供配电自动化控制系统应用设计

对于工厂，供配电系统能对工厂能源直接分配，将电网公司电能经降压处理后，为各个车间合理分配，作用至关重要。当下很多工厂在巨额用电量下自行筹建电厂以达到供电自给自足。对于这些工厂，供配电自动化控制系统的合理设计可让电力调度部门对电网运行状态实时监测，及时发现事故及故障，并能对故障在线分析处理，确保生产部门供电可靠性，最大限度缩短停电时间，确保生产安全。

1 供配电自动化控制系统应用需求

多数中型工厂的电源进线电压都为6 kV～10 kV，大型工厂电源进线电压更高，在供配电自动化控制系统下，可对工厂供配电有效监管，从而实现下列目标：a) 对工厂所有电压等级下的设备、进线进行监控及管理，对设备远程操作，对馈线开关的推进及拉出等动作进行遥控管理；b)对工厂主变进行远程调节；c) 能引入综合保护器，使系统得到有效保护，同时数据通讯接口可以通用，数据传输及下载比较方便；d) 对电气智能设备进行管理，通过专门接口传输数据，使数据能方便上传及读取；e) 可以对UPS不间断电源、无功补偿器这些智能配电装置进行统一管理，在专门接口下实现数据传输；f) 可以同工厂中的变压器油温监测、气温气压监测等在线监测装置进行实时通讯，方便数据管理。

2 供配电自动化控制系统设计

2.1 系统总体结构及功能

工厂供配电自动化控制系统由图形系统、数据库系统、各功能模块、标准模板库、专家系统规则库、知识表示模型、结果输出这七大部分组成，主要模块功能如下：

a) 图形系统。在图形系统中包括基本图元库、标准模板库及支路图元库3个部分。基本图元库所存放的为电气设计所需的最基本图元，这些图元是主接线图及低压配电系统实现的基本要素。标准模板库存有高低压下的各种标准接线型式，可生成各种图形，供系统直接调用及修改。支路图元库存放的为各种典型支路及高低压开关柜的图形方案。

b) 数据库。在数据库系统中包括设备常规数据库、成果输出库、专家系统知识库及支路节点数据库几个部分。在设备常规数据库中存放有各种电气设备参数，每类电气设备都有对应数据表及记录；专家知识库存有逻辑推理下所需的各种规则及知识，如电气主接线的选择，变压器容量的选择等；支路节点数据库存有电气设备选择、短路计算这些调用所需的各个支路及节点数据。而各种数据的表格可以自成果输出库来打印输出。

功能模块。此模块系统的主要内容是进行变压器型号、容量及台数的选择，确定主接线草图，进行负荷统计、无功补偿、短路计算、导线电缆校验选择及电气设备校验选择。

通过这样的系统使设计、绘图及数据处理实现了一体化，使数据库能在不能环境下进行数据交换，整个系统在数据库这一核心下，将逻辑推理同知识规则的表达有机结合，有效弥补了当下软件绘图同计算相分离的缺陷[2]。综合来讲，此系统功能有：a) 在已知条件及原始资料下，对工厂供配电系统进行相应网络拓扑描述，建立出低压配电的初步模型；b)在所建立的模型下进行变压器、主结线型、主要电气设备及电缆导线的选择，进行无功补偿及负荷计算；c) 使电气元件图元同对应属性参数实现数据组织及联动，在绘图软件下进行主结线图绘制，并完成图形输出及打印；d) 完成系统设计中电气设备的选择明细表、负荷计算表、短路计算数据表等技术文档的保存及打印。

2.2 系统实现

2.2.1 系统数据编辑及软件配置

此次系统设计中的软件配置选择Windows NT简体中文版，系统软件版本为POWER—SCADA2000，事件的记录软件为Sepam Fix，录波的采集分析软件选用Sepam Rec，报表选用专门的报表编辑软件RptDraw及报表专用的浏览软件RptView。

将各软件成功安装后，建立好数据库，并将数据库作为系统核心。将报表、录波、事件记录、画面显示及遥控操作等各项功能软件同数据库相连接。鉴于数据采样点多，需要在模拟量的输入块及计算输入块内，在规定状态进行数据库编辑。

2.2.2 硬件性能指标

a) 电力监控仪表(PM500)。PM500需满足如下功能：(a)能在高、低压电力安装过程进行电气监控，确保四象限测量的有效实现，并能在Modbus RS485等模块下对电压及电流进行有效的能量及总谐波失真测量；(b)具备5个以上测量数据的显示，并能对信息进行直接快速访问，获取所有电气测量参数，包括电流、电压、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、功率因数、频率等；(c)能实现对开关的本地/远方操作，实现开关的分合控制；(d)能在通信模块下进行通信方式设定；(e)能进行电压、电流互感器中电压值及电流比的设定；(f)能对开关位置的运行状态进行有效监测；(g)能根据系统设定合理选择布线方式。

此次系统设计应用的PM500仪表，能显示5组数据，且数据功能都可通过仪表按键开关来编程。

微机保护测控装置。此次系统设计，在微机保护测控上应用Sepam1000系列装置，此装置的功能有：(a)实现对电力系统测控。能对运行状态中电网设备电压、电流、有功功率、无功功率、故障波形及跳闸记录进行有效测量及保护；(b)诊断功能。能对电动机跳闸电流进行诊断，能对开关设备进行诊断分析，对保护单元进行诊断监视等；(c)保护功能。能实现对方向性过载、无功过载的保护，实现对欠电压、欠电频、重合闸进行保护，对接地故障及相电流做好保护等；(d)通信功能。能在Modbus RS485模块下进行网络通信，各种指令数据能在通信网络下自由交换；(e)人机界面编程。在plc300下对人机界面进行编程，在编程下使系统中 SFT2841PC所提供的Sepam功能能在Windows环境下方便操作。

c) 断路器接触器。在系统监控上，需相关等级权限的运作人员来进行，只有这些人员输入正确操作口令及监护口令之后才能进行相应控制操作。同时操作中操作票可自动生成，工作人员再按照操作票提示在二级校验(选择—返校—执行)下进行严格操作。每次遥控操作，系统都会自动生成并保存操作记录。为防止因硬件损坏或软件飞车所造成的误出口，系统具备硬件闭锁及软件防误两大功能，能对操作指令进行正确判断，如出现误操作，会给操作人员以语音或文字提示，确保操作准确率达到100%[3]。此外断路器接触器全部具备就地及远程两种控制功能，如果远程操作不成功，可以手动操作。

3 供配电自动化控制系统调试

当所有设备都安装完成之后，要对硬件及软件进行调试。如果在调试过程中功率因数的报警信号存在过于频繁的问题，可利用软件功率因数补偿器进行分析，如系统将这些信息看作是开关信号，那么信号只要传输过来，系统就会报警。此系统对设备的扫描时间非常短，(一项扫描周期中，每个设备的扫描时间只有几毫秒，所有设备都完成扫描也不到1 s)，所以不会出现报警信号延时情况。

贵州水矿集团汪家寨洗煤厂对供配电自动化控制系统进行了几个月试运行，对扫描时间不断调整，证实在60 s这一扫描时间下，系统能对功率因数报警进行有效控制，此时系统最为稳定。

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