供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

在分析供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用需求基礎(chǔ)上，根據(jù)工廠實(shí)際狀況，對供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)中主要功能模塊進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)對系統(tǒng)軟、硬件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析研究。

對于工廠，供配電系統(tǒng)能對工廠能源直接分配，將電網(wǎng)公司電能經(jīng)降壓處理后，為各個(gè)車間合理分配，作用至關(guān)重要[1]。當(dāng)下很多工廠在巨額用電量下自行籌建電廠以達(dá)到供電自給自足。對于這些工廠，供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)可讓電力調(diào)度部門對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故及故障，并能對故障在線分析處理，確保生產(chǎn)部門供電可靠性，最大限度縮短停電時(shí)間，確保生產(chǎn)安全。

1 供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用需求

多數(shù)中型工廠的電源進(jìn)線電壓都為6 kV～10 kV，大型工廠電源進(jìn)線電壓更高，在供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)下，可對工廠供配電有效監(jiān)管，從而實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：a) 對工廠所有電壓等級(jí)下的設(shè)備、進(jìn)線進(jìn)行監(jiān)控及管理，對設(shè)備遠(yuǎn)程操作，對饋線開關(guān)的推進(jìn)及拉出等動(dòng)作進(jìn)行遙控管理;b)對工廠主變進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié);c) 能引入綜合保護(hù)器，使系統(tǒng)得到有效保護(hù)，同時(shí)數(shù)據(jù)通訊接口可以通用，數(shù)據(jù)傳輸及下載比較方便;d) 對電氣智能設(shè)備進(jìn)行管理，通過專門接口傳輸數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)能方便上傳及讀取;e) 可以對UPS不間斷電源、無功補(bǔ)償器這些智能配電裝置進(jìn)行統(tǒng)一管理，在專門接口下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸;f) 可以同工廠中的變壓器油溫監(jiān)測、氣溫氣壓監(jiān)測等在線監(jiān)測裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，方便數(shù)據(jù)管理。

2 供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能

工廠供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)由圖形系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、各功能模塊、標(biāo)準(zhǔn)模板庫、專家系統(tǒng)規(guī)則庫、知識(shí)表示模型、結(jié)果輸出這七大部分組成，主要模塊功能如下：

a) 圖形系統(tǒng)。在圖形系統(tǒng)中包括基本圖元庫、標(biāo)準(zhǔn)模板庫及支路圖元庫3個(gè)部分?；緢D元庫所存放的為電氣設(shè)計(jì)所需的最基本圖元，這些圖元是主接線圖及低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本要素。標(biāo)準(zhǔn)模板庫存有高低壓下的各種標(biāo)準(zhǔn)接線型式，可生成各種圖形，供系統(tǒng)直接調(diào)用及修改。支路圖元庫存放的為各種典型支路及高低壓開關(guān)柜的圖形方案。

b) 數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中包括設(shè)備常規(guī)數(shù)據(jù)庫、成果輸出庫、專家系統(tǒng)知識(shí)庫及支路節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫幾個(gè)部分。在設(shè)備常規(guī)數(shù)據(jù)庫中存放有各種電氣設(shè)備參數(shù)，每類電氣設(shè)備都有對應(yīng)數(shù)據(jù)表及記錄;專家知識(shí)庫存有邏輯推理下所需的各種規(guī)則及知識(shí)，如電氣主接線的選擇，變壓器容量的選擇等;支路節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫存有電氣設(shè)備選擇、短路計(jì)算這些調(diào)用所需的各個(gè)支路及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。而各種數(shù)據(jù)的表格可以自成果輸出庫來打印輸出。

功能模塊。此模塊系統(tǒng)的主要內(nèi)容是進(jìn)行變壓器型號(hào)、容量及臺(tái)數(shù)的選擇，確定主接線草圖，進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、無功補(bǔ)償、短路計(jì)算、導(dǎo)線電纜校驗(yàn)選擇及電氣設(shè)備校驗(yàn)選擇。

通過這樣的系統(tǒng)使設(shè)計(jì)、繪圖及數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)了一體化，使數(shù)據(jù)庫能在不能環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫這一核心下，將邏輯推理同知識(shí)規(guī)則的表達(dá)有機(jī)結(jié)合，有效彌補(bǔ)了當(dāng)下軟件繪圖同計(jì)算相分離的缺陷[2]。綜合來講，此系統(tǒng)功能有：a) 在已知條件及原始資料下，對工廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋?，建立出低壓配電的初步模?b)在所建立的模型下進(jìn)行變壓器、主結(jié)線型、主要電氣設(shè)備及電纜導(dǎo)線的選擇，進(jìn)行無功補(bǔ)償及負(fù)荷計(jì)算;c) 使電氣元件圖元同對應(yīng)屬性參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織及聯(lián)動(dòng)，在繪圖軟件下進(jìn)行主結(jié)線圖繪制，并完成圖形輸出及打印;d) 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備的選擇明細(xì)表、負(fù)荷計(jì)算表、短路計(jì)算數(shù)據(jù)表等技術(shù)文檔的保存及打印。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)編輯及軟件配置

此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的軟件配置選擇Windows NT簡體中文版，系統(tǒng)軟件版本為POWER—SCADA2000，事件的記錄軟件為Sepam Fix，錄波的采集分析軟件選用Sepam Rec，報(bào)表選用專門的報(bào)表編輯軟件RptDraw及報(bào)表專用的瀏覽軟件RptView。

將各軟件成功安裝后，建立好數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)核心。將報(bào)表、錄波、事件記錄、畫面顯示及遙控操作等各項(xiàng)功能軟件同數(shù)據(jù)庫相連接。鑒于數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)多，需要在模擬量的輸入塊及計(jì)算輸入塊內(nèi)，在規(guī)定狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編輯。

2.2.2 硬件性能指標(biāo)

a) 電力監(jiān)控儀表(PM500)。PM500需滿足如下功能：(a)能在高、低壓電力安裝過程進(jìn)行電氣監(jiān)控，確保四象限測量的有效實(shí)現(xiàn)，并能在Modbus RS485等模塊下對電壓及電流進(jìn)行有效的能量及總諧波失真測量;(b)具備5個(gè)以上測量數(shù)據(jù)的顯示，并能對信息進(jìn)行直接快速訪問，獲取所有電氣測量參數(shù)，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、有功電量、無功電量、功率因數(shù)、頻率等;(c)能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的本地/遠(yuǎn)方操作，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的分合控制;(d)能在通信模塊下進(jìn)行通信方式設(shè)定;(e)能進(jìn)行電壓、電流互感器中電壓值及電流比的設(shè)定;(f)能對開關(guān)位置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測;(g)能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定合理選擇布線方式。

此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的PM500儀表，能顯示5組數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)功能都可通過儀表按鍵開關(guān)來編程。

微機(jī)保護(hù)測控裝置。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在微機(jī)保護(hù)測控上應(yīng)用Sepam1000系列裝置，此裝置的功能有：(a)實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)測控。能對運(yùn)行狀態(tài)中電網(wǎng)設(shè)備電壓、電流、有功功率、無功功率、故障波形及跳閘記錄進(jìn)行有效測量及保護(hù);(b)診斷功能。能對電動(dòng)機(jī)跳閘電流進(jìn)行診斷，能對開關(guān)設(shè)備進(jìn)行診斷分析，對保護(hù)單元進(jìn)行診斷監(jiān)視等;(c)保護(hù)功能。能實(shí)現(xiàn)對方向性過載、無功過載的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對欠電壓、欠電頻、重合閘進(jìn)行保護(hù)，對接地故障及相電流做好保護(hù)等; (d)通信功能。能在Modbus RS485模塊下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，各種指令數(shù)據(jù)能在通信網(wǎng)絡(luò)下自由交換;(e)人機(jī)界面編程。在PLC300下對人機(jī)界面進(jìn)行編程，在編程下使系統(tǒng)中 SFT2841PC所提供的Sepam功能能在Windows環(huán)境下方便操作。

c) 斷路器接觸器。在系統(tǒng)監(jiān)控上，需相關(guān)等級(jí)權(quán)限的運(yùn)作人員來進(jìn)行，只有這些人員輸入正確操作口令及監(jiān)護(hù)口令之后才能進(jìn)行相應(yīng)控制操作。同時(shí)操作中操作票可自動(dòng)生成，工作人員再按照操作票提示在二級(jí)校驗(yàn)(選擇—返校—執(zhí)行)下進(jìn)行嚴(yán)格操作。每次遙控操作，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)生成并保存操作記錄。為防止因硬件損壞或軟件飛車所造成的誤出口，系統(tǒng)具備硬件閉鎖及軟件防誤兩大功能，能對操作指令進(jìn)行正確判斷，如出現(xiàn)誤操作，會(huì)給操作人員以語音或文字提示，確保操作準(zhǔn)確率達(dá)到100%[3]。此外斷路器接觸器全部具備就地及遠(yuǎn)程兩種控制功能，如果遠(yuǎn)程操作不成功，可以手動(dòng)操作。

3 供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)試

當(dāng)所有設(shè)備都安裝完成之后，要對硬件及軟件進(jìn)行調(diào)試。如果在調(diào)試過程中功率因數(shù)的報(bào)警信號(hào)存在過于頻繁的問題，可利用軟件功率因數(shù)補(bǔ)償器進(jìn)行分析，如系統(tǒng)將這些信息看作是開關(guān)信號(hào)，那么信號(hào)只要傳輸過來，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警。此系統(tǒng)對設(shè)備的掃描時(shí)間非常短，(一項(xiàng)掃描周期中，每個(gè)設(shè)備的掃描時(shí)間只有幾毫秒，所有設(shè)備都完成掃描也不到1 s)，所以不會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)延時(shí)情況。

貴州水礦集團(tuán)汪家寨洗煤廠對供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了幾個(gè)月試運(yùn)行，對掃描時(shí)間不斷調(diào)整，證實(shí)在60 s這一掃描時(shí)間下，系統(tǒng)能對功率因數(shù)報(bào)警進(jìn)行有效控制，此時(shí)系統(tǒng)最為穩(wěn)定。

4 結(jié)語

貴州水礦集團(tuán)汪家寨洗煤廠自從應(yīng)用供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，不僅運(yùn)行工作人員減少，而且供配電過程中一旦出現(xiàn)故障或事故，故障時(shí)間能瞬間顯示在電腦上;抄表統(tǒng)計(jì)原來為人工抄表，現(xiàn)在報(bào)表能在電腦上自動(dòng)生成，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。而像高壓倒閘這類危險(xiǎn)操作，在此系統(tǒng)下只要在計(jì)算機(jī)前鼠標(biāo)操作就能完全，操作安全系數(shù)更高，在確保操作安全基礎(chǔ)上，使工廠經(jīng)濟(jì)效益得到了最大化。