廣州亞運(yùn)會開閉幕式電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

韓來發(fā) 楊興媚

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江陰

摘 要： 輸配和保護(hù)控制是電力應(yīng)用的前提條件，也是電氣建設(shè)的基本目的，對與要求用電要求用電穩(wěn)定保障、力保萬無一失的亞運(yùn)開閉幕式場館來說，更是如此。因此，亞組委在選擇電氣設(shè)備及供應(yīng)商時(shí)，慎之又慎，上海安科瑞電氣股份有限公司的電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel3000真是在這基礎(chǔ)上突引而出，成為亞運(yùn)保供電系統(tǒng)的一員。

1　 概述

海心沙島位于廣州市珠江內(nèi)江心沙洲，在珠江北主航道上，2010年第16屆廣州亞運(yùn)會開幕式以及半個(gè)月后的閉幕式在此隆重舉行。

整個(gè)島內(nèi)的供電由現(xiàn)場發(fā)電以及廣州市供電局供電兩部分組成，整個(gè)配電設(shè)施全部位于舞臺下方的地下空間，包括四個(gè)配電區(qū)域，分別是：(1#)綜合變配電房、舞臺(2#)綜合變配電房、地下空間(3#)綜合變配電房、舞臺(4#)綜合變配電房，每個(gè)配電房包括10KV高壓配電柜、直流屏、0.4KV低壓配電柜、發(fā)電機(jī)、變壓器等。在亞運(yùn)會開閉幕式當(dāng)晚，所有涉及表演、噴泉、音響等重要回路全部由現(xiàn)場發(fā)電機(jī)供電，其余看臺、照明等由廣州市供電局供電。

作為洲際大賽的開閉幕式會場，其對供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性要求極高。因此，在每個(gè)綜合變配區(qū)域設(shè)置一個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，實(shí)現(xiàn)對本變配電房各運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的檢測、預(yù)警，故障分析、統(tǒng)計(jì)輸出與自動(dòng)控制;在看臺設(shè)備監(jiān)控中心設(shè)一個(gè)中央控制室，系統(tǒng)服務(wù)器和主管理工作站設(shè)于該中央控制室，所有變配電房電力參數(shù)通過光纖傳輸至中央控制室。同時(shí)在廣州市供電局10樓設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)公司局域網(wǎng)，通過廣東省104規(guī)約傳輸至供電局調(diào)度中心。從多方位，全角度，深層次來確保亞運(yùn)供電萬無一失。

集合以上要求，Acrel-3000電力監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的最新發(fā)展，對整個(gè)島內(nèi)的供配電系統(tǒng)進(jìn)行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。

2　 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

本系統(tǒng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即間隔層、通訊層和站控層如下圖所示：

圖1

作為整個(gè)配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場間隔隔層主要的設(shè)備包括：多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表、漏電流監(jiān)測裝置、微機(jī)綜合保護(hù)裝置、直流屏系統(tǒng)、變壓器溫度控制儀等。這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在高低壓電氣柜、溫控箱以及直流屏柜內(nèi)，多功能網(wǎng)絡(luò)儀表、漏電流監(jiān)測裝置、微機(jī)綜合保護(hù)裝置以及變壓器溫控儀采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，直流屏系統(tǒng)采用232接口，通過CDT通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

通訊網(wǎng)絡(luò)層主要為：通訊服務(wù)器、光端交換機(jī)、交換機(jī)。其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

站控層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)、報(bào)警蜂鳴器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。

以上網(wǎng)絡(luò)儀表均采用RS485、RS232接口通過MODBUS-RTU以及CDT通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便;通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，最大傳輸距離為1.2km。

數(shù)據(jù)在站控層以串口協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的形式，通過局域網(wǎng)，傳輸給總服務(wù)器，在總服務(wù)器，以104規(guī)約，通過高速以太網(wǎng)，傳輸給廣州市供電局調(diào)中心。

3　 系統(tǒng)的主要功能

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由底層的測控裝置采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Ep、遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢、分析。避免了運(yùn)行保障團(tuán)隊(duì)直接去配電室查看配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，確保在最短時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除故障。

3.2 人機(jī)交互

系統(tǒng)通過全中文界面，CAD圖形顯示高低壓配電系統(tǒng)一次主接線圖，顯示當(dāng)前各回路設(shè)備運(yùn)行信息，并實(shí)時(shí)刷新，并通過著色，顯示當(dāng)前回路運(yùn)行狀態(tài)，如下圖所示：

圖2

3.3 故障報(bào)警及事故追憶

在配電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，會及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警提示用戶及時(shí)響應(yīng)故障回路，同時(shí)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)，以被用戶查詢，追憶故障原因，記錄如下圖所示：

圖3

圖中顯示現(xiàn)場回路產(chǎn)生分合位告警信息。

3.4 用戶權(quán)限管理

可根據(jù)用戶要求添加和刪除軟件的用戶數(shù)量和設(shè)置用戶的權(quán)限。針對不同級別的用戶，設(shè)置不同的權(quán)限組，防止因人為誤操作給生產(chǎn)，生活帶來的損失，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運(yùn)行。

3.5 運(yùn)行負(fù)荷曲線

定時(shí)采集進(jìn)線及重要回路電流負(fù)荷參量，自動(dòng)生成運(yùn)行負(fù)荷趨勢曲線的，方便用戶及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷狀況、實(shí)時(shí)顯示重要回路的諧波數(shù)據(jù)(2—31次諧波)，以及查詢歷史諧波數(shù)據(jù)等。

圖4

由于開幕式當(dāng)晚對配電系統(tǒng)安全性要求極高，因此，在重要回路部分采用現(xiàn)場發(fā)電，保證配電系統(tǒng)運(yùn)行安全，穩(wěn)定。圖4中，大紅色曲線表示由廣州市供電局供電功率趨勢曲線，紫色部分為現(xiàn)場發(fā)電機(jī)發(fā)電功率趨勢，綠色曲線表示當(dāng)前總功率運(yùn)行趨勢，通過實(shí)時(shí)趨勢曲線，可以幫助值班人員密切監(jiān)視當(dāng)前負(fù)荷運(yùn)行狀況。

3.6 用數(shù)據(jù)庫建立與查詢

主要完成遙測量和遙信量定時(shí)采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報(bào)表，以供用戶查詢打印。

3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能

所有運(yùn)行數(shù)據(jù)均通過以太網(wǎng)，由海心沙現(xiàn)場值班室通過104規(guī)約，傳輸至廣州市供電局調(diào)度中心，由市供電部門集中監(jiān)視，統(tǒng)一運(yùn)籌。

4　 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)的軟硬件全部模塊化，硬件全部智能化。軟硬件設(shè)計(jì)選擇工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，可靠性非常高;整個(gè)系統(tǒng)的智能控制終端，遠(yuǎn)程智能通訊控制器全部由16位微機(jī)組成，這種集散型控制系統(tǒng)速度快，實(shí)時(shí)性好，通訊可靠;智能控制終端自帶CPU，采集周期短，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)冗余度高;各個(gè)子系統(tǒng)都是獨(dú)立工作，互不影響;并且和子系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了模塊化，進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全及可靠性。

5　 總結(jié)

本文介紹了廣州亞運(yùn)會開閉幕式電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)功能。在系統(tǒng)投資運(yùn)營以后，已經(jīng)經(jīng)過了亞運(yùn)開閉幕式多次開幕式預(yù)演的考驗(yàn)，并最終在亞運(yùn)開閉幕式當(dāng)晚成功發(fā)揮其功效。通過本系統(tǒng)對前幾次預(yù)演所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了最合適的發(fā)電負(fù)荷量，既保證了供電的可靠性，又實(shí)現(xiàn)了成本的節(jié)約，響應(yīng)了節(jié)約辦亞運(yùn)的號召。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

作者簡介：楊興媚 (1988-)，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，技術(shù)工程師，主要研究方向?yàn)橹悄茈娏ΡO(jiān)控與電能管理系統(tǒng)。技術(shù)交流：0510-86189371 傳真：0510-86179975 手機(jī)：18860995115 QQ:2880157875 主頁：http://eim.acrel.cn