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解决方案

1 工程概况

1.1  改造范围

对西安理工大学金花校区现有七个配电室（中心配、工厂变、理工大厦、西区变电所、教六楼箱变、北变箱变、学科2#箱变）的自动化系统的升级改造，增加监控中心，部署监控后台系统，增加专用通信系统，实现对配电室系统运行情况、配电安全系统、消防系统等实时监控，提升校园供电服务的自动化管理水平。本次我公司完成七个配电室的自动化系统及电力后台监控系统的升级。

通过本次的升级改造，科学的规划、优化学校的供电系统，满足实际应用需求，提升校园供电系统的安全性、稳定性、可靠性。实现对学校配电系统主动可视、可管、可控的运维，供配电精细化管理，达到系统先进、适用、标准统一、环境友好、安全、规范的目的。

2 DPS3000A综合自动化系统架构

变电站自动化系统作为电力系统的基础自动化，在整个电力系统中起着举足轻重的作用。随着电力系统的快速发展，对电力系统自动化水平要求也越来越高。针对当前电力系统的新要求，在广泛征求电力系统用户和专家意见的基础上，充分吸收当前国内外厂家的成功经验，并结合自己多年来在电力系统自动化产品设计的丰富经验，采用计算机新技术，研制开发出DPS3000A变电站自动化系统。

DPS3000A变电站自动化系统基于Windows操作系统，采用面向对象的分层分布式设计思想，间隔层的设备经网关通过以太网与上层进行通讯，系统设计遵循国际标准IEC 60870-5-103，IEC 60870-5-104及MODBUS传输规约，安全可靠性和开放性都得到了提高。DPS3000A变电站自动化系统在各个配电领域得到广泛应用。

2.1  系统结构及特点

本工程采用DPS3000A变电站综合自动化系统，系统可分为主站层、通讯层、间隔层。各间隔的设备相对独立，通过站内通信网与站控层进行互联。组网示意图如下图所示：

2.2  系统构成

整个系统由主站层、通讯层和回路层构成。

Ø 主站层结构

主站层网络设备包括：操作员工作站；操作员工作站完成整个系统的数据采集及实时、历史数据库建库及存储功能，亦可作为值班运行人员的人机接口监控主站，实现界面监控，报表建立，状态监视及操作功能，并负责全站的程序开发，系统诊断，控制系统状态，数据库和画面的编辑及修改；该站系统也可与厂内其他系统组成局域网，通过WEB发布的方式使厂内办公自动化系统在远方可以监视到线路、变压器、低压设备的运行状态。

监控系统软件采用许继测控仪表自主研发的DPS3000A监控组态软件，软件具备系统设备组态、数据通讯处理、人机界面监控、远方操作、各类事件报警、实时及历史数据库建库及存储功能。

Ø 通讯层结构

主站层网络由以太网交换机组成；支持TCP/IP、现场总线、MODBUS、IEC60870（103，104）等国际国内常见的电力设备规约，使厂内其它系统的保护、测控、计量、PLC等设备可以方便地直接接入主站系统。

Ø 回路层构成

设备包括厂内所有微机保护测控装置、通讯管理单元等。测控装置均具备高性能通讯接口，以通讯网络方式接入通讯处理单元；回路层设通讯管理单元，通讯处理单元下连回路层测控、保护等装置，完成数据采集和控制命令转发等功能，向上和主站系统采用以太网方式相连，保证数据交换的快速和准确性。通讯处理单元有以下特点：军工级主板，嵌入式CPU模件，多种通讯接口和通讯规约；它既能完成实时数据采集与通讯，又能进行数据处理、计算、转换与保存，不但具有传统通讯处理器与通讯前置机的功能，而且具有防雷、防强电磁干扰、适于在恶劣环境下长期运行。

2.3  通讯介质

站内采用屏蔽双绞电缆，交换机与后台监控主机之间采用超五类网线、光缆，数量满足工程需要。

3 本工程电力系统组网方案

本项目系统由电力后台监控主机（监控中心）、站级通讯屏、现场设备层组成。

现场层设备主要有微机保护、电能质量在线监测装置、多路监测装置等。

3.1  组网架构简图如下:

监控中心可实时监测中心配电室、配电室、箱变的运行参数(电压、电流、功率、频率、温度、功率因素、电度等)，断路器运行状态（分合、故障）、事故及事件预告等；实时监测、显示每个回路开关的分合闸状态和事故跳闸状态，变压器的风机启停、报警状态等；实现配电系统的全景数据测量、分析、统计；实现配电系统供电方式结构的优化；实现配电系统负荷预测预估；实现配电系统的故障诊断等。

站级监控层主要由站级电能管理集控屏、通讯管理机、交换机、光端机、UPS等组成，该层实现站级管理，通过与电力微机保护等进行通讯，直接采集电力系统数据；通过与现场实时数据服务器（PI数据库）进行通讯，站级管理层将电力数据转发至监控中心。该层将中心层设备和现场设备层设备通过网络有机联系在一起。中心层采用Modbus TCP/IP，现场设备层采用Modbu协议。通讯介质为光纤、双绞线。

4 系统设备配置

4.1  主站配置

系统硬件配置：(不组屏)

l 操作员站主机：戴尔V3046MT   CPU：intel双核G4400/内存：4G/硬盘：500G/光驱：DVD

l 显示器     21.5”液晶              

系统硬件配置：(组屏)

· 操作员站： 工控机PIV2.6   内存/2G硬盘：500G/

· 显示器     18.5”液晶              

    系统软件配置

· 系统软件  Windows 7（32位）

· 数据库软件  嵌入式数据库SQL2000

· 电力监控软件 DPS3000A

· 其它工具软件：Office

4.2  交换机配置及功能描述

本系统网络基于以太网单网技术，系统中需采用一台交换机作为网络组成的主要设备，本方案选用S3100D-F2T8环网光纤交换机，特点如下：

4.2.1  技术特性 
◆ 千兆、百兆多种光电灵活配置，可扩展2个千兆SFP接口，组千兆光纤环网 
◆ 满足各项管理要求的全面工业网管功能 
◆ 完美的工业4级电磁兼容硬件设计实现零丢包技术 
◆ 支持冗余环网保护、自愈RSTP/STP（IEEE802.1w/d）冗余协议 
◆ 支持QoS、VLAN、IGMP Snooping/GMRP等管理功能 
◆ 多种通用冗余电源输入24/48 VDC或110/220 VDC/VAC 
◆ 支持LLDP(Link Layer Discovery Protocol)链路层发现协议，检索网络设备拓扑发现 
◆ 宽温工作能力（-40℃- +85℃） 
◆ 产品符合CE、FCC认证 
◆ 通过国家交通安全设施质量监督检验中心检测 
◆ 通公过安部安全与警用电子产品质量检测中心检测    

4.2.2  功能                                                                                    

◆ 支持RSTP/STP/MSTP（IEEE 802.1w/d/s） 

◆ 支持IGMP Snooping和GMRP过滤多播封包 
◆ 支持基于端口的VLAN、IEEE 802.1Q VLAN和GVRP协议，轻松实现网络管理 
◆ 通过QoS--IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ提升决策机制 
◆ 采用802.3ad，LACP优化网络带宽 
◆ 支持SNMP V1/V2c/V3用于不同级别的网络管理 
◆ 支持端口聚合，端口限速 
◆ 采用RMON提升网络监控能力 
◆ 带宽管理优化处理，精确广播风暴控制 
◆ 端口环路保护功能，有效避免环网风暴 
◆ 端口锁定只允许授权的MAC地址访问 
◆ 支持强大的ACL，硬件支持L2-L7层数据过滤 
◆ 支持多端口镜像用于在线调试 
◆ 可通过web浏览器、Telnet/Serial console对产品配置调试 
◆ 支持LLDP链路层发现协议，检索网络设备拓扑发现 
◆ 支持IEEE 802.1X、https和SSL，增强网络安全性 
◆ 内置诊断功能，方便网络故障分析和排查 
◆ 异常事件通过Email、系统声音提示、继电器自动输出报警 
◆ 具有抵御服务攻击和常见病毒传播的能力。 
◆ 采用独特的凹凸表面散热技术，保证内部元件在无风扇条件下的最大热扩散 
◆ 支持本地在线软件升级 

4.2.3  性 能 
◆ 吞吐量：100％×端口数 
◆ 帧丢失率：0 
◆ 优先队列：4级 
◆ 最大可用VLAN数量：256 
◆ MAC地址缓存能力≥4094 
◆ IGMP组播数：256 
◆ IEEE802.3x流控，背压式流控
◆ 背板带宽32G  

4.2.4  行业符合性标准 
◆ EMC：
   IEC61000-4-2(静电放电)：±8kV接触放电、±15kV空气放电 
   IEC61000-4-3(电磁场) 10V/m(80MHz～2GHz) 
   IEC61000-4-4(快速瞬变) 电源线：±4kV；数据线：±2kV 
   IEC61000-4-5(浪涌) 电源线：±2kV/(差模)，±4kV/(共模)；数据线：±2kV 
   IEC61000-4-6(传导) 3V(10kHz～150kHz)；10V(150kHz～80MHz) 
   IEC61000-4-8(工频磁场) 100A/m连续，1000A/m 1s～3s 
   IEC61000-4-9(脉冲磁场) 1000A/m(峰值) 
   IEC61000-4-10(阻尼振荡) 100A/m 
   IEC61000-4-12(振荡波) 共模2.5kV，差模1kV 
   IEC61000-4-16(共模传导) 30V连续，300V 1s 
◆ EMI：FCC CFR47 Part 15，EN55022/CISPR22，Class A 
◆ 机械：IEC60068-2-6(振动) IEC60068-2-27(冲击) IEC60068-2-32(自由跌落) 

4.2.5  绝缘性能 
◆ 绝缘电阻：>20MΩ 
◆ 介质强度：电源和告警：2kV；以太网电接口对地0.5kV 
◆ 冲击电压：电源和告警：5kV；以太网接口对地1kV 

4.2.6  接口配置 
◆ 百兆电口： RJ45接口，10/100Base-T(X)自适应，支持MDI/MDI-X自动极性反转 
◆ 百兆光口：100Base-FX，单/多模、SC/ST/FC接口可选。 
◆ 千兆口：1000Base-X，10/100/1000Base-T(X) SFP接口， 可支持2路千兆Combo光电复合接口 
◆ 告警接口：失电告警继电器节点输出，容量5A(NO)、3A(NC)/250VAC，0.5A/110VDC 
◆ Console口：RS232，RJ45

4.2.7  POE接口参数
◆ 支持IEEE802.3 at/af标准
◆ 单口输出功率达30/15W
◆ POE接口数量≤8

4.2.8  指示灯 
◆ 前面板指示灯： 
   电源指示灯：PWR 
   运行灯：RUN 
   接口指示灯：Link/ACT

4.2.9  电源 
◆ 输入电压：交、直流通用（85~300VDC,85~264VAC），±24 VDC、 ±48 VDC可选配 
◆ 接入端子：3芯插拔式接线端子 
◆ 功率：<2.6w 
◆ 保护：双电源热冗余，反接保护、过载保护，支持过流保护，支持告警输出 

4.2.10  适用环境 
◆ 工作温度：-40℃- +85℃ 
◆ 保存温度：-40℃- +85℃ 
◆ 相对湿度：5%-95%无凝结 

4.2.11  机械结构及性能 
◆ 机箱外壳：高强度铝制机箱表面散热，无风扇设计 
◆ 防护等级：IP40 
◆ 尺寸（W×D×H）：144.5 mm x 142 mm x 77 mm 
◆ 重量：2Kg 
◆ 安装方式：标准DIN导轨式安装 

4.3  TM6008通讯管理机配置及功能描述

4.3.1  通讯管理机TM6008

本方案采用通讯管理机TM6008，是系统通讯层与设备层通讯的主要设备，

4.3.2  装置特性特点

     TM6008通信管理机是高度集成的内嵌 Linux 操作系统的通用嵌入式智能通信平台，其采用广泛应用于各工业领域的高性能、高可靠性的 PowerPC处理器为主控CPU，适用于严酷工业现场环境的通信管理设备，可选用交直流通用的双隔离冗余电源输入，并提供上电/掉电通知功能。TM6008是高EMC性能、宽工作温度范围、高可靠性的通用网络通信管理平台，可长期稳定工作，广泛应用于工业控制、电力系统、智能交通、智能调度、楼宇自动化等领域。软件上提供POWERPC GNU 交叉编译工具和支持，为快速开发应用提供保障。

5 设备层设备配置及功能描述

n 10kV配电系统微机保护装置选用DP-20A系列与DPK-20系列; 

n 0.4kV配电系统微机保护装置选用DP-20系列，0.4kV配电系统需加配配0.4/0.1KV的电压互感器。

具体配置如下：

5.1  DP-20A系列装置简介

DPL-20A线路智能监控装置适用于35KV及以下电压等级的进线、馈线保护和监控。此装置可投退两段充电保护，因此可根据使用场合灵活配置装置为线路保护装置、充电保护装置。

5.1.1  DP-20A功能配置

线路保护

l  保护功能

三段定时限过流保护（低压闭锁可选） 

过流反时限保护 

过负荷保护 

过流后加速保护 

三相一次重合闸（无检测）   

零序三段过流保护（2段定时限、1段反时限）  

零序过压保护   

过电压保护 

低电压保护 

低压减载保护   

低频减载保护   

两段充电保护   

绝缘监察保护   

2路非电量  

TV断线检测 

控制回路异常告警   

弹簧未储能告警 

手车位置异常   

断路器偷跳检测

l  测控功能

8路交流采集口（3路电压、3路保护电流、1路零序电流、1路零序电压）

模拟量采集及测量：三相电压、三相电流、零序电流、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率、频率、正负序电压电流、四象限电能；

31次各次谐波，谐波柱状图，相角测量，电压电流畸变率；

SOE事件记录和运行报告记录(1000条)：SOE事件记录继电器动作和DI状态的事件记录；

动作报告(1000条) ：记录继电器保护动作时间，故障原因，故障时电参量；

遥信：12路有源开入

l  故障录波

每周波保存64点，保存50个周期，故障前25，故障后25，可保存90组录波数据，采集三相电压或者三相电流,波形图形可通过液晶显示。

l  通讯功能

标配1路RS485接口,通信规约同时具备IEC-60870-103协议和Modbus-RTU协议，软件自动识别规约格式。

l  操作回路与防跳

控制插件可选，防跳独立引线端子，客户可自行选择是否使用。

l  扩展功能（选配）

可增选1路RS485接口

电压互感器监测装置

l  保护功能

过电压保护

零序过电压保护

低电压保护

母线绝缘监察(接地保护)

TV二次断线检测

l  测控功能

8路交流采集口（3路I段电压、3路II段电压、1路I段零序电压、1路II段零序电压）

模拟量采集及测量：I段三相电压、II段三相电压、频率、I段和II段正负序电压、31次电压谐波

SOE事件记录和运行报告记录(1000条)：SOE事件记录继电器动作和DI状态的事件记录；

动作报告(1000条) ：记录继电器保护动作时间，故障原因，故障时电参量，断路器动作计数；

12路有源开入

l  故障录波

故障录波（故障前25周波，故障后25周波）：每周波保存64点，保存50个周期，共可采集90组，采集I段II段三相电压,波形图形能通过液晶显示

l  通讯功能

标配1路RS485接口，通讯规约具备modbus-RTU协议和IEC60870-5-103规约，软件自动识别规约格式。

l  扩展功能（选配）

可增选1路RS485接口

5.1.2   DP-20A装置主要特点

· 加强型单元机箱按抗强振动、强干扰设计，特别适应于恶劣环境，可分散安装于开关柜上运行。集成电路全部采用工业品或军品，使得装置有很高的稳定性和可靠性。

· 采用32位ARM作为CPU，采用实时多任务嵌入式操作系统。保护功能不依赖通讯网，网络瘫痪与否不影响保护的正常运行。

· 采用大屏幕汉字液晶显示，能显示多种测量参数，能查看运行状态，能显示或修改保护定值。人机界面友好，信息详细直观，操作、调试方便。

· 大容量的信息记录。可保存不小于1000个最近发生的动作报告、事件记录、复位报告、开机时间、关机时间、掉电时间等，便于事故分析。

· 具备录波功能。装置记录保护动作前后共50个周波（每周波64点）的采样数据，能就地液晶界面显示，保护跳闸后上送配电自动化系统主站，也可以通过故障分析软件进行故障分析。

· 有独立测量CT，具有“综合保护”和“测量仪表”功能，带31次谐波测量，一个装置具有两种功能，为用户节省成本。

· 完善的软硬件自检功能。

· 装置具有双RS-485通信接口，可以直接与微机监控或保护管理机通信,通讯规约同时具备modbus-RTU协议和IEC60870-5-103规约，软件自动识别规约格式。组网经济、方便。

5.2  DP-20装置简介

DP-20系列智能监控装置是许继测控仪表有限公司自主研发生产，实现对35kV及以下配电等级的馈线、厂用变、电动机、电容器及PT柜等的保护与测控；可分散安装于高压开关柜上，也可集中组屏。

5.2.1  DP-20装置主要特点

l 采用32位高性能嵌入式ARM作为CPU，采用实时多任务嵌入式操作系统。保护功能不依赖通讯网，网络瘫痪与否不影响保护的正常运行。

l 可靠现场总线技术，支持双网，现场总线可以采用RS485和CAN总线或者双RS485。

l 采用大屏幕汉字液晶显示，人机界面友好，能显示多种测量参数、1000条运行报告、故障录波等测量统计数据。

l 提供故障录波功能和SOE事件。

l 具有“综合保护”和“测量仪表”功能，一个装置具有两种功能，为用户节省成本。

l 完善的软硬件自检功能。

5.2.2   DP-20装置主要功能

针对被保护设备及保护要求的不同，装置可配置不同的功能，产品功能配置如下表：

5.3  DPK-20装置简介
      DPK-20 系列箱变智能监控装置是许继测控仪表有限公司自主研发生产，适用于箱式变电站的配电保护。主要针对箱式变电站，市政项目，智能建筑，新建小区研发设计。结构精致，安装紧凑。该产品具备 80mm 深度，能直接装进狭小的箱式变电站。
DPK-21 适用于箱变线路回路的保护与测控，为线路智能监控装置。
DPK-22 适用于箱变变压器回路的保护与测控，为变压器智能监控装置。

5.3.1   DPK-20装置主要特点
采用 32 位高性能嵌入式 ARM 作为 CPU，采用实时多任务嵌入式操作系统。保护功能不依赖通讯网，网络瘫痪与否不影响保护的正常运行。
可靠现场总线技术，现场总线采用单 RS485 通讯。采用汉字液晶显示，人机界面友好，能显示各种测量参数，40 条动作记录，15 条 SOE
事件记录，15 条定值修改记录。
具有“综合保护”和“测量仪表”功能，一个装置具有两种功能，为用户节省成本。
完善的软硬件自检功能。

5.3.2    DPK-20装置主要功能
 针对被保护设备及保护要求的不同，装置可配置不同的功能，产品功能配置如下：

线路保护：

  l  保护功能

两段过流保护（速断）

过流反时限保护

过负荷保护

低电压保护

控制回路断线

TV断线监视

绝缘监察

弹簧未储能报警

零序电流保护

三相一次重合闸

后加速保护

低频减载

l  测控功能

电压测量（三相电压、频率、负序电压、电压 31 次谐波测量）

保护CT计算：电流测量（三相电流、负序电流、电流 31 次谐波测量）

有功、无功、视在功率，四象限电能

线路：零序电流、零序电压；

电压电流精度： 0.5级；

功率、电能精度： 1.0级；

事件记录：最多70条；

遥信：8路开入；

继电器输出：最多5个继电器出口（包含信号继电器与控制继电器）；

报警和跳闸信号继电器输出模式有电平与脉冲两种，客户使用时可根据需求通过软件自己设置，电平为持续保持信号，脉冲信号保持时间为10s

l   通讯功能

标配1路RS485通讯接口（ModBUS-RTU通讯协议）

l  操作回路与防跳

无操作回路、无防跳设计，可选配操作回路模块DPK-20CZ。

装置电源：AC220V、DC110/220V、DC48V。

开关量输入电源：开关量输入DI对于用户来说为有源湿接点，需外接电源。

变压器保护：

l  保护功能

两段过流保护（速断）

过流反时限保护

过负荷保护

低电压保护

控制回路断线

TV断线监视

弹簧未储能报警

过电压保护

两段负序保护（定时限和反时限）

高\低压侧零序三段过流保护

非电量

l   测控功能

电压测量（三相电压、频率、负序电压、电压 31 次谐波测量）

保护CT计算：电流测量（三相电流、负序电流、电流 31 次谐波测量）

有功、无功、视在功率，四象限电能

高压侧零序电流、低压侧零序电流；

电压电流精度： 0.5级；

功率、电能精度： 1.0级；

事件记录：最多70条；

遥信：8路开入；

继电器输出：最多5个继电器出口（包含信号继电器与控制继电器）.

报警和跳闸信号继电器输出模式有电平与脉冲两种，客户使用时可根据需求通过软件自己设置，电平为持续保持信号，脉冲信号保持时间为10s。

l   通讯功能

标配1路RS485通讯接口（ModBUS-RTU通讯协议）

l   操作回路与防跳

无操作回路、无防跳设计，可选配操作回路模块DPK-20CZ;

装置电源：AC220V、DC110/220V、DC48V;

开关量输入电源：开关量输入DI对于用户来说为有源湿接点，需外接电源。