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解決方案

1 工程概況

1.1  改造范圍

對西安理工大學金花校區現有七個配電室（中心配、工廠變、理工大廈、西區變電所、教六樓箱變、北變箱變、學科2#箱變）的自動化系統的升級改造，增加監控中心，部署監控后臺系統，增加專用通信系統，實現對配電室系統運行情況、配電安全系統、消防系統等實時監控，提升校園供電服務的自動化管理水平。本次我公司完成七個配電室的自動化系統及電力后臺監控系統的升級。

通過本次的升級改造，科學的規劃、優化學校的供電系統，滿足實際應用需求，提升校園供電系統的安全性、穩定性、可靠性。實現對學校配電系統主動可視、可管、可控的運維，供配電精細化管理，達到系統先進、適用、標準統一、環境友好、安全、規范的目的。

2 DPS3000A綜合自動化系統架構

變電站自動化系統作為電力系統的基礎自動化，在整個電力系統中起著舉足輕重的作用。隨著電力系統的快速發展，對電力系統自動化水平要求也越來越高。針對當前電力系統的新要求，在廣泛征求電力系統用戶和專家意見的基礎上，充分吸收當前國內外廠家的成功經驗，并結合自己多年來在電力系統自動化產品設計的豐富經驗，采用計算機新技術，研制開發出DPS3000A變電站自動化系統。

DPS3000A變電站自動化系統基于Windows操作系統，采用面向對象的分層分布式設計思想，間隔層的設備經網關通過以太網與上層進行通訊，系統設計遵循國際標準IEC 60870-5-103，IEC 60870-5-104及MODBUS傳輸規約，安全可靠性和開放性都得到了提高。DPS3000A變電站自動化系統在各個配電領域得到廣泛應用。

2.1  系統結構及特點

本工程采用DPS3000A變電站綜合自動化系統，系統可分為主站層、通訊層、間隔層。各間隔的設備相對獨立，通過站內通信網與站控層進行互聯。組網示意圖如下圖所示：

2.2  系統構成

整個系統由主站層、通訊層和回路層構成。

? 主站層結構

主站層網絡設備包括：操作員工作站；操作員工作站完成整個系統的數據采集及實時、歷史數據庫建庫及存儲功能，亦可作為值班運行人員的人機接口監控主站，實現界面監控，報表建立，狀態監視及操作功能，并負責全站的程序開發，系統診斷，控制系統狀態，數據庫和畫面的編輯及修改；該站系統也可與廠內其他系統組成局域網，通過WEB發布的方式使廠內辦公自動化系統在遠方可以監視到線路、變壓器、低壓設備的運行狀態。

監控系統軟件采用許繼測控儀表自主研發的DPS3000A監控組態軟件，軟件具備系統設備組態、數據通訊處理、人機界面監控、遠方操作、各類事件報警、實時及歷史數據庫建庫及存儲功能。

? 通訊層結構

主站層網絡由以太網交換機組成；支持TCP/IP、現場總線、MODBUS、IEC60870（103，104）等國際國內常見的電力設備規約，使廠內其它系統的保護、測控、計量、PLC等設備可以方便地直接接入主站系統。

? 回路層構成

設備包括廠內所有微機保護測控裝置、通訊管理單元等。測控裝置均具備高性能通訊接口，以通訊網絡方式接入通訊處理單元；回路層設通訊管理單元，通訊處理單元下連回路層測控、保護等裝置，完成數據采集和控制命令轉發等功能，向上和主站系統采用以太網方式相連，保證數據交換的快速和準確性。通訊處理單元有以下特點：軍工級主板，嵌入式CPU模件，多種通訊接口和通訊規約；它既能完成實時數據采集與通訊，又能進行數據處理、計算、轉換與保存，不但具有傳統通訊處理器與通訊前置機的功能，而且具有防雷、防強電磁干擾、適于在惡劣環境下長期運行。

2.3  通訊介質

站內采用屏蔽雙絞電纜，交換機與后臺監控主機之間采用超五類網線、光纜，數量滿足工程需要。

3 本工程電力系統組網方案

本項目系統由電力后臺監控主機（監控中心）、站級通訊屏、現場設備層組成。

現場層設備主要有微機保護、電能質量在線監測裝置、多路監測裝置等。

3.1  組網架構簡圖如下:

監控中心可實時監測中心配電室、配電室、箱變的運行參數(電壓、電流、功率、頻率、溫度、功率因素、電度等)，斷路器運行狀態（分合、故障）、事故及事件預告等；實時監測、顯示每個回路開關的分合閘狀態和事故跳閘狀態，變壓器的風機啟停、報警狀態等；實現配電系統的全景數據測量、分析、統計；實現配電系統供電方式結構的優化；實現配電系統負荷預測預估；實現配電系統的故障診斷等。

站級監控層主要由站級電能管理集控屏、通訊管理機、交換機、光端機、UPS等組成，該層實現站級管理，通過與電力微機保護等進行通訊，直接采集電力系統數據；通過與現場實時數據服務器（PI數據庫）進行通訊，站級管理層將電力數據轉發至監控中心。該層將中心層設備和現場設備層設備通過網絡有機聯系在一起。中心層采用Modbus TCP/IP，現場設備層采用Modbu協議。通訊介質為光纖、雙絞線。

4 系統設備配置

4.1  主站配置

系統硬件配置：(不組屏)

l 操作員站主機：戴爾V3046MT   CPU：intel雙核G4400/內存：4G/硬盤：500G/光驅：DVD

l 顯示器     21.5”液晶              

系統硬件配置：(組屏)

· 操作員站： 工控機PIV2.6   內存/2G硬盤：500G/

· 顯示器     18.5”液晶              

    系統軟件配置

· 系統軟件  Windows 7（32位）

· 數據庫軟件  嵌入式數據庫SQL2000

· 電力監控軟件 DPS3000A

· 其它工具軟件：Office

4.2  交換機配置及功能描述

本系統網絡基于以太網單網技術，系統中需采用一臺交換機作為網絡組成的主要設備，本方案選用S3100D-F2T8環網光纖交換機，特點如下：

4.2.1  技術特性 
◆ 千兆、百兆多種光電靈活配置，可擴展2個千兆SFP接口，組千兆光纖環網 
◆ 滿足各項管理要求的全面工業網管功能 
◆ 完美的工業4級電磁兼容硬件設計實現零丟包技術 
◆ 支持冗余環網保護、自愈RSTP/STP（IEEE802.1w/d）冗余協議 
◆ 支持QoS、VLAN、IGMP Snooping/GMRP等管理功能 
◆ 多種通用冗余電源輸入24/48 VDC或110/220 VDC/VAC 
◆ 支持LLDP(Link Layer Discovery Protocol)鏈路層發現協議，檢索網絡設備拓撲發現 
◆ 寬溫工作能力（-40℃- +85℃） 
◆ 產品符合CE、FCC認證 
◆ 通過國家交通安全設施質量監督檢驗中心檢測 
◆ 通公過安部安全與警用電子產品質量檢測中心檢測    

4.2.2  功能                                                                                    

◆ 支持RSTP/STP/MSTP（IEEE 802.1w/d/s） 

◆ 支持IGMP Snooping和GMRP過濾多播封包 
◆ 支持基于端口的VLAN、IEEE 802.1Q VLAN和GVRP協議，輕松實現網絡管理 
◆ 通過QoS--IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ提升決策機制 
◆ 采用802.3ad，LACP優化網絡帶寬 
◆ 支持SNMP V1/V2c/V3用于不同級別的網絡管理 
◆ 支持端口聚合，端口限速 
◆ 采用RMON提升網絡監控能力 
◆ 帶寬管理優化處理，精確廣播風暴控制 
◆ 端口環路保護功能，有效避免環網風暴 
◆ 端口鎖定只允許授權的MAC地址訪問 
◆ 支持強大的ACL，硬件支持L2-L7層數據過濾 
◆ 支持多端口鏡像用于在線調試 
◆ 可通過web瀏覽器、Telnet/Serial console對產品配置調試 
◆ 支持LLDP鏈路層發現協議，檢索網絡設備拓撲發現 
◆ 支持IEEE 802.1X、https和SSL，增強網絡安全性 
◆ 內置診斷功能，方便網絡故障分析和排查 
◆ 異常事件通過Email、系統聲音提示、繼電器自動輸出報警 
◆ 具有抵御服務攻擊和常見病毒傳播的能力。 
◆ 采用獨特的凹凸表面散熱技術，保證內部元件在無風扇條件下的最大熱擴散 
◆ 支持本地在線軟件升級 

4.2.3  性 能 
◆ 吞吐量：100％×端口數 
◆ 幀丟失率：0 
◆ 優先隊列：4級 
◆ 最大可用VLAN數量：256 
◆ MAC地址緩存能力≥4094 
◆ IGMP組播數：256 
◆ IEEE802.3x流控，背壓式流控
◆ 背板帶寬32G  

4.2.4  行業符合性標準 
◆ EMC：
   IEC61000-4-2(靜電放電)：±8kV接觸放電、±15kV空氣放電 
   IEC61000-4-3(電磁場) 10V/m(80MHz～2GHz) 
   IEC61000-4-4(快速瞬變) 電源線：±4kV；數據線：±2kV 
   IEC61000-4-5(浪涌) 電源線：±2kV/(差模)，±4kV/(共模)；數據線：±2kV 
   IEC61000-4-6(傳導) 3V(10kHz～150kHz)；10V(150kHz～80MHz) 
   IEC61000-4-8(工頻磁場) 100A/m連續，1000A/m 1s～3s 
   IEC61000-4-9(脈沖磁場) 1000A/m(峰值) 
   IEC61000-4-10(阻尼振蕩) 100A/m 
   IEC61000-4-12(振蕩波) 共模2.5kV，差模1kV 
   IEC61000-4-16(共模傳導) 30V連續，300V 1s 
◆ EMI：FCC CFR47 Part 15，EN55022/CISPR22，Class A 
◆ 機械：IEC60068-2-6(振動) IEC60068-2-27(沖擊) IEC60068-2-32(自由跌落) 

4.2.5  絕緣性能 
◆ 絕緣電阻：>20MΩ 
◆ 介質強度：電源和告警：2kV；以太網電接口對地0.5kV 
◆ 沖擊電壓：電源和告警：5kV；以太網接口對地1kV 

4.2.6  接口配置 
◆ 百兆電口： RJ45接口，10/100Base-T(X)自適應，支持MDI/MDI-X自動極性反轉 
◆ 百兆光口：100Base-FX，單/多模、SC/ST/FC接口可選。 
◆ 千兆口：1000Base-X，10/100/1000Base-T(X) SFP接口， 可支持2路千兆Combo光電復合接口 
◆ 告警接口：失電告警繼電器節點輸出，容量5A(NO)、3A(NC)/250VAC，0.5A/110VDC 
◆ Console口：RS232，RJ45

4.2.7  POE接口參數
◆ 支持IEEE802.3 at/af標準
◆ 單口輸出功率達30/15W
◆ POE接口數量≤8

4.2.8  指示燈 
◆ 前面板指示燈： 
   電源指示燈：PWR 
   運行燈：RUN 
   接口指示燈：Link/ACT

4.2.9  電源 
◆ 輸入電壓：交、直流通用（85~300VDC,85~264VAC），±24 VDC、 ±48 VDC可選配 
◆ 接入端子：3芯插拔式接線端子 
◆ 功率：<2.6w 
◆ 保護：雙電源熱冗余，反接保護、過載保護，支持過流保護，支持告警輸出 

4.2.10  適用環境 
◆ 工作溫度：-40℃- +85℃ 
◆ 保存溫度：-40℃- +85℃ 
◆ 相對濕度：5%-95%無凝結 

4.2.11  機械結構及性能 
◆ 機箱外殼：高強度鋁制機箱表面散熱，無風扇設計 
◆ 防護等級：IP40 
◆ 尺寸（W×D×H）：144.5 mm x 142 mm x 77 mm 
◆ 重量：2Kg 
◆ 安裝方式：標準DIN導軌式安裝 

4.3  TM6008通訊管理機配置及功能描述

4.3.1  通訊管理機TM6008

本方案采用通訊管理機TM6008，是系統通訊層與設備層通訊的主要設備，

4.3.2  裝置特性特點

     TM6008通信管理機是高度集成的內嵌 Linux 操作系統的通用嵌入式智能通信平臺，其采用廣泛應用于各工業領域的高性能、高可靠性的 PowerPC處理器為主控CPU，適用于嚴酷工業現場環境的通信管理設備，可選用交直流通用的雙隔離冗余電源輸入，并提供上電/掉電通知功能。TM6008是高EMC性能、寬工作溫度范圍、高可靠性的通用網絡通信管理平臺，可長期穩定工作，廣泛應用于工業控制、電力系統、智能交通、智能調度、樓宇自動化等領域。軟件上提供POWERPC GNU 交叉編譯工具和支持，為快速開發應用提供保障。

5 設備層設備配置及功能描述

n 10kV配電系統微機保護裝置選用DP-20A系列與DPK-20系列; 

n 0.4kV配電系統微機保護裝置選用DP-20系列，0.4kV配電系統需加配配0.4/0.1KV的電壓互感器。

具體配置如下：

5.1  DP-20A系列裝置簡介

DPL-20A線路智能監控裝置適用于35KV及以下電壓等級的進線、饋線保護和監控。此裝置可投退兩段充電保護，因此可根據使用場合靈活配置裝置為線路保護裝置、充電保護裝置。

5.1.1  DP-20A功能配置

線路保護

l  保護功能

三段定時限過流保護（低壓閉鎖可選） 

過流反時限保護 

過負荷保護 

過流后加速保護 

三相一次重合閘（無檢測）   

零序三段過流保護（2段定時限、1段反時限）  

零序過壓保護   

過電壓保護 

低電壓保護 

低壓減載保護   

低頻減載保護   

兩段充電保護   

絕緣監察保護   

2路非電量  

TV斷線檢測 

控制回路異常告警   

彈簧未儲能告警 

手車位置異常   

斷路器偷跳檢測

l  測控功能

8路交流采集口（3路電壓、3路保護電流、1路零序電流、1路零序電壓）

模擬量采集及測量：三相電壓、三相電流、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數、視在功率、頻率、正負序電壓電流、四象限電能；

31次各次諧波，諧波柱狀圖，相角測量，電壓電流畸變率；

SOE事件記錄和運行報告記錄(1000條)：SOE事件記錄繼電器動作和DI狀態的事件記錄；

動作報告(1000條) ：記錄繼電器保護動作時間，故障原因，故障時電參量；

遙信：12路有源開入

l  故障錄波

每周波保存64點，保存50個周期，故障前25，故障后25，可保存90組錄波數據，采集三相電壓或者三相電流,波形圖形可通過液晶顯示。

l  通訊功能

標配1路RS485接口,通信規約同時具備IEC-60870-103協議和Modbus-RTU協議，軟件自動識別規約格式。

l  操作回路與防跳

控制插件可選，防跳獨立引線端子，客戶可自行選擇是否使用。

l  擴展功能（選配）

可增選1路RS485接口

電壓互感器監測裝置

l  保護功能

過電壓保護

零序過電壓保護

低電壓保護

母線絕緣監察(接地保護)

TV二次斷線檢測

l  測控功能

8路交流采集口（3路I段電壓、3路II段電壓、1路I段零序電壓、1路II段零序電壓）

模擬量采集及測量：I段三相電壓、II段三相電壓、頻率、I段和II段正負序電壓、31次電壓諧波

SOE事件記錄和運行報告記錄(1000條)：SOE事件記錄繼電器動作和DI狀態的事件記錄；

動作報告(1000條) ：記錄繼電器保護動作時間，故障原因，故障時電參量，斷路器動作計數；

12路有源開入

l  故障錄波

故障錄波（故障前25周波，故障后25周波）：每周波保存64點，保存50個周期，共可采集90組，采集I段II段三相電壓,波形圖形能通過液晶顯示

l  通訊功能

標配1路RS485接口，通訊規約具備modbus-RTU協議和IEC60870-5-103規約，軟件自動識別規約格式。

l  擴展功能（選配）

可增選1路RS485接口

5.1.2   DP-20A裝置主要特點

· 加強型單元機箱按抗強振動、強干擾設計，特別適應于惡劣環境，可分散安裝于開關柜上運行。集成電路全部采用工業品或軍品，使得裝置有很高的穩定性和可靠性。

· 采用32位ARM作為CPU，采用實時多任務嵌入式操作系統。保護功能不依賴通訊網，網絡癱瘓與否不影響保護的正常運行。

· 采用大屏幕漢字液晶顯示，能顯示多種測量參數，能查看運行狀態，能顯示或修改保護定值。人機界面友好，信息詳細直觀，操作、調試方便。

· 大容量的信息記錄。可保存不小于1000個最近發生的動作報告、事件記錄、復位報告、開機時間、關機時間、掉電時間等，便于事故分析。

· 具備錄波功能。裝置記錄保護動作前后共50個周波（每周波64點）的采樣數據，能就地液晶界面顯示，保護跳閘后上送配電自動化系統主站，也可以通過故障分析軟件進行故障分析。

· 有獨立測量CT，具有“綜合保護”和“測量儀表”功能，帶31次諧波測量，一個裝置具有兩種功能，為用戶節省成本。

· 完善的軟硬件自檢功能。

· 裝置具有雙RS-485通信接口，可以直接與微機監控或保護管理機通信,通訊規約同時具備modbus-RTU協議和IEC60870-5-103規約，軟件自動識別規約格式。組網經濟、方便。

5.2  DP-20裝置簡介

DP-20系列智能監控裝置是許繼測控儀表有限公司自主研發生產，實現對35kV及以下配電等級的饋線、廠用變、電動機、電容器及PT柜等的保護與測控；可分散安裝于高壓開關柜上，也可集中組屏。

5.2.1  DP-20裝置主要特點

l 采用32位高性能嵌入式ARM作為CPU，采用實時多任務嵌入式操作系統。保護功能不依賴通訊網，網絡癱瘓與否不影響保護的正常運行。

l 可靠現場總線技術，支持雙網，現場總線可以采用RS485和CAN總線或者雙RS485。

l 采用大屏幕漢字液晶顯示，人機界面友好，能顯示多種測量參數、1000條運行報告、故障錄波等測量統計數據。

l 提供故障錄波功能和SOE事件。

l 具有“綜合保護”和“測量儀表”功能，一個裝置具有兩種功能，為用戶節省成本。

l 完善的軟硬件自檢功能。

5.2.2   DP-20裝置主要功能

針對被保護設備及保護要求的不同，裝置可配置不同的功能，產品功能配置如下表：

5.3  DPK-20裝置簡介
      DPK-20 系列箱變智能監控裝置是許繼測控儀表有限公司自主研發生產，適用于箱式變電站的配電保護。主要針對箱式變電站，市政項目，智能建筑，新建小區研發設計。結構精致，安裝緊湊。該產品具備 80mm 深度，能直接裝進狹小的箱式變電站。
DPK-21 適用于箱變線路回路的保護與測控，為線路智能監控裝置。
DPK-22 適用于箱變變壓器回路的保護與測控，為變壓器智能監控裝置。

5.3.1   DPK-20裝置主要特點
采用 32 位高性能嵌入式 ARM 作為 CPU，采用實時多任務嵌入式操作系統。保護功能不依賴通訊網，網絡癱瘓與否不影響保護的正常運行。
可靠現場總線技術，現場總線采用單 RS485 通訊。采用漢字液晶顯示，人機界面友好，能顯示各種測量參數，40 條動作記錄，15 條 SOE
事件記錄，15 條定值修改記錄。
具有“綜合保護”和“測量儀表”功能，一個裝置具有兩種功能，為用戶節省成本。
完善的軟硬件自檢功能。

5.3.2    DPK-20裝置主要功能
 針對被保護設備及保護要求的不同，裝置可配置不同的功能，產品功能配置如下：

線路保護：

  l  保護功能

兩段過流保護（速斷）

過流反時限保護

過負荷保護

低電壓保護

控制回路斷線

TV斷線監視

絕緣監察

彈簧未儲能報警

零序電流保護

三相一次重合閘

后加速保護

低頻減載

l  測控功能

電壓測量（三相電壓、頻率、負序電壓、電壓 31 次諧波測量）

保護CT計算：電流測量（三相電流、負序電流、電流 31 次諧波測量）

有功、無功、視在功率，四象限電能

線路：零序電流、零序電壓；

電壓電流精度： 0.5級；

功率、電能精度： 1.0級；

事件記錄：最多70條；

遙信：8路開入；

繼電器輸出：最多5個繼電器出口（包含信號繼電器與控制繼電器）；

報警和跳閘信號繼電器輸出模式有電平與脈沖兩種，客戶使用時可根據需求通過軟件自己設置，電平為持續保持信號，脈沖信號保持時間為10s

l   通訊功能

標配1路RS485通訊接口（ModBUS-RTU通訊協議）

l  操作回路與防跳

無操作回路、無防跳設計，可選配操作回路模塊DPK-20CZ。

裝置電源：AC220V、DC110/220V、DC48V。

開關量輸入電源：開關量輸入DI對于用戶來說為有源濕接點，需外接電源。

變壓器保護：

l  保護功能

兩段過流保護（速斷）

過流反時限保護

過負荷保護

低電壓保護

控制回路斷線

TV斷線監視

彈簧未儲能報警

過電壓保護

兩段負序保護（定時限和反時限）

高\低壓側零序三段過流保護

非電量

l   測控功能

電壓測量（三相電壓、頻率、負序電壓、電壓 31 次諧波測量）

保護CT計算：電流測量（三相電流、負序電流、電流 31 次諧波測量）

有功、無功、視在功率，四象限電能

高壓側零序電流、低壓側零序電流；

電壓電流精度： 0.5級；

功率、電能精度： 1.0級；

事件記錄：最多70條；

遙信：8路開入；

繼電器輸出：最多5個繼電器出口（包含信號繼電器與控制繼電器）.

報警和跳閘信號繼電器輸出模式有電平與脈沖兩種，客戶使用時可根據需求通過軟件自己設置，電平為持續保持信號，脈沖信號保持時間為10s。

l   通訊功能

標配1路RS485通訊接口（ModBUS-RTU通訊協議）

l   操作回路與防跳

無操作回路、無防跳設計，可選配操作回路模塊DPK-20CZ;

裝置電源：AC220V、DC110/220V、DC48V;

開關量輸入電源：開關量輸入DI對于用戶來說為有源濕接點，需外接電源。