复旦大学电力监控方案书061112.docx
《复旦大学电力监控方案书061112.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复旦大学电力监控方案书061112.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
复旦大学电力监控方案书061112
复旦大学张江校区二期工程
智能配电监控系统技术方案书
美国电气控制公司
ElectricControlCo.,Ltd（U.S.A）.
2006年11月
目录
目录1
1．总则2
2．系统结构及配置3
2.1间隔层设备6
2.1.1精巧电表6
2.1.2SAFECOM专用通信管理机（通信服务器）7
2.1.3智能配电仪表9
2.站控层设备10
3．系统主要技术指标11
4．系统主要性能指标15
4.1监控和综合自动化系统15
4.2主要性能指标及ELECON监控系统的特色15
4.2.1ELECON系统集成的优势15
4.2.3母线、电力线动态着色功能15
4.2.5电力谐波量侧及显示16
4.2.6完善而全面的能源管理功能16
5．功能及画面说明17
5.1人机界面17
5.2运行操作17
5.3系统接线图17
5.4报警处理18
5.5趋势图18
5.6报表19
5.7系统自检19
5.8电力线动态着色21
6．系统配置23
7.工程和服务计划24
7.1现场调试和技术服务24
7.2技术资料24
7.3设计联络会24
7.4工厂验收24
7.5工厂培训24
1．总则
ELECON的PowerControl是基于能源管理的可编程监控系统，它是面向电力、铁路、天然气、区域供热、供水和石油网络而开发的。
在制浆和造纸、金属、木工和化学工业等多种生产过程中，它也被用来作为信号和控制系统。
PowerControl的特别之处在于它先进的人机界面（MMI）和极其灵活的应用工程工具。
PowerControl和用户的过程和需求一起成长–从运行在标准的手提电脑上的微型人机界面到完全冗余和分布式布置的控制系统。
无论过程是大是小，结构严谨、易于掌握的应用软件都会很快准备出来。
应用软件在线开发，并且不需要中断过程或监控系统，就能开发、测试和执行新的应用工具和功能。
用户的工程师或我们ELECON工程师，可以在任何时候增加新的功能。
ELECON是国际上领先的高科技供应商；包括精巧电表、智能配电仪表、开关设备、变压器、电力转换器、马达、驱动和自动化系统，即可以作为单独的产品，也可以作为某些工业中的监控系统。
因为ELECON在这个领域中拥有数十年的经验，ELECON在能源管理及其监控方面是你坚实和可信赖的伙伴，从计划和设计阶段一直到试运行和系统的维护支持阶段。
位于上海的上海易朗自动化科技有限公司，作为ELECON的系统增值服务商，多年来一直致力于为中国国内的电力及工业用户提供最可靠的电力监控及微机保护系统、产品。
数十名经验丰富的系统工程师为国内广大用户提供满意的售后服务，包括系统升级和更新。
真正做到了系统工程设计和售后服务的本地化，提高了工程的质量和用户的工作效率。
2．系统结构及配置
复旦大学张江校区二期工程能源管理系统按照配电系统的布局分为实验楼、变电站、科研楼三个子系统，各系统组成监控本区域配电系统运行状态的中央系统，任何一个系统的故障不影响其他两个系统的正常运行。
ELECON提供电能管理系统按“无人值班”设计，采用分层和分布式系统结构，系统分为站控层和间隔层。
各区域监控系统构成参见系统结构示意图。
间隔层的测控单元采用ELECON最新技术的智能配电仪表，就地安装在开关柜上。
实验楼和科研楼中的电能计量采用ELECON的最新精巧电表系列MP260.
监控系统与智能配电仪表、精巧电表之间的通信采用TCP/IP与MODBUS/RS485配合的现场总线方式。
详细的设备配置清单、如下（本方案为建议方案）：
2.1间隔层设备
2.1.1精巧电表
在变电站开关柜上选用ELECON美国电气控制公司的MP系列精巧电表。
主要特点
MiniPower系列导轨安装式精巧电表系ELECON美国电气控制公司采用微电子技术计量电量，精度高、体积小，安装方便。
符合标准：
IEC61036,GB/T17215-1998
提供标准的RS485,MODBUS协议。
2.1.2SAFECOM专用通信管理机
基于高可靠性的IndustryIT（工业IT）技术，围绕基于实时数据库（RTDB）的通讯协议转换核心，融合电力自动化高级应用，强调TCP/IP应用的SAFECOM系列产品为新一代能源管理系统提供了一个高可靠性的信息集成服务器解决方案，其特点如下图所示：
SAFECOM的功能及技术特点
作为自动化系统的网络通信服务器,SAFECOM不仅提供串行接口RS-232/485/422与网络接口之间的相互转换（透明网关功能），还提供涵盖电力自动化系统常见及特殊应用的几十种国际及中国标准通讯协议或厂家自定义通讯协议之间的转换。
作为自动控制/监控系统的实时数据服务器。
SAFECOM将收集到的各种信息动态更新到高性能的实时数据库系统中，然后提供给基于TCP/IP网络的数据共享服务。
SAFECOM还具有“透明端口传输”功能，是一个多用户、多接口的终端设备服务器。
在“透明端口”模式下，SAFECOM上的串行端口被映射成Windows或Unix/Linux主机的标准串口，通过以太网和TCP/IP协议进行数据通讯，使传统的串口设备可以立即连接到局域网和Internet上去，迅速获得立即联网的能力。
用户无须更改现有的上层应用程序和串口设备本身，即可以通过SAFECOM与多个RS-232串口设备实现透明连接。
SAFECOM通过光电隔离提供4路继电器接点输出，接点容量为5A/250VAC；并提供4路外部开关接点信号输入。
SAFECOM也提供符合工业标准，满足电力系统网络安全规范的路由器（Router）和防火墙（FireWall）功能,以及适合传统通讯信道的PPPServer功能，可通过Modem方式传输和对系统进行维护。
SAFECOM还可作为通信诊断与仿真调试工具，对通信链路、通讯数据帧，甚至帧内的所有信息元素，进行实时的采集/监听、跟踪分析，并将处理后的信息推送到SAFECOMStudio软件中，形成详细、完备的通信分析诊断报告。
SAFECOM内置了丰富的高级应用程序模块和先进的算法，可作为电力高级应用服务器，实现配电自动化系统DA子站、高级电压无功控制AVQC、可编程定时批控制等功能。
SAFECOM采用主动防御方式提供安全保障，对关键应用和数据实施保护，防止被攻击与误操作：
入侵检测和协议扫描；重要信息的传输采用专有加密措施；采用访问规则实现网络资源保护；用户权限、审计、口令、访问策略。
SAFECOM采用嵌入式uCLinux内核，所有的核心软件经过严格测试；内置硬件看门狗和软件看门狗；可网络双机冗余备份；宽泛的电压适应范围与温度适应范围；电源与通讯口采用静电与突波保护，通讯口可采用光电隔离;网络或电源故障后，自动重建网络和设备连接，硬件平台整体采用高强度、长寿命设计
SAFECOM内置Router功能，可以节省路由器购置费用；内置防火墙功能；内置“透明端口”功能，无须购买其它终端设备服务器；内置通讯协议种类齐全，避免二次开发费用；基于IP技术的应用，使得可就近利用各种网络传输数据；内置的各种高级应用功能，能简化系统集成架构，提高系统价值，降低综合成本。
SAFECOM通信管理机多种应用场合，如变电站、集控站、配网子站/主站、发电厂、调度自动化，机场，隧道，高速公路等电力监控，机电集控系统。
应用方式可灵活选择，既可单机单网，也可双机双网冗余备份使用；应用功能可灵活选择，接口数量和类型、基本应用功能、高级应用功能模块，以及支持的通讯协议数量和类型等都可以按需配置；应用配置可灵活选择，既可通过网络采集/转发数据，也可通过串行接口采集/转发数据，既可配置成单一的“透明端口”终端设备服务器，也可配置成多功能的综合应用服务器；
SAFECOM通信管理机采用1U、2U；19"标准机架式，便于安装；可在线升级和远程维护；丰富、全面的告警和提示信息，便于使用和维护；提供专门的Windows平台下的配置管理软件SAFECOMStudio
2.1.3智能配电仪表
在各个低压开关柜上选用美国电气控制公司的QP/452智能配电仪表。
遥测功能：
三相电压
三相电流
有功功率
无功功率
频率
有功电能
无功电能
功率因数
遥信功能：
5路开关量输入
遥控功能：
2路继电器输出
可以控制断路器分合
通讯：
RS485,MODBUS
2.站控层设备
站控层的后台监控主机设在10kV变电所控制室内，以以太网构成分布式实时监控系统。
系统采用开放分布式体系结构，系统主机可以互为备用。
局域网为系统节点间提供高速数据通道，系统各节点间的协调通过系统网络控制软件来实现。
在网络系统中的后台监控主机采用ELECON公司的PowerControl电力监控软件，它们是整个监控系统的核心，完成实时数据处理、系统管理与历史数据处理。
监控主机及操作员站上都具有HMI画面，在HMI上显示整个系统的画面，以及对系统进行常规的控制，而可移动的工程师工作站用于对系统进行维护、修改和配置。
1台打印机台打印机用于事件打印和画面、报表的打印。
3．系统主要技术指标
系统主要技术指标数据见下表：
技术指标说明
技术指标要求
ELECON
技术指标数据
3.1测量值指标
I/O数据采集/控制单元交流采样测量值误差：
≤0.5%
≤0.5%
直流采样模数转换误差：
≤0.2%
≤0.2%
越死区传送整定最小值：
≥0.5%额定值
≥0.5%额定值
3.2状态信号指标
全站断路器、继电保护状态量SOE分辩率：
≤2ms
1ms
3.3遥控命令传送及信号返回总时间：
≤2s
≤2s
3.4系统实时响应指标
全系统实时数据扫描周期：
≤2s
≤2s
从I/O数据采集/控制单元输入模拟量越死区到后台监控主机HMI显示：
≤2s
≤2s
从I/O数据采集/控制单元输入状态量变位到后台监控主机HMI显示：
≤2s
≤2s
控制及调节命令传送并返回时间（从操作执行键到I/O数据采集/控制单元输出到I/O单元输入至HMI显示器上显示的总时间）：
≤2s
≤2s
遥信变化传送时间（从I/O数据采集/控制单元输入端至远动数据处理及通信装置的通信出口）：
≤2s
≤2s
遥测变化传送时间（从I/O数据采集/控制单元输入端至远动数据处理及通信装置的通信出口）：
≤2s
≤2s
3.5历史数据库储存容量
历史曲线采样间隔：
5~30min，可调
3~30min，可调
历史趋势曲线，日报、月报、年报储存时间：
≥1年
≥1年
历史趋势曲线：
≥300条
≥300条
实时数据库在满足现有容量的基础上，再留有30%裕度。
3.6可靠性指标
系统可用率：
≥99.9%
≥99.9%
遥控执行可靠率：
≥99.99%
≥99.99%
系统平均无故障时间（MTBF）：
≥30000小时
≥30000小时
数据采集及控制装置平均无故障时间（MTBF）：
>40000小时
>40000小时
3.7时钟同步误差：
1ms
1ms
3.8CPU负载率
所有计算机CPU负荷率：
正常状态下（同时处理模拟量更新30%，数字量变位处理20%）：
在事故情况下（同时处理模拟量更新100%，数字量变位处理50%）：
任意30min内<40%
10s内<60%
任意30min内<40%
10s内<60%
现场总线网负载率：
正常状态下：
故障情况下：
<30%
<70%
<30%
<70%
计算机局域网负载率：
正常状态下，任意30min内：
事故情况下10s内：
<20%
<40%
<20%
<40%
3.9过载能力
电流回路：
2IN时：
100IN时：
长期
允许1秒
4XIN时长期
允许1秒
电压回路：
1.5VN时：
长期
长期
3.10工频耐压及耐冲击能力
耐压能力：
AC2000V/min
AC2000V/min
浪涌冲击：
5kV雷击浪涌冲击
5kV雷击浪涌冲击
3.11功耗
交流电流回路：
In=5A时
≤0.5VA
≤0.5VA
交流电压回路：
额定电压时
≤0.5VA
≤0.5VA
直流电源回路：
正常工作时
保护动作时
≤15W
≤50W
≤15W
≤50W
3.12机械性能
能承受严酷等级为Ⅰ级的振动响应、冲击响应。
Ⅰ级
Ⅰ级
3.13谐波性能
在有高次谐波的情况下不误动，不拒动。
3.14整个系统的数据更新：
小于20ms
小于20ms
3.15事件记录分辨率：
≤1ms
≤1ms
事件记录储存条数：
≥256条
≥256条
3.16故障发生时系统自动进行故障录波并存储在后台的指定目录，提供分析软件。
事故追忆：
事故前：
1秒钟，每帧间隔按全系统实时数据扫描周期
1秒钟，每帧间隔按全系统实时数据扫描周期
事故后：
4秒钟，每帧间隔按全系统实时数据扫描周期
4秒钟，每帧间隔按全系统实时数据扫描周期
同时，每个周波的采样：
32点
40点
4．系统主要性能指标
4.1监控和综合自动化系统
站级监控软件采用ELECON的PowerControl系统，该监控软件是我司的监控系统，自1994年推出至2005年底，已经投运4000多套。
在国内也有壹佰多套工程实例。
4.2主要性能指标及ELECON监控系统的特色
关于ELECONPowerControl系统的详细功能介绍将在下一章说明，现就ELECONPowerControl系统的特点做一些说明：
4.2.1ELECON系统集成的优势
监控系统和测控仪表都来自国外ELECON原厂，这样可以确保监控系统和测控仪表、精巧电表之间的无缝结合。
ELECON多年监控系统的经验指出系统集成往往是监控系统工程中最重要的也是最容易造成系统效能不彰的原因。
ELECON提供一贯性的装置和系统，可以确保在系统集成方面的优越性。
这和由一般系统集成商采用自行开发或购自非继保原厂的软件相比，更是对最终用户的保障。
ELECONPowerControl是ELECON集团专门为能源管理系统而开发的软件，已经有多年广泛的运行经验。
4.2.3母线、电力线动态着色功能
该功能可以根据系统一次设备的运行情况，自动的计算并改变相关的单线图的颜色，这样可以让操作人员直观的了解系统运行的状况，迅速而准确的判断和处理事件
4.2.4所有事件和告警都具有SOE功能，精度可达1ms
该功能结合了继电保护装置内部时钟，支持时钟同步的通信规约以及相应的系统软件而达到的功能。
所有的时间都具有1ms精度的时标，操作员就可以据此判断事故发生时继电保护和开关的动作顺序是否正确，并据以决定相应的处理措施。
值得关注的是，SOE功能必得由装置、规约、及系统软件间完善搭配才能够做到，对于由不同厂家采购装置、软件的系统集成商，可能难以达到此功能。
4.2.5电力谐波量侧及显示（根据实际情况选择）
1，用途
监视目前电力系统的供电品质状况，并加以改善。
以获得最佳的供电品质。
3，功能描述
*本功能须配合ELECON的POWERSAFE系列继电保护装置使用
*提供有电压及电流品质（谐波）监视功能
*提供二次至十三次谐波及总谐波的显示功能，并可单个设定上限报警
*提供条形图及曲线图，用来观察电力品质的状况和一段期间电力品质的变化情形
*提供以事件为基准的自动上载功能
*提供实时在线读取功能
4.2.6完善而全面的通讯总线
ELECONPowerControl系统将现场的高抗干扰要求与网络的高速度的要求结合在一起，在配电现场选用可靠的、高抗干扰的RS485,MODBUS总线：
1、由于配电现场有大量的高压、大电流的干扰存在，一般的布线很难满足要求。
RS485采用专用的屏蔽双绞线，抗干扰能力高。
2、RS485,MODBUS总线可以传输1200米，大于TCP/IP的200米。
3、RS485,MODBUS总线采用菊花链方式接线，一根RS485、MODBUS可以最多连接32个表。
在科研楼电话机房与配电现场的连接采用高速的TCP/IP。
1、速度快
2、可以充分利用学校的现有的综合布线系统。
4.2.7可扩展的系统
ELECONPowerControl系统可以很方便的与BA系统相连。
提供OPC接口。
5．功能及画面说明（根据实际现场的要求可能有所增加或删减）
5.1人机界面
PowerControl人机界面（MMI）是基于对一系列图、窗口和功能键的应用。
操作员可以支配一个或多个彩色监视器。
他利用键盘、鼠标或跟踪球的帮助下发命令。
在污浊和侵蚀性的环境中，可以使用触摸屏。
过程控制图形是所有过程控制与监视系统的核。
他们显示整个结构的主特性与参数。
通过显示操作员实际需要的信息，避免任何无用的显示，使得操作员对基本的信息一目了览。
操作员可以打开窗口得到更多的相关信息，或通过控制特殊的对象，比如断路器、模拟设置值等。
5.2运行操作
对PowerControl的人机界面的操作非常直观。
这意味着操作员只需点击子系统中他感兴趣的符号（例如断路器），然后一个窗口打开，显示一系列操作，比如打开或闭合断路器，测试断路器，断路器参数，断路器报警状态，等。
控制原理和程序非常简单，只需最少的培训，操作员就能完全掌握。
这一点非常重要，特别是在一个大的发电厂或工厂中，运行操作人员必须要应付大量不同的控制系统。
根据下面的原则，实现了对过程的手工控制：
1.选择一个对象（比如：
断路器）
2.选择功能（“打开"按钮）
3.确认操作（“执行”按钮）
4.确认可能的顺序（比如：
"电解电池列将出错!
继续是/否?
"）
根据被控制的项目的重要性，以上步骤可能是省略的或加上更安全的特性比如密码确认。
当一个控制操作在执行，有关项目的符号或用不同的颜色显示，或闪烁。
任何反馈指示都被立刻报告并传到屏幕和打印机。
多数情况下，反应时间少于1秒。
5.3系统接线图
过程图形中包含变电站需要的所有相关的过程信息。
以单线图的形式显示主设备的形状及各种运行状态，合、分等，和控制状态（当地、远方、闭锁、模拟等）。
其他的信息例变压器的分接头位置，根据需要也可以显示。
除了实际的电压与系统频率监视以外，其他的测量值比如电流与功率根据需要也可以显示。
一个进来的报警会以全文本的内容指示，同时一个红色闪烁的指示在图形头的下面，用于提醒操作员的注意。
所有在显示图中的信息将被周期地刷新。
操作员可以控制变电站单线图中不同的对象。
比如断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器分接头，修改设置定值等等，控制处理通常分三步处理：
第一步，在单线图中，打开所选目标相关的对话图形，在该图形中，显示目标先前的状态指示（ID标识号、状态等）。
第二步，选择操作的模式，对于断路器，模式包括（分断路器/合断路器）。
第三步，通过选择执行键，操作将被完成。
可能的结果是，命令有可能被取消（在同一窗口中）。
命令执行的过程是先选择、后执行的过程（SBO）。
在命令执行以前，间隔控制单元检查是否有另一个命令在执行、闭锁条件是否允执行该命令。
进一步硬闭锁条件将被检查（断路器气体压力低）。
对断路器对象，同步条件是否要考虑。
5.4报警处理
在PowerControl中,所有的报警将被激活通过过程数据库，一个报警来源于：
·一个二进制信号状态改变。
·一个模拟值越限
·系统故障或通讯失败
在RTU一级，过程报警的时间分辨率为1ms。
通过GPS主时钟把所有的RTU与中央系统计算机对时。
保证了报警分类的正确性与真实性。
报警能分成7个不同的级别。
操作员通过下列特征被提醒有新的报警出现：
·右上角的红色框闪烁提示报警列表已刷新，报警列表一显示，闪烁框就取消。
·最新的报警将被显示的顶部或底步，配以主要的描述与发生的时间。
·一个继电器触点用于每一级的报警蜂的鸣器、喇叭和闪烁灯的驱动。
·计算机内部的扬声器可用于运行声音文件，每一个报警级别可用不同的声音，以区分它的重要性。
过程目标有一个确认特性用于操作员手动确认。
报警可以闭锁、退出使用、临时退出使用。
报警列表图形分成二块。
上面显示实际的报警，下面显示飞逝报警，表示未经操作员确认的曾经发生过，现以消失的报警。
所有的报警可以送到一台、或多台打印机处理。
发生的时间、信号名称、信号的状态以及主要的描述将被打印。
5.5趋势图
趋势图以曲线、表格或棒条的形式来显示。
每一个过程信号，模拟值或二进制值都可以以曲线的形式显示。
每一个过程目标可以寄存500000次。
假如每分钟采样一次，一个过程目标的趋势图时间可达到1年。
假如采样只有在事件时执行，趋势图保存时间可以更长。
（例断路器位置只有在改变时保存）。
在一个趋势图中，最多九条趋势线显示。
假如要求不同的坐标，多Y轴可以配置。
当配置多时标轴时，每天电流的曲线可以与前一天的比较。
另外当前显示曲线的精确数字值，包括时标，可以输出到一个文件中。
用户配置图形的数量是没有限制的。
5.6报表
PowerControl中所有需要的数据都能以图的方式、用曲线图、棒图来显示，或者预处理成为表的方式来报告。
PowerControl报告图是一个用户可自行配置的工具，它允许设置大多数必需的报告，例如：
·历史报表（日，星期，月，年）
·统计数据
·电量测量
·最大、最小、总计、累计、平均
·停电统计
·错误和失败报告
通过定义数学公式，可以执行基于列的计算，比如：
所有馈线的电量总加等。
一张报表最多可以排列20列。
报表数量没有限制。
所有报表可以在屏幕上看到、用打印机来处理或存储在文件中。
文件以透明的格式建立，并可以被其他电子制表软件程序，如MSExcel等，读取。
5.7系统自检
系统自检用于对PowerControl系统的监视与管理。
通过提供系统硬件与软件的状态信息，包括系统目标的图形功能实现。
底层监视和监控管理是一个独立于系统的元件功能。
底层监视功能包括系统基本的自检，它可以运行于几个系统环境。
监控管理作为系统监视的一部分，仅能运行在LIB500环境中。
底层监视是一个独立的元件，即使没有系统监视器也能运行，所以它能运行于不同的系统环境中。
监控管理包括人机见面（监视器等），它提供一套监视图形功能，可以插入到系统监视的图形中，监控管理通过过程数据库与底层监视连在一起。
比如目标状态的指示作为底层监视与监控管理部分的一个接口，监控管理部分仅能运行在LIB500环境中。
底层监视包含：
•过程处理目标：
负责从PowerControl通讯单元接受系统信息、指示目标的状态、生成事件与报警
•命令程序、事件通道和时间通道：
执行实际的监视运行与信息的解释
•文档文件包含：
在数据库中根据使用语言的信号文档和监视列表中的事件纪录
•储存配置数据和事件过滤信息的初始文件
•包含系统监视的通用配置参数的文档文件
•包含命令程序源码的文档文件
•系统配置管理的文档文件
•事件记录的显示
•所有的公共系统信息点（例从通讯单元接受系统信息的过程目标单元）
•预定义事件的事件通道
•命令程序、事件通道和时间通道：
处
升级会员 