2022年变电所远程监控系统设计 .pdf

1)分散、分层、分布式原则传统的变电站由于计算机硬件水平的限制，保护功能与远动功能等分别单独集中实现。随着计算机硬件水平的提高和网络技术的发展，将保护功能和监控等功能按电气间隔划分单元，分布实施，相互之间用串行通信或网络通信组成一个系统。这种结构也可称为面向对象的分布式结构。这种分布式系统很自然地发展为分散安装在开关柜上的分散分布式系统。与集中式系统比较，其优点是：可靠性提高，任一部分设备有故障时只影响局部，并可节省大量二次电缆、减轻二次回路负载；设计、安装方便，控制室面积进一步缩小，从而降低变电站综合造价。所谓分层原则，国际上通常将变电站自动化系统的结构分为变电站层、间隔(单元)层、设备层 3 层。这是因为国际上变电站的一次设备已带有电子设备的智能传感器和执行器而具有交换信息能力。在我国通常仍采用2 层结构：变电站层和间隔层。分层分散式系统的功能配置宜采用下放的原则，凡可以在间隔层就地完成的功能，例如保护、备用电源自投、电压控制等就不要通过网络和上位机去完成。2)远方与就地并存原则按我国的实际情况，目前变电站还不大可能完全撤人，存在现场维护调试和应急处理的问题，因此设计时应考虑远方与就地控制操作并存的模式。保护单元应具有远方和就地投切和在线修改定值的功能，以远方为主，就地为辅，并应从设计制造上保证同一时间只允许其中一个控制方式有效，即就地和远方是互相闭锁的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -3)保护功能相对独立原则要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，但从管理体制及传统观念考虑，应确保继电保护功能的相对独立性和动作可靠性。继电保护功能相对独立，这是由于继电保护在电网安全运行中所处地位的重要性和高可靠性要求所决定的。继电保护按被保护的电力设备单元(间隔)分别单独设置，直接由相关的PT，CT 输入电气量，然后由触点输出，直接操作相应断路器的跳闸线圈。在单元盒内，保护电路与测控电路是彼此分开的，甚至保护CPU 与监控 CPU 是分开的，以确保保护功能相对独立和保护的可靠性。在 110kV 以下等级的电网中也有的采用保护与监控装置合并，即配给保护装置一些其它功能，但应以不降低保护装置可靠性为前提。保护、测量、控制原则可合用PT，但测量 CT 与保护CT 回路应是分开的。4)交流采样原则变电站自动化设计中应优先采用交流采样技术，减轻CT，PT的负载，提高测量精度。同时，可取消光字牌屏和中央信号屏，简化控制屏，由计算机承担信号的监视功能，使任一信息做到一次采集，多次使用，提高信息的实时性、可靠性，节省占地空间，减少屏柜、二次电缆的设计、安装及维护工作量。2-3-1变电站自动化系统的功能要求变电站自动化系统的主要功能要求如下。1)数字式微机保护数字式微机保护有输电线路保护、变压器保护、馈线保护、母线保护、电力电容器组保护等。各类装置应具有存储多套整定名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -值，能远方修改整定值及显示定值，故障录波，对保护定值应能自动校对，关键环节出错应自动闭锁保护出口，并发预告信号。从管理体制及传统观念考虑，要求继电保护相对独立，但能与监控系统通信。微机保护具有以下突出优点：A、维护调试方便。通过几个简单的操作就可以检验出微机硬件是否良好。微机保护具有自诊断功能，一旦发生异常便会发出警报，通常只要上电后无警报，就可确认装置完好。可以说，微机保护几乎不用调试。B、可靠性高。有极强的综合分析判断能力及自动纠错功能，这是常规保护做不到的。C、灵活性大。微机是可编程智能化装置，通过存储器芯片的置换可较容易修改和更换软件。D、功能可扩性强。功能扩展容易实现。例如显示和打印各种故障信息(保护各部分动作顺序和动作时间记录。故障类型和相别及故障前后电压、电流波形记录等)。对于线路距离保护还可提供故障点的位置等信息。2)自动控制装置自动控制装置有备用电源自动投入、重合闸、同期合闸、按周波减载及变电站电压无功综合控制、单相接地自动选线装置等。同期合闸是检测该断路器两侧电压的幅值与相位，在调度端判别它们如在一定允许范围内则发同期合闸命令，一般应为独立设备，有手动与自动 2 种方式可选。变电站电压无功综合控制，即利用有载调压变压器和母线无功补偿电容器及电抗器进行局部的电压及无功补偿器的自动调名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -节，使负荷侧母线电压偏差在规定范围内，变压器二次侧功率因数在 0.91 之间。要通过输入的进线功率因数及变压器二次侧的电压按高峰时逆调压及低谷时顺调压的原则，输出分时控制调节有载变压器分接头档位及投切电容器组。单相接地自动选线装置是装在中性点不接地或经消弧线圈接地的电力系统中(简称小电流接地系统)，当发生单相接地时，故障线路的电容电流为其它非故障线路电容电流之和。为此，利用此条可判断故障在那一条线还是母线接地故障。RTU 功能本功能即在常规的远动功能基础上扩充的远动功能，在实时遥测、遥信、遥控、遥调的基础上增加了远方修改保护整定定值。其信息量应比传统远动大得多。根据实际要求，可以与多个远方调度中心或操作中心通信，其通信口和调制解调器应该互相独立，通信波特率可在6002400bps或更高，必要时还应有备用通道切换功能。变电站自动化应具有与调度端的主站对时功能，统一整个调度自动化系统的时钟。3)数据处理和历史数据记录它应能满足相关调度中心、电网规划、变电站运行管理、继电保护专业各部门的要求。例如应有以下历史数据及统计功能：测量值的时间平均值；负荷的日最大、最小、平均值及相应时间；各条母线电压定时记录，并统计出日最大值、最小值、平均值及相应的时间；拉闸、限电统计；年事故电量损失统计；开关故障跳闸统计；年开关检修时间统计；电容器组实际投运率统计；变压器有载调压投入率及动作次数日、月统计；系统频率、主变负荷越限极限运行时间统计。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -4)系统自诊断功能及自恢复功能系统内各模块应具有自诊断功能，自诊断信息也以与采集数据的同样周期送往后台机(人机联系子系统)和远方调度中心或控制操作中心，及时诊断出故障模块并自动切换，以保证系统正常可靠运行。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -第二章变电所远程监控系统的设计第一节登陆界面的设计登陆界面是使用者打开系统后首先看到的页面，主要实现登陆、时间查看等功能。所以其程序主要有：时间显示模块、确认登陆模块、登陆记录模块和密码验证模块等。本系统中的登陆界面前面板如下图：图 3-1 登陆界面前面板3-1-1时间显示模块在本设计中，由于是实时监控系统，所以每位登陆者有必要掌握操作的时间。图 3-2 显示模块前面板名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -并且可以通过以后开发数据库，通过数据库作到可以查询每位登陆者的登陆以及离开时间，以明确责任。做到可扩展性。本时间显示模块采用如下图所示结构：图 3-3 显示模块程序框图其前面板由一个字符显示控件构成，而程序中的核心模块是一个时间字符串格式化控件（format date/time string），和一个 while循环，连线如图所示。此控件是从系统中取得时间数据，然后由设计者所规定的格式显示在字符型显示控件上。3-1-2确认登陆模块图 3-4 确认登陆模块前面板为了防止误操作，本系统添加了确认登陆模块，以阻止无意登录到本系统的人。本模块程序框图如下：图 3-5 确认登陆模块程序框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -因为目的是防止误操作，所以本模块应该是整个系统最先运行的程序。只有通过这个模块才能进入下面的操作，所以把整个登陆界面设计成顺序结构，而本模块就位于整个顺序结构的第一层。本模块采用弹出框，如果弹出框没有关闭，则无法对登陆界面的其他控件进行操作，从而达到防止误操作的目的。3-1-3密码验证模块密码验证模块是本登陆界面中一个重要的模块，因为它是抵制非法登陆的重要屏障。它为整个监控系统提供安全保障。图 3-6 密码验证模块前面板密码验证模块的程序框图如下：图 3-7 等待输入密码框图图 3-8 管理员密码验证框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -图 3-9 用户登陆密码验证框图在本程序中，因为要使程序停留并等待用户输入密码，所以程序采用顺序结构中套接while 循环的方式。当用户没有输入密码时，由于 while 循环一直在循环，所以顺序结构停留在这一层，并不往下执行。用户输入密码后，点击确定按钮，而确定按钮就是while 循环的控制按钮，所以while 循环跳出，顺序结构继续向下运行。本设计中密码验证采用数组查找控件（Search 1D Array），当输入该控件的数据在数组中可以找到时，其返回值为这个数据在数组中的位置，当未找到时，其返回值为1。所以我们就可以根据其返回值来判断密码输入是否正确，而且还可以判断用户的权限。在本设计中，数组的第0 位储存的是管理员密码，也就是说，当用户输入的密码与第零位的密码相同时，Search 1D Array 返回值为零，那么程序必须自动跳转到管理员页面；当和其他位密码相同时，Search 1D Array输出的值大于等于零，这时将使其控制的case循环执行 true 中的操作，即进入功能选择界面，那么系统登陆完成；如果密码输入错误，那么Search 1D Array 返回值为 1，即判断小于零时令 case循环将执行 false 中的操作，即弹出对话框，提醒用户输入密码错误，并且询问下一步的操作，让用户决定重试或者是退出系统。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -3-1-4登陆记录模块这里的登陆记录模块是为以后管理员登陆查看登陆记录创建一个数据。其程序框图如下：图 3-10 登陆时间采集框图图 3-11 登陆记录数据生成框图图 3-12 登陆记录数据整理及写入框图如图 3-10、3-11、3-12 所示就是登陆记录数据生成的全过程。在登陆记录中，有三个关键量需要记录，分别是登陆者姓名、登陆时间、离开时间。图 3-10 中是登陆时间的采集过程。登陆时间采集主要是运用循环的嵌套来实现的，当未按下确定按钮时，不断的读取时间数名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -据。按下确定时，时间采集停止，就得到了登陆的时间，如果输入密码不正确的话，这个过程将重复一遍，登陆时间将会被重新记录。在图 3-11、3-12 中离开时间的记录原理与登陆时间的记录原理基本相同。而登陆者姓名的记录则要借助于密码验证模块来实现，在密码验证模块中，使用了Search 1D Array模块来查找密码，返回密码在所在数组中的位置，本设计中把此位置值作为职工编号，职工编号与职工的姓名和密码为一一对应的关系。在此处就是用职工编号来查找职工姓名的，职工姓名资料单独存放在文件“员工名单”中。先读出全部员工名单，然后用Index Array 控件查找我们需要的员工姓名，最后和登陆时间、离开时间一起生成数组。因为要求存储的是最近十次的登陆记录，所以应该覆盖掉最旧的记录，即覆盖第一行的，但必须显示在最下边一行。所以在本设计中使用了两次Reverse 1D Array控件，该控件作用是将数组颠倒。在两个 Reverse 1D Array 控件的中间使用一个Rotate 1D Array 控件，使最后三个数据移动到数组的开始位置。数据处理过程如下图：1 2 3 4 5 6 7 数组倒序7 6 5 4 3 2 1 最后三位移动到行首3 2 1 7 6 5 4 数组倒序4 5 6 7 1 2 3 图 3-13 登陆数据处理过程名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -这样就通过三次变换把最前边的三个数据移动到最后边。第二节密码修改界面的设计密码修改模块的前面板如下图：图 3-14 密码修改前面板在本设计中，密码以文件型式存放在系统目录下，文件名为密码。所以要修改密码，则必须先将原来的密码全部读出，修改掉要修改的值后存放在原路径下。读取原密码的的程序如下图：图 3-15 读取原密码程序框图在一个远程监控的监控端，值班员不会超过10 人，所以本系名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -统只读取 10 个密码。修改密码的程序如下图：图 3-16 修改密码程序框图修改密码时，先验证原密码是否正确，如图3-15。只有当原密码输入正确时才可以对密码进行修改。验证过程在 3-1-3 中已作过详细介绍，这里就不再赘叙，而只介绍密码修改过程。修改时，要求用户输入两次密码，以确保正确性，只有两次输入的密码相同时，修改才可以成功。一旦两次输入不同，将弹出对话框要求用户重新输入。修改密码时，本设计用了一个 Replace Array Subset 控件，该控件功能为修改数组中的指定位置的值，位置为 Search 1D Array 的返回值，这样保证了修改的密码就是用户输入的原密码。最后，密码修改完毕，将此修改过的密码数列存盘，存盘程序如图 3-16中所示，需要注意的是 Open/Create/Replace File 的 advisory dialog？端口的输入值应设为F，否则，每次存盘都会提示用户，要覆盖文件。第三节管理员登陆界面的设计管理员登陆界面的主要功能是查看登陆记录，该模块能够查看最近十次的登陆记录，主要包括登陆者姓名、登陆时间和离开时间，为明确责任事故人提供资料。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -管理员登陆界面前面板和程序框图如图3-17、3-18 所示：图 3-17 管理员登陆前面板图 3-18 管理员登陆程序框图在本程序中数据存储采用数组型式，存储结构如下图：姓名 1 登陆时间离开时间姓名 2 登陆时间离开时间姓名 3 图 3-19 登陆记录数据存储方式所以在读取时，我们在每三个值中取一个值。如果从第一个数取起，那么，取出的全部是登陆者姓名，依次就可以取出登陆时间和离开时间，最后重新组成一个二维数组。把它显示在表格控件上时，第一行就是登陆者的姓名，第二行是所对应的登陆时间，第三行是所对应的离开时间。为了美观起见，我们把矩阵行列对调，即取其逆矩阵。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -