2018年，民航局發(fā)布的《新時代民航強國建設(shè)行動綱要》明確指出，要高質(zhì)量推進機場規(guī)劃建設(shè)，建設(shè)平安、綠色、智慧、人文機場，為我國機場實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展指明了前行之路。

該10kV變電站綜合自動化管理系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計和功能規(guī)劃前期，積極響應(yīng)民航局提出的建設(shè)“四型機場”標(biāo)桿體系，對標(biāo)一流，打造符合現(xiàn)代化民用機場要求的變電站綜合自動化管理系統(tǒng)。

全場變電站綜合自動化管理系統(tǒng)中心，實現(xiàn)對工作區(qū)、飛行區(qū)和航站樓在內(nèi)的全場監(jiān)控管理，涉及機場范圍內(nèi)10kV開閉所、各單體建筑及能源場站10kV變電站、照明箱變、管廊箱變、燈光站及附屬變電站等設(shè)施。

整個綜合自動化管理系統(tǒng)在全場環(huán)網(wǎng)信息采集建設(shè)基礎(chǔ)上，通過電力調(diào)度監(jiān)控子系統(tǒng)、調(diào)度運行管理子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（geo-information system, GIS）及可視化子系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測分析子系統(tǒng)、大屏顯示子系統(tǒng)等子系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)可視化監(jiān)視、控制、計量、分析、預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、運維管理與培訓(xùn)仿真等多個領(lǐng)域的深度融合，體現(xiàn)了電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、環(huán)保及優(yōu)質(zhì)運行的綜合目標(biāo)。

在系統(tǒng)安全防護設(shè)計方面，嚴(yán)格依據(jù)國家電力監(jiān)管委員會5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》的要求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全、主機安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全，保障系統(tǒng)的不間斷可靠運行。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)

10kV變電站綜合自動化管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)從空間分布上分為站控層接入網(wǎng)、通信主干環(huán)網(wǎng)及子干環(huán)網(wǎng)、系統(tǒng)運行網(wǎng)。站控層接入網(wǎng)，主要實現(xiàn)單個開閉站的數(shù)據(jù)采集；通信主干環(huán)網(wǎng)，布局在開閉站之間，通信子干環(huán)網(wǎng)，布局在開閉站、配電室、箱變之間，實現(xiàn)全場的數(shù)據(jù)傳輸和匯集；系統(tǒng)運行網(wǎng)由調(diào)度主網(wǎng)交換機和隔離設(shè)備組成。具體網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)如圖1所示。

1）站控層接入網(wǎng)。

通過配置獨立的遠動裝置、子站內(nèi)網(wǎng)交換機和環(huán)網(wǎng)交換機，實現(xiàn)10kV開閉站、各單體建筑及能源場站10kV變電站、照明箱變、管廊箱變、燈光站及附屬變電站的接入，最終通過通信子干環(huán)網(wǎng)和主干環(huán)網(wǎng)匯聚后，向調(diào)度系統(tǒng)上送數(shù)據(jù)。

2）通信主干環(huán)網(wǎng)和子干環(huán)網(wǎng)。

以101—104、201—204共8個開閉站作為主干環(huán)網(wǎng)核心節(jié)點，通過千兆單模光纖形成通信主干環(huán)網(wǎng)，以包括101—104、201—204等8個開閉站在內(nèi)的各開閉站、配電室、箱變作為子干環(huán)網(wǎng)節(jié)點，實現(xiàn)全場數(shù)據(jù)的匯聚和傳輸。

其中數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（supervi- sory control and data acquisition, SCADA）采集網(wǎng)絡(luò)為A、B雙網(wǎng)冗余設(shè)計；對于采集數(shù)據(jù)量較大的電能質(zhì)量系統(tǒng)（錄波信息）和視頻系統(tǒng)（視頻信號），采用獨立環(huán)網(wǎng)通信，從而保障SCADA采集網(wǎng)絡(luò)具備足夠的通信帶寬；航站區(qū)和飛行區(qū)集控系統(tǒng)通過千兆單模光纜與調(diào)度系統(tǒng)進行通信；同時在環(huán)網(wǎng)8個核心開閉站設(shè)立遠程工作站，便于運維人員的就地操作。

3）系統(tǒng)運行網(wǎng)。

依據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)的重要性及其對電力一次系統(tǒng)的影響程度進行分區(qū)設(shè)置，其中電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)和調(diào)度運行管理系統(tǒng)部署在安全Ⅰ區(qū)（控制區(qū)），調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（dispatcher training simulator, DTS）部署在安全Ⅱ區(qū)（非控制區(qū)），Web和視頻系統(tǒng)部署在安全Ⅲ區(qū)（生產(chǎn)管理區(qū)）。

1.2 電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)作為一個涉及監(jiān)視、控制、分析、預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度與培訓(xùn)仿真等多個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，涵蓋了調(diào)度中心運方、調(diào)度、自動化和保護等專業(yè)。從電網(wǎng)狀態(tài)來看，包括了電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)全過程；從電能傳輸環(huán)節(jié)來看，實現(xiàn)了發(fā)輸變配用全過程監(jiān)視；從監(jiān)視目標(biāo)來看，體現(xiàn)了電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、環(huán)保和優(yōu)質(zhì)運行的綜合目標(biāo)；從時間尺度來看，不僅包括對當(dāng)前電網(wǎng)監(jiān)控，還包括對未來電網(wǎng)預(yù)測和歷史電網(wǎng)狀態(tài)分析。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

PCS—9000電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)從底層到所有應(yīng)用采用一體化設(shè)計，總體上采用基于面向服務(wù)架構(gòu)（service-oriented architecture, SOA）的雙總線架構(gòu)，高速數(shù)據(jù)總線保證實時應(yīng)用效率，標(biāo)準(zhǔn)集成總線能實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)集成，具有“標(biāo)準(zhǔn)化、開放性、平臺化、智能化”的系統(tǒng)特點，具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 電力調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

1）硬件和操作系統(tǒng)。支持現(xiàn)今流行的各種硬件平臺和操作系統(tǒng)，便于系統(tǒng)應(yīng)用功能的部署、集成和擴展。

2）中間件層。包括操作系統(tǒng)屏蔽中間件層和CORBA中間件層，通過應(yīng)用組件技術(shù)，系統(tǒng)具備可伸縮性、異構(gòu)系統(tǒng)、可互操作性和可移植性等優(yōu)勢。

3）統(tǒng)一支撐平臺層。提供數(shù)據(jù)庫支撐平臺（關(guān)系/時序/實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)）、軟件支撐平臺（地理信息、報表、時間同步、文件、消息收發(fā)、圖形生成、圖形維護、通用事件、CASE 管理、高速數(shù)據(jù)總線、通用數(shù)據(jù)總線、系統(tǒng)資源管控、大屏幕控制、用戶權(quán)限管理等服務(wù)）及數(shù)據(jù)中心（模型校核、模型拼接、模型管理、模式管理、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)服務(wù)）等功能。

4）應(yīng)用軟件層。在統(tǒng)一支撐平臺層之上，提供前置采集、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)視、自動控制、網(wǎng)絡(luò)分析、負(fù)荷預(yù)測、調(diào)度員培訓(xùn)仿真、電能量計量和智能告警等應(yīng)用模塊。

在系統(tǒng)軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，PCS—9000電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)從業(yè)務(wù)功能的角度，主要分為電網(wǎng)運行監(jiān)視、電網(wǎng)運行分析、電網(wǎng)運行控制、電能量計量、調(diào)度員培訓(xùn)仿真和保護信息管理六個功能子系統(tǒng)，具體功能如圖3所示。

圖3 電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)功能組成

1.3 可視化系統(tǒng)

可視化系統(tǒng)以電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)為服務(wù)對象，采用先進的技術(shù)架構(gòu)，通過對電力調(diào)度系統(tǒng)的實時感知、精準(zhǔn)定位，將各類電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)可視化，實現(xiàn)全面、及時、精確的日常運行管理、事件預(yù)防和處置。平臺支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化，靈活地進行功能擴展和調(diào)整。

機場可視化系統(tǒng)結(jié)合機場電力調(diào)控中心日常監(jiān)控與特殊業(yè)務(wù)展示的需求，采用模式-主題-場景三級展示設(shè)計架構(gòu)，通過視頻、信號、三維、GIS、Flash和網(wǎng)頁等多種展現(xiàn)方式，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)重大事件、告警預(yù)警一體化潮流、電網(wǎng)運行實時關(guān)鍵信息、電網(wǎng)負(fù)荷監(jiān)控、監(jiān)控信息多維統(tǒng)計分析和參觀匯報等業(yè)務(wù)主體場景的展示。

1）重大事件

主要體現(xiàn)電力應(yīng)用特色（地方標(biāo)志性建筑、與電網(wǎng)有關(guān)的重大事件等）、電網(wǎng)特性以及電網(wǎng)的支撐作用。

2）告警預(yù)警一體化潮流圖

通過潮流圖流動、線路負(fù)載率越限告警監(jiān)視、斷面越限告警監(jiān)視、設(shè)備故障告警可視化展示和預(yù)警信息可視化展示等手段，分區(qū)域清晰表達電網(wǎng)的架構(gòu)、運行狀態(tài)以及負(fù)荷和穩(wěn)定裕度等重要信息，便于調(diào)度員總攬全局，對電網(wǎng)的異常信息及時做出正確的決策。

3）電網(wǎng)運行實時關(guān)鍵信息總覽

利用感知化圖元，可視化展示系統(tǒng)集中展示地區(qū)電網(wǎng)關(guān)鍵運行信息，包括發(fā)電及用電信息、主變及線路負(fù)載信息、電壓越限信息、檢修信息、主變油溫信息、鏈路通道狀態(tài)信息、告警信號信息、電網(wǎng)頻率信息和狀態(tài)估計合格率信息。

4）電網(wǎng)負(fù)荷監(jiān)控

從全社會、全網(wǎng)、行業(yè)、地區(qū)和產(chǎn)業(yè)等多維角度分析電網(wǎng)的負(fù)荷及用電量情況，直觀反映電網(wǎng)的負(fù)荷特性。

5）監(jiān)控信息多維統(tǒng)計分析

基于地理圖的各類告警信息的分布展示，采用分類、聚類等數(shù)據(jù)挖掘算法，實現(xiàn)基于廠站、間隔和設(shè)備的各類告警發(fā)生頻率的統(tǒng)計和排序，揭示電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。

6）參觀匯報

基于三維空間技術(shù)，動畫技術(shù)實現(xiàn)歡迎片頭、電網(wǎng)概況、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷情況、建設(shè)情況及當(dāng)前工作主題的參觀匯報方案設(shè)計及制作，以豐富的效果全面展示電網(wǎng)信息。

1.4 電能質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)

某機場電能質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)，遵循國家電網(wǎng)二次系統(tǒng)安全防護體系設(shè)計要求，針對機場單母線多回路線路的集中監(jiān)測、雙母線多回線路集中監(jiān)測、兩卷變監(jiān)測和三卷變監(jiān)測等10kV電壓等級多回線路電能質(zhì)量監(jiān)控的場合，通過電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)、電壓、電流、功率和各個回路的開關(guān)狀態(tài)集中測量和顯示，實現(xiàn)對多個回路的電能質(zhì)量及全電量監(jiān)控。

主站系統(tǒng)在電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，對電能質(zhì)量指標(biāo)進行定時段統(tǒng)計，并以圖形、表格、曲線、棒圖和餅圖等表達方式進行展示，提供以下高級應(yīng)用分析功能：①按照變電站、機場對電能質(zhì)量進行綜合評估；②負(fù)荷接入的電能質(zhì)量評估；③電能質(zhì)量事件診斷；④電能質(zhì)量治理輔助決策。

1.5 調(diào)度運行管理系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)電網(wǎng)日常調(diào)度管理中，調(diào)度人員需要面對設(shè)備檢修申請單管理、交接班和調(diào)度計劃管理等各種業(yè)務(wù)復(fù)雜、龐大的調(diào)度管理紙張表單審核處理工作，契合“智慧”機場的建設(shè)理念，PCS—9000調(diào)度運行管理系統(tǒng)，基于表單和工作流引擎驅(qū)動，與實時系統(tǒng)緊密結(jié)合，將配調(diào)日常運行管理工作的大部分內(nèi)容真正實現(xiàn)計算機管理，實現(xiàn)配電管理全過程的自動化和智能化，降低工作強度，提高工作質(zhì)量。某機場調(diào)度運行管理系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能包括以下幾方面：

圖4 電能質(zhì)量分析系統(tǒng)畫面

1）操作票管理

提供多種輔助開票類型，可通過智能票、單步票、典型票、過程票和文本票等方式開出操作步驟，滿足調(diào)度人員日常操作票管理工作的可靠性、安全性、快速性及方便性等要求。

2）保電管理

結(jié)合保電計劃信息，實時反映客戶保電情況，對調(diào)度運行人員的操作給與提示和約束，協(xié)助制定檢修計劃。

3）調(diào)度操作記錄管理

通過順序記錄調(diào)度管理中所有調(diào)度發(fā)令、執(zhí)行完成操作，形成調(diào)度操作日志記錄。通過調(diào)度操作記錄管理，調(diào)度員可以方便查詢某調(diào)度日的具體操作記錄。

4）調(diào)度計劃管理

根據(jù)批復(fù)通過的檢修申請單，為設(shè)備檢修制定調(diào)度計劃，包括調(diào)度計劃的擬訂、審核、預(yù)發(fā)及執(zhí)行四個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設(shè)備的檢修和檢修完成后的恢復(fù)供電，完成后，終止調(diào)度計劃并將有關(guān)數(shù)據(jù)歸檔。

5）停電分析

結(jié)合未來態(tài)配電網(wǎng)絡(luò)模型信息和計劃檢修信息，分析停電范圍，進行停電客戶數(shù)、客戶類型、區(qū)域信息和丟失負(fù)荷容量等相關(guān)信息統(tǒng)計，形成停電客戶信息并發(fā)布。

6）設(shè)備巡視管理

包含巡視計劃、設(shè)備巡視記錄、設(shè)備巡視日期、設(shè)備缺陷和缺陷記錄等結(jié)果查詢和輸出功能。

7）事故緊急處理管理

在調(diào)度（值班）接到故障情況時，直接向搶修單位、人員發(fā)出調(diào)度令，事故搶修調(diào)度令一般擬訂臨時調(diào)度計劃，由同值審核后，發(fā)口令，并記錄在調(diào)度操作記錄中，包括受令人及時間。

1.6 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

某機場視頻監(jiān)控系統(tǒng)按照可視化、電力監(jiān)控與視頻監(jiān)控聯(lián)動的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計實施，各區(qū)域配電室按照滿足無人值守視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計實施，主要包括數(shù)據(jù)采集、視頻顯示、圖像存儲回放、實時預(yù)覽和視頻聯(lián)動等功能。

1）數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議組網(wǎng)，通過內(nèi)部局域網(wǎng)與協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)前端變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的各個不同廠家、不同型號的硬盤錄像機（DVR）或視頻服務(wù)器（NVS）、IP攝像機（IPC）和控制設(shè)備的接入。

2）視頻顯示

主站視頻系統(tǒng)能監(jiān)視系統(tǒng)所接各攝像機拍攝的畫面，視頻畫面上有明顯的地點和時間的標(biāo)識，畫面大小能隨意調(diào)整，能方便地選擇視頻源。同時支持視頻畫面分割，在一幅畫面上顯示多個視頻源圖像，用鼠標(biāo)可以方便地選擇所需監(jiān)視的視頻圖像。

3）圖像存儲回放

系統(tǒng)具備視頻捕捉、圖像快照和告警聯(lián)動存盤功能，通過對存盤信息合理管理，可方便地按時間、地點查詢回放，為調(diào)度系統(tǒng)進行事故復(fù)現(xiàn)提供支持。

4）實時預(yù)覽

支持C/S客戶端和Web瀏覽器預(yù)覽；支持1、4、6、7、8、9、10、13、14、16、17、22、24、25畫面顯示和全屏顯示，支持1×2、1×4和1+2三種走廊模式預(yù)覽窗口布局。

5）視頻聯(lián)動

能夠與電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)動。當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生告警時，電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)通過IEC-104規(guī)約把信號點發(fā)給視頻系統(tǒng)，視頻系統(tǒng)通過視頻服務(wù)器控制攝像頭切換到指定位置，并在視頻工作站的液晶監(jiān)視器上顯示告警現(xiàn)場的視頻圖像，使運行人員能夠第一時間了解現(xiàn)場情況。

1.7 大屏顯示系統(tǒng)

某機場大屏顯示系統(tǒng)是將電力調(diào)度、視頻監(jiān)控和GIS可視化等綜合信息快速、高效、準(zhǔn)確地接收并高清晰地顯示，使電力調(diào)度所需的各類信息，實時迅速地匯集在同一綜合畫面，為迅速分析判斷、綜合調(diào)度和決策指揮提供技術(shù)保障，從而突破空間限制，提高反應(yīng)、指揮、調(diào)度的速度和廣度。

大屏幕系統(tǒng)是調(diào)度運行管理以及后續(xù)電力調(diào)度中心重要的顯示和監(jiān)控手段，可以將各種監(jiān)控系統(tǒng)的計算機圖文信息和視頻信號等進行集中顯示，在實時調(diào)度、會商、決策及信息反饋等方面都起到了重要的作用。通過大屏幕系統(tǒng)可以直觀地顯示各部分系統(tǒng)的信息，以便于調(diào)度決策部門全面觀看和掌握事件全貌，實時監(jiān)控和集中控制、指揮調(diào)度并做出正確的決策。

圖5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)畫面

圖6 大屏系統(tǒng)功能菜單界面

1.8 安全防護體系設(shè)計

為實現(xiàn)“平安”機場提出的“對安全隱患零容忍”的安全工作核心思想，綜合自動化管理系統(tǒng)嚴(yán)格將運行安全放在首位，滿足國家電力監(jiān)管委員會5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》的要求。系統(tǒng)硬件采用雙機、雙網(wǎng)、雙電源和可接入雙通道（包括專線及網(wǎng)絡(luò)）等冗余設(shè)計結(jié)構(gòu)，具備軟件功能動態(tài)重構(gòu)處理功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時可自動切換，保障系統(tǒng)的不間斷可靠運行。

1）網(wǎng)絡(luò)安全

通過在網(wǎng)絡(luò)邊界部署訪問控制設(shè)備，啟用訪問控制功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀況、網(wǎng)絡(luò)流量和用戶行為的實時監(jiān)控。

2）主機安全

依據(jù)安全策略實現(xiàn)用戶對資源訪問權(quán)限的控制，通過角色分配權(quán)限機制實現(xiàn)不同用戶的權(quán)限分離，并實現(xiàn)服務(wù)器CPU、硬盤、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等資源的實時監(jiān)測。

3）應(yīng)用安全

嚴(yán)格管理應(yīng)用權(quán)限，制定權(quán)限賦予和權(quán)限變更的審核、批準(zhǔn)和執(zhí)行流程，對賬戶和請求進程的資源占用進行限額分配。

4）數(shù)據(jù)安全

支持對系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、鑒別信息和重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲完整性檢測和傳輸加密，具備數(shù)據(jù)本地備份和恢復(fù)功能。

2 結(jié)論

隨著新時代民航強國建設(shè)的發(fā)展，對機場變電站綜合自動化管理系統(tǒng)的要求越來越高，安全主動化、運行協(xié)同化、服務(wù)個性化及管理智能化等因素都被列入考慮范圍。

本文從10kV變電站綜合自動化管理系統(tǒng)設(shè)計出發(fā)，設(shè)計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)、電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度運行管理系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測分析系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)和安

全防護體系。該系統(tǒng)是一個實現(xiàn)可視化監(jiān)視、控制、計量、分析、預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、運維管理與培訓(xùn)仿真等多個領(lǐng)域的深度融合的綜合智能化系統(tǒng)，技術(shù)先進、系統(tǒng)實用、結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品主流、維護量低以及具備良好的擴展性。

10kV變電站綜合自動化管理系統(tǒng)可以充分利用其綜合功能和資源，以電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、環(huán)保和優(yōu)質(zhì)運行為目標(biāo)，提高某機場電網(wǎng)運行和管理的水平和效率。

本文編自2021年第2期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于“四型機場”理念的某機場10kV變電站綜合自動化管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用”，作者為李都紅、郭樹林 等。