35KV变电站监控系统的开发Word文档格式.doc
《35KV变电站监控系统的开发Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《35KV变电站监控系统的开发Word文档格式.doc（49页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.3WinCC简介 18
3.4WinCC的使用 19
3.4.1变量管理器 19
3.4.2图形编辑器 20
3.4.3过程值归档 22
3.4.4消息系统 24
4余丁35KV变电站监控软件的实现 27
4.1监控画面功能显示 27
4.2元件的组态 28
4.2.1断路器、隔离开关和接地刀闸的组态 28
4.2.2母联断路器的组态 30
4.2.3母线的组态 31
4.2.4退出按钮的组态 33
4.2.5转换按钮的组态 34
4.2.6时间日期显示框的组态 34
4.2.7用户管理器的组态 36
4.3报警画面的设计 37
4.4初始画面的设计 38
5总结 41
致谢 43
参考文献 44
附图 45
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：
Becauseofasubstationisanimportantpartofthepowersystem,whichprovidespowerdirectlyfortheproductioninpowersystem,sothefunctionsofmonitoringandprotectionofthesubstationsupervisoryandcontrolsystemareofgreatsignificance.Substationautomationcontrolsystemhasbecomeaninevitabletrendanddevelopmentdirection.
Thisthesiscomparestheadvantagesanddisadvantagesoftheconfigurationsoftwareonthebasisof35kVgroundsubstation,introducesthehistoryofmonitoringandcontrollingconfigurationsoftware,liststheadvantagesanddisadvantagesofdifferentconfigurationenvironment,thenprovidesasimpledesignofthemonitoringsolutionbasedonWinCCsoftware.
OnthebasisoftheWinCC,wedesignthedevelopmentplan,listthemonitoringsystem,andpossessthebasicfunctionsofasubstationsupervisoryandcontrolsystem.Inthemainmonitoringpicture,itcanshowreal-timesystemdataandinformation,alsocanfacilitatethemonitoringandcontrolofvariousequipmentandoperation.Inthehappeningofasystemtrouble,theincidentwarningwindowwillpopup,ect.Itcanbasicallyrealizethemonitoringofoperationoftheentiresubstationsystem.
Finally,itreviewstheprojectsandputforwardtheprospectofthenextjob.
Keywords:
Substation;
Supervisorysoftware;
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平，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平，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平，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平（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平、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、可靠运行水平。
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、管理水平。
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平。
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平衡、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平，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。
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上安装等形式。
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，软、硬件都必须另行设计，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习惯，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
升级会员 