理、统计、计算、发布、控制等。

（2）主网交换机：采用冗余千兆高速交换机，保证数据交互能力。

（3）监控工作站：提供规范化的人机交互界面，对变电站进行集中监控的工作站。

（4）维护/报表工作站：对系统参数维护、技术管理、应急管理、报表管理、打印等。

（5）卫星钟：提供北斗及GPS 对时方式，保证整个系统的时效性。

（6）通信管理机：负责变电站内综保及其他电气相关智能设备数据采集，并上传给电力集中监控系统，并接受电力集中监控系统的相关指令，转发给变电站内综保及其他智能设备。是电力监控系统与站内设备相关连接的节点。

（7）规约转换器：负责变电站内其他厂家的电气设备的规约转换、采集，将数据传送给通信管理机。

（8）视频监控系统：视频具有跟踪及越界报警功能，是电力集控系统不可缺少的部分。

4.2 通信及集中显示构架

电气设备传输链路接入公司原有的工业网，并采用点对点单网方式，各6 kV 变电站通过光纤汇集到总变集中监控室。现场电气设备如综合保护单元、UPS 设备、多功能表、其他具备通信功能等设备通过RS485 或网口等通信口，进入规约转换器，规约转换器经过交换机，数据上传到集中控制中心。视频设备传输链路采用原有的监控网平台，电气设备与视频设备采用物理隔离方式进行信号的传输。

电力集中监控系统平台布置在总变电所，设有6 个工位操作台及操作工作站，并在总变、各分变电所设有分控中心。

4.3 主要实现的功能

（1）系统可以提供屏幕画面、电话、语音、声光等多种报警方式，可根据用户需要设定多种报警级别，并可分组对应各级别发送报警信息，严重报警应以浮动消息窗口自动弹出、并有明确提示，方便管理者准确了解发生警情的位置及状态，对各种设备的报警提供专家处理提示，同时打印应急处置方案及建议操作票。

（2）支持通过移动客户端，分级别推送故障信息，实现公司事故应急反应信息化、智能化管理；利用移动终端远程查询变电站设备的运行状态、设备的启停信息等，实现管理人员对变电站信息化、智能化管控。

（3）采集变电站运行电流、电压、有功/无功功率、有功/无功电能、功率因数，实现对供电运行信息、保护信息、开关状态的运行监视和综合展示，分画面显示并监视各电气参数，具有可视化全景监控画面。

（4）系统在线监测、画面显示各级开关、刀闸、断路器的合、分状态、变位信息，电源切换运行状态，运行监视和综合展示及时、准确、可靠。

（5）系统在线监测各回路的保护器动作事件、UPS、直流、EPS、变频器、中央信号等报警信息，实现故障监控数字化、信息化、自动化管理。

（6）系统在线监测高压综保、低压综保、UPS 系统、直流系统、EPS、变频器、小电流接地选线装置、电池在线监测巡检仪、母线在线监测装置、干式变压器温控器，实现对电气运行智能物态感知、智能化管理。

（7）系统可以实时监测变电站运行状况，展示、打印曲线图，可统计供电系统电能消耗情况，自动形成并打印日报/月报/年报表，减少手动抄表、人工计算低效工作，使值班员有更多的时间精心监盘、精心维护。

（8）曲线分析功能：可以曲线形式展示实时数据库和历史数据库中的模拟量、电度量数据，保存运行状态及历史趋势，为事故分析、状态分析提供科学依据，实现故障信息可追溯。

（9）系统可支持节假日排班，提醒电气管理者预知性工作、定期工作、季节性工作计划落实时间，实现电气管理标准化、规范化。

（10）应具有电机、变压器、变频器、UPS 及蓄电池运转台时统计，可设置定期提示定期加油、定期清扫、小修、中修、大修时间控制点，自动输出检修提示，自动打印检修操作规程、检修方案功能。

（11）视频监控智能识别报警功能：视频具有实时监控高低压柜、直流、UPS、变频器、EPS 等盘面功能，具有智能跟踪及越界报警功能。

（12）具有后台系统工作状态自检功能，实时监测各通信板卡、通信回路、通信终端设备之间的通信状态，出现故障明确显示报警信息。

（13）系统具备所有电气10 大类设备状态监视展示功能，便于电气人员监视生产数据、设备状态数据和通信畅通情况。

5 经济效益分析

5.1 直接效益

工厂现有13 座高压变电所、29 座低压变电所。其中，有7座高压变电所为无人变电所不符合电气运行规程运行最低10 人要求，采用智能集中监控系统，弥补7 座高压变电所、29 座低压变电所无人值守不符合电气运行规程的不足，若电气运行方式改为集中运维中心模式，巡检运行人员可减少1/2，每年降低人工费用1490 万元。经财务查询电气车间每年人均人工成本21.3416 万元，项目回报年限=（1737 万元/（21.3416 万元/人×70 人）=1.16 年。结论：采用智能集中监控系统1.16 年可回收成本。

5.2 间接效益

（1）系统关键设备参数显示率100%；实现了电压、电流、电量等报表全部在监控系统内生成，电气报表准确率100%；可通过曲线数据库和历史趋势曲线分析模拟量、电度量当前运行状态，减少人工手动低效工作，实现信息化、智能化、自动化的运行维护效益。

（2）关键设备保护器、UPS、直流、变频器报警信息及时上传网络监控系统，可实现及时发出声光报警，采用移动终端采取短信、微信、即时通分级故障信息推送功能，事故时输出打印应急预案、操作票、事故分析报告等作业指导书，提高故障报警、应急处理信息化、智能化的安全效益。

（3）采取母线在线监测、蓄电池在线监测、小电流接地选线、干式变压器温度监控装置，具有变电站实时自动控制、智能调节、在线分析决策的智能化监控功能，实现公司电气监控智能化、管理全面提升的管理效益。

（4）具有电机、变压器、变频器、UPS 及蓄电池等重要设备运转台时统计，可输出定期清扫、定期检修、定期试验管理提示，输出打印检修操作规程、检修方案，实现检修智能化、维护程序化的管理效益。