电力监控系统 电力SCADA系统

电力监控

一. 电力监控的基本理论

1.概述

电力监控系统又称电力SCADA系统或者远动系统， 往往简称SCADA系统， 有时也称PSCADA系统。 电力监控系统由设置在控制指挥中

心的电力调度系统、 设置在各变电所内的全所综合自动化系统以及用于数据传输的专用数据通信通道构成， 其作用是完成对城轨供电系统

主变电所、 牵引降压混合变电所、 降压变电所等不同类别变电所内的高压 66～110 kV 设备、 中压 10～35 kV 设备、 直流 750 V 或直流

1 500 V 设备、 低压 400 V 设备、 交直流电源屏、 排流柜、 轨道电位限制装置及接触网系统的实时控制和数据采集， 监视供电系统设备运

行情况， 及时掌握和处理供电系统的各种事故、 警报事件， 保证供电的可靠性、 安全性。

2. 一般要求

① 电力监控系统在控制中心应该设有电力调度中心。 如果采用电力监控系统集成于综合监控系统的建设模式， 电力调度中心由综合监控系统统一设计；

如果电力监控系统是独立建设模式， 中心内须设置一套中央监控系统， 采集各变电所的“三遥” 信息， 实现对全线供电系统的远程监控功能。

② 中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性， 系统中的关键设备， 如系统服务器、 前置数据处理机、 交换机等进行冗余配置。 系统计算机访问模式、 网络配置形式等可根据当时技术条件选择适用于工程实际的方案。

该要求适用于电力监控系统独立建设模式。

③ 为了满足电力调度中心与变电所值班、 维护人员的通信需求， 在电力调度中心须设置电力调度电话总机， 各变电所内设电力调度电话分机。 主变电所根据当地电力部门的要求装设与上级电力管理部门联系的调度电话。

④ 电力监控系统的通信通道必须冗余配置， 主、 备用通信通道应支持手/自动切换功能。 通信接口类型可以选择为串口或者以太网口等， 但是其通信速率不得低于相关规范的要求。 当电力监控系统独立建设时， 此处通信通道指的是电力调度中心与变电所综合自动化系统之间的通道。

⑤ 全线各变电所设置变电所综合自动化系统， 各变电所综合自动化系统均可以脱离控制中心独立运行。

⑥ 变电所综合自动化系统为分层、 分散式结构。 根据设备功能， 自动化系统分为三层： 基础设备层、 数据传输层、 网络管理层。

⑦ 如果变电所为无人值守的管理模式， 且经济条件许可， 在变电所主要设备房间内可设置闭路电视监控装置。 在电力调度中心设置图像监视终端， 以

实时监视变电所内的 情况。

⑧ 电力监控系统硬件属于国内成熟产品， 应该优先选用技术成熟、 功能完善、 性能优越、 国内领先的电力监控系统软件。

⑨ 电力监控系统设备选型应该立足于国产化设备。

⑩ 各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。

如果所建设的工程有远期延伸规划， 系统设计时应适度预留远期扩展裕量。

3.监控对象

电力监控系统要实现遥控、 遥测、 遥信等功能， 应该以监控对象为基础进行系统的构建。 在系统设计时， 首先应该明确供电系统需要监控的范围和具体对象， 然后根据这些对象的具体运行方式、 控制模式等情况进行系统功能及软硬件设计。

电力监控系统监控对象随不同地区、 不同类型供电系统而不同， 具体监控对象需要按照供电系统的具体内容而定。以下内容为城轨供电系统的典型监控内容， 仅用于参考， 具体到某个工程时， 应该根据该工程的供电系统实际情况、 电力调度部门的具体需求进行 修改。

下述为主变电所监控对象。 主变电所综合自动化系统接入综合监控系统或者直接通过通信网络接入电力监控系统，实现控制中心对主变电所的监控功能。

1 ） 牵引降压混合变电所

①交流35KV开关柜（接口在Ⅰ 、 Ⅱ 段进线柜和母联柜内） 。

②直流1 500V开关柜（接口在负极柜内） 。

③整流变压器（接口在整流变温控器就地箱内） 。

④整流器（接口在1 ﹟ 整流器内）

⑤动力变400V开关柜（接口在Ⅰ 段开关柜内）

⑥跟随所400V开关柜（接口在Ⅰ 段开关柜内）

以上是用光缆进行通讯的

⑦排流柜（接口在排流柜内通信端子处）

⑧钢轨电位限制装置（接口在柜内的通讯端子处）

⑨交直流屏（接口在直流屏的通信端口出）

⑩直流电动上网隔离开关、 纵向隔离开关（接口在隔离开关的通信端子处）

以上是用屏蔽双绞线进行通讯的。

2） 降压变电所

• ① 交流35KV开关柜（接口在Ⅰ 、 Ⅱ 段进线 柜和母联柜内） 。

② 动力变400V开关柜（接口在Ⅰ 段开关 柜内）

③ 跟随所400V开关柜（接口在Ⅰ 段开关柜内）

④ 钢轨电位限制装置（接口在柜内的通讯端子处）

⑤ 交直流屏（接口在直流屏的通信端口出）

• 监控内容

• 见电力监控点表

二.材料与工具

材料： 光缆、 尾纤（型号须和光缆一致） 、 熔接盒、 屏蔽双绞线。

本线所用的光缆分为4芯单模铠装光缆和4芯多模软光缆

单模光缆型号： GYTZA53-4B1

多模光缆型号： MPC-G-ZO-4A1B

多模与单模的区别：

多模光纤是可传播多种模式电磁波的光纤。 根据横截面折射率分布不同可分阶跃型多模光纤和梯度（渐变） 型多模光纤。 前者模间色散大， 传输的信息容量较小； 后者模间色散小， 可传输 的信息容量较大。 多模光纤芯径较大，一般为50μm 或62.5μm， 其数值孔径为0.275。 与 单模光纤相比， 芯径大得多， 制造较容易， 使用较方便， 例如容易相互熔接， 容易与无源器件、 光源和光检测器件配接使用。 但色散大得多， 传输容量较小。 单模光纤只能传导单一基模的光纤。 圆芯折射阶跃分布的光纤维持单模传输出的条件是规一化频率值小于等于2.405， 还有其他折射率分布（如图示） 。 表征单模光纤除了用与多模光纤相同 的一些传输性能指标和结构指标外， 还应包括截止波长、零色散波长和模斑尺寸。 在实用中， 单模光纤的抗弯曲和微弯特性是重要的，单模光纤的制造工艺、 熔接和耦合技术已经成熟， 其品种繁多， 应用广泛，产量已超过多模光纤。 除普通单模光纤外， 还有具有特殊色散特性 和偏振特性的单模光纤。制造单模光纤的材料有以二氧化硅为基础的玻璃及重金属氟化物玻 璃。 各种单模光纤可分别在高速率通信系统、 局部地区网线路和传感器等器件中应用。

三.光缆施工

施工流程

准备→路由工程→光缆敷设→光缆接续→光缆检测→设备调试→工程验收

１ ． 准备工作

（１ ） 检查设计资料、 原材料、 施工工具和器材是否齐全。

（２ ） 组建一支高素质的施工队伍。 这一点至关重要， 因为光纤施工比电缆施工要求要严格得多， 任何施工中的疏忽都将可能造成光纤损耗增大， 甚至断芯。

（3） 进入现场施工必须佩戴安全帽， 反光背心， 胸卡。

２ ． 路由工程

（１ ） 光缆敷设前首先要对光缆经过的路由做认真勘查， 尽量避开存在隐患处， 并作出准确分析， 确保光缆铺设时尽量减少弯曲。 路由确定后， 对

其长度做实际测量， 精确到５ ０ ｍ之内。 还要加上布放时的自然弯曲和各种预留长度， 各种预留还包括插入孔内弯曲、 杆上预留、 接头两端预留、

水平面弧度增加等其他特殊预留。 为了使光缆在发生断裂时再接续， 应在每百米处留有一定裕量， 裕量长度一般为５ ％～１ ０ ％， 根据实际需要的长度订购， 并在绕盘时注明。

（２ ） 画路径施工图。 在预先栽好的电杆上编号， 画出路径施工图， 并说明每根电杆或地下管道出口电杆的号码以及管道长度， 并定出需要留出裕量的长度和位置。 这样可有效地利用光缆的长度， 合理配置， 使熔接点尽量减少。

（３ ） 两根光纤接头处最好安设在地势平坦、 地质稳固的地点， 避开存在隐患处（比如漏水， 落物等） ， 最好设在电杆或管道出口处， 架空光缆接头应落在电杆旁０ ． ５ ～１ ｍ左右， 这一工作称为“配盘” 。 合理的配盘可以减少熔接点。 另外在施工图上还应说明熔接点位置， 当光缆发生断点时， 便于迅速用仪器找到断点进行维修。

３ ． 光缆敷设

变电所范围内系统网络电缆、 光缆、 屏蔽双绞线等穿JDG20管敷设于电缆夹层， 电源电缆单独敷设。 JDG20沿电缆夹层顶板明敷。

（１ ） 同一批次的光纤， 其模场直径基本相同， 光纤在某点断开后， 两端间的模场可视为一致， 因而在此断开点熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。 所以要求光缆生产厂家用同一批次的裸纤， 按要求的光缆长度连续生产， 在每盘上顺序编号， 并分别标明Ａ（红色） 、 Ｂ （绿色） 端，不得跳号。 架设光缆时需按编号沿确定的路由顺序布放， 并保证前盘光缆的Ｂ 端要和后一盘光缆的Ａ端相连， 从而保证接续时两光纤端面模场直径基本相同， 使熔接损耗值达到最小。

（２ ） 架空光缆可用７ ２ ． ２ ｍｍ的镀锌钢绞线作悬挂光缆的吊线。 吊线与光缆要良好接地， 要有防雷、 防电措施， 并有防震、 防风的机械性能。 架空吊线与电力线的水平与垂直距离要２ ｍ以上， 离地面最小高度为５ ｍ， 离房顶最小距离为１ ． ５ ｍ。 架空光缆的挂式有３ 种： 吊线托挂式、 吊线缠绕式与自承式。 自承式不用钢绞吊线， 光缆下垂， 承受风荷力较差， 因此常用吊挂式。

（３ ） 架空光缆布放。由于光缆的卷盘长度比电缆长得多， 长度可能达几千米，故受到允许的额定拉力和弯曲半径的限制， 在施工中特别注意不能猛拉和发生扭结现象。 一般光缆可允许的拉力约为１ ５ ０～２ ０ ０ ｋ ｇ ， 光缆转弯时弯曲半径应大于或等于光缆外径的１ ０ ～１ ５ 倍，施工布放时弯曲半径应大于或等于２ ０ 倍。 为了避免由于光缆放置于路段中间， 离电杆约２ ０ ｍ处， 向两反方向架设， 先架设前半卷， 在把后半卷光缆从盘上放下来， 按“８ ” 字型方式放在地上， 然后布放。

（４ ） 在光缆布放时， 严禁光缆打小圈及折、 扭曲， 并要配备一定数量的对讲机， “前走后跟， 光缆上肩” 的放缆方法， 能够有效地防止背扣的发生， 还要注意用力均匀， 牵引力不超过光缆允许的８ ０ ％， 瞬间最大牵引力不超过１００ ％。 另外， 架设时， 在光缆的转弯处或地形较复杂处应有专人负责， 严禁车辆碾压。 架空布放光缆使用滑轮车， 在架杆和吊线上预先挂好滑轮（一般每１０ ～２ ０ ｍ挂一个滑轮） ，在光缆引上滑轮、 引下滑轮处减少垂度， 减小所受张力。 然后在滑轮间穿好牵引绳， 牵引绳系住光缆的牵引头， 用一定牵引力让光缆爬上架杆， 吊挂在吊线上。 光缆挂钩的间距为４ ０ ｃ ｍ， 挂钩在吊线上的搭扣方向要一致， 每根电杆处要有凸型滴水沟， 每盘光缆在接头处应留有杆长加３ ｍ的余量， 以便接续盒地面熔接操作， 并且每隔几百米要有一定的盘留。

４ ． 光缆接续

常见的光缆有层绞式、 骨架式和中心束管式光缆， 纤芯的颜色按顺序分为本、橙、 绿、 棕、 灰、 白、 黑、 红、 黄、 紫、粉红、 青绿， 这称为纤芯颜色的全色谱，有些光缆厂家用“蓝” 替换色谱中的某颜色。 多芯光缆把不同颜色的光纤放在同一束管中成为一组， 这样一根多芯光缆里就

可能有好几个束管。正对光缆横截面， 把红束管看作光缆的第一束管， 顺时针依次为白一、 白二、 白三……最后一根是绿束管。 光纤接续， 应遵循的原则是： 芯数相等时， 相同束管内的对应色光纤对接， 芯数不同时， 按顺序先接芯数大的， 再接芯数小的。

5.光纤熔接

1） 光纤接续。 光纤接续应遵循的原则是： 芯数相等时， 要同束管内的对应色光纤对接， 芯数不同时，按顺序先接芯数大的， 再接芯数小的。

2） 光纤接续的方法有：熔接、 活动连接、 机械连接三种。 在工程中大都采用熔接法。 采用这种熔接方法的接点损耗小， 反射损耗大， 可靠性高。

3） 光纤接续的过程和步骤：

① 开剥光缆， 并将光缆固定到接续盒内。 注意不要伤到束管,开剥长度取1m左右， 用卫生纸将油膏擦拭干净,将光缆穿入接续盒,固定钢丝时一定要压紧,不能有松动。 否则,有可能造成光缆打滚折断纤芯。

② 分纤将光纤穿过热缩管。 将不同束管， 不同颜色的光纤分开，穿过热缩管。 剥去涂覆层的光纤很脆弱， 使用热缩管， 可以保护光纤熔接头。

③ 打开古河S176熔接机电源， 采用预置的42种程式进行熔接， 并在使用中和使用后及时去除熔接机中的灰尘， 特别是夹具， 各镜面和V型槽

内 的粉尘和光纤碎未。 CATV使用的光纤有常规型单模光纤和色散位移单 模光纤， 工作波长也有1310nm和1550nm两种。 所以， 熔接前要根

据系 统使用的光纤和工作波长来选择合适的熔接程序。 如没有特殊情况， 一 般都选用自动熔接程序。

④ 制作光纤端面。 光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量， 所以在熔 接前一定要做好合格的端面。 用专用的剥线钳剥去涂覆层， 再用沾酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次， 用力要适度， 然后用精密光纤切割刀切割 光纤， 对0.25mm（外涂层） 光纤， 切割长度为8mm-16mm，对0.9mm（外涂层） 光纤， 切割长度只能是16mm。

⑤ 放置光纤。 将光纤放在熔接机的V形槽中， 小心压上光纤压板和光纤夹具，要根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置， 关上防风罩， 即可自动完成熔接， 只需11秒。

⑥ 移出光纤用加热炉加热热缩管。 打开防风罩， 把光纤从熔接机上取出，再将热缩管放在裸纤中心， 放到加热炉中加热。 加热器可使用20mm微型热缩套管和40mm及60mm一般热缩套管， 20mm热缩管需40秒， 60mm热缩管为85秒。

⑦ 盘纤固定。 将接续好的光纤盘到光纤收容盘上， 在盘纤时， 盘圈的半径越大， 弧度越大， 整个线路的损耗越小。 所以一定要保持一定的半径， 使激光在纤芯里传输时， 避免产生一些不必要的损耗。

⑧ 密封和挂起。 野外接续盒一定要密封好， 防止进水。 熔接盒进水后， 由于光纤及光纤熔接点长期浸泡在水中， 可能会先出现部分光纤衰减增加。 套

上不锈钢挂钩并挂在吊线上。 至此， 光纤熔接完成。

4） 光纤测试

光纤在架设， 熔接完工后就是测试工作， 使用 的仪器主要是OTDR测试仪， 用加拿大EXFO公司的FTB-100B便携式中文彩色触摸屏OTDR测试仪（动态范围有32/31、 37.5/35、 40/38、 45/43db） ,可以测试， 光纤断点的位置； 光纤链路的全程损耗； 了解沿光纤长度的损耗分布； 光纤接续点的接头损耗。 为了测试准确， OTDR测试仪的脉冲大小和宽度要适当选择， 按照厂方给出的折射率n值的指标设定。 在判断故障点时， 如果光缆长度预先不知道， 可先放在自 动OTDR， 找出故障点的大体地点， 然后放在高级OTDR。 将脉冲大小和宽度选择小一点， 但要与光缆长度相对应， 盲区减小直至与坐标线重合， 脉宽越小越精确， 当然脉冲太小后曲线显示出现噪波， 要恰到好处。 再就是加接探纤盘， 目 的是为了防止近处有盲区不易发觉。 关于判断断点时， 如果断点不在接续盒处， 将就近处接续盒打开， 接上OTDR测试仪， 测试故障点距离测试点的准确距离， 利用光缆上的米标就很容易找出故障点。 利用米标查找故障时,对层绞式光缆还有一个绞合率问题,那就是光缆的长度和光纤的长度并不相等,光纤的长度大约是光缆长度的1.005倍,利用上述方法可成功排除多处断点和高损耗 点 。

6.光纤的布局和标识

1） 布线时不要使光纤弯折、 扭曲， 避免光纤数据的损耗太大， 甚至是断芯。

2） 走线要注意路径， 避开存在隐患处， 防止以后落物等伤到光纤。

3） 走线要整齐美观， 以便以后调试和检修。

4） 不管是电缆标牌还是光纤标签， 一定要标清起点和终点。

5） 标牌或标签要挂或贴在显眼处， 要整齐美观。

设备调试

调试前的准备

1 ） 做好作业前的安全培训， 说明注意事项， 做好安全措施。

2） 需要有电话， 以便现场人员和中心联系。

3） 检查通讯是否正常， 现场和中心的信号、 数据是否一致。

4） 准备好所用到的调试仪器和工具。

施工中存在的问题