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35KV变电站监控系统的开发

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摘 要............................................................. 3 前 言............................................................. 4 1 变电站综合自动化系统 .......................................... 4
1.1 变电站综合自动化系统的发展过程............................... 4 1.2 变电站综合自动化的要求 ...................................... 6 1.3 变电站综合自动化系统的主要特点 .............................. 7 1.4 变电站综合自动化系统的优越性 ................................ 8 1.5 发展变电站综合自动化系统的意义 .............................. 8

2 变电站综合自动化监控系统的结构设计......................... 10
2.1 变电站综合自动化监控系统在国内外的发展现状 ................. 10 2.2 变电站综合自动化系统的结构形式 ............................. 11 2.2.1 集中式综合自动化监控系统的结构........................ 11 2.2.2 分层分布式综合自动化监控系统的结构.................... 12 2.2.3 新型的综合自动化系统结构.............................. 14 2.2.4 变电站综合自动化的系统要求及功能...................... 15 2.3 余丁 35KV 变电站监控系统 .................................... 16

3 变电站监控系统的总体设计原则................................ 17
3.1 变电站总体布置和监控要求 ................................... 17 3.1.1 系统原一次侧规模简介.................................. 17 3.1.2 变电站监控系统的基本要求及设计原则.................... 18 3.2 变电站监控系统的组态软件 ................................... 18 3.2.1 组态软件概述.......................................... 18 3.2.2 组态软件的发展情况.................................... 19 3.3 WinCC 简介.................................................. 20 3.4 WinCC 的使用................................................ 21 3.4.1 变量管理器............................................ 21 3.4.2 图形编辑器............................................ 22 3.4.3 过程值归档............................................ 24 3.4.4 消息系统.............................................. 26

4 余丁 35KV 变电站监控软件的实现 ............................... 29
4.1 监控画面功能显示 ........................................... 29 4.2 元件的组态 ................................................. 30 4.2.1 断路器、隔离开关和接地刀闸的组态...................... 30 4.2.2 母联断路器的组态...................................... 32 4.2.3 母线的组态............................................ 33 4.2.4 退出按钮的组态........................................ 35

4.2.5 转换按钮的组态........................................ 36 4.2.6 时间日期显示框的组态.................................. 36 4.2.7 用户管理器的组态...................................... 38 4.3 报警画面的设计 ............................................. 39 4.4 初始画面的设计.............................................. 40

5总

结 .......................................................... 43

致 谢............................................................ 45 参考文献 ......................................................... 46 附 图............................................................ 47

余丁 35KV 变电站监控系统的开发
学生:王佳楠 指导教师:贾智彬 (三峡大学科技学院)

摘要:
由于变电站是电力系统中直接为生产提供电源的一个重要环节, 变电站监控系统 的监控和保护功能具有十分重要的意义。 变电站自动化监控系统已成为一种必然 趋势和发展方向。 本文以余丁 35kV 地面变电站为背景,比较了各种组态工具软件的优缺点, 分析了监控组态软件的发展过程,列举了不同组态环境的优缺点,提出了一种简 单的基于 WinCC 软件的监控设计方案。 在 WinCC 基础上设计确定开发方案,列出监控系统的画面层次,具备变电站 监控系统的基本功能。在主界面上,能显示实时数据和信息,也可以对各种设备 进行监控和操作。当变电站发生故障,会弹出提示进行报警等。可以基本实现对 整个变电站运行情况的监控。 最后,对本论文论述的这套系统做了总结和展望。 关键词:变电站;监控软件;WinCC Abstract:Because of a substation is an important part of the power system, which provides power directly for the production in power system, so the functions of monitoring and protection of the substation supervisory and control system are of great significance. Substation automation control system has become an inevitable trend and development direction. This thesis compares the advantages and disadvantages of the configuration software on the basis of 35kV ground substation, introduces the history of monitoring and controlling configuration software, lists the advantages and disadvantages of different configuration environment, then provides a simple design of the monitoring solution based on WinCC software. On the basis of the WinCC, we design the development plan, list the monitoring system, and possess the basic functions of a substation supervisory and control system. In the main monitoring picture, it can show real-time system data and information, also can facilitate the monitoring and control of various equipment and operation. In

the happening of a system trouble, the incident warning window will pop up, ect. It can basically realize the monitoring of operation of the entire substation system. Finally, it reviews the projects and put forward the prospect of the next job. Key words: Substation; Supervisory software; WinCC

前言
随着我国社会和经济发展, 一个突出的特点是,电力的使用已经渗透到社会 经济,生活领域。发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的 任务, 而变电站是电力工业建设中不可缺少的一个项目。由于变电站的设计内容 多、范围广、逻辑性强、不同电压等级,不同性质负荷的变电站设计时所侧重的 方面不一样。 变电站自动化技术经过十多年的发展已达到一定的水*, 在我国城乡电网改 造与建设中,不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班,而且在 220KV 及以上的超高压变电站技术中也大量采用变电站新技术, 从而大大提高了电网建 设的现代化水*, 增强了输配电和电网调度的可靠性,降低了变电站建设的总造 价。变电站综合自动化技术涉及计算机硬件、软件、通信、网络、信号处理、控 制和继电保护等多个方面,而这些方面自身的发展也十分迅速。然而,技术的发 展是没有止境的,随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线 状态检测、 变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络在实 时系统中的开发应用, 势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全数字 化的变电站自动化系统即将出现。

1 变电站综合自动化系统
1.1 变电站综合自动化系统的发展过程
变电站综合自动化系统是 80 年代才开始应用的一个新课题。常规变电站的 二次部分主要由继电保护、故障录波、就地监控和远动装置所组成。 在微处理器应用之前,这些装置不仅功能不同,实现的原理和技术也不同,80 年代由于微处理器的普遍应用, 因而长期以来形成了不同的专业和相应的技术管

理部门。 这些装置都开始采用微机技术而成为微机型继电保护装置、微机监控和 微机远动装置。这些微机型的装置尽管功能不同,其硬件配置都大体相同,除微 机系统本身外,无非是对各种模拟量的数据采集,以及输入输出接口电路,并且 装置所采集的量和要控制的对象还有许多是共同的,因而显得设备重复,互连复 杂。 很自然的就提出了用综合自动化来优化设计全微机化的变电站二次部分。从 控制、测量、信号及遥信角度考虑,要求微机控制管理的集中性越高越好,数据 事件信息的集中度、 实时性越高越好, 但从保护动作特性和快速维护角度来考虑, 要求微机管理的独立性、物理空间单一性越明确越好,即微机出现故障时,影响 面越小越好。 变电站综合自动化系统的特点是:远动、保护、监控、安全自动装置和经济 自动装置融为一体:控制集中、布置分散;控制方案灵活,由用户自行设计;硬件 标准化;简化了变电站的运行操作。综合自动化系统对一些功能分散的过程,实 行集中监视和控制。即以分散的控制适应分散的过程对象,以集中的监视、操作 和管理达到掌握全局的目的。 随着自动控制装置的和被控设备可靠性的提高,变 电站的控制可由就地操作过渡到远方操作和自动操作。 变电站综合自动化方式的特征,就是将站内当地监控功能 SCANDA 信号采集、远 动功能以及数字保护信息结合为一个统一的整体, 以全微机化的新型二次设备取 代传统的机电式的二次设备, 用不同模块化软件实现机电式设备的各种功能,用 计算机局部网络通信来替代大量信号的连接,通过人机设备,实现变电站的综合 自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等功能。由此取消了传统的集中控制 屏。 目前,变电站综合自动化技术发展迅速,已进入大面积推广应用阶段。各项 新技术的发展为综合自动化系统的实现奠定了技术基础。目前,在变电站综合自 动化系统中广泛使用的新技术主要有下述几个方面。 1.数字信号处理(DSP)技术的应用 20 世纪 80 年代末 90 年代初,DSP 技术的应用,使得随一次设备布置的分散 式测控单元很快发展起来,而且还提供了强有力的功能综合优化手段,如电压、 功率和电能的测量,可以直接从输电线路、变压器等设备上直接交流采样,通过 DSP 得出各相电流、电压的数字波形,经过分析计算不仅可计算出各相电流、相 电压的基波和谐波有效值,以及各相有功、无功、电压主、在功电量等测量的实 时数据,还能进一步计算出功率因数入、频率以及零序、负序参数等值,并和有 关的输入、输出触点一起集成在变电站综合自动化系统中。 2.数字通信技术和光纤技术的应用 20 世纪 80 年代以来,数字通信设备的发展应用,大大提高了通信系统的通

信容量和可靠。 同时,通信技术中光纤通信技术正在迅速取代金属电缆和同轴电 缆,并用于远距离通信和短距离大容量信息的传输。光纤通信除具有频带宽、信 道多和衰减小的特点外, 还具有抗强电磁干扰的最大优点。由于光纤通信实际上 几乎不受电磁干扰、浪涌、暂态分量和各端间地位差的影响,非常适用于变电站 强电磁干扰的环境,是保护和监控装置最佳的通信信道。. 3.计算机网络技术和现场总线技术的发展 20 世纪 80 年代以来计算机网络技术和现场总线技术得到了很大的发展,特 别是局域网(LAN)技术的迅速发展和应用成为一种潮流。由于它们能很好地满 足电力系统一些特殊要求,因此该项技术在变电站综合自动化中得到广泛的应 用。 随着计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的不断提高和有机结合, 变电所综合自动化系统正朝着功能综合化,结构微机化,操作监视屏幕化,运行 智能化的方向发展, 这必将使综合自动化系统进入新的起点。从变电所综合自动 化系统的发展方向来看,它的最终目标是最大限度的提高变电所的自动化水*, 利用计算机来代替人的手工操作,最终实现变电所无人值班。

1.2 变电站综合自动化的要求
变电站综合自动化改善了传统变电站电力系统安全性不高、稳定性不好以及 不够经济、优化的不足。使用监控软件,完成诸如网络通讯、实时库生成、报警 设计分析、历史库关机、报表管理等生成功能,使用于各种电压级变电站监视与 控制、继电保护、自动化装置等综合自动化系统。 变电站对计算机监控系统的要求是多方面的,主要有以下几个方面: 1.先进性 基本功能应能满足现场提出的检测,控制与通信的要求。总的原则是在技术 上容许的条件下力求到先进水*(包括各项功能和技术经济指标) 。 2.可靠性 对计算机监控系统来说,可靠性特别重要。计算机要能长期连续工作,要具 有较强的抗干扰能力和自检自恢复功能。为了提高可靠性,要在硬件和软件两方 面采取措施。硬件方面要选择可靠性较高的控制机,要有一个合理的结构,尽量 采用标准化的功能模块,对 接口的可靠性要给予特别重视。实践表明,在计算 机系统的故障中接口的故障率是最高的。软件方面也要有一个合理的结构,力求 按模块化,构结化的要求设计程序。在可靠性要求特别高的场合,要采用双机或 双重化系统。 3.实时性

计算机监控系统对各种信息的采集和处理要满足实时性的要求,对现场各种 状态要能及时响应。在控制方面,控制信号要能及时发出。为了达到上述要求, 硬件上要采用转换 速度比较快的接口及比较完善的中断申请和优先排队电路, 软件上要尽量缩短处理和运算 时间,对任务进行合理安排和调度,使重要任务 得到优先处理等,也可提高实时性。 4.适应性 计算机要能适应系统各种运行情况。当系统运行情况发生变化时,要求通过 简单的开关操作或改变某些特征标志和整定值就能适应。 此外还有可扩充性和可维护性。

1.3 变电站综合自动化系统的主要特点
变电站监控系统具有以下基本特点: l)变电站监控系统的输入回路将各类信息转换为数字量,并通过计算机通信 网络进行数据交换,实现信息共享。各种功能在微机硬件支持下,由软件和人机 接口设备、输入和输出等设备协调完成。 2)采用模数变换、数字滤波和处理技术,能保证各种量值的测量精度要求。 采用防抖技术,冗余技术以及在线自检,自诊断等技术,提高了监视,控制的准 确度和可靠性。 3)变电站设备和电网运行状态,故障信息,设备操作等采用屏幕显示,电气 操作人员可通过计算机进行全面监视与操作,取代了常规中央信号屏,控制屏等 有关设备,为电气操作人员提供了方便直观的监控条件。 4)监控系统可提供电压无功自动调节控制、电气操作防误闭锁及统计报表 自动生成等高级应用功能。 5)能减少重复性硬件设备,节约大量控制电缆,缩小控制室建筑面积,具有 较好的经济性。 6)站内温度、湿度、污染,振动,特别是强电磁干扰都对监控系统的正常运 行带来不利影响, 必须采用有效技术措施,使监控系统满足现场运行环境和电磁 兼容技术标准的相关要求。 7)监控系统可通过Mls系统上互联网, 这样电气管理人员可在异地通过互联网 直接监视变电站的工作情况。缩短了管理的距离。 总之, 变电站监控系统是提高变电站安全稳定运行水*、降低运行维护成本, 提高经济效益,向用户提供高质量电能的重要技术措施之一,具有功能综合化、 结构微机化、 操作监视屏幕化, 运行管理智能化的基本特征, 为电网调度自动化、 配电自动化和电网的现代化管理奠定了良好的基础。

1.4 变电站综合自动化系统的优越性
传统变电站存在以下问题: 1) 安全性、可靠性不能满足化工企业用电高可靠性的要求。传统的变电站 大多采用常规的设备, 它的二次设备结构复杂, 可靠性不强, 没有故障自诊断 能力, 只在计划停车或保护装置发生拒动和误动时才能发现问题。 2) 供电质量缺乏科学的保证。传统变电站大多不具备调压手段, 且缺乏科 学的电能质量考核办法,不能满足企业考核的需求。 3) 占地面积大, 增加征地资金。传统变电站二次设备体积大、笨重, 器件 组屏数量多, 因此, 控制室和继电保护室占地面积大, 不能满足企业发展和扩 规的要求。 4) 不具备实时监控的要求。变电站要做到优质、可靠、安全运行, 必须掌 握系统的运行工况, 才能采取一系列的自动控制和调节手段。 传统的变电站不具 备远方通讯功能, 缺乏自控手段和措施, 因此不利于变电站的安全、稳定运行。 5) 设备可靠性差, 维护量大。常规的继电保护整定值必须定期停电校验, 保护整定值整定工作量大, 也无法实现远方参数或自动装置的整定值的修改。 相比较而言,综合自动化系统的优越性体现在以下几个方面: 1) 提高供电质量及电压合格率。由于变电站综合自动化系统中有电压、无 功自动控制功能, 可大大提高电压合格率, 降低损耗, 节约电能, 保证电气设 备的正常运行。 2) 提高变电站的安全、可靠运行水*。变电站综合自动化系统具有保障自 诊断功能, 发现不正常现象及时报警。 由于微机的应用, 更突出了自动装置和四 遥装置的有利特点, 这使得变电站的一、二次设备的可靠性大大提高。 3) 提高系统的运行、管理水*。变电站实现自动化后, 监视、测量、记录、 抄表等工作由计算机自动完成, 提高了测量精度, 避免了人为误差。实时工况、 报警记录、各种运行趋势图等可供查询, 大大提高了运行的管理水*。 4) 减小占地面积。变电站综合自动化系统采取计算机和先进的通信技术, 可实现资源和信息共享,同时大规模的集成电路结构紧凑、体积小、功能强,与传 统变电站相比, 其性能大大提高, 控制室面积减少。

1.5 发展变电站综合自动化系统的意义
变电站是电力生产过程的重要环节,作用是变换电压、交换功率和汇集、分 配电能。 变电站中的电气部分通常被分为一次设备和二次设备。属于一次设备的

有不同电压等级的电力设备,包括电力变压器、母线、断路器、隔离开关、电压 互感器、电流互感器、避雷器等。有些变电站中还由要满足无功*衡、系统稳定 和限制过电压等要求,装有同步调相机、并联电抗器、静止补偿装置、串联补偿 装置等。 为了保证变电站电气设备安全、可靠、经济运行,装有一系列的辅助电气设 备,如监视测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置等,上述这些 设备被称为二次设备。 常规变电站的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、录波装置等 组成。在实际应用中,是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织 的,相应的就有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。每一个一次设备,都 与这些屏有关,因而,每个设备的电流互感器的二次侧,都需要分别引到这些屏 上;同样,断路器的跳、合闸操作回路,也需要连到保护、控制屏、远动屏及其 他自动装置屏上。此外,对同一个一次设备,与之相应就的各二次设备(屏)之 间,保护与远动设备之间都有许多连线。由于各设备安装在不同地点,因而变电 所内电缆错综复杂。 由于常规变电站的上述情况,决定了常规变电所存在着不少缺点: 1.传统二次设备、 继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集 成电路,缺乏自检和自诊断能力,其结构复杂、可靠性低。 2.二次设备主要依赖大量电缆, 通过触点、 模拟信号来交换信息, 信息量小、 灵活性差、可靠性低。 由于上述两个原因,传统变电站占地面积大、使用电缆多,电压互感器、电 流互感器负担重,二次设备冗余配置多。远动功能不够完善,提供给调度控制中 心的信息量少、精度差,且变电所内自动控制和调节手段不全,缺乏协调和配合 力量,难以满足电网实时监测和控制的要求。 而变电站作为整个电网中的一个节点,担负着电能传输、分配的监测、控制 和管理的任务。在电网统一指挥和协调下,电网各节点( 如变电站、发电厂) 具体实施和保障电网安全、稳定、可靠运行。变电站综合自动化是电网自动系统 的一个重要组成部分。作为变电站自动系统,应该确保实现以下要求: (1).检测电网故障,尽快隔离故障部分。 (2).采集变电站运行实时信息,对变电站运行进行监视、计量和控制。 (3).采集一次设备状态数据,供维护一次设备参考。 (4).实现当地后备控制和紧急控制。 (5).确保通信要求。 因此,要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠,对变电站内设备

进行统一监测、管理、协调和控制。同时,又必须与电网系统进行实时、有效的 信息交换、共享,优化电网操作,提高电网安全稳定运行水*,提高经济效益, 并为电网自动化的进一步发展留下了空间。

2 变电站综合自动化监控系统的结构设计
2.1 变电站综合自动化监控系统在国内外的发展现状
随着我国电网的建设,电网结构的日趋复杂,变电站作为系统的重要组成部 分,其运行的经济性、安全性和可靠性变得越来越重要。监控软件作为变电站综 合自动化系统的重要组成部分,集数据采集、显示、控制、通信等功能于一体, 是变电站综合自动化系统的最终实现工具。随着计算机技术和通信技术的发展, 人们对电力监控系统的要求越来越高。因此,开发专用的变电站监控组态软件成 为满足变电站自动化技术发展的必然选择。运用变电站监控组态软件,变电站工 作人员只需要简单地进行相应的参数组态工作,就能够实时、直观了解和监控整 个变电站设备的运行情况。 监控软件是变电站综合自动化系统的重要组成部分,集数据采集、显示、控 制、通信等功能于一体,是变电站综合自动化系统的最终实现工具。随着计算机 技术和通信技术的发展,人们对电力监控系统的要求越来越高。因此,开发专用 的变电站监控组态软件成为满足变电站自动化技术发展的必然选择。 运用变电站 监控组态软件, 变电站工作人员只需要简单地进行相应的参数组态工作,就能够 实时、直观了解和监控整个变电站设备的运行情况。 依据大电网会议 WG34.03 工作组的分析,变电站自动化系统较严格的定义为
[2]

: l)远动功能(四遥功能); 2)自动控制功能(如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制

(VQC)。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段隔离/非故 障段恢复供电与网络重组等); 3)测量表计功能(如三相智能式电子电费计量表等); 4)继电保护功能; 5)与继电保护有关的功能(如故障录波、故障测距、小电流接地选线等); 6)接口功能(如与微机五防、 继电保护、 电能计量、 全球定位系统(GPS)等 IED 的接口):

7)系统功能(与主站通信,当地 SCADA 等)。

2.2 变电站综合自动化系统的结构形式
从变电所综合自动化系统的发展过程来看,其结构形式有集中式、分层分布 式、分散集中式、完全分散分布式;从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层 组屏和分散在一次设备间隔*沧暗刃问健

2.2.1 集中式综合自动化监控系统的结构
集中式结构的变电所综合自动化系统,指采用不同档次的计算机,扩展其 外围接口电路,集中采集变电所的模拟量、开关量和数字量等信息,集中进行计 算与处理,分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能,集中结构也并 非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。 多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同 的微机完成的,只是每台微机承担的任务多一些。例如监控机要负担数据采集、 数据处理、开关操作、人机联系等多项任务;担任微机保护的计算机,可能一台 微机要负责几回低压线路的保护等。 这种结构形式主要出现在变电所系统问世的 初期,如图2-1所示。 这种结构形式是按变电所的规模配置相应容量、 功能的微机保护装置和监控 主机及数据采集系统,它们安装在变电所主控室内。主变压器、各种进出线路及 所内所有电气设备的运行状态经电缆传关到主控制室的保护装置或监控计算机 上,并与调度中心的主计算机进行数据通信。当地监控计算机完成当地显示、控 制和制表打印等功能。集中式综合自动化系统的缺点是: 1.台计算机的功能较集中,如果一台计算机出故障,影响面大,因此必须采 用双机并联运行的结构才能提高可靠性。 2.中式结构,软件复杂,修改工作量大,调试难度大。 3.态不灵活, 对不同主接线或规模不同的变电所, 硬件都必须另行设计, 软、 工作量大,因此影响了批量生产,不利于推广。 4.集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比,不直观、不符合运行 和维护人员的*惯,调试和维护不方便,程序设计麻烦。 因此,集中式综合自动化系统,适合于小型变电所的新建或改造。

图 2-1

变电站综合自动化系统集中式结构示意图

2.2.2 分层分布式综合自动化监控系统的结构
1.分层分布式结构的概念 随着微机技术和通信技术的发展,特别是在20世纪80年代后期,单片机的性 能价格比越来越高,给变电站综合自动化系统的研究和开发工作注入了新的活 力,使研制者有条件将微机保护单元和数据采集单元按一次回路进行设计。 所谓分布式结构,是在结构上采用主从CPU协同工作方式,各功能模块之间 采用网络技术或串行方式实现数据通信,多CPU系统提高了处理并行多发事件的 能力、解决了集中式结构独立CPU计算处理的瓶颈问题,方便系统扩展和维护, 局部故障不影响其他模块正常运行。 按照IE61850变电所通信网络和系统协议,变电站能通信体系分为三层:变 电站层、 间隔层、 设备层: 这就是所谓的分层式结构。 在变电站综合自动系统中, 通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称 为保护单元, 而把测量和控制功能综合在一起的装置称为保护单元,两者通称为 间隔单元。设备层主要是指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及辅助触点, 电流互感器、 电压互感器等一次设备,图2-2是变电所综合自动化系统的分层构 示意图 间隔层按一次设备组织,一般按断路器的间隔划分,包括测量、控制和继电 保护部分。测量、控制部分负责单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及 事件顺序记录等; 保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波 等。因此,间隔层本身是由各种不同的单元装置组成,这些独立的单元装置直接

通过总线接到变电站层。

图 2-2

变电站综合自动化系统分层分布式结构示意图

变电站层由一台或多台微机组成,这种微机操作简单方便、界面汉化。 2.中、小型变电站的分层分布式集中组屏结构 分层分布式系统集中组屏结构是把整套综合自动化系统 按其功能组装成 多个屏(或称柜),例如主变压器保护屏(柜)、线路保护屏、数据采集屏、出 中屏等。一般来说,这些屏都集中安装在主控室中,我们把这种结构称为“分布 集中式结构”,其系统结构如图2-3所示: 图2-3所示的系统采用按功能划分的分布式多CPU系统, 每个功能单元基本上 由一个CPU组成,也有一个功能单元由多个CPU完成的,例如主变压器保护,在主 保护和多种后保护,因此由2个或2个以上CPU完成不同的保护功能,这种按功能 设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体 可靠性高等特点。 由图2-3可知,在综合自动化系统的管理上,采取分层(级)管理的模式, 即各保护功能单元由保护管理机直接管理。 一台保护管理机可以管理多个单元模 块。它们之间可以采用总连接,如RS-485总线、CAN总线等;而交流采样,由数 采控制机负责管理;开*梁涂刂破练直鸫砜/开出的信息。保护管理机和 数采控制机以及控制处理机等是处于单元层的第二层结构。正常运行时,保护管 理机监视各保护单元的工作情况,一旦发现某一保护单元本身工作不正常,立即 报告监控机,并报告调度中心。 如果某一保护单元有保护动作信息,也通过保护管理机,将保护动作信息送 往监控机, 再送往调度中心。 调度中心或监控机也可通过保护管理机下达修改保 护定值等命令。 数采控制机和开关量采集处理机则将数采单元 和开关单元采集 的数据和开关状态送给监控机和送往调度中心, 并接受由调度或监控机下达的命

令。总之,这第二层管理机的作用是可明显减轻监控机的负担,协助监控承担对 间隔层的管理。

图 2-3

中小型变电站集中组屏结构示意图

变电站的监控主机或称上位机, 通过局域网络与保护管理机和数采控制机以 及控制处理机通信。监控机在无人值班变电站,主要负责与调度中心的通信,使 变电站综合自动化系统具有RTU的功能,完成四遥的任务;在有人值班的变电站, 除了仍然负责与调度中心通信外,还负责人机联系,使综合自动化系统通过监控 机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。 3.大型变电站分层分布式集中组屏结构 用于大型变电站的综合自动化系统则在变电站管理层可能没有通信控制机, 专门负责与调度中心通信,并设有工程师机,负责软件开发与管理功能,另外在 功能间隔层可能还有各种录波装置等。

2.2.3 新型的综合自动化系统结构
分散分布式与集中相结合的综合自动化系统结构,目前国内外最为流行、结 构最为合理的、比较先进的一种综合自动化系统。 它是采用“面向对象”即面向电气一次回路中各数据或电气间隔 (如一条出 线、一台变压器、一组电容器等)的方法进行设计的,间隔层中各数据采集、监 控单元和保护单元做在一起, 设计在同一机箱中,并将这种机箱就地分散安装在 开关柜上或其他一次设备附*。 这样各间隔单元的设备相互独立,仅通过光纤或 电缆网络由站控机对它们进行管理和交换信息, 这是将功能分布和物理分散两者 有机结合的结果。通常,能在间隔层内完成的功能一般不依赖通信网络,如保护 功能本身不依赖于通信网络,这就是分散式结构。

而完全分散式的综合自动化系统结构是另一种正在发展的新技术, 硬件结构 为完全分散式的综合自动化系统,是指变压器、断路器、母线等一次主设备为安 装单位,将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在主设备的开关 柜上, 安装在主控制室的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信,主控单 元通过网络与监控主机联系,其结构示意图如图2-4所示。 这种完全分散式结构的综合自动化系统在实现模式上强分为两种: 一种是保 护相对独立、测量和控制合二为一;另一种是保护、测量是、控制完全合一,实 现变电站自动化的高度综合。 目前变电站综合自动化系统的功能和结构都在不断地向前发展, 全分散式的 结构一定是今后发展的方向,主要是因为: (1).分层分散式的自动化系统有突出的优点。 (2).随着新设备、 新技术的进展如电-光传感器和光纤通信技术的发展,使 得

图 2-4

完全分散式的综合自动化系统的结构示意图

原来只能集中组屏的高压线路保护装置和主变压器保护也可以考虑安装于 高压设备附*, 并利用是益发展的光纤技术和局域网技术,将这些分散在开关柜 的保护和集成功能模块联系起来,构成一个全分散化的综合自动化系统,这变电 站实现高水*、高可靠性和低造价的无人值班创造更有利的技术条件。

2.2.4 变电站综合自动化的系统要求及功能
变电站自动化系统的监控软件功能具有以下要求: 1)数据通信。包括与现场微机保护装置、智能仪表的通信,以及上一级调度 维护主机的数据通信功能。 2)数据监测。 实时监测现场各智能仪表设备的运行情况, 对装置的各模拟量、 开关量的变化都能够进行相应的正确处理。

3)现场智能仪表装置的控制和操作。如遥控分、合闸,遥控装置复位,修改 装置的定值,更新装置时间等等。 4)数据分析和整理等功能。 如装置的模拟量越限判断和报警处理,开关量变 位和报警处理,数据统计和计算,录波数据分析等等。 5)历史数据的查询。如系统报警记录,SOE 事件记录,操作记录等的查询。 6)报警功能。 当现场某装置的运行状态发生异常时,具有画面报警和声音报 警功能。 现场工程师在使用组态软件时只需要进行数据组态,再在图形组态环境下 把被控对象(如微机保护装置、电压表、直流屏)形象地画出来,通过内部数据连 接把被控对象的属性与 I/O 设备的实时数据进行逻辑连接。在不同的变电站之 间, 只需要分别进行相应的数据组态和图形组态工作,就能够实现针对具体需求 的变电站监控功能,功能多样,灵活方便,特别适合变电站监控系统的要求。 因此,组态软件作为变电站监控后台软件系统的首选。

2.3 余丁 35KV 变电站监控系统
为保证变电站的安全与经济运行,须建立变电站的监视、测量、控制和保护 系统, 以实现对变电站电气一次设备和电网运行状况的监视,以及对电气一次设 备的控制, 并在电气一次设备及电网发生故障时能使故障设备迅速退出运行,同 时为运行值班人员提供信号,以便采取有效措施及时处理。 余丁 35KV 变电站监控系统的站控层设备包括主控单元和当地后台监控系 统,主控单元采用集中组屏方式安装,布置在变电站主控室内。 间隔层的测控设备由电气单元组屏的 I/O 测控部件组成,具有交流采样、测 量、防误闭锁、同期检测、就地断路器紧急操作和但接线图状态及测量数字显示 等功能,对全站运行设备的信息进行采集、转换、处理和传送。 间隔层设备包括 35KV 线路及母线、主变压器、6KV 馈线的保护和测控设备, 间隔层设备完全按一次设备中的回路间隔配置间隔层保护测控单元设备。35KV 和主变压器的保护设备和测控设备为各自独立配置,采用单独组屏方式,同主控 单元以及当地后台系统一起安装在主控室。 间隔层的低压侧 6KV 设备采用保护测 控一体化单元, 直接分散安装在开关柜上,并通过数据通信的方式直接接入自动 化系统中。 主要的电气设备有:断路器、电压互感器、隔离开关、进出线柜、保护装置、 熔断器、避雷器等。 断路器:在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合,迅速切断故障 电流,防止事故扩大,从而保证系统安全运行。

电压互感器: 把高电压按比例关系变换成 100V 或更低等级的标准二次电压, 供保护、计量、仪表装置取用。同时,使用电压互感器可以将高电压与电气工作 人员隔离。 隔离开关:隔离电源:将需要检修的电气设备用隔离开关与电网的带电部分 可靠的隔离, 使被检修的电气设备与电源有明显的断开点,以保证检修工作的安 全;改变运行方式进行倒闸操作:如在双母线运行的电路中,可以利用隔离开关 将设备或线路从一组母线切换到另一组母线上去;接通和切断小电流电路。 进出线柜:进出线柜当用于进出线,可以控制保护下一级开关。防止下一级 开关越级跳闸。 保护装置:当系统发生短路故障时,保护装置动作于断路器跳闸,起到隔离 和保护作用。 熔断器:当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流 有可能损坏电路中的某些重要器件或贵*骷灿锌赡苌栈俚缏飞踔猎斐苫 灾。若电路中正确地安置了熔断器,那么,熔断器就会在电流异常升高到一定的 高度和一定的时候,,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。 熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。 避雷器:避雷器通常接在导线和地之间,与被保护设备并联。当被保护设备 在正常工作电压下运行时,避雷器不动作,即对地视为断路。一旦出现过电压, 且危及被保护设备绝缘时,避雷器立即动作,将高电压冲击电流导向大地,从而 限制电压幅值,保护电气设备绝缘。当过电压消失后,避雷器迅速恢复原状,使 系统能够正常供电。

3 变电站监控系统的总体设计原则
3.1 变电站总体布置和监控要求
3.1.1 系统原一次侧规模简介
余丁 35KV 变电站高压侧电压为 35KV,采用单母线分段的接线方式;低压侧 为 10KV 一个电压等级。 系统高压 35KV 侧采用 3 回电源进线,进线名称分别为两条中心变和一条莲 花湾火线,同时变电站有 2 台双绕组变压器,分别采用星形与三角形接线方式。 系统低压 10KV 侧也采用单母线分段接线方式。 回 10KV 出线分别连接到 2 20

个 10KV 母线段,其中有两条厂用电出现,中间由一个母联断路器连接。 整个变电站主要有断路器、隔离开关和接地刀闸几个元器件。其中断路器 25 个,隔离开关 19 个,接地刀闸 21 个。

图 3-1 变电站系统主接线示意图

3.1.2 变电站监控系统的基本要求及设计原则
余丁 35KV 变电站综合自动化系统负责对上述一次系统进行保护和监控。 变电站自动化系统应充分考虑系统用于进行变电站监控的环境, 所采用的技 术应满足安全性、可靠性、先进性、实用性的原则。而监控系统应可以使值班人 员把握安全控制、事故处理的主动性,减少和避免误操作、误判,应用微机系统 完成一次设备监视、控制、数据采集、事件顺序记录和屏显、打印功能,提高电 网的运行管理水*,减少变配电损失。 变电站监控系统的基本要求有:实时性(系统对事件及时作出响应的能力、系 统在所要求的时间内完成规定任务的能力)、连续运行的可靠性、维护方便快捷、 信息采集和输出技术先进、人机交流方便、通信可靠、信息处理和控制算法先进 等。

3.2 变电站监控系统的组态软件
3.2.1 组态软件概述
分布式控制系统(DCS,又称集散式控制系统)的出现和发展,催生了“组态”

(configuration)这个概念。 组态,即利用软件工具对计算机及其软件的各种资源进行配置,使计算机或 软件按照预先设置,自动执行特定任务,满足特定应用要求。组态软件是面向监 控与数据采集(SCADA,即 supervisory control And Data Acquisition)的软件 *台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大。利用组态软件,工 程技术人员只需进行简单的数据连接和配置操作, 就能实现监控主机与现场智能 仪表设备进行数据通信和远程遥控的目的。 组态软件最早出现时,人机接口 HMI(Human Machine Interface)是其主要内 涵,随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数 据接口、对 I/O 设备的广泛支持己经成为它的主要内容。随着技术的发展,组态 软件还将会不断被赋予新的内容[4]。 变电所综合自动化系统的后台监控组态软件的开发属于工控组态的范畴。所 谓工控组态是由图形、报表、元件及数据库组成,并能够与外部设备相连进行通 信,交换数据的统一系统。其由驱动软件和硬件设备两部分构成。结合计算机技 术,驱动软件一般包含直观丰富的操作界面。 一方面,用户根据需要进行一定的操作,施发指令,通讯设备收集和整理外 部所要控制对象的信息,在组态软件进行数据的处理之后,以报表、统计图等直 观的形式传达给用户,这样用户可以达到了解控制对象情况的目的; 另一方面, 用户依据所了解到的情况, 再通过组态软件控制外部设备的运行。

3.2.2 组态软件的发展情况
组态软件产品大约在 20 世纪 80 年代中期在国外出现,在中国也有将* 20 年的历史。但在 90 年代中期之前,组态软件在我国的应用并不普及随着工业控 制系统应用的深入, 随着计算机硬件和软件技术的发展,工业控制系统应用规模 逐步扩大,控制更为复杂,原有的上位机编程的开发方式费时费力,而且网络及 数据库技术的发展,似的工业现场可以为企业的生产、经营、决策提供更详细和 深入的数据,以便优化企业生产经营中的各个环节。因此,组态软件在国内的应 用逐渐得到了普及。 下面就对几种组态软件分别进行介绍: (1) InTouch: 是美国 Wonderware 公司的 InTouch 率先推出的 16 位 Windows 环境下的组态软件,是最早进入我国的组态软件。最新的 InTouch 9.5 版将世界 领先的 HMI 软件与卓越的先进图形技术相结合, 从而使客户获得运行和工程生产 率上的显著提高。

(2)Fix:Intellution 公司以 Fix 组态软件起家,1995 年被爱默生收购, 现在是爱默生集团的全资子公司,Fix6.x软件提供工控人员熟悉的概念和操作 界面,并提供完备的驱动程序。 (3)Citech:CiT 公司的 Citech 也是较早进入中国市场的产品。Citech 具 有简洁的操作方式,但其操作方式更多的是面向程序员,而不是工控用户。 (4)WinCC:Simens 的 WinCC 也是一套完备的组态开发环境,Simens 提供 类C语言的脚本,包括一个调试环境。WinCC 内嵌 OPC 支持,并可对分布式系统 进行组态。 (5)组态王:组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司(更早的 品牌多数已经湮灭)。组态王提供了资源管理器式的操作主界面,并且提供了以 汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。 (6)Controx(开物):华富计算机公司的 Controx2000 是全 32 位的组态 开发*台,为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报 告功能。作为国内最早加入 OPC 组织的软件开发商,Controx 内建 OPC 支持,并 提供数十种高性能驱动程序。 (7)ForceControl(力控):三维力控公司的 ForceControl(力控)从时 间概念上来说,力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。大约在 93 年左 右, 力控就已形成了第一个版本, 1999~2000 年期间, 在 力控得到了长足的发展, 最新推出的 2.0 版在功能的丰富特性、易用性、开放性和 I/O 驱动数量,都得到 了很大的提高。

3.3 WinCC 简介
西门子视窗控制中心 SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是 HMI/ SCADA 软件中的后起之秀,1996 年进入世界工控组态软件市场,当年就被美国 Control Engnieering 杂志评为最佳 HMI 软件,以最短的时间发展成第三个在世 界范围内成功的 SCADA 系统;而在欧洲,它无可争议地成为第一。 在设计思想上,SIMATIC WinCC 秉承西门子公司博大精深的企业文化理念, 性能最全面、 技术最先进、 系统最开放的 HMI/SCADA 软件是 WinCC 开发者的追求。 Wincc 是按世界范围内使用的系统进行设计的,因此从一开始就适合于世界上各 主要制造商生产的控制系统,如 A—B,Modicon,GE 等,并且通讯驱动程序的种 类还在不断地增加。通过 OPE 的方式,WinCC 还可以与更多的第三方控制器进行 通讯。 WinCC V6.O 采用标准 Microsoft SQL Server 2000(WinCC V6.0 以前版本 采用 Sybase)数据库进行生产数据的归档, 同时具有 web 浏览器功能, 可使经理、

厂长在办公室内看到生产流程的动态画面,从而更好地调度指挥生产,是工业企 业中 MES 和 ERP 系统首选的生产实时数据*台软件。 作为 SIMATIC 全集成自动化系统的重要组成都分, WinCC 确保与 SIMATIC S5, S7 和 505 系列的 PLC 连接的方便和通讯的高效;WinCC 与 STEP 7 编程软件的紧 密结合缩短了项目开发的周期。此外,WinCC 还有对 SIMATIC PLC 进行系统诊断 的选项,给硬件维护提供了方便。

3.4 WinCC 的使用
第一次运行 WinCC 时,出现一个对话框,选择建立新项目的类型包括一下三 种:单用户项目;多用户项目;客户机项目。本次设计使用单用户项目。 打开 WinCC 资源管理器如图 3-2 所示,窗口的左边为浏览窗口,包括所有已 安装的 WinCC 组件。有子文件夹的组件在其前面标有“+” ,单击此符号可显示此 组件下的子文件夹。窗口右边显示左边组件或文件夹所对应的元件。

图 3-2 WinCC 资源管理器

3.4.1 变量管理器
变量管路器管理 WinCC 工程中使用的变量和通讯驱动程序。它位于 WinCC 项目管理器的浏览窗口中。 WinCC 的变量按照功能可分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量四 种类型。下面以建立内部变量为例如图 3-3 所示。

图 3-3

建立内部变量

单击右键选择“新建变量” ,就会弹出创建内部变量对话框如图 3-4 所示。

图 3-4

变量属性

在上面可自行确定变量名称和数据类型。

3.4.2 图形编辑器
图形编辑器是用于创建过程画面并使其动态化的编辑器。 只能为 WinCC 项目 管理器中当前打开的项目启动图形编辑器。WinCC 项目管理器可以用来显示当前

项目中可用画面的总览。WinCC 图形编辑器所编辑画面文件的扩展名位.PDL。 右击 WinCC 项目管理器的图形编辑器,打开图形编辑器如图 3-5 所示。

图 3-5

图形编辑器构成

图形编辑器由图形程序和各种各样的工具组成;与 Auto CAD 等图形软件相 似的程序界面和操作方法可以很容易地使用 WinCC 的图形编辑器。 图形编辑器主要包括以下元素: (1)绘图区 绘图区位于图形编辑器的中央。 (2)标题栏 显示当前编辑的画面名称。 (3)菜单栏 操作方法与 Windows 操作类似。 (4)标准工具栏 位于图形 “编辑” 菜单栏下的标准工具栏是缺省设置, 包括常用的 Windows 命令按钮。 (5) “对象选项板” (6) “样式选项板” 在图形编辑器中绘画出的图形可以进行属性的动态化如图 3-6 所示。

图 3-6

确定对象的属性

3.4.3 过程值归档
第一步:在 WinCC 项目管理器中打开“变量记录”编辑器,会弹出一个对 话框如图 3-7 所示。

图 3-7

变量记录窗口

第二部:组态定时器。

在默认情况下,系统提供了 5 个定时器:500ms,1s,1min,1h 和 1 天。还 可自己创建定时器如图 3-8 所示。

图 3-8

创建一个定时器

第三部:创建归档。 第四步:在已组态的归档中添加另一个变量。 第五步:归档设置。已添加的变量如图 3-9 所示。

图 3-9

更改过程值变量的设置

在 WinCC 中,报警记录编辑器负责消息的采集和归档,包括过程、预加工、 表达式、确认及归档等消息的采集功能。

3.4.4 消息系统
(1) 组态报警的步骤 第一步:在 WinCC 项目管理器左边的浏览窗口中,右击“报警记录”组件。 第二步:启动报警记录的系统向导。在“系统向导:选择消息快”对话框中, 选中“系统快”中的“日期,时间,编号”,选中“用户文本块”中的“消息文 本,错误位置” ,对于“过程值块”选中“无”。选择完毕,单击“下一步”。 第三步:组态报警消息和报警消息文本。在其中可更改用户文本块中“消息 文本” “错误点” 和 的长度; 组态一个报警消息:在表格窗口的第一行,双击“消 息变量”列选择需要的变量,同样也可以更改“消息位”,“消息文本”和“错 误点”的内容如图 3-10 所示。

图 3-10

组态报警消息

第四步:组态报警消息的颜色。在浏览窗口中单击“消息类别”前的图 标,在单击消息类别“错误”,在数据窗口右击“报警”。在快捷菜单中选择“属 性”菜单项打开类型对话框,如图 3-11 所示。

图 3-11

组态报警颜色

(2) 组态模拟量报警 单击报警记录编辑器上的菜单“工具”>“附加项”,打开对话框,激活复选 框“模拟量报警”,如图 3-12 所示。单击“确定”按钮后,浏览窗口的消息类别 下面出现一组件“模拟量报警”。

图 3-12

添加模拟量报警组件

第一步:组态变量的模拟量报警。右击浏览窗口的“模拟量报警”,从快捷 菜单中选择“新建”菜单相,打开属性对话框如图 3-13 所示。可以自己所需的 变量。

图 3-13

设置要监控的模拟量报警的变量

第二步:设定限制值。右击刚刚建立的在浏览窗口中的变量,从快捷菜单中 选择“新建”菜单项,打开属性对话框如图 3-14 所示。

图 3-14

设定模拟量报警的限制值和消息编号

同样的方法可分别设定上限值和下限值以及各自的编号, 然后单击报警记录 编辑器工具栏上的保存按钮,保存刚刚组态的报警。组态完后,退出报警记录编 辑器。再次进入后,表格窗口中将自动增加新增编号的两条报警组态消息,如图 3-15 所示。

图 3-15

组态好的模拟量报警

4 余丁 35KV 变电站监控软件的实现
4.1 监控画面功能显示
站控层中监控界面做为上位机系统对下位机送来的数据和信息进行实时处 理,对变电所的运行进行安全监视与控制,其主要功能如下: 1.人机联系功能 (1)屏幕显示。 这是变电站综合自动化系统进行人机联系的重要手段之一, 通过屏幕可使值 班人员随时、全面的了解供电系统及变电所运行情况,内容包括:系统主接线, 系统实时运行参数,包括各开关的运行状态、电压、电流等;如电压、电流、功 率等,这些参数显示要求能不断刷新。报警画面及提示信息;事件的顺序记录、 事故记录;退出运行的设备和装置的显示;值班记录;系统发生故障时,能显示与 故障有关的信息及故障处理的有关规程程序和操作指令等, 以帮助值班人员能妥 善迅速处理事故。 (2)通过键盘输入数据。 如运行操作人员的代码及密码,运行操作人员密码的更改,报警的界线、保 护装置的投入与退出,手动/自动设置,设备运行/检修的设置,信号复归等。

2.报警功能: 报警类别: (1)错误。 (2)系统,需要确认。 (3)系统,没有确认。 报警方式: (1)语音报警。 (2)屏幕显示报警。 (3)打印报警。

4.2 元件的组态
4.2.1 断路器、隔离开关和接地刀闸的组态
在变电站电气设备的操作规则中, 隔离开关和断路器的操作必须严格遵守操 作规程。送电时,先对隔离开关进行操作后,才能对断路器进行操作;断电时, 先对断路器进行操作后,才能对隔离开关进行操作。 (1) 以中心变这条进线为例如图4-1所示。其余的进线或出线都是类似的逻 辑关系。

图4-1

中心变进线

断路器1禁止合闸的组态如图4-2。

图 4-2

断路器组态框

隔离开关 GL1 禁止合闸与禁止分闸的组态框如图 4-3 和图 4-4。

图 4-3 隔离开关禁止合闸组态框

图 4-4 隔离开关禁止分闸组态框

接地刀闸 1001 的组态如图 4-5 所示

图 4-5

接地刀闸组态框

4.2.2 母联断路器的组态
母联断路器虽然没有隔离开关, 但他的状态直接关系到所连接母线下属出线 的带电状况,盲目断开可能造成大面积停电故障。因此必须有逻辑判断。 断路器300警告框显示的逻辑语句: '311'*('312'+'314')+(!'300')此逻辑关系为 1 则不显示,否则显示,如图 4-6 所示。

图 4-6

母联断路器 300 组态框

断路器600警告框显示的逻辑语句: '601'*'301'*'602'*'302'+(!'600') 此逻辑关系为 1 则不显示,否则显示,如 图 4-7 所示。

图 4-7 母联断路器 600 组态框

4.2.3 母线的组态
本系统能够监视母线运行状态,即在母线带电时,颜色显示为红色,当母线 不带电时,颜色显示为绿色。首先,对余丁35KV变电站的主接线图进行分析,判 断出,母线何时带电、何时不带电。并在其颜色显示动态设置中添加合理的表达 式。经过分析,可以得出该变电站在接通两条中心变和一条莲花湾火线时,该变 电站即可有供电来源。因此,各母线表达式如下: 其中***表示断路器编号,****表示隔离开关编号。 35KV 母线Ⅰ:('311'*'3113')+(('312'*'3123')+('314'*'3143'))*'300' 对应的组态框如图 4-8 所示;

图 4-8 35KV 母线 I 组态框

35KV 母线 II:('312'*'3123')+('314'*'3143')+('311'*'3113'*'300')对 应的组态框如图 4-9 所示;

图 4-9 35KV 母线 II 组态框

10KV 母线 I: ((('311'*'3113')+(('312'*'3123')+('314'*'3143'))*'300')*('301'*'601') )+((((('311'*'3113')*'300')+('312'*'3123')+('314'*'3143'))*'302'*'602 ')*'600')对应的组态框如图 4-10 所示;

图 4-10 10KV 母线 I 组态框

10KV 母线 II: ((('311'*'3113'*'300')+('312'*'3123')+('314'*'3143'))*('302'*'602'))+ (((('311'*'3113')+(('312'*'3123')+('314'*'3143'))*'300')*('301'*'601'

))*'600')对应的组态框如图 4-11 所示。

图 4-11 10KV 母线 II 组态框

4.2.4 退出按钮的组态
添加一个按钮在画面中,拉伸到适当的大小,点击右键打开事件对话框,点 击“鼠标”后在双击“按左键”会弹出一个对话框,设置如图4-12所示。

图4-12

退出按钮直接连接对话框

4.2.5 转换按钮的组态
本系统中的转换按钮包括断路器操作、隔离开关操作、接地刀闸操作和报警 操作等转换按钮。其基本操作与退出按钮相同,设置如图4-13所示。

图4-13

转换按钮直接连接对话框

4.2.6 时间日期显示框的组态
添加四个静态文本, 分别表示时间、年、月、日。此组态采用C 动作。以“时 间” 表示方法为例, 具体操作为:打开静态文本属性对话框,选择“字体”项“文 本”属性,在动态栏点击右键选择“C 动作”,弹出“编辑动作”对话框,在编 辑窗口中输入编译程序, 点击确定按钮编译,如果编译没有问题即表明编译程序 正确,组态完毕。如图4-14、4-15 所示。

图4-14

对象属性对话框

图4-15

动作编辑对话框

其他三个表示年、月、日的静态文本的组态与此类似,只是编译程序不同。 表示时间的C 动作程序为: time_t timer; struct tm *ptm; char *p; time(&timer); ptm=localtime(&timer); p=SysMalloc(9); sprintf(p,"%02d:%02d:%02d",ptm->tm_hour,ptm->tm_min,ptm->tm_sec);

return(p); 表示年的C 动作程序为: #pragma code("kernel32.dll"); void GetLocalTime(LPSYSTEMTIME lpSystemTime); #pragma code() SYSTEMTIME sysTime; char szTime[6] = " "; GetLocalTime(&sysTime); sprintf (szTime,"%02d",sysTime.wYear); return szTime; 表示月的C 动作程序为: #pragma code("kernel32.dll"); void GetLocalTime(LPSYSTEMTIME lpSystemTime); #pragma code() SYSTEMTIME sysTime; char szTime[6] = " "; GetLocalTime(&sysTime); sprintf (szTime,"%02d",sysTime.wMonth); return szTime; 表示日的C 动作程序为: #pragma code("kernel32.dll"); void GetLocalTime(LPSYSTEMTIME lpSystemTime); #pragma code() SYSTEMTIME sysTime; char szTime[6] = " "; GetLocalTime(&sysTime); sprintf (szTime,"%02d",sysTime.wDay); return szTime;

4.2.7 用户管理器的组态
基于 WINDOWS 的 HMI 的应用系统主要要求不同级别的用户访问一定级别的 安全设置,这里将使用 WINCC 用户管理器来设置对项目的安全保护。在“用户 管理器”中可以对 WinCC 功能和 WinCC 用户的访问权限进行设置和维护。 组态用户管理器的步骤如下:

在导航窗口中双击 “用户管理器” 图标, 会弹出一个名 “User Administrator” 的对话框。在左侧的浏览窗口中单击“管理员组”,展开列后单击右键,选择添 加用户。在“添加新用户”对话框中填入新设置的用 户名“wang”及密码,然后确认保存。最后在右边的窗口中勾取需要的功能,将 权限授权给用户“wang”如图 4-16 所示。

图 4-16

用户管理员对话框

4.3 报警画面的设计
本系统中, 提供了对故障或错误报警功能。报警可以通知操作员在生产过程 中发生地故障和错误消息, 用于及早警告临界状态, 并避免停机或缩短停机时间。 对变电站变压器油温和绕组温度进行监测,判断是否发生了短路等故障。 报警记录分两个组件:组态系统和运行系统。 报警记录的组态系统为报警记录编辑器。报警记录定义显示何种报警、报警 的内容、报警的时间。使用报警组态系统可对报警消息进行组态,以便将其以期 望的形式显示在运行系统中。在组态报警时可以对某一过程值进行监控,并设定 一个或多个限制值。 如对变压器 1 的油温进行监控,在模拟量报警编辑器中设置 其上限值为 85。在超出这个范围后,系统会自动报警。如图 4-17 所示。

图 4-17

报警记录画面

报警记录的运行系统主要负责过程值的监控、报警输出、管理报警确认。 WinCC Alarm Control 作为显示消息事件的消息视图使用。通过使用报警控件, 用户在组态时就可获得高度的灵活性,因为希望显示的消息视图、消息行和消息 块均可在图形编辑器中进行组态。在 WinCC 运行系统中,报警事件将以表格的形 式显示在画面中。表格内容包括:故障日期、时间、编号、消息文本、错误点这 些内容。如图 4-18 所示。

图 4-18

报警显示画面

4.4 初始画面的设计
一个好的监控系统应该具有良好的人机交互界面。 利用工控机的 CRT 彩色显 示器、键盘、鼠标及组态软件提供的图形式画面和动画连接,可很好的完成这一 要求。 本系统的导航画面即是对本系统的功能概况的总览, 它包括主接线画面按钮 及退出按钮。通过各种按钮可以进入相应的画面,进行断路器、隔离开关等各种 操作,随时进行报警检测,及时发现故障。同时,用户可通过本界面进行登陆。

用户登陆后,才能通过点击各按钮进入相应的画面,如图 4-19 所示。

图 4-19

初始画面

除了基本的文本修饰以外,添加了三个按钮,分别为退出按钮、主画面按钮 和用户按钮。 退出按钮的组态:添加一个按钮在画面中,拉伸到适当的大小,点击右键打 开事件对话框,点击“鼠标”后在右击“按左键”选择C动作,会弹出一个对话 框,设置如图4-20所示。

图 4-20

退出按钮编辑动作对话框

主画面按钮的组态:添加一个按钮在画面中,拉伸到适当的大小,点击右键 打开事件对话框,点击“鼠标”后在右击“鼠标动作”选择直接连接,会弹出一 个对话框如图 4-21 所示。

图 4-21

主画面按钮直接连接对话框

用户按钮的组态:添加一个按钮在画面中,拉伸到适当的大小,点击右键打 开事件对话框,点击“鼠标”后在右击“释放左键”选择 C 动作,会弹出一个对 话框如图 4-22 所示。

图 4-22

用户按钮编辑动作对话框

5 总结
本次毕业设计的题目是 35KV 变电站监控系统的开发。按照最初拟定的计划 顺利完成了监控系统的开发, WinCC 软件实现了变电站监控系统基本的功能要 用 求如变量管理、状态显示以及报警等功能。 1 在毕业设计期间我完成的工作有: (1)了解变电站自动化的概念、要求、优越性、主要内容。对本设计形成 一个整体构思。 (2)通过对变电站综合自动化的了解,及变电站综合自动化系统对监控软 件的要求,结合老师的建议,选定所需要的工业组态软件 WinCC。 (3) 对设计方向大致了解之后进行材料的收集,准备课题所需的原始资料。 得到余丁 35KV 变电站的原始资料之后,开始结合资料熟悉 WinCC 软件的各项操 作。 (4)根据设计的步骤、进度,不断深入的学* WinCC,掌握其主要功能的 实现方法。如界面的设计、系统的登录、系统主界面的监视、系统设备的遥控操 作、断路器和隔离开关的闭合实现、实时报警及确认等功能。通过对余丁变电站 的设计领会变电站综合自动化的实现过程。 (5) 除了自学研究监控软件的实现,同时也大致了解整个监控系统的构成。 2 设计中还存在的问题: 由于个人专业知识的有限、变电站资料的不全面及时间的限制,本次设计很 多很多的功能都不能实现, 或是不能按实际应用和构思的方式实现。有很多地方 仅仅能体现原理,并不能根据实际设计。 首先,由于设计系统不能与下位机相连接,没有实际的数据来源,所以在设 计监控系统时, 所有实时显示的数据都是个人参考正常运行时候的值,通过程序 使其进行一些变化,可能并不符合实际运行时的变化情况。 其次,由于时间原因,很多功能掌握了其原理之后,并未能在设计中实现, 比如监控系统的安全性、变压器等元件的保护、报表的生成、数据的存储和查询 等功能。还有待在日后的实际应用中更深入的进行研究。 3 设计的展望 变电站综合自动化系统是一门综合多专业、多学科的综合技术,它给我们 带来了技术应用上质的飞跃,给电力系统的高质量运行提供了便宜和技术保证。 伴随着电网规模日新月异的发展,自动化设备性能的完善和提高,变电站综合自 动化必然会是变电站今后发展、应用的主要模式。经过多年的实际应用,微机保 护原理和算法目前也日趋成熟。 但是电力系统是个复杂的非线性系统,目前的算

法仍然没有很好的同时解决电力系统继电保护所要求的快速性、 安全性、 可靠性。 目前对微机保护算法的研究仍需继续深入。 变电站的综合自动化设计还缺乏相关 的规程规范,变电站自动化应用受到生产厂家的巨大影响。如何配置系统功能, 使它将现场监控、远方监控、保护、自动化以及一次设备有机地配合到一起,向 计算机化、网络化、智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展, 最大限度地发挥它资源共享、信息共享、数字通信的优势,同时,让综合自动化 这种新技术更好地适应目前的电力系统管理模式,执行各项反事故措施要求,值 得我们充分的探讨和研究。 由于很多主观及客观的原因,本次设计做的还是有些粗糙,只能作为日后继 续学*实践的一个引子。 而且对于本设计真正应用到实际中去,可能还有很多不 同的地方需要改进。在实际的应用中,需要监控的量会更多,需要考虑的因素也 会更多, 对于各类保护信息实际也会更复杂。这些都需要再以后的应用中更深入 的进行学*研究。 本次做的只是监控系统的一小部分,对于整个监控系统并没有 深入进行了解, 比如说通讯系统这些同监控系统紧密相关的子系统我都没有进行 深入了解。 对整体的监控系统还掌握的不清楚。 这些都是需要更深入涉及的方面。 通过本次设计, 至少让我在变电站综合自动化这方面入了门,为今后的深入学* 打下了良好的基础, 对今后在这方面的更深层次的学*我很有信心, 也很有兴趣。 这是本次毕业设计我最大的收获。 最后,对于论文中所设计的内容,由于能力有限,出现的问题、错误在所难 免,有不完善需要改进的地方,还请各位老师、专家批评指正。





本文是在贾智彬导师的悉心指导下完成的。本文能够顺利完,是和导师在学 术上严谨的学风,开拓的精神,求实的态度分不开的,导师在论文工作期间,从 论文的选题到方案的制定, 提出了许许多多具有指导性的建议,对论文的形成起 到了非常重要的作用。 导师在学术上的严格和在生活上的关怀,严谨的治学态度 和一丝不苟的工作作风,使本人受益终身。谨此向贾智彬导师表示衷心的感谢。 在此本人向指导关怀和支持我的老师,同学和朋友们表示最诚挚的谢意。 最后,谨向审阅本文的专家,以及所有关心本文工作的老师、同学致以诚挚 的谢意。

参考文献

[1].于书文主编.变电站综合自动化现场技术.中国电力出版社,2008. [2].黄益庄主编.变电站综合自动化技术.中国电力出版社,2000.4 [3].朱松林主编,变电站计算机监控系统及其应用.浙江省电力公司组编.中国电力出版 社,2008. [4].郜勇琴主编.变电站综合自动化系统后台信息分析.中国电力出版社,2009. [5].王明俊等.配电系统自动化及其发展[M].中国电力出版社,2005. [6].沈金官主编.电网监控技术[M].中国电力出版社,1999. [7].王士政编著.电网调度自动化与配网自动化技术[M].中国水利水电出版社,2004. [8].王国光编著.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护[M].中国电力出版社,2002. [9].王远璋主编.变电站综合自动化现场技术与运行维护[M].中国电力出版社,2001. [10].付周兴、王清亮、董张卓合编.电力系统自动化[M].中国电力出版社,2002. [11].杨 新民主编.电力系统综合自动化[M].中国电力出版社,2003. [12].崔明主编.变电站与水电站综合自动化[M].中国水利水电出版社,2000. [13].上海超 高压研究所主编.变电所综合自动化与监控[M].中国电力出版社,2004. [14].孟祥忠、王玉彬、张秀娟编著.变电站微机监控与保护技术[M].中国电力出版社 [15].马正午、周德兴.过程可视化组态软件 IN TOUCH 应用技术[M].北京?机械工业出版 社,2001. [16].阳宪惠主编.现场总线技术及其应用[M].清华大学出版社,2003. [17].陈堂、赵祖康、陈星莺等.配电系统及其自动化技术[M].中国电力出版社,2006. [18].王小*; 110kv 数字化变电站综合自动化实现[M]华北电力出版社,2002. [19].自动化与驱动集团编.深入浅出西门子 WinCC V6.北京航空航天大学出版社 [20].上海超高压研究所主编.变电所综合自动化与监控. 中国电力出版社 [21].孟祥忠、王玉彬、张秀娟编著.变电站微机监控与保护技术. 中国电力出版社





附图 1:运行系统的初始画面

附图 2:运行系统的主控制画面。

附图 3:运行系统的报警画面。



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