第四章 高速鐵路供電監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行端課件

1、第四章 高速鐵路供電監(jiān)控系統(tǒng)被控站第一節(jié) 高速鐵路供電監(jiān)控系統(tǒng)被控站的分類及其特點(diǎn)高速鐵路供電系統(tǒng)分為牽引供電和電力配電兩大部分。牽引供電系統(tǒng)是指為電力機(jī)車提供牽引動力的供電系統(tǒng)，其中主要的供電設(shè)備包括：牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、AT所和接觸網(wǎng)開關(guān)。電力配電系統(tǒng)是指承擔(dān)除電力機(jī)車以外所有地面行車設(shè)施的供電任務(wù)，包括通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信基站、中繼站、車站、供水系統(tǒng)以及生活等鐵路用電負(fù)荷，其中主要的供電設(shè)備包括：電力變配電所、箱式變電所、環(huán)網(wǎng)柜以及10/0.4kV的低壓配電盤。針對牽引供電和電力配電兩大部分監(jiān)控的對象，在牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)中包含了對牽引變電所亭（開閉所、分區(qū)所、AT所）監(jiān)控的被

2、控站和對接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控的被控站兩種類型。在電力配電遠(yuǎn)動系統(tǒng)包含了對電力變配電所監(jiān)控的被控站和對鐵路沿線各箱式變電所、車站低壓供電電源監(jiān)控的被控站。下面我們分別針對這五種監(jiān)控特點(diǎn)進(jìn)行介紹。第二節(jié) 牽引變電所及電力變配電所綜合自動化系統(tǒng)變電所自動化系統(tǒng)是將變電所的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對變電所設(shè)備的監(jiān)視、控制、測量和保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。一、變電所自動化系統(tǒng)的功能在變電所自動化系統(tǒng)的研究和發(fā)展過程中，對變電所自動化系統(tǒng)應(yīng)包括哪些功能和要求曾經(jīng)有不

3、同的看法，通過實(shí)際應(yīng)用的不斷總結(jié)和技術(shù)發(fā)展趨勢，目前這些看法已逐步接近。當(dāng)然，隨著技術(shù)進(jìn)步，對變電所自動化系統(tǒng)的功能要求還會不斷增加。國際大電網(wǎng)會議WG34.03工作組在研究變電所的數(shù)據(jù)流時，分析了變電所自動化需要完成的功能大概有63種，歸納起來可以分為以下7個功能組：控制監(jiān)視功能、自動控制功能、測量表計功能、繼電保護(hù)功能、與繼電保護(hù)有關(guān)的功能、接口功能、系統(tǒng)功能。變電所自動化系統(tǒng)按照以上功能的不同分為3個硬件子系統(tǒng)：1監(jiān)控子系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)取代常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代指針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的報警、中央信號、光字牌以及RTU裝置等。2繼電保護(hù)子系統(tǒng)，繼電保護(hù)子系統(tǒng)應(yīng)滿足快速

4、性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求，其工作不受監(jiān)控子系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的影響。繼電保護(hù)子系統(tǒng)滿足如下要求：故障記錄功能、統(tǒng)一時鐘對時功能，以便準(zhǔn)確記錄發(fā)生故障和保護(hù)動作的時間、存儲多種保護(hù)整定值、當(dāng)?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護(hù)整定值、故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。每個保護(hù)單元應(yīng)有完善的故障自診斷功能，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有故障，能自動報警，并能指明故障部位，以利于查找故障和縮短維修時間，對于關(guān)鍵部位故障，例如A/D轉(zhuǎn)換器故障或存儲器故障，則應(yīng)自動閉鎖保護(hù)出口。如果軟件受干擾，造成“跑飛”的軟故障，應(yīng)有自啟動功能，以提高保護(hù)裝置的可靠性。牽引變電所繼電保護(hù)子系統(tǒng)應(yīng)包括牽引變電所主要設(shè)備的全套保護(hù)，主要包括：

5、變壓器主保護(hù)、變壓器后備保護(hù)、饋線保護(hù)、電容器保護(hù)、動力變保護(hù)等。鐵路電力變配電所繼電保護(hù)子系統(tǒng)主要包括：自閉貫通線保護(hù)、變壓器主保護(hù)、變壓器后備保護(hù)、饋線保護(hù)、進(jìn)線保護(hù)、電容器保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、調(diào)壓器保護(hù)等。3通信子系統(tǒng)，通信子系統(tǒng)包括系統(tǒng)內(nèi)部現(xiàn)場級的通信和系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分?，F(xiàn)場級的通信主要解決系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)與監(jiān)控子系統(tǒng)之間、各個子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題，它的通信范圍是變電所內(nèi)部。自動化系統(tǒng)必須兼有RTU的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量、開關(guān)狀態(tài)以及事件順序記錄等信息遠(yuǎn)傳至上級調(diào)度；同時應(yīng)該能接收上級調(diào)度下達(dá)的各種操作、控制命令。二、變電所自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)變電所自

6、動化技術(shù)隨著集成電路技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，其體系結(jié)構(gòu)也不斷變化，性能、功能及可靠等也在不斷提高。在變電所自動化系統(tǒng)發(fā)展的初期出現(xiàn)過集中式的結(jié)構(gòu)，而目前主要采用分層分布式結(jié)構(gòu)。（一）分層分布式結(jié)構(gòu)概念隨著單片機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的性能價格比越來越高，外圍電路設(shè)計越來越簡單，整個微機(jī)系統(tǒng)的尺寸不斷縮小，功能確越來越強(qiáng)大，使研制者有條件將微機(jī)保護(hù)單元和數(shù)據(jù)采集單元按一次回路進(jìn)行設(shè)計。所謂分布式結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊（通常是各個從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。如牽引供電系統(tǒng)中的饋線保護(hù)主要包括電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、電流增量保護(hù)

7、、反時限過負(fù)荷保護(hù)、三段距離保護(hù)、一次自動重合閘等功能，所有的這些保護(hù)功能可由一個CPU單獨(dú)完成。這樣，一條饋線的保護(hù)可以配置一套微機(jī)保護(hù)裝置完成，多條饋線則配置多套微機(jī)保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置再通過通信接口和監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，一套保護(hù)裝置故障不會影響其它裝置的正常運(yùn)行。變電所自動化系統(tǒng)的分層分布式設(shè)計就是將變電所自動化系統(tǒng)需要完成的功能由多個微機(jī)系統(tǒng)來完成，對監(jiān)控子系統(tǒng)來說是選擇商用計算機(jī)或工控機(jī)來作為監(jiān)控的平臺，微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)則由不同功能的微機(jī)保護(hù)裝置組成，全所的繼電保護(hù)功能被分配到多個微機(jī)保護(hù)裝置。（二）變電所自動化系統(tǒng)分布分層結(jié)構(gòu)的概述在分層分布式結(jié)構(gòu)中，變電所自動化系統(tǒng)按照設(shè)備的

8、功能被分為三層：變電所層、間隔層、過程層（或稱設(shè)備層）。變電所自動化系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)如圖4.1。過程層主要指變電所內(nèi)的變壓器、斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點(diǎn)，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。間隔層一般按斷路器間隔劃分，包括測量、控制部件和繼電保護(hù)裝置。變電所層包括監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動管理機(jī)等。變電所層和間隔層設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，供各設(shè)備之間交換信息。間隔層是由各種不同的單元裝置組成，這些獨(dú)立的單元裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)與變電所層聯(lián)系。間隔層按一次設(shè)備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有保護(hù)、測量、控制部分，由單元裝置來完成這些功能。分層分布即結(jié)構(gòu)分層、功能分布，本章的后面將結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對變電所層和間隔層的設(shè)備和功能進(jìn)行詳細(xì)

9、的分析。圖4.1 變電所自動化系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)（三）變電所自動化系統(tǒng)分層分布式結(jié)構(gòu)的幾種方式不同時期、不同電壓等級的變電所自動化系統(tǒng)，分層分布式的結(jié)構(gòu)有以下三種形式：1、系統(tǒng)集中組屏集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套自動化系統(tǒng)按其不同的功能組裝成多個屏（或稱柜），例如：變壓器保護(hù)屏（完成變壓器的保護(hù)、測量、控制功能）、饋線保護(hù)屏（完成一條或多條饋線的保護(hù)、測量、控制功能）、并補(bǔ)保護(hù)屏（完成電容器的保護(hù)、測量、控制功能）.圖3.2是典型的牽引供電變電所的集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4.2 集中組屏的牽引供電變電所綜合自動化結(jié)構(gòu)圖圖4.3是典型的鐵路配電所的集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4.3 集中組屏的鐵路配電所綜合自動

10、化結(jié)構(gòu)圖當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動通信裝置可以采用控制臺的方式，亦可采用集中組屏的方式，有人值班變電所的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控一般采用控制臺的方式，為了減少控制室的占地面積，牽引供電變電所當(dāng)?shù)乇O(jiān)控大多采用組屏的方式，所有當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動通信相關(guān)設(shè)備組裝在一面屏體上。集中組屏結(jié)構(gòu)中，所有的變電所層、間隔層二次設(shè)備都放在控制室內(nèi)，二次設(shè)備的工作條件較好，管理和維護(hù)方便，其主要的缺點(diǎn)是安裝時電纜都要拉到控制室，導(dǎo)致電纜較多，增加了電纜的投資。2、分散安裝與集中組屏相結(jié)合分散與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式是目前國內(nèi)外最為流行、受到廣大用戶歡迎的一種自動化系統(tǒng)。它是采用“面向?qū)ο蟆奔疵嫦螂姎庖淮位芈坊螂姎忾g隔(如一條饋線、一臺變壓

11、器、一組電容器等)的方法進(jìn)行設(shè)計的，間隔層中保護(hù)測控裝置就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近。這樣各間隔單元的設(shè)備相互獨(dú)立，變電所層設(shè)備僅通過光纖網(wǎng)絡(luò)對間隔單元進(jìn)行管理和交換信息。這是將功能分布和物理分散二者有機(jī)結(jié)合，對變電所二次系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果。通常能在間隔層內(nèi)完成的功能(如保護(hù)功能)一般不依賴通信網(wǎng)絡(luò)。這樣組態(tài)模式集中了分布式的全部優(yōu)點(diǎn)，此外還最大限度地壓縮了二次設(shè)備及其繁雜的二次電纜，減少控制室占地面積，節(jié)省土地投資。這種結(jié)構(gòu)形式本身配置靈活，從安裝配置上除了能分散安裝在間隔開關(guān)柜上以外，還可以實(shí)現(xiàn)在控制室內(nèi)集中組屏或分層組屏，圖4.4是牽引變電所分散安裝與集中組屏的應(yīng)用模式。

12、圖4.4 牽引變電所分散安裝和集中組屏的結(jié)構(gòu)圖 圖中在牽引變電所中饋線、并補(bǔ)的保護(hù)、測控單元分散安裝在高壓室一次設(shè)備的開關(guān)柜上，變壓器由于在室外，分散安裝的條件不具備，可與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元、交直流設(shè)備等在控制室集中組屏，也可在變壓器旁就地安裝。分散安裝和集中組屏不僅適合應(yīng)用在各種電壓等級的變電所中，而且若在高壓變電站中應(yīng)用將更趨于合理，經(jīng)濟(jì)效益更好。這種結(jié)構(gòu)形式有如下特點(diǎn)：1.線路的保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，節(jié)約控制電纜，通過網(wǎng)絡(luò)和變電所層交換信息。2.高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，同樣通過網(wǎng)絡(luò)和變電所層交換信息，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境

13、，對可靠性比較有利。3.簡化了變電所二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積，也有利于無人值班。4.簡化了變電所二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。5.分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散安裝，減小了電流互感器的負(fù)擔(dān)。各模塊與變電所層通過網(wǎng)絡(luò)連接，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。3、全分散模式全分散式的自動化系統(tǒng)是指以變壓器、斷路器、母線等一次主設(shè)備為安裝單位，將保護(hù)、測量、控制、閉鎖等功能單元就地分散安裝在一次主設(shè)備的開關(guān)柜上，安裝在主控制室內(nèi)的變電所層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與這些分散的單元進(jìn)行信息交換。在鐵路的電力變配電所中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全分散的安裝模式，新建設(shè)的客運(yùn)專線的變

14、配電所大都按照全分散的模式進(jìn)行設(shè)計，所有的保護(hù)測控裝置都安裝于一次設(shè)備的開關(guān)柜上，這些裝置通過網(wǎng)絡(luò)和控制室的變電所層交換信息，圖4.5是鐵路電力配電所的全分散安裝的結(jié)構(gòu)圖。圖4.5 鐵路電力配電所全分散安裝結(jié)構(gòu)圖目前變電所自動化系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)都在不斷地向前發(fā)展，全分散式的結(jié)構(gòu)一定是今后發(fā)展的方向，主要原因：一方面是由于分層分散式的自動化系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)；另一方面是隨著新設(shè)備、新技術(shù)的進(jìn)展如電子式互感器和光纖通信技術(shù)的發(fā)展，使得原來只能集中組屏的高壓線路保護(hù)裝置和主變壓器保護(hù)也可以考慮安裝于高壓場附近，并利用日益發(fā)展的光纖技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)，將這些分散在各開關(guān)柜的保護(hù)和集成功能模塊聯(lián)系起來，構(gòu)成一

15、個全分散化的自動化系統(tǒng)，為變電所實(shí)現(xiàn)高水平、高可靠性和低造價的無人值班創(chuàng)造更有利的技術(shù)條件。三、變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電所自動化系統(tǒng)是由二次智能設(shè)備和通信設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，智能設(shè)備的多少和變電所的規(guī)模、廠家具體設(shè)計有關(guān)。變電所自動化系統(tǒng)的功能和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式隨計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展也在不斷的變化過程中。變電所自動化系統(tǒng)的變電所層網(wǎng)絡(luò)目前都采用以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的不同之處主要是在間隔層設(shè)備。（一）現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式早期變電所自動化系統(tǒng)智能裝置的通信接口一般為RS232/RS485、或現(xiàn)場總線，為了和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的計算機(jī)通信，都需要使用通信管理機(jī)來完成通信接口的轉(zhuǎn)換。這里給出3個具有不

16、同特點(diǎn)的現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。 1通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信接口的轉(zhuǎn)換圖4.6是電力系統(tǒng)中采用的變電所自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)一個示例。圖4.6 采用現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖變電所層采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，間隔層設(shè)備采用雙WorldFIP現(xiàn)場總線通過網(wǎng)關(guān)和變電所層設(shè)備連接。規(guī)約轉(zhuǎn)換器用于接入其它廠家的設(shè)備和具有RS232/485接口的設(shè)備。保護(hù)管理機(jī)的作用類似于通信管理機(jī)，完成繼電保護(hù)裝置和變電所層設(shè)備的信息交換，同時可將繼電保護(hù)信息傳送到故障管理信息系統(tǒng)。遠(yuǎn)動工作站通過變電所層網(wǎng)絡(luò)收集變電所信息，完成遠(yuǎn)動通信任務(wù)。變電所層計算機(jī)通過以太網(wǎng)直接和網(wǎng)關(guān)通信，不再需要通信管理機(jī)。結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)了功能分布、結(jié)構(gòu)分層的特點(diǎn)。間

17、隔層保護(hù)、測量、控制的功能分布于保護(hù)測控裝置中，變電所層當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能和遠(yuǎn)動功能分別由不同的裝置和系統(tǒng)完成。網(wǎng)關(guān)完成間隔層和變電所層通信介質(zhì)和通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，多網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)提高了間隔層和變電所層通信的速度。2光纖自愈環(huán)網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖4.7是在牽引供電系統(tǒng)中使用的采用現(xiàn)場總線形式的變電所自動化系統(tǒng)示例，間隔層采用LonWorks總線組成光纖自愈環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。牽引供電系統(tǒng)變電所當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的所有功能由一臺計算機(jī)完成，這是因?yàn)橐环矫孀冸娝囊?guī)模較小，所有的監(jiān)控功能都能夠由一臺計算機(jī)完成。另一方面牽引供電系統(tǒng)變電所作為電力系統(tǒng)的終端用戶，對變電所當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的功能要求沒有電力系統(tǒng)變電所的要求高。系統(tǒng)中保

18、護(hù)測控裝置采用LonWorks現(xiàn)場總線，總線收發(fā)器采用光纖接口，收發(fā)器組成光纖自愈環(huán)網(wǎng)，通信管理機(jī)完成LonWorks現(xiàn)場總線到變電所層以太網(wǎng)的接口轉(zhuǎn)換，同時完成對間隔層裝置信息的收集和上送。間隔層光纖自愈環(huán)網(wǎng)某一節(jié)點(diǎn)的損壞不會影響其他節(jié)點(diǎn)的通信，同時相鄰節(jié)點(diǎn)會給出報警信息。通信管理機(jī)采用雙機(jī)熱備的方式，如果工作的裝置出現(xiàn)故障，它們之間將完成自動切換，同時變電所層的設(shè)備也會完成自動切換。在變電所規(guī)模較大情況下可以采用多個自愈環(huán)網(wǎng)的方式提高間隔層的通信速度。通用通信裝置完成協(xié)議轉(zhuǎn)換器的功能，接入其他廠家的智能設(shè)備接入系統(tǒng)，提供RS232/RS485和網(wǎng)絡(luò)接口。圖4.7 LonWorks現(xiàn)場總線自

19、動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例遠(yuǎn)動管理機(jī)也可以采用雙機(jī)熱備的工作方式，完成遠(yuǎn)動通信任務(wù)，支持一機(jī)雙調(diào)的功能。MIS通信管理機(jī)是將變電所信息上送牽引供電運(yùn)營管理系統(tǒng)，使鐵路供電運(yùn)營管理部門監(jiān)控和了解變電所自動化系統(tǒng)的運(yùn)行情況而不必依靠調(diào)度系統(tǒng)的信息，它的功能類似電力系統(tǒng)的保護(hù)管理機(jī)。對牽引供電系統(tǒng)而言，調(diào)度中心監(jiān)控變電所的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，重在使用；運(yùn)營管理系統(tǒng)重在對變電所的一次、二次設(shè)備狀態(tài)信息的收集和異常的處理與維護(hù)。因此，兩者上送的信息是有區(qū)別的。3總線型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖4.8是另一種采用現(xiàn)場總線方式的變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例，間隔層網(wǎng)絡(luò)采用總線型的雙CAN總線結(jié)構(gòu)。圖4.8 CAN總線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例間隔層采

20、用總線型的現(xiàn)場總線，雙總線的方式增加了系統(tǒng)的可靠性，通信管理機(jī)連接間隔層網(wǎng)絡(luò)和變電所層網(wǎng)絡(luò)，完成與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度中心的通信。網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器完成和其他廠家設(shè)備的通信。（二）以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對變電所自動化系統(tǒng)的通信速度和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)畫面響應(yīng)時間的要求越來越高，以太網(wǎng)的應(yīng)用成本也在不斷的降低，在間隔層也采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信成為一種要求。采用以太網(wǎng)可以省去通信接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，減少通信的中間設(shè)備，提高通信的可靠性。智能設(shè)備采用以太網(wǎng)通信也有多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。1星形結(jié)構(gòu)圖4.9是采用星行結(jié)構(gòu)的變電所自動化系統(tǒng)實(shí)例，間隔層設(shè)備都采用以太網(wǎng)接口。圖4.9 星型以太網(wǎng)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例

21、通信管理機(jī)在這里實(shí)際上是完成遠(yuǎn)動管理機(jī)的功能。采用星行結(jié)構(gòu)的問題是在分散安裝的時候，通信電纜都需要從開關(guān)柜連接到控制室，增加了施工和維護(hù)工作量。2星型環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4.10是電力系統(tǒng)實(shí)際使用的一種變電所自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。通信網(wǎng)絡(luò)采用兩層結(jié)構(gòu)，變電所層的網(wǎng)絡(luò)采用光纖自愈環(huán)網(wǎng)，間隔層網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)組成，可以是RS232/RS485、現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)。間隔層設(shè)備是以太網(wǎng)接口則可以直接接入或通過交換機(jī)接入變電層環(huán)網(wǎng)。圖4.10 主干環(huán)網(wǎng)的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例采用這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式可以很好地適應(yīng)集中組屏和分散安裝。對集中組屏，每面屏中有一個變電所層的光纖環(huán)網(wǎng)設(shè)備，在屏內(nèi)是星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在屏間和變電所層是環(huán)網(wǎng)

22、結(jié)構(gòu)。對分散安裝，在每個間隔單元使用一個光纖環(huán)網(wǎng)設(shè)備，在間隔單元是星型結(jié)構(gòu)，主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)型結(jié)構(gòu)。3間隔層環(huán)網(wǎng)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4.11是現(xiàn)場運(yùn)行的采用以太網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)組成的自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，間隔層網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)型結(jié)構(gòu)。圖4.11 間隔層環(huán)網(wǎng)的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例以太網(wǎng)采用的介質(zhì)訪問方式是CSMA/CD，本身并不能形成環(huán)網(wǎng)。間隔層網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)型結(jié)構(gòu)即是將以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)設(shè)備放入間隔層裝置中，和光纖接入以太網(wǎng)交換機(jī)共同組成以太網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)。光纖接入以太網(wǎng)交換機(jī)主要的目的是為光電轉(zhuǎn)換，為沒有光接口的設(shè)備提供以太網(wǎng)接入，實(shí)際應(yīng)用中遠(yuǎn)動管理機(jī)和MIS管理機(jī)都直接接入間隔層的光纖環(huán)網(wǎng)中和間隔層設(shè)備通信。四、

23、間隔層根據(jù)電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中的作用，分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備是指直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、斷路器、隔離開關(guān)、母線、避雷器、電壓互感器和電流互感器等。由這些設(shè)備連接在一起而構(gòu)成的電路，稱為次接線或主接線。二次設(shè)備是指對一次設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)調(diào)節(jié)所必需的電氣設(shè)備，需要完成的功能如繼電保護(hù)、測量控制、低頻減載、備用電源自動投入等。一次設(shè)備按照斷路器劃分為不同的間隔單元，其中的二次設(shè)備組成了變電所自動化系統(tǒng)中的間隔層。變電所的主接線圖根據(jù)應(yīng)用而千變?nèi)f化，需要保護(hù)、控制和測量的對象也各不相同，要設(shè)計一種裝置來滿足所有的應(yīng)用情況是不可能達(dá)到

24、的理想目標(biāo)。廠家設(shè)計的自動化產(chǎn)品包括了各種類型的裝置，每種裝置能夠完成設(shè)定的保護(hù)、測量、控制任務(wù)，對不同的主接線圖，就是通過不同類型裝置的組合來完成全所的保護(hù)、測量、控制功能。一般來說，微機(jī)保護(hù)裝置主要完成保護(hù)任務(wù)，不具有測控功能，或有限的測控功能，設(shè)計專門的測控裝置來完成測量、控制任務(wù)。對一臺裝置我們可以通過它能夠接入的模擬量個數(shù)、開入數(shù)量（可以采集的遙信數(shù)）、開出節(jié)點(diǎn)數(shù)（信號和遙控輸出）來判斷裝置的功能。下面對牽引供電系統(tǒng)中各個間隔單元的功能進(jìn)行分析，介紹了間隔單元的典型配置。 （一）變壓器間隔單元功能及設(shè)備變壓器是牽引供電系統(tǒng)中的重要組成元件，它的安全運(yùn)行是保證鐵路運(yùn)輸供電需求的必要條件

25、，對它的保護(hù)和監(jiān)控就顯得特別重要。變壓器間隔主要需要的功能有：1保護(hù)功能由于變壓器的重要性，對變壓器的保護(hù)分為主保護(hù)和后備保護(hù)，分別由兩套微機(jī)保護(hù)裝置來完成。主保護(hù)裝置主要完成差動保護(hù)，變壓器的電流互感器有差動繞組專門作為差動保護(hù)使用，其它的保護(hù)由后備保護(hù)裝置來完成。主變后備保護(hù)完成功能需要高壓側(cè)、低壓側(cè)的電流和電壓，需要的A/D模擬通道較多，尤其對電力的變壓器高、低壓側(cè)都是三相的系統(tǒng)，單個裝置受限于模擬通道的個數(shù)和CPU的運(yùn)算能力，后備保護(hù)裝置被分為兩臺，分別完成高壓側(cè)的后備保護(hù)和低壓側(cè)的后備保護(hù)。對牽引供電變壓器，低壓側(cè)為單相或兩相，模擬量的個數(shù)少于電力變壓器，因此一般只采用一臺后備保護(hù)裝

26、置。非電量保護(hù)是從變壓器本體來的非電量節(jié)點(diǎn)（如重瓦斯、清瓦斯、壓力釋放等）接入保護(hù)裝置，啟動裝置的跳閘回路斷開斷路器。非電量保護(hù)不依賴保護(hù)裝置的運(yùn)行，只是借用了保護(hù)裝置的跳閘回路，保護(hù)裝置檢測到非電量信號將其故障和信號記錄并上送相關(guān)信息到變電所層。完成非電量保護(hù)有兩種做法，一種是將非電量引入主保護(hù)或后備保護(hù)裝置中，利用保護(hù)裝置跳閘并記錄故障信息。另一種方式是設(shè)計專門的非電量保護(hù)裝置，由它完成非電量保護(hù)功能和信息上送。2. 測量功能。變壓器需要測量的模擬量有高、低壓側(cè)的電壓和電流、軌回流、地回流、變壓器的油溫和銅溫，還有需要根據(jù)模擬量計算有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度等,同時監(jiān)

27、視斷路器和隔離開關(guān)的位置信號、故障信號等。測量需要的通道個數(shù)多，計算工作量大，牽引變電所完成變壓器測量任務(wù)一般采用專門的測控裝置來完成測量任務(wù)，有一臺變壓器對應(yīng)一臺測控裝置的模式，也有一臺測控裝置完成所內(nèi)兩臺變壓器測量任務(wù)的模式。如果變壓器后備保護(hù)采用高、低壓側(cè)分開的模式，則高、低壓側(cè)的測量任務(wù)分別由各自的后備保護(hù)完成。3. 控制功能。實(shí)現(xiàn)對變壓器間隔內(nèi)所有斷路器和隔離開關(guān)的控制，主要包括：高壓側(cè)斷路器、低壓側(cè)斷路器、進(jìn)線隔離開關(guān)、中性點(diǎn)隔離開關(guān)、跨條隔離開關(guān)等。對應(yīng)的遙信量有開關(guān)位置信號和開關(guān)狀態(tài)信號，如控制回路斷線、機(jī)構(gòu)故障等。跟變壓器間隔相關(guān)需要控制的開關(guān)個數(shù)和采集的遙信量較多，可以采用

28、一臺或兩臺裝置完成全所變壓器間隔的控制和信號采集功能。4. 故障錄波和負(fù)荷錄波功能。在牽引供電系統(tǒng)中沒有配置專用的故障錄波設(shè)備，因此保護(hù)裝置具有故障錄波功能就顯得很有必要。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中也可以通過負(fù)荷錄波功能查看當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。5. 備用電源自投功能。當(dāng)主變壓器故障或進(jìn)線失壓時，實(shí)現(xiàn)備用電源或變壓器的自動切換，保證系統(tǒng)的正常供電。備用電源自投功能是在變壓器故障或進(jìn)線失壓后，進(jìn)行變壓器或進(jìn)線自投，迅速恢復(fù)供電的自動控制功能。從控制邏輯上來說，備自投功能就是通過對斷路器和隔離開關(guān)的分、合控制，改變電源流經(jīng)的方向達(dá)到供電的目的。通過操作人員的遙控操作同樣可以達(dá)到備用電源的自投功能，因此備自投功能的完

29、成從某種意義上來說就是按照設(shè)定邏輯進(jìn)行順序控制操作，自動完成遙控功能。備自投功能的完成有兩種方式，一種是采用專門的備自投裝置，一種是采用分散控制，由各個具有控制功能的裝置配合完成，兩種方式各有特點(diǎn)。采用專門的備自投裝置，自投邏輯在同一裝置內(nèi)完成，由它完成所有相關(guān)斷路器和隔離開關(guān)的操作，完成自投邏輯相對簡單。備自投的操作功能和遙控操作重復(fù)，因此變壓器間隔的遙控功能可以放在備自投裝置上。對牽引變電所來說，完成自投功能需要控制的斷路器和隔離開關(guān)數(shù)量多，要求備自投裝置的開入和開出數(shù)量也多。采用分散控制完成自投功能要求裝置之間的配合，裝置間的配合可以通過通信或信號線連接的方式。對斷路器的操作，尤其是分閘

30、操作有多種方式：正常的遙控操作、主保護(hù)裝置保護(hù)跳閘、后備保護(hù)裝置保護(hù)跳閘、自投操作，有多個裝置需要操作斷路器。因此斷路器的操作回路有兩種處理方式：每個裝置都有獨(dú)立的操作回路，裝置間的操作回路并聯(lián)使用；采用專門的操作箱，斷路器的操作回路放在操作箱中，裝置的控制開出和操作箱連接。6. 典型的變壓器間隔配置上面講述了變壓器間隔的保護(hù)、測量、控制、備自投的功能及實(shí)現(xiàn)的方式，這些功能是由多個裝置共同完成的，因此對變壓器一般采用集中組屏的方式。變壓器間隔功能的實(shí)現(xiàn)在目前的牽引變電所中有兩種典型的方式，保護(hù)配置都是采用主保護(hù)和后備保護(hù)的方式，測控和自投功能的完成有如下兩種不同的模式：（1）測控裝置完成自投功

31、能，圖4.12是采用測控裝置完成自投功能的牽引變電所變壓器間隔配置。圖中變壓器的保護(hù)功能由主保護(hù)、后備保護(hù)裝置完成，主變測控裝置完成變壓器的測量和控制任務(wù)，兩臺測控裝置配合完成自投功能。主保護(hù)和后備保護(hù)裝置都帶有獨(dú)立的操作回路。圖4.12 測控裝置完成自投功能配置圖（2）專門的自投裝置完成系統(tǒng)功能，圖4.13是由自投裝置完成自投功能的牽引變電所變壓器間隔配置。圖中變壓器的保護(hù)功能也是由主保護(hù)、后備保護(hù)裝置完成，自投裝置完成變壓器間隔相關(guān)斷路器和隔離開關(guān)的遙控操作，獨(dú)立完成自投功能，斷路器的操作回路采用操作箱的方式。一臺測控裝置完成兩臺變壓器的測量功能。 圖4.13 自投裝置完成自投功能配置圖（

32、二）饋線間隔單元功能及設(shè)備 牽引變電所饋線間隔單元完成向接觸網(wǎng)供電，而接觸網(wǎng)是整個牽引供電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障的幾率較高，對它的保護(hù)就顯得特別重要。饋線間隔主要的功能有：1. 保護(hù)功能。牽引供電系統(tǒng)的饋線保護(hù)，由于電壓等級低，并且使用備用斷路器作為后備，保護(hù)功能都由一臺裝置完成，每臺斷路器都配一臺保護(hù)裝置。在直供和BT供電方式下瞬時、永久故障的判別需要借助故障判別的硬件設(shè)備，從控制和判別的角度來說，首先需要合故判的負(fù)荷開關(guān)，然后根據(jù)殘壓判別故障的性質(zhì)。因此故障判別可以采用兩種方式：一種是由饋線保護(hù)裝置操作故判負(fù)荷開關(guān)來進(jìn)行故障性質(zhì)的判別，它需要饋線保護(hù)裝置有故判負(fù)荷開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)和殘壓采

33、集的模擬通道，秦沈客運(yùn)專線就是采用的這種方式；另一種方式是由專門的故判裝置完成故障性質(zhì)的判別，然后將結(jié)果告知饋線保護(hù)裝置，饋線保護(hù)裝置在重合閘時需要判斷從故判裝置來的故障性質(zhì)判別結(jié)果。故判裝置和饋線保護(hù)裝置可以通過通信或節(jié)點(diǎn)連接的方式傳送故障判別結(jié)果，故判裝置可以通過網(wǎng)關(guān)或協(xié)議轉(zhuǎn)換器接入變電所自動化系統(tǒng)。2. 測量功能實(shí)現(xiàn)對饋線回路的饋線電壓、電流、負(fù)荷角，以及饋線斷路器和隔離開關(guān)的位置信號、故障信號等的監(jiān)視測量。饋線間隔的測量功能相對保護(hù)功能來說，只增加了測量繞組的電流量，并且模擬量的個數(shù)較少，因此可以用保護(hù)裝置完成測量的功能。在一個饋線間隔單元內(nèi)，需要控制的隔離開關(guān)數(shù)，不同的主接線設(shè)計個數(shù)

34、差別很大，另一方面，為了就地安裝，饋線保護(hù)裝置設(shè)計體積較小，限制了裝置開入、開出的數(shù)量。因此對饋線間隔單元的控制功能設(shè)計為饋線保護(hù)裝置只控制斷路器，不控制或只控制有限個隔離開關(guān)，其余的隔離開關(guān)控制和遙信信號采集由專門的測控裝置完成。3. 控制功能實(shí)現(xiàn)對饋線間隔單元內(nèi)所有斷路器和隔離開關(guān)的控制，主要包括：饋線斷路器、饋線隔離開關(guān)、旁路隔離開關(guān)等。實(shí)際的饋線間隔單元設(shè)計為保護(hù)、測量、控制一體化裝置，一套裝置負(fù)責(zé)一臺斷路器的模式。如果饋線間隔需要控制的隔離開關(guān)較多，可以增加專門的測控裝置負(fù)責(zé)完成。4. 故障錄波和負(fù)荷錄波功能對系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障和負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行錄波，以便查看了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。5. 故

35、障測距功能當(dāng)接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障，故障測距結(jié)果可以幫助維修人員快速到達(dá)現(xiàn)場，完成搶修改任務(wù)，恢復(fù)供電。（三）并補(bǔ)間隔單元功能及設(shè)備并補(bǔ)間隔單元同樣需要完成保護(hù)功能，對電流、電壓的測量，監(jiān)視并補(bǔ)斷路器和間隔內(nèi)隔離開關(guān)的位置信號、狀態(tài)信號。實(shí)現(xiàn)對并補(bǔ)單元內(nèi)所有斷路器和隔離開關(guān)的控制，以及故障錄波和負(fù)荷錄波。 從控制和測量的功能來看，并補(bǔ)間隔單元相比饋線間隔單元和變壓器間隔單元相對簡單，可由一套裝置完成保護(hù)、測量、控制功能，裝置的設(shè)計面向并補(bǔ)單元，如果需要其它的測量和控制功能，則由專門的測控裝置完成。（四）其它間隔單元功能及設(shè)備 保護(hù)測控單元主要完成保護(hù)功能，能夠完成的測量、控制、遙信功能有限，各個廠家都

36、有專門的測控裝置，來完成剩余的測量、控制、遙信采集任務(wù)。由于不涉及保護(hù)，因此測控裝置具有較多的模擬通道、控制節(jié)點(diǎn)、開入節(jié)點(diǎn)，這些測控裝置有面向特定間隔單元設(shè)計，主要用于特定的間隔單元的，也有按照通用要求設(shè)計的。除了變壓器、饋線、并補(bǔ)間隔單元外，還有其它的保護(hù)間隔單元，如動力變間隔單元，這些間隔單元的設(shè)計考慮因素和前面的介紹一致，這里就不再一一介紹。除了保護(hù)間隔單元，系統(tǒng)中還有一些其它的一次設(shè)備和二次設(shè)備，這些二次設(shè)備一般都不是變電所自動化系統(tǒng)廠家的產(chǎn)品，將它們接入自動化系統(tǒng)都采用協(xié)議轉(zhuǎn)換器/網(wǎng)關(guān)的模式，如智能電度表、交直流屏。五、站控層 站控層，即變電所自動化系統(tǒng)中的變電所層，包括監(jiān)控子系統(tǒng)和

37、遠(yuǎn)動通信功能。（一）監(jiān)控子系統(tǒng)的功能變電所自功化系統(tǒng)改變了常規(guī)繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷，取代常規(guī)的測量系統(tǒng)，如變送器、錄波器、指針式儀表等；改變了常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)，如操作盤、模擬盤、手動同期及手控?zé)o功補(bǔ)償?shù)妊b置；取代常規(guī)的告警、報警裝置，如中央信號系統(tǒng)、光字牌等；取代常規(guī)的電磁式和機(jī)械式防誤閉鎖設(shè)備；取代常規(guī)遠(yuǎn)動裝置等；同時充分發(fā)揮微機(jī)監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)展傳統(tǒng)監(jiān)控的功能。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下幾部分內(nèi)容：1. 數(shù)據(jù)采集采集變電所運(yùn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括各種狀態(tài)量、模擬量、脈沖量、數(shù)字量和保護(hù)信號，這些數(shù)據(jù)是監(jiān)控子系統(tǒng)完成其它功能的基礎(chǔ)。(1) 模擬量的采集 變電所采集的典型模擬量

38、有：各段母線電壓，線路電流、電壓和功率值，饋線電流、電壓和功率值，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器的電流、無功功率及頻率、相位、功率因數(shù)；此外，還有主變壓器的油溫、直流電源電壓、所用變壓器電壓和功率等。(2) 開關(guān)量的采集變電所的開關(guān)量有斷路器的狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、同期檢查狀態(tài)、繼電保護(hù)動作信號和運(yùn)行告警信號等。(3) 電能量的采集 電能量采集可通過電能表脈沖輸出、和電能表通信、通過采集的模擬量計算這三種方式得到。(4) 數(shù)字量的采集數(shù)字量的采集主要是指采集變電所內(nèi)微機(jī)保護(hù)和智能裝置的信息。主要有：微機(jī)保護(hù)和智能裝置的故障動作信息、自診斷信息、跳閘報告和故障

39、波形等。變電所自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集都是由間隔層的保護(hù)測控裝置和所內(nèi)的智能設(shè)備完成，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到變電所層。2. 運(yùn)行監(jiān)視和控制（1）安全監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，對采集到的電壓、電流、頻率、主變壓器油溫等量不斷地進(jìn)行越限監(jiān)視，如有越限立即發(fā)出告警信號，同時記錄越限時間和越限值。另外，還要監(jiān)視保護(hù)測控裝置和其它智能裝置運(yùn)行是否正常，設(shè)備之間的通信是否正常。（2）事件記錄功能（歷史記錄）將遙測越限、正常遙信變位、事故變位、SOE、保護(hù)動作信息、遙控記錄、操作記錄等信息存入歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中統(tǒng)一管理。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)存儲的歷史數(shù)據(jù)可以進(jìn)行各種功能分析，擴(kuò)展傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，充分體現(xiàn)出變電所自動化

40、系統(tǒng)的優(yōu)越性，如事故追憶。事件順序記錄（Sequence of Event，SOE）包括斷路器合跳閘記錄、保護(hù)動作順序記錄。微機(jī)保護(hù)或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)必須有足夠的內(nèi)存，以確保當(dāng)后臺監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)方監(jiān)控主站通信中斷時不丟失事件信息，并應(yīng)記錄事件發(fā)生的時間（應(yīng)精確至毫秒級）。 事故追憶是指對變電所內(nèi)的一些主要模擬量、如線路、主變壓器各側(cè)的電流，有功功率、主要母線電壓等，在事故前后一段時間內(nèi)作連續(xù)測量記錄。通過這一記錄可了解系統(tǒng)或某一回路在事故前后所處的工作狀態(tài)，對于分析和處理事故起輔助作用。（3）故障記錄、故障錄波和故障測距功能繼電保護(hù)裝置發(fā)生動作后故障錄波數(shù)據(jù)是故障分析最有效的手段，故障測距對盡快

41、找出故障點(diǎn)，縮短修復(fù)時間，盡快恢復(fù)供電，減少損失，這一點(diǎn)對牽引網(wǎng)來說尤其重要。變電所的故障錄波和故障測距可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一是由微機(jī)保護(hù)裝置兼作故障記錄和測距，再將記錄和測距的結(jié)果送監(jiān)控機(jī)存儲及打印輸出或直接送調(diào)度主站，這種方法可節(jié)約投資，減少硬件設(shè)備，但故障記錄的量有限；另一種方法是采用專用的微機(jī)故障錄波器，并且錄波器應(yīng)具有通信功能，可以與監(jiān)控系統(tǒng)通信。牽引供電系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置一般都具有故障錄波功能，測距功能由饋線保護(hù)裝置完成，或使用專用的故障測距裝置。牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的低壓線路中很少設(shè)置專用故障錄波器，為了分析故障的方便，可以設(shè)置故障記錄功能來幫助故障分析。故障記錄是記錄繼電保護(hù)

42、動作前后與故障有關(guān)的電流、電壓、阻抗等故障電量，記錄故障的詳細(xì)動作信息。故障記錄由微機(jī)保護(hù)裝置完成。（4）操作控制操作人員都可通過顯示器對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行分、合閘操作，對變壓器分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，對電容器組和電抗器組進(jìn)行投、切控制；同時，能接收調(diào)度中心遙控操作命令，進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，并且所有的操作控制均能就地和遠(yuǎn)方控制、就地和遠(yuǎn)方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖，為防止計算機(jī)系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在設(shè)計上還應(yīng)保留人工直接跳、合閘手段。在顯示器上的操作閉鎖功能，只有輸入正確的操作口令和監(jiān)護(hù)口令才有權(quán)進(jìn)行操作，收到返校信號后才可執(zhí)行下一項(xiàng)；必須分對象校核、操作性質(zhì)校核和命令執(zhí)行三步，以保

43、證操作的正確性。操作管理權(quán)限按分層(級)原理管理。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有專用密碼的操作口令，使調(diào)度員、遙調(diào)、遙控操作員、系統(tǒng)維護(hù)員和一般人員能夠按權(quán)限分層(級)操作和控制。（5）運(yùn)行監(jiān)視與人機(jī)聯(lián)系功能所謂運(yùn)行監(jiān)視，主要是指對變電所的運(yùn)行工況和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)視，即對變電所各種狀態(tài)量變位情況的監(jiān)視和各種模擬量的數(shù)值監(jiān)視。通過狀態(tài)量變位監(jiān)視，可監(jiān)視變電所各種斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭的位置和動作情況，繼電保護(hù)和自動裝置的動作情況以及它們的動作順序。人機(jī)聯(lián)系的橋梁是顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤。變電所采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，無論是有人值班還是無人值班站，最大的特點(diǎn)之一是操作人員或調(diào)度員只要面對顯示器的屏幕，

44、通過鼠標(biāo)或鍵盤，就可了解全所的運(yùn)行情況和運(yùn)行參數(shù)，可對全所的斷路器和隔離開關(guān)等進(jìn)行分、合操作，徹底改變了傳統(tǒng)的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的操作方式，不僅取帶了常規(guī)的儀器、儀表，而且可以實(shí)現(xiàn)許多常規(guī)儀表無法完成的功能，徹底改變了傳統(tǒng)的監(jiān)控方式。 當(dāng)變電所有非正常狀態(tài)發(fā)生和設(shè)備異常時，系統(tǒng)能及時在當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方發(fā)出事故音響或語音報警，并在顯示器上自動推出報警畫面，為運(yùn)行人員提供分析處理事故的信息，同時可將事故信息進(jìn)行打印記錄和存儲。 對于無人值班變電所也必須設(shè)置必要的人機(jī)聯(lián)系功能，以便當(dāng)巡視或檢修人員到現(xiàn)場時，能通過液晶顯示或筆記本電腦觀察到所內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀況和運(yùn)行參數(shù)。對斷路器的控制

45、應(yīng)具有當(dāng)?shù)厝斯ぞo急操作的設(shè)施。（6）報表管理和打印根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)，提供報表管理功能。可以靈活地定義報表的格式和報表相關(guān)的數(shù)據(jù)，完成報表的編輯、顯示和打印。對于有人值班的變電所，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機(jī)，完成打印記錄功能。 對無人值班變電所，可不設(shè)當(dāng)?shù)卮蛴」δ埽髯冸娝倪\(yùn)行報表集中在控制中心打印輸出。（7）諧波分析與監(jiān)視諧波污染已成為電力系統(tǒng)的公害之一，而電氣化鐵路是重要的諧波污染源。因此，在變電所自動化系統(tǒng)中，還應(yīng)重視對諧波含量的分析與監(jiān)視，對諧波污染嚴(yán)重的變電所采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧２徽搹谋ＷC電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或是從保證設(shè)備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以經(jīng)

46、常監(jiān)測和限制都是極為迫切需要的。電力部門頒布了電力系統(tǒng)治波暫行規(guī)定和GBT145491993公用電網(wǎng)諧波兩個標(biāo)準(zhǔn)，對公用供電系統(tǒng)諧波基本允許值和諧波源注入供電點(diǎn)的諧波電流值作出了規(guī)定。一方面，電力部門加強(qiáng)了對諧波源和供電點(diǎn)電壓或電流的諧波含量或畸變值的經(jīng)常性監(jiān)測，對新接入的諧波源負(fù)荷進(jìn)行必要驗(yàn)算和管理，以保證電能的質(zhì)量及用電設(shè)備的安全運(yùn)行和正常工作；另一方面，電力用戶為了保證自身設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，也應(yīng)當(dāng)把自己的用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波畸變保持在規(guī)定的限度以內(nèi)。 隨著社會的發(fā)展，對電能質(zhì)量的要求越來越高，電氣化鐵路作為諧波污染源，有必要加強(qiáng)諧波監(jiān)視和分析，以便采取有力的措施減少或消除諧波污染。3.

47、 數(shù)據(jù)處理和記錄監(jiān)控系統(tǒng)除了完成上述功能外，數(shù)據(jù)處理和記錄也是很重要的環(huán)節(jié)。歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容。此外，為滿足繼電保護(hù)專業(yè)和變電所管理的需要，必須進(jìn)行一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計。其內(nèi)容包括：（1）變壓器和輸電線路有功功率和無功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時間；（2）母線電壓每天定時記錄的最高值和最低值以及相應(yīng)時間；（3）計算受配電電能平衡率；（4）統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)；（5）斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計數(shù)；（6）控制操作和修改定值記錄。隨著變電所自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，需要統(tǒng)計的數(shù)據(jù)和記錄也會不斷的變化，對數(shù)據(jù)的處理也會不斷擴(kuò)展監(jiān)控系統(tǒng)的功能。4. 其他功能監(jiān)控子系統(tǒng)采集了變電所

48、內(nèi)的所有數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上可以完成一些單個裝置難以完成的功能，即監(jiān)控系統(tǒng)可以增加功能模塊，協(xié)調(diào)多個裝置共同完成某一特定的功能，避免裝置之間的通信增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。比如電壓無功控制功能和小電流接地選線功能。（二）監(jiān)控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電所自動化系統(tǒng)的監(jiān)控子系統(tǒng)可以是單機(jī)系統(tǒng)，也可以是多機(jī)系統(tǒng)，它的構(gòu)成與變電所的類型和規(guī)模有關(guān)，在變電所自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析中，對監(jiān)控系統(tǒng)的組成有所提及。針對在上節(jié)監(jiān)控子系統(tǒng)的功能，從業(yè)務(wù)邏輯上可分為數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員站、繼電保護(hù)工程師站、五防工作站。當(dāng)變電所系統(tǒng)規(guī)模較小時，監(jiān)控子系統(tǒng)可以由一臺計算機(jī)組成，當(dāng)變電所系統(tǒng)規(guī)模較大或?yàn)槌邏鹤冸娝鶗r，可以由多臺

49、計算機(jī)組成。牽引供電系統(tǒng)的變電所規(guī)模都比較小，實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)中都是由一臺計算機(jī)完成全部的監(jiān)控功能。1數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器由實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫組成。實(shí)時數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)和間隔層的通信，并將數(shù)據(jù)在變電所層所有機(jī)器內(nèi)保持同步。歷史數(shù)據(jù)庫采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)各種歷史數(shù)據(jù)的保存，提供查詢服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和管理，保持實(shí)時數(shù)據(jù)庫的最新最完整備份；負(fù)責(zé)組織各種歷史數(shù)據(jù)，并將其保存在歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。2操作員站操作員站是變電所運(yùn)行人員的人機(jī)界面，完成對變電所的實(shí)時監(jiān)控和操作功能，包括顯示各種圖形、數(shù)據(jù)、告警信息、管理信息，提供遙控、遙調(diào)、數(shù)據(jù)查詢、事故追憶等操作顯示界面。3繼保工程師站繼保工程師

50、站又稱保護(hù)工程師站，主要提供保護(hù)工程師對變電所內(nèi)的保護(hù)裝置及故障信息進(jìn)行管理維護(hù)的工具。保護(hù)工程師指運(yùn)行管理、維護(hù)人員及保護(hù)設(shè)計、調(diào)試人員。保護(hù)裝置的管理維護(hù)主要有整定值、裝置版本信息、裝置記錄的事件和自檢信息等，故障信息主要有故障記錄和故障錄波文件。4五防工作站變電所五防功能是指：防止誤分、合斷路器；防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛（合）接地線（接地開關(guān)）；防止帶接地線（接地開關(guān)）合斷路器（隔離開關(guān)）；防止誤入帶電間隔。變電所五防系統(tǒng)由三層構(gòu)成，分別是站控層防誤、間隔層測控單元防誤以及單元電氣閉鎖。在牽引供電系統(tǒng)中，閉鎖關(guān)系相對簡單，主要在間隔層測控單元防誤和單元電氣閉鎖，沒有在站控層采

51、用專門的五防工作站。如果需要，可以考慮在操作員工作站中加入必要的閉鎖邏輯。5時鐘同步系統(tǒng)時鐘同步的目的是保持變電所層的計算機(jī)、間隔層的保護(hù)測控裝置、網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)動管理機(jī)、通信管理機(jī)等各設(shè)備之間時鐘的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)對所內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀況的全面監(jiān)控，便于對故障原因的準(zhǔn)確判斷。時鐘同步包括變電所內(nèi)部的時間同步和變電所之間的時鐘同步。變電所之間的時鐘同步可以通過調(diào)度中心作為時鐘同步源進(jìn)行，也可由各個變電所分別配置GPS裝置完成。通過GPS裝置進(jìn)行時鐘同步主要有以下幾種方式：（1） 硬件脈沖對時方式(硬對時) 。常用的脈沖信號有：1PPS 每秒鐘發(fā)送1 個對時脈沖；1 PPM每分鐘發(fā)送1個對時脈沖；1PPH 每小時

52、發(fā)送1個對時脈沖。（2）串行口對時方式(時間報文) 。串行輸出端口以廣播方式發(fā)送固定格式的報文信息。（3）網(wǎng)絡(luò)對時方式 。網(wǎng)絡(luò)對時服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)定時發(fā)送對時報文。（4） IRIG-B時鐘碼對時方式。IRIG-B為IRIG委員會的B標(biāo)準(zhǔn)，是專為時鐘的傳輸制定的時鐘碼。國外進(jìn)口裝置常使用該信號輸入方式對時。每秒輸出一幀按秒、分、小時、日期的順序排列的時間信息。IRIG-B信號有直流偏置（TTL）電平、1KHz正弦調(diào)制信號、RS-422電平方式、RS-232電平方式4種形式。（5）互聯(lián)網(wǎng)時間同步技術(shù)：使用互聯(lián)網(wǎng)同步計算機(jī)和終端設(shè)備的時間是十分方便的，目前國內(nèi)外都免費(fèi)提供這種服務(wù)。該技術(shù)通常采用標(biāo)準(zhǔn)的

53、NTP或SNTP協(xié)議，可以獲得150ms的時間校準(zhǔn)精度。NTP可以估算往返路由的延時差，以減小時延差所引起的誤差。但其準(zhǔn)確度和NTP服務(wù)器與用戶間的距離有關(guān)，一般在國內(nèi)或區(qū)域內(nèi)可以獲得150ms的時間校準(zhǔn)精度。目前GPS裝置能夠作為NTP的服務(wù)器提供對時服務(wù)。將時間報文和脈沖信號相結(jié)合是一種比較完善的對時方式。在間隔層裝置采用以太網(wǎng)通信的情況下，使用NTP/SNTP對時方式，可以有效地解決對時精度的問題，消除由于裝置分散安裝帶來的脈沖對時網(wǎng)布置困難的問題。第三節(jié) 接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)一、接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對樞紐站場內(nèi)或區(qū)間的電動隔離開關(guān)的集中監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)以下功能

54、：遙控（YK）功能：實(shí)現(xiàn)對接觸網(wǎng)開關(guān)的合/分控制。遙信（YX）采集：采集接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)的分、合閘狀態(tài)、接地線狀態(tài)、控制箱門的開關(guān)狀態(tài)等。通訊功能：與供電SCADA系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通信，向調(diào)度所系統(tǒng)傳遞現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行信息，并在調(diào)度所系統(tǒng)指令下實(shí)現(xiàn)遙控和遙信功能。二、接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)由于接觸網(wǎng)開關(guān)分布較為零散，采用通常的集中式RTU控制方式，常常會因?yàn)榭刂瞥隹诰€纜過長，加上電氣化鐵路干擾較為嚴(yán)重，在出口線纜上產(chǎn)生干擾信號，導(dǎo)致接觸網(wǎng)開關(guān)的誤動，因此接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用基于光纖通信接口的分布式RTU技術(shù)。整個接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)包括接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤和開關(guān)控制單元兩大部分，其間采用光

55、纖通道作為通信傳輸介質(zhì)。接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤作為整個接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的通信管理裝置，通過光纖通信接口，與開關(guān)控制單元進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的上傳及下發(fā),從而實(shí)現(xiàn)對所管轄的接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)的實(shí)時集中監(jiān)控管理。 接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤和開關(guān)控制單元之間的光纖通道，最大限度地降低了傳統(tǒng)RTU采用長距離的控制出口電纜直接驅(qū)動接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)控制回路可能造成的較高的感應(yīng)電壓，從而徹底避免了開關(guān)的誤動，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，一個接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤一般管理多個戶外開關(guān)控制單元，如果現(xiàn)場需要增加接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控對象，接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤可以重新配置，增加戶外開關(guān)控制單元數(shù)量，擴(kuò)大監(jiān)控容量。接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)R

56、TU接入調(diào)度通道的方式有兩種：1、 對于設(shè)置在所亭內(nèi)的接觸網(wǎng)開關(guān)控制站，與變電所綜合自動化系統(tǒng)共用一個遠(yuǎn)動通信接口，通過接入變電所綜合自動化系統(tǒng)，并通過綜自系統(tǒng)納入牽引遠(yuǎn)動通道；2、 對于設(shè)置在站場或隧道內(nèi)的接觸網(wǎng)開關(guān)控制站，通信在設(shè)計時直接提供通信接口，可以直接接入牽引遠(yuǎn)動通道環(huán)。圖4-14 接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式可以采用四級控制方式：調(diào)度端遠(yuǎn)動控制、所內(nèi)綜自系統(tǒng)當(dāng)?shù)睾笈_控制、所內(nèi)接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤的盤控面板進(jìn)行控制、當(dāng)?shù)亻_關(guān)本體手動控制。四級控制方式實(shí)現(xiàn)互為閉鎖。正常運(yùn)行時SCADA調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，通過變電所綜自系統(tǒng)的后臺通信管理機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系

57、統(tǒng)，通過接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤轉(zhuǎn)發(fā)到戶外開關(guān)控制單元，由戶外開關(guān)控制單元對接觸網(wǎng)隔離開關(guān)進(jìn)行遙控出口，實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的遠(yuǎn)程分、合閘操作。在通道不通的情況下，可以通過所內(nèi)的當(dāng)?shù)鼐C自后臺監(jiān)控系統(tǒng)，對接觸網(wǎng)隔離開關(guān)進(jìn)行遙控。在一些開閉所或分區(qū)所，沒有配置綜自后臺監(jiān)控系統(tǒng)，或者綜自后臺監(jiān)控系統(tǒng)無法操控的情況下，可以通過所內(nèi)接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤的盤控面板，通過PLC將控制信號直接發(fā)送至戶外控制單元。最后，當(dāng)所有前面三級控制都無法完成操作時，可以在當(dāng)?shù)亻_關(guān)處進(jìn)行手動控制。遠(yuǎn)方遙控和當(dāng)?shù)乜刂撇僮髦g設(shè)置操作切換閉鎖，同一被控開關(guān)只允許由一個控制端對其實(shí)施遙控，以達(dá)到安全控制的目的。三、接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控盤由于接觸網(wǎng)開關(guān)較為分散，一部分集中在變電所亭的附近，一部分分布在車站或隧道附近，所以針對這兩種不同位置的接觸網(wǎng)開關(guān)的監(jiān)控，監(jiān)控盤包括兩種結(jié)構(gòu)，兩種類型的控制盤在主要功能上沒有區(qū)別，但是由于實(shí)際的應(yīng)用場景的不同，設(shè)備配置會有些差距，接入調(diào)度通道的方式也有不同：1.對于設(shè)置在所亭內(nèi)的接觸網(wǎng)開關(guān)控制站，與變電所綜合自動化系統(tǒng)共用一個遠(yuǎn)動通信接口，通過接入變電所綜合自動化系統(tǒng)的后臺通信管理機(jī)，由后臺管理機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)接入牽引遠(yuǎn)動通道。2對于設(shè)置在站場或隧道內(nèi)的接觸網(wǎng)開關(guān)控制站，通信在設(shè)計時直接提供通信接口，不通過任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)直接接入牽引遠(yuǎn)動通道環(huán)。（一）所