變電站監(jiān)控課程設(shè)計20097974

1、題 目：變電站監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計院 系：電氣工程系 專 業(yè)：鐵道電氣化 年 級：2009級 姓 名：譚思成 指導(dǎo)教師：孟 軍 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2012年10月28日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書專 業(yè) 鐵道電氣化 姓 名 譚思成 學(xué) 號 20097974 開題日期：2012 年 9 月 3 日 完成日期：2012 年 10 月 28 日題 目 變電站監(jiān)控技術(shù)課程設(shè)計一、設(shè)計的目的變電站監(jiān)控課程設(shè)計是配合“變電站監(jiān)控技術(shù)”理論教學(xué)而設(shè)置的一門實踐性課程，主要目的是通過該課程設(shè)計使學(xué)生了解變電站監(jiān)控系統(tǒng)的整體構(gòu)成及關(guān)鍵性技術(shù)，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識并能夠合理利用。初步掌握變電站監(jiān)控設(shè)計步驟和方法；了解變

2、電站監(jiān)控系統(tǒng)的整體構(gòu)成，熟悉有關(guān)“規(guī)程”和“設(shè)計手冊”的使用方法。二、設(shè)計的內(nèi)容及要求 (原始資料附后)1. 主要設(shè)計原則和主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)； 2. 根據(jù)原始資料確定系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能，包括調(diào)度中心及RTU應(yīng)實現(xiàn)的功能； 3. 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及配置； 4. 調(diào)度中心：系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟硬件配置等； 5. RTU：系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟硬件配置等； 6. RTU各模塊（分組完成模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊）硬件電路設(shè)計； 7.遠(yuǎn)程通信通道設(shè)計：通信通道方案選擇及實現(xiàn) 8. 系統(tǒng)主要設(shè)計指標(biāo)； 9. 附件：（1）主要工程數(shù)量表、（2）主要設(shè)備表；（3）系統(tǒng)容量要求表、（4）四

3、遙對象概數(shù)表、（5）電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖、（6）、各模塊硬件電路原理圖;。 10. 所有設(shè)計內(nèi)容用A4紙打印成冊，包括封面、前言、摘要、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計正文、附件、參考書目等； 三、指導(dǎo)教師評語 四、成績 指導(dǎo)教師 （簽章） 年 月 日變電站監(jiān)控課程設(shè)計原始資料1.工程概況某電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)，分別由A、B、C、D四個110/27.5KV牽引變電所供電。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)電力調(diào)度中心一個，四個牽引變電所各設(shè)遠(yuǎn)程終端一個。2.環(huán)境條件2.1電力調(diào)度中心控制室和機(jī)房環(huán)境環(huán)境溫度：+540相對濕度：10%90%海拔高度1000m大氣壓力：86108kpa振動：f10Hz，振幅為0.3mm；10Hzf1

4、50Hz時，加速度為0.1m/s2。工作電源：兩路獨立的380/220V電源；波動范圍：-15%+10%地震烈度：7度接地電阻12.2牽引變電所內(nèi)環(huán)境控制室溫度：-5+45開關(guān)柜溫度：-10+55環(huán)境溫度在-5+40時，最大變化率10/h，設(shè)備應(yīng)能滿足技術(shù)規(guī)格書所規(guī)定的精度要求，環(huán)境溫度在-10+55時，設(shè)備應(yīng)能正常工作，不誤動、不拒動。相對濕度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25）；有凝露的情況發(fā)生。海拔高度1000m地震烈度：7度3.設(shè)計內(nèi)容3.1主要設(shè)計原則 電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制站、遠(yuǎn)動通道及被控站組成；控制站采用計算機(jī)型電力集中監(jiān)控裝置，1：N結(jié)構(gòu)；通道采用鐵路綜合通用光纖

5、網(wǎng)中的專用通道，并設(shè)置主用和備用通道，主備通道能實現(xiàn)手動及自動切換；控制站具備與其它系統(tǒng)的通信接口能力；系統(tǒng)設(shè)備選型立足國產(chǎn)化。3.2主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動系統(tǒng)和設(shè)備（IEC870-88）遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件（GB/T13729-02）鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（TB10117-98）鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范（TB10064-2000）3.3系統(tǒng)構(gòu)成和基本配置完成系統(tǒng)控制站、被控站及遠(yuǎn)動通道的構(gòu)成及硬件配置設(shè)計，完成電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。3.4確定監(jiān)控內(nèi)容 根據(jù)變電所主接線圖確定遙控、遙測、遙信對象，完成四遙對象概數(shù)表。3.4 系統(tǒng)功能設(shè)計確定系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能。3.5 RTU各模塊（分

6、組完成模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、控制量輸出模塊）硬件電路設(shè)計及軟件說明書確定模塊硬件方案（輸入/輸出路數(shù)、元器件選擇、接口設(shè)計、電原理圖），時間分辨率不大于10MS；輸入/輸出信號列表、編碼；軟件程序結(jié)構(gòu)、程序框圖、主要源程序設(shè)計；軟件說明。4.附圖：牽引變電所主接線圖（由于主接線圖為原始設(shè)計圖紙，圖形較大，不便打印，查看時可在計算機(jī)中放大）。5.課程設(shè)計時間時度安排 第1 周 查閱相關(guān)規(guī)范、文獻(xiàn)資料，熟悉原始資料及設(shè)計任務(wù)，進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)成和配置、系統(tǒng)功能設(shè)計第2、3周 完成系統(tǒng)構(gòu)成和配置、系統(tǒng)功能設(shè)計第4、5周 確定所在分組設(shè)計模塊的硬件方案，經(jīng)審查后完成電原理圖繪制第6周 整理文檔，準(zhǔn)

7、備答辯6主要參考文獻(xiàn)1.柳永智，劉曉川. 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動. 北京：中國電力出版社2.盛壽麟. 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動原理. 北京：中國電力出版社 3.楊爵. 實用編碼技術(shù). 北京：中國鐵道出版社 4.胡道元. 計算機(jī)局域網(wǎng). 北京：清華大學(xué)出版社 5.曹志剛. 現(xiàn)代通信原理. 北京：清華大學(xué)出版社 6.何立民. MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù). 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社摘要變電站監(jiān)控技術(shù)的核心是SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)通過對變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號分別進(jìn)行采集，經(jīng)過功能的重新組合，并按照預(yù)定的程序和要求對變電站實現(xiàn)自動化

8、監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制的集合體和全過程。SCADA系統(tǒng)的核心是調(diào)度中心和RTU（遠(yuǎn)程終端裝置），其中調(diào)度中心能監(jiān)視和控制各個變電所及線路的各個方面，RTU負(fù)責(zé)采集各個設(shè)備的狀態(tài)量以及接收調(diào)度中心發(fā)來的操作信號。 關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng)，變電站綜合自動化，調(diào)度中心，RTU目錄第1章 設(shè)計概述21.1 主要設(shè)計原則21.2 主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)21.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能2第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)42.1 概念42.2 系統(tǒng)構(gòu)成42.3 實現(xiàn)的功能6第3章 調(diào)度中心123.1 調(diào)度中心概況123.2 調(diào)度中心配置12第4章 遠(yuǎn)程終端裝置（RTU）174.1 RTU的結(jié)構(gòu)模式174.2 RTU的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

9、184.3 系統(tǒng)硬件配置24第5章 通信信道265.1 現(xiàn)場總線265.2 以太網(wǎng)26第6章 模擬量輸入硬件電路276.1 十六位最小系統(tǒng)電路276.2 模擬量采集電路28第7章 系統(tǒng)主要設(shè)計指標(biāo)297.1 測控精度297.2 有實時數(shù)據(jù)的畫面整幅調(diào)出響應(yīng)時間：297.3 數(shù)據(jù)處理速度297.4數(shù)據(jù)通信307.5 雙機(jī)自動切換307.6 歷史數(shù)據(jù)存檔307.7 系統(tǒng)可用率307.8 平均無故障時間307.9 環(huán)境條件30后記32參考文獻(xiàn)33附錄34附錄35附錄36附錄37第1章 設(shè)計概述1.1 主要設(shè)計原則電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制站、遠(yuǎn)動通道及被控站組成；控制站采用計算機(jī)型電力集中監(jiān)控裝置，1：N結(jié)

10、構(gòu)；通道采用鐵路綜合通用光纖網(wǎng)中的專用通道，并設(shè)置主用和備用通道，主備通道能實現(xiàn)手動及自動切換；控制站具備與其它系統(tǒng)的通信接口能力；系統(tǒng)設(shè)備選型立足國產(chǎn)化。1.2 主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動系統(tǒng)和設(shè)備（IEC870-88）遠(yuǎn)動終端通用技術(shù)條件（GB/T13729-02）鐵路電力牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（TB10117-98）鐵路電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范（TB10064-2000）1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能1、 遙測：即應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測量的測量值。2、 遙信：應(yīng)用通信技術(shù)完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視。3、 遙調(diào)：應(yīng)用通信技術(shù)，完成改變運行設(shè)備狀態(tài)的命令。4、 遙控：當(dāng)調(diào)度控制中心需要直接抑制發(fā)電廠、變電所中的

11、某些設(shè)備，如斷路器的合閘、分間，發(fā)電機(jī)的開機(jī)、停機(jī)等，就發(fā)出相應(yīng)的控制命令。5、 與繼電保護(hù)相關(guān)的功能（如故障錄波、測距、小電流接地選線等）。6、 接口功能（與微機(jī)五防、電源、電能表計、全球定位（GPS ）等設(shè)備的接口）。7、 系統(tǒng)功能（與主站通信、當(dāng)?shù)豐CADA等）。第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)2.1 概念變電站是是牽引供電系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對供電網(wǎng)絡(luò)的安全運行起著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)變電站設(shè)備，以人工操作為主，無法滿足牽引供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)、可靠運行的要求。因此，必須采用先進(jìn)技術(shù)，提高變電站的自動化管理水平。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用

12、先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項重要技術(shù)措施。 功能的綜合是其區(qū)別于常規(guī)變電站的最大特點,它以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ), 以數(shù)據(jù)通訊為

13、手段,以信息共享為目標(biāo)。2.2 系統(tǒng)構(gòu)成本設(shè)計采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備組成分為三個層次。1、間隔層。包括微機(jī)保護(hù)測控裝置以及其他帶有智能通信接口的設(shè)備,如變壓器溫度測控單元、交/直流屏充電測控裝置等。間隔層設(shè)備的最大特點是具有智能化、自律性能的微機(jī)保護(hù)單元,其基本功能的運作不依賴通信網(wǎng)絡(luò)。2、網(wǎng)絡(luò)層。將各種間隔層智能裝置通過現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,完成上位機(jī)(Workstation)和數(shù)據(jù)終端設(shè)備(測控單元)的數(shù)據(jù)和命令傳輸。3、站級層。作為變電所自動化系統(tǒng)的通信控制、后臺機(jī)系統(tǒng),承擔(dān)著變電所綜合自動化系統(tǒng)的通信管理、人機(jī)界面(MMI)交互以及運行管理的任務(wù)?？紤]到變電所都是以間隔為單元組屏,以

14、及設(shè)備的向下兼容性和有關(guān)國際發(fā)展趨勢,因此沒有用嵌入式以太網(wǎng)完全替代現(xiàn)場總線網(wǎng),而是將站內(nèi)通信網(wǎng)設(shè)計為兩層,間隔以上的用10MHz/100MHz嵌入式以太網(wǎng)構(gòu)成站內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡(luò),負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器組等PC機(jī)和各間隔進(jìn)行通信。在間隔內(nèi)部,用現(xiàn)場總線網(wǎng)(如Modbus、CAN等)把各保護(hù)裝置連在一起?，F(xiàn)場總線網(wǎng)上的信息由間隔層的測控單元通過通信控制器(網(wǎng)關(guān)) ,上傳到主干網(wǎng)上。最底層的各種保護(hù)設(shè)備可不做任何改動,保持了向下兼容性。這種通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置形式將嵌入式以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合,發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。在這里,通信控制器(網(wǎng)關(guān))起到了非常重要的作用,具體表現(xiàn)在:大大降低了主控單元的復(fù)

15、雜程度和運算負(fù)載;將不同的通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的通信接口,管理更為簡單;使不同間隔層設(shè)備之間的相互影響降到了最低;將間隔層設(shè)備自身的通信網(wǎng)絡(luò)故障隔離在通信控制器之外,不會影響到主控單元的正常工作以上方案的以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實際上是帶自愈功能的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點通過CSMA /CD機(jī)制獲得對通道的占有權(quán),只有擁有通道占有權(quán)的節(jié)點可以向環(huán)上其他節(jié)點發(fā)送信息。一般環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息在環(huán)上是單向傳輸?shù)?而帶自愈功能的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在環(huán)網(wǎng)中增加控制協(xié)議,使環(huán)上的信息可以雙向流動,規(guī)定一種信息流動方向為主方向、另一種流動方向為備用方向。在正常情況下,環(huán)上信息按主方向流動;當(dāng)某兩個節(jié)點之間的傳輸介質(zhì)出現(xiàn)斷線

16、或某個節(jié)點故障時,控制協(xié)議可以改環(huán)上的信息流動方向到備用方向,在不增加投資的情況下,網(wǎng)絡(luò)可靠性得到大幅提高。 圖2-1 牽引變電所綜合自動化設(shè)備組成2.3 實現(xiàn)的功能變電站綜合自動化功能由電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和變電站建設(shè)、運行維護(hù)的綜合經(jīng)濟(jì)效益要求所決定。變電站在電網(wǎng)中的地位和作用不同，變電站自動化系統(tǒng)有不同的功能。2.3.1 監(jiān)控子系統(tǒng)的功能監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)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)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的遠(yuǎn)動裝置等等。監(jiān)控子系統(tǒng)功能有：1、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集有兩種。一種是變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)直接來自一次設(shè)備，如：電壓互感器、電

17、流互感器的電壓和電流信號、變壓器溫度以及斷路器輔助觸點、一次設(shè)備狀態(tài)信號。變電站的原始數(shù)據(jù)包括模擬量和開關(guān)量。另一種是變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集。典型的如：電能量數(shù)據(jù)、母線電壓信號、保護(hù)動作信號等。變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能量。(1)模擬量的采集。各段母線電壓、母聯(lián)及分段斷路器的電流、線路及饋線電壓、電流、有功功率、無功功率，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器和并聯(lián)電抗器電 流、直流系統(tǒng)電壓、所用電電壓、電流、無功功率以及頻率、相位、功率因數(shù)等。另外，還有少數(shù)非電量，如變壓器溫度保護(hù)、氣體保護(hù)等。模擬量的采集有交流和直流兩種形式。交流采樣是將電壓、電流信號不經(jīng)過變送器，

18、直接接人數(shù)據(jù)采集單元。直流采樣是將外部信號，如交流電壓、電流，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集單元處理的直流電壓信號后，再接人數(shù)據(jù)采集單元。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，直流采樣主要用于變壓器溫度、氣體壓力等非電量數(shù)據(jù)的采集。(2)開關(guān)量的采集。斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的狀態(tài)，有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置，同期檢測狀態(tài)、繼電保護(hù)動作信號、運行告警信號等，這些信號都以開關(guān)量的形式，通過光隔離電路輸入至計算機(jī)。(3)電能計量。電能計量指對電能(包括有功和無功電能)的采集，并能實現(xiàn)分時累加、電能平衡等功能。數(shù)據(jù)采集及處理是變電站綜合自動化得以執(zhí)行其他功能的基礎(chǔ)。2、數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)監(jiān)控子系統(tǒng)建立實時數(shù)據(jù)庫，

19、存儲并不斷更新來自IO單元及通信接口的全部實時數(shù)據(jù)；建立歷史數(shù)據(jù)庫，存儲并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)和運行報表數(shù)據(jù)。3、順序事件記錄及事故追憶順序事件記錄包括：斷路器跳合閘記錄，保護(hù)及自動裝置的動作順序記錄，斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭等操作順序記錄，模擬輸入信號超出正常范圍等。事故追憶功能。事故追憶范圍為事故前1min到事故后2min的所有相關(guān)模擬量值，采樣周期與實時系統(tǒng)采樣同期一致。4、故障記錄、錄波和測距功能變電站的故障錄波和測距采用兩種方法，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)控系統(tǒng)存儲及打印輸出或直接送調(diào)度主站；另一種方法是采用專用的微機(jī)故障錄波

20、器，并且故障錄波器應(yīng)具有串行通信功能，可以與監(jiān)控系統(tǒng)通信。對35kv及以下的配電線路，很少設(shè)置專門的故障錄波器，為了分析故障的方便，可設(shè)置簡單故障記錄功能。對于大量中、低壓變電站，沒有配置專門的故障錄波裝置。而對出線數(shù)量大、故障率高的，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了故障記錄功能，這對正確判斷保護(hù)的動作情況及正確分析和處理事故是非常必要的。5、操作控制功能無論是無人還是少人值班的變電站，運行人員都可通過屏幕對斷路器、允許遠(yuǎn)方電動操作的隔離開關(guān)和接地開關(guān)進(jìn)行分、合操作；對變壓器及站用變壓器分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；對補(bǔ)償裝置進(jìn)行投、切控制，同時，要能接受遙控操作命令，進(jìn)行遠(yuǎn)方操作；為了防止計算機(jī)系統(tǒng)故障時無法操

21、作被控設(shè)備，在設(shè)計時，應(yīng)保留人工直接跳、合閘方式。操作控制有手動和自動控制兩種控制方式。手動控制包括調(diào)度通信中心控制、站內(nèi)主控制室控制和就地控制，并具備調(diào)度通信中心站內(nèi)主控室、站內(nèi)主控制室就地手動的控制切換功能；自動控制包括順序控制和調(diào)節(jié)控制。6、安全監(jiān)視功能監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進(jìn)行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外還要監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置是否正常等。7、人機(jī)聯(lián)系功能(1)顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤是人機(jī)聯(lián)系橋梁。變電站采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，無論是有人值班還是無人值班，最大的特點之一是操作人員或調(diào)度員只

22、要面對CRT顯示器的屏幕，通過操作鼠標(biāo)或鍵盤，就可以對全站的運行工況、運行參數(shù)一目了然，可對全站斷路器和隔離開關(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模擬屏或操作屏等進(jìn)行操作。(2)顯示畫面。作為變電站人機(jī)聯(lián)系的主要橋梁手段的顯示器，不僅可以取代常規(guī)的儀器、儀表，而且可實現(xiàn)許多常規(guī)儀表無法完成的功能。其可顯示采樣和計算的實時運行參數(shù)(U、I、P、Q、cosv、有功電能、無功電能及主變壓器溫度、系統(tǒng)頻率，等)、實時主接線圖、事件順序記錄、越限報警、值班記錄、歷史趨勢、保護(hù)定值自控裝置的設(shè)定值、故障記錄和設(shè)備運行狀態(tài)等。(3)輸入數(shù)據(jù)。指輸入電流互感器和電壓互感器變比、保護(hù)定值和越限報

23、警定值、測控裝置的設(shè)定值、運行人員密碼等。8、打印功能定時打印報表和運行日志；斷路器、隔離開關(guān)操作記錄；事件順序記錄；越限；召喚；抄屏；事故追憶等。9、數(shù)據(jù)處理與記錄功能在監(jiān)控系統(tǒng)中，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，為了滿足繼電保護(hù)專業(yè)人員和變電站管理的需要，必須進(jìn)行一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計，主要有：記錄母線電壓日最高值和最低值以及相應(yīng)的時間；主變壓器及各條線路的功率、功率因數(shù)及電能的計算和統(tǒng)計；計算配電電能的平衡率；統(tǒng)計斷路器、避雷器、重合閘的動作次數(shù)；統(tǒng)計斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計數(shù)；記錄控制操作和定值的修改；事件順序記錄及事故追憶等。 10、諧

24、波的分析與監(jiān)視電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)是其諧波要限制在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。隨著非線性元件和設(shè)備的廣泛使用，使電力系統(tǒng)的諧波成分明顯增加，并且其影響程度越來越嚴(yán)重，目前，諧波“污染”已成為電力系統(tǒng)的公害之一。因此，在綜合自動化系統(tǒng)中，必須重視對諧波含量的分析和監(jiān)視。對諧波“污染”嚴(yán)重的變電站，要采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧档椭C波含量。11、報警處理報警處理內(nèi)容包括：設(shè)備狀態(tài)異常、故障；測量值越限及計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件、通信接口及網(wǎng)絡(luò)故障等。12、畫面生成及顯示畫面顯示的信息包括：日歷時間、經(jīng)編號的測點、表示該點的文字或圖形、該點實時數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)運算或組合后的各種參數(shù)等。由畫面顯示的內(nèi)容包括：全站生

25、產(chǎn)運行要的電氣接線圖、設(shè)備配置圖、運行工況圖、電壓棒形圖、實時參數(shù)曲線圖、各種信息報告、操作票、工作票及各種運行報表等。13、在線計算及制表功能(1)對變電站運行的各種常規(guī)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計及計算，如：日、月、年中的最大值、最小值及其出現(xiàn)的時間、電壓合格率、變壓器負(fù)荷率、全站負(fù)荷及電能平衡率等。(2)對變電站主要設(shè)備的運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計及計算，如：斷路器正常操作及事故跳閘次數(shù)、變壓器分接頭調(diào)節(jié)的檔次、次數(shù)、停運時間等。 (3)利用以上數(shù)據(jù)生成不同格式的生產(chǎn)運行報表。并按要求方式打印輸出。14、電能量處理電能量處理包括變電站各種方式采集到的電能量進(jìn)行處理、對電能量進(jìn)行分時段的統(tǒng)計計算以及當(dāng)運行方式的改變

26、而自動改變計算方法并在輸出報表上予以說明等。15、遠(yuǎn)動功能監(jiān)控子系統(tǒng)能實現(xiàn)DL 50021991地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程、DL 50031991電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程中與變電站有關(guān)的全部功能，滿足電網(wǎng)電能實時性、安全性和可靠性。16、運行管理功能運行管理功能包括：運行操作指導(dǎo)、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理、操作票開列、模擬操作、運行記錄及交接班記錄等。除上述功能外還具有：時鐘同步、防誤閉鎖、同步、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)以及與其他設(shè)備接口等功能。2.3.2 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能是變電站綜合自動化系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電站的主設(shè)備和輸電線路的全套保護(hù)：高壓輸電線路保

27、護(hù)和后備保護(hù)；變壓器的主保護(hù)、后備保護(hù)以及非電量保護(hù)；母線保護(hù)；低壓配電線路保護(hù)；無功補(bǔ)償裝置保護(hù)；站用變保護(hù)等。各保護(hù)單元，除應(yīng)具備獨立、完整的保護(hù)功能外，還應(yīng)具有以下附加功能：1、具有事件記錄功能。事件記錄包括發(fā)生故障、保護(hù)動作出口、保護(hù)設(shè)備狀態(tài)等重要事項的記錄。2、具有與系統(tǒng)對時功能。以便準(zhǔn)確記錄發(fā)生事故和保護(hù)動作的時間。3、具有存儲多種保護(hù)定值功能。4、具備當(dāng)?shù)厝藱C(jī)接口功能。不僅可顯示保護(hù)單元各種信息，還可通過它修改保護(hù)定值。 5、具備通信功能。提供必要的通信接口，支持保護(hù)單元與計算機(jī)系統(tǒng)通信協(xié)議。6、具備故障自診斷功能。通過自診斷，及時發(fā)現(xiàn)保護(hù)單元內(nèi)部故障并報警。對于嚴(yán)重故障，在報警

28、的同時，應(yīng)可靠閉鎖保護(hù)出口。7、各保護(hù)單元滿足上述功能要求的同時，還應(yīng)滿足保護(hù)裝置的快速性、選擇性和靈敏性要求。2.3.3 后備控制和緊急控制功能當(dāng)?shù)睾髠淇刂坪途o急控制功能包括人工操作控制、低頻減負(fù)荷、備用電源自投等。第3章 調(diào)度中心3.1 調(diào)度中心概況調(diào)度中心采用計算機(jī)局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)、分布式控制系統(tǒng)、以計算機(jī)設(shè)備為核心，以功能為模塊，以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為單元進(jìn)行配置，包括：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、前置通信處理機(jī)、主用服務(wù)器、調(diào)度員工作站、系統(tǒng)維護(hù)工作站、WEB工作站等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備及相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)，文檔管理報表打印機(jī)，畫面拷貝機(jī)，維護(hù)用程序打印機(jī)及實時監(jiān)視整個供電系統(tǒng)運行概況的模擬屏等外圍設(shè)備，同時具備功能完善的軟件

29、資源及UPS設(shè)備。圖3-1 調(diào)度中心結(jié)構(gòu)示意圖3.2 調(diào)度中心配置1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制站采用雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)、客戶機(jī)/服務(wù)器訪問方式，正常情況下雙網(wǎng)同時工作，并可根據(jù)數(shù)據(jù)需要分擔(dān)不同的數(shù)據(jù)傳輸或平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)故障時，系統(tǒng)給出報警信息，并由非故障網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)全部數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)采用交換式以太網(wǎng)，通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，通信介質(zhì)采用光纖，通信速率為10/100Mbps自適應(yīng)。2、主服務(wù)器系統(tǒng)配置兩套國際通用、高性能的服務(wù)器計算機(jī)，冗余配置、對等工作方式，通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件和網(wǎng)絡(luò)適配器鏈接網(wǎng)上設(shè)備。兩個主服務(wù)器定時進(jìn)行工作狀態(tài)的在線監(jiān)測，在一臺主服務(wù)器故障情況下進(jìn)行自動切換，切換時間小于15秒。兩

30、套主服務(wù)器同時接收網(wǎng)上數(shù)據(jù)，但僅主用機(jī)具備數(shù)據(jù)流控制及管理功能，主、備服務(wù)器支持?jǐn)?shù)據(jù)校驗以保證完整一致的數(shù)據(jù)庫。技術(shù)數(shù)據(jù)為：CPU字長：不小于64位，內(nèi)存：大于256MB，主頻：500MHz，高速緩存：不低于1MB。每套主服務(wù)器配置操作、顯示用的人機(jī)接口設(shè)備，具備安全操作口令設(shè)置功能，操作口令級別不小于3級。主服務(wù)器具備強(qiáng)大而靈活高效的網(wǎng)絡(luò)通信能力和完備的系統(tǒng)監(jiān)測功能，采用工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的UNIX+WINDOWS操作系統(tǒng)。主服務(wù)器的功能是：一是管理維護(hù)控制站局域網(wǎng)的全局配置文件，接受來自局域網(wǎng)內(nèi)各其他接點的信息。二是遙控、遙測、遙調(diào)、遙信處理。三是保存并維護(hù)有關(guān)SCADA系統(tǒng)運行所需的全

31、局?jǐn)?shù)據(jù)和對歷史數(shù)據(jù)的管理，并對調(diào)度端客戶機(jī)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。四是完成調(diào)度文檔管理、統(tǒng)計報表生成制作。五是定時任務(wù)管理。3、調(diào)度員工作站兩套調(diào)度員工作站通過網(wǎng)絡(luò)適配器與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連。兩個調(diào)度員工作站并行運行。具備良好的人機(jī)界面和安全操作口令設(shè)置功能，操作口令級別不小于3級。計算機(jī)設(shè)備為國際通用型工作站，模塊及部件具有互換性，并裝備外部存儲設(shè)備、圖形加速卡。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：CPU字長：不小于32位，內(nèi)存：不小于128MB,主頻：不小于360MHz。每個調(diào)度員工作站配置操作、顯示用的人機(jī)接口設(shè)備一套。每一個人機(jī)界面裝置包括圖像顯示終端一套、鍵盤、鼠標(biāo)，顯示器屏幕不小于54cm，顯示的顏色不少于256種，

32、分辨率不低于12801024。調(diào)度員工作站作為控制站的人機(jī)接口設(shè)備之一，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測各被控站及接觸軌上開關(guān)狀態(tài)、電源線路、接觸軌帶點狀態(tài)，可對各種故障信息進(jìn)行適時多窗口報警顯示，通過鼠標(biāo)和鍵盤完成對被控站的遙控操作，并進(jìn)行操作前的合理性判定，同時完成各種報表記錄、曲線的檢索及顯示、對報表進(jìn)行在線修改、打印實時數(shù)據(jù)及報表、拷貝等調(diào)度管理任務(wù)。此外調(diào)度員工作站設(shè)備可實現(xiàn)對模擬屏的控制、音響實驗、復(fù)歸等。4、實時數(shù)據(jù)打印機(jī)及制表打印機(jī)實時數(shù)據(jù)打印機(jī)及制表打印機(jī)采用高性能、低噪聲彩色噴墨打印機(jī)，并具有漢字打印功能，打印速度不低于260CPS，緩沖區(qū)容量不低于16KB，打印噪聲不大于50dB。具有寬窄行

33、打印功能。打印機(jī)的工作方式采用假脫機(jī)方式。實時數(shù)據(jù)打印機(jī)主要用于調(diào)度員操作記錄、故障報警及時間順序記錄、遙測量越限記錄等。制表打印機(jī)主要用于對數(shù)據(jù)管理的報表打印等。5、拷貝機(jī)拷貝機(jī)為高性能，低噪聲彩色激光或噴墨拷貝機(jī)?？截愃俣炔坏陀?分鐘畫面，拷貝清晰度不低于600DPI，拷貝噪聲不大于54dB，緩沖區(qū)容量不低于512KB，畫幅不小于A4。拷貝機(jī)的工作方式采用假脫機(jī)方式。實時數(shù)據(jù)打印機(jī)、制表打印機(jī)、拷貝機(jī)均通過打印終端服務(wù)器與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，各打印機(jī)之間能互為備用。6、大屏顯示器模擬屏設(shè)備，通過對系統(tǒng)各主要開關(guān)等狀態(tài)的各種燈光顯示，對全線系統(tǒng)進(jìn)行直觀動態(tài)顯示。模擬屏上設(shè)置數(shù)字時鐘顯示及安全天數(shù)

34、顯示，數(shù)字時鐘應(yīng)與系統(tǒng)時鐘同步。模擬屏控制器除通過網(wǎng)絡(luò)對模擬屏進(jìn)行控制外，還可單獨對模擬屏進(jìn)行各種位置及操作。7、通信前置機(jī)通信前置機(jī)采用基于Pentium系列的工業(yè)控制級計算機(jī)，采用實時、多任務(wù)、多用戶的操作系統(tǒng)，作為與各被控站遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)通道接口設(shè)備，配置只能多串口通道板來滿足遠(yuǎn)程IO容量。完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、接受及數(shù)據(jù)的預(yù)處理，如通信規(guī)約的變換等，減輕主服務(wù)器節(jié)點的CPU負(fù)荷，通過網(wǎng)絡(luò)適配器與控制中心局域網(wǎng)絡(luò)相連，并與主服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信處理機(jī)采用雙重配置，冗余結(jié)構(gòu)，主、備工作方式，主服務(wù)器實時監(jiān)視主、備通信前置機(jī)的工作狀態(tài)，可對其進(jìn)行自動、手動切換。兩套通信前置機(jī)具備并行處理功能以支持主

35、、備通道的狀態(tài)。8、維護(hù)工作站系統(tǒng)維護(hù)工作站的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)同調(diào)度員工作站，通過網(wǎng)絡(luò)適配器與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，并配程序打印機(jī)。系統(tǒng)維護(hù)工作站用于生成、維護(hù)、修改、管理系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫及用戶畫面，并定義、修改系統(tǒng)運行參數(shù)及開發(fā)應(yīng)用程序等，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫、用戶畫面和系統(tǒng)運行參數(shù)的修改、定義，可以在先隨時進(jìn)行，但不影響系統(tǒng)的正常運行，且實時庫、歷史庫及畫面的修改均采用無需編程的人機(jī)對話方式。維護(hù)工作站可以與任意調(diào)度員工作站互換，成為調(diào)度員工作站設(shè)備的備用設(shè)備，以解決某些特殊情況。維護(hù)工作站還應(yīng)具備模擬培訓(xùn)功能。模擬培訓(xùn)軟件可以通過網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)英語數(shù)據(jù)庫，提供一個和真實環(huán)境完全一致的迷你環(huán)境。

36、給調(diào)度人員一個練習(xí)、使用本系統(tǒng)的良好平臺。在維護(hù)工作站不進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)時，可進(jìn)行模擬培訓(xùn)。9、WEB工作站W(wǎng)EB工作站與專為其提供的集線器連接，與主服務(wù)器進(jìn)行通訊，運行WEB功能模塊，負(fù)責(zé)向外部發(fā)布SCADA運行信息，在有用戶需要時讀取主服務(wù)器內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。WEB工作站與主服務(wù)器通過專用的集線器連接，以免訪問人數(shù)過多給電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶來不必要的通信負(fù)擔(dān)。兩個主服務(wù)器也分別有一個網(wǎng)卡連接到與WEB工作站專用的集線器下。10、GPS系統(tǒng)由于控制中心內(nèi)部有多個系統(tǒng)需要精確的時鐘系統(tǒng)來進(jìn)行同步，所以電力監(jiān)控系統(tǒng)在主站一級可以與其他系統(tǒng)公用一套GPS來接收衛(wèi)星的精確對時。11、UPS裝置為了系統(tǒng)的可

37、靠運行，不受外部電源停電時的影響，系統(tǒng)配置一套UPS裝置，其容量滿足當(dāng)外部電源停電30分鐘時，系統(tǒng)的正常運行。UPS設(shè)備前盤設(shè)置運行監(jiān)視界面，可提供UPS的遠(yuǎn)距離監(jiān)視信號，以滿足調(diào)度員對UPS設(shè)備的監(jiān)視。遠(yuǎn)距離監(jiān)視信號的主要內(nèi)容包括：UPS的工作狀態(tài)、蓄電池的工作狀態(tài)、輸入電源的工作狀態(tài)等。UPS裝置滿足外部輸入電源的條件，工作噪聲不大于55dB，且應(yīng)具有一定的過負(fù)荷能力。配電柜設(shè)兩路交流輸入電源，可以通過組合開關(guān)切換。各輸入、輸出回路應(yīng)具有過負(fù)荷自動跳閘功能。當(dāng)一路電源失壓時，另一路可自動切換輸入。配電柜還具有過電壓、過電流保護(hù)功能。當(dāng)兩路交流電源都失壓時，UPS自動投入供電。配電柜帶有各種

38、顯示表計和手動操作按鈕，便于現(xiàn)場維護(hù)和調(diào)試第4章 遠(yuǎn)程終端裝置（RTU）4.1 RTU的結(jié)構(gòu)模式RTU即被控站設(shè)在沿線的主變電所，牽引降壓變電所內(nèi)，各被控站內(nèi)采用當(dāng)?shù)鼐C合自動化系統(tǒng)，完成所內(nèi)的控制、保護(hù)、測量及系統(tǒng)監(jiān)控終端的功能，各被控站通過所內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)的通信處理單元實現(xiàn)，與調(diào)度中心的信息交換，即遙測，遙信信息的上傳和下行遙控，遙調(diào)信息的接受和執(zhí)行，以實現(xiàn)變電所的無人值守。電氣化牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以牽引變電所為核心,以功能為模塊,將供電臂上聯(lián)接的牽引供電設(shè)施納入系統(tǒng)節(jié)點,充分體現(xiàn)分散控制,集中管理的結(jié)構(gòu)模式?？刂坪捅Ｗo(hù)系統(tǒng)既相互獨立,有關(guān)信息又相互共享。系統(tǒng)

39、主要由4部分組成:第一部分為調(diào)度層;第二部分為站控層;第三部分為間隔層的分布式保護(hù)、測量、智能裝置;第四部分設(shè)備層。間隔層智能裝置控制和保護(hù)線路、變壓器、電容器等設(shè)備;站控層控制著以牽引變電所為核心,以供電臂為單元的牽引供電系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示圖4-1 分層分布式4.2 RTU的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式的選擇要從組網(wǎng)模式、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)傳輸模式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中央系統(tǒng)設(shè)備五方面分別進(jìn)行比較，應(yīng)充 分考慮網(wǎng)絡(luò)的實時性 、統(tǒng)一性、可靠性、高效性和合理性等因素。 1、組網(wǎng)模式 變電所綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為單網(wǎng)和雙網(wǎng)兩種組網(wǎng)模式，在選擇過程中應(yīng)根據(jù)變電所的不同特點分別對待，

40、合理選擇。 主變電站擔(dān)負(fù)著向地鐵系統(tǒng)牽引降壓變電所供電的任務(wù)，其安全可靠的運行是地鐵系統(tǒng)正常運行的前提之一；同時，主變電站容量較大，數(shù)據(jù) 信息處理量較多，接 線復(fù)雜，建設(shè)規(guī)模大，對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求高。所以主變優(yōu)先選擇雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。牽引降壓變電所負(fù)責(zé)向車站設(shè)備和區(qū)間接觸網(wǎng)供電，牽引供電系統(tǒng)可靠性高，而且通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量較主變電站少，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較輕。根據(jù)已 建成地鐵的應(yīng)用經(jīng)驗 ，單網(wǎng)結(jié)構(gòu)軟、硬件簡單，安裝調(diào)試方便，故障率低，滿足運行 要求，采用單網(wǎng)模式 可使全線投資規(guī)模大幅降低。因此，牽引、降壓變電所采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2、所內(nèi)主干網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光纖是一種利用了光的全反射原理傳輸光束的細(xì)微而柔韌的介質(zhì)，光纖由

41、純石英以特別的工藝?yán)贫?。光纖采用時分復(fù)用、頻分復(fù)用和波分復(fù) 用、密集波分復(fù)用等 技術(shù)，已成為數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì)，它有以下幾個優(yōu)點：（1）傳輸頻帶寬，通信容量大 ，傳輸速率高。（2）線路損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)。在較長距離和范圍內(nèi)信號是一個常數(shù)。 （3）抗干擾 能力強(qiáng)，應(yīng)用 范圍廣。光纖 電纜中傳輸 的是光束，由 于光束不受 外界電磁干擾的影響，而且本身也不向外輻射信號，因此它適用于 強(qiáng)電磁輻射環(huán)境下的 信息傳輸。 光纖傳輸具有通信容量大、傳輸速率高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點。根據(jù)已建成地鐵的應(yīng)用經(jīng)驗，變電所內(nèi)強(qiáng)電 磁輻射對不相鄰柜間 的電纜信號傳輸干擾較大，以光纖為傳輸介質(zhì)的

42、通信網(wǎng)，更能適 應(yīng)地鐵環(huán)境下自動化 系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信需求。所以變電所 綜合自動化系統(tǒng)主干 網(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸介質(zhì)。3、所內(nèi)主干網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模式當(dāng)前用于工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主要有現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)，在對其進(jìn)行選擇的時候首先應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一性和開放性，同時兼顧組網(wǎng)的 靈活性、可靠性、實 時性及數(shù)據(jù)傳輸速率等因素?，F(xiàn)場總線是實現(xiàn)現(xiàn)場智能設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)之間通信的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、多變量、多點、多站的通信數(shù)據(jù)總線。是針對工業(yè) 控制現(xiàn)場惡劣的運行 環(huán)境等特點，專門開發(fā)應(yīng)用于現(xiàn)場控制的技術(shù)，一般在抗干擾、 實時性及傳輸效率等 方面都采取了特殊的措施，以保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

43、、高效 性。其按照國際標(biāo)準(zhǔn) 化組織 ISO 和開放系統(tǒng)互連 OSI 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，適用于對實時性要求很強(qiáng)的領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線具有容錯能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點，已廣泛地用 于制造業(yè)、流程工業(yè) 、冶金、電力、交通、樓宇等自動化領(lǐng)域，目前國內(nèi)外很多知名 的繼電保護(hù)產(chǎn)品采用 現(xiàn)場總線進(jìn)行通信傳輸。但目前多種現(xiàn)場總線協(xié)議并存的狀況， 使不同廠家、不同總 線協(xié)議設(shè)備之間無法互聯(lián)，給工程實施帶來一系列的硬件和軟件 的接口配合工作。另 外總線產(chǎn)品通信速率受總線節(jié)點數(shù)和傳輸距離的影響較大，因此 工程中需根據(jù)不同產(chǎn) 品及系統(tǒng)的實際情況，制定不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸方案。工業(yè)以太網(wǎng)充分考慮工業(yè)現(xiàn)場溫差變化大、電磁輻射強(qiáng)、潮

44、濕、灰塵 多等惡劣環(huán)境，在設(shè) 備元器件選擇上使用了高質(zhì)量和高可靠性的元器件。工業(yè)以太網(wǎng)遵從 IEEE802.3 協(xié)議，針 對 工 業(yè) 現(xiàn) 場 實 時 性 要 求 高 的 特 點 ， 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 采 用 全 雙 工 的 工 作 模 式 ， 盡 管CSMA/CD 仍然存在其間，但 100Mbps 甚至 1000Mbps 的傳輸速率和高速的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的使用，將設(shè)備隔離在相互獨立的碰撞域，使以太網(wǎng)中 產(chǎn)生了確定型的傳輸 。工業(yè)以太網(wǎng)實際應(yīng)用中多將以太網(wǎng)與 TCP/IP 協(xié)議結(jié)合，徹底解決了網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一性的問題。此外，工業(yè)以太網(wǎng)通信的誤碼率極低（在 10-810-11 之間），數(shù)據(jù)傳輸可靠性高

45、；網(wǎng)上增減節(jié)點方便，靈活性好；傳輸速率高，傳輸信息量大，網(wǎng) 絡(luò)實時性好，可以根 據(jù)業(yè)務(wù)特性來打包，動態(tài)分配帶寬；在帶寬允許的情況下，對 IP 通道帶寬的變化可瞬間響應(yīng)。以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場已成為一種發(fā)展趨勢?；诠I(yè)以 太網(wǎng)的諸多優(yōu)點，國 內(nèi)外一些知名廠家已研制、生產(chǎn)出相應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品，并在監(jiān) 控領(lǐng)域取得良好的工 業(yè)運行經(jīng)驗。工業(yè)以太網(wǎng)的開放性，統(tǒng)一性，經(jīng)濟(jì)性，可擴(kuò)展性，可維護(hù)性都是其它網(wǎng)絡(luò)不能相比的。基于以上的分析比較，結(jié)合變電所綜合自動化系統(tǒng)和 城市軌道交通供電系 統(tǒng)繼電保護(hù)裝置、監(jiān)控單元等智能電子裝置的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，變電所綜合自動 化系統(tǒng)所內(nèi)主干網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模式采用工業(yè)以太網(wǎng)。4、網(wǎng)絡(luò)拓

46、撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有點對點、星形、總線形和環(huán)形四種結(jié)構(gòu)。（1）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-2所示，有關(guān)間隔層保護(hù)測控單元通信口采用鏈?zhǔn)降目偩€形連接在一起，共用同一通道與主監(jiān)控單元通信。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)減少了對主監(jiān)控單元通信口數(shù)量的要求，節(jié)省通信電纜，造價相對較低，同時易安裝、網(wǎng)絡(luò)接點易擴(kuò)充，但總線上傳輸速率受節(jié)點數(shù)量的影響較大，同時還存在故障診斷困難、故障隔離困難等缺點。圖4-2 總線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點首尾相接形成的一種閉合結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點通過CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機(jī)制獲得對通道的占有權(quán)，只有擁有通道

47、占有權(quán)的節(jié)點可以向環(huán)上其它節(jié)點發(fā)送信息。一般的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息在環(huán)上單向傳輸，帶自愈功能 的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)接點故障或斷線時信息雙向流動，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但由于環(huán)形拓?fù)涞耐顿Y較大，一般應(yīng)用于星形結(jié)構(gòu)無法適用的、跨越較大地理范圍的大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-3所示。圖4-3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-4所示，所有的間隔層保護(hù)測控單元及主監(jiān)控單元都分別作為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，通過獨立的通道與中央系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行通信。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有易于故障的診斷、易于故障的隔離、易于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展等優(yōu)點，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前局域網(wǎng)應(yīng)用中最多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4-4星形拓

48、撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)性能比較見表4-1表4-1 三種結(jié)構(gòu)比較網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔容^內(nèi)容星型總線型環(huán)形可靠性高滿足要求最高組網(wǎng)靈活性高低高投資較低低高性能價格比高一般較高綜上所述，變電站綜合自動化系統(tǒng)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是性價比最高的，所以采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。4.3 系統(tǒng)硬件配置變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)備采用組屏安裝，綜控屏的數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)配置方案確定。屏內(nèi)安裝監(jiān)控單元、局域網(wǎng)設(shè)備等；屏上設(shè)有音響報警裝置，具有事故、預(yù)告兩種音響。1.局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所內(nèi)通信網(wǎng)采用適合于城市軌道交通使用環(huán)境的抗干擾性強(qiáng)、阻燃、鎧裝通信介質(zhì)，優(yōu)先選用屏蔽5類線。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備宜選用工業(yè)級產(chǎn)品。2.操作員站操作員站設(shè)置于有人值守的變電所，可以

49、采用組屏安裝方式，也可以根據(jù)工程需要單獨放置在專用值班室內(nèi)。操作員站應(yīng)采用工業(yè)級PC。3.監(jiān)控單元監(jiān)控單元用于實現(xiàn)各種類型子監(jiān)控單元規(guī)約的轉(zhuǎn)換，應(yīng)支持與CANbus、Lonworks、Profibus等多種現(xiàn)場總線的接口，支持RS-232、RS-422或RS-485等標(biāo)準(zhǔn)接口。4.便攜式計算機(jī)變電所綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)該配置便攜式計算機(jī)，計算機(jī)內(nèi)安裝調(diào)試軟件，用于現(xiàn)場調(diào)試。5.系統(tǒng)電源及接地變電所綜合自動化系統(tǒng)的電源有以下兩種方案：方案一：由變電所內(nèi)的交直流屏提供不間斷交流、直流電源。方案二：由變電所內(nèi)的交直流屏提供交流電源，變電所綜合自動化系統(tǒng)配置UPS為系統(tǒng)提供不間斷電源。這兩種方案都可以滿足

50、系統(tǒng)的電源要求，但是方案一可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的資源共享，也簡化了設(shè)備的維護(hù)管理。因此，在工程有條件的情況下優(yōu)選方案一作為系統(tǒng)電源方案。變電所綜合自動化系統(tǒng)一般為懸浮地系統(tǒng)，不存在工作接地。系統(tǒng)安全接地及通信電源屏蔽層接地均可通過與變電所控制室內(nèi)綜控屏內(nèi)接地母排連接實現(xiàn)。綜控屏內(nèi)接地母排與外引綜合接地網(wǎng)實現(xiàn)可靠的電氣接地。第5章 通信信道5.1 現(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)多數(shù)采用屏蔽雙絞電纜(RS485) 、光纖、同軸電纜,以解決長線傳輸、數(shù)據(jù)傳輸速率和電磁干擾等問題。插件包括各種防護(hù)等級工業(yè)級的接插件,總線的供電及本質(zhì)安全(如IEC 611582)用于流程控制及要求防爆功能的場合,編碼為異步NRZ、位

51、同步曼徹斯特編碼等,傳輸速率為9. 6 kbps12Mbps。5.2 以太網(wǎng)以屏蔽雙絞電纜、光纖作為主要的解決方案。光纖介質(zhì)雖然成本較高,但其卓越的電磁兼容性能和長距離通信能力是屏蔽雙絞線無法比擬的,推薦選擇光纖。插件包括RJ45、AUI、BNC,編碼為同步、曼徹斯特編碼,傳輸速率10 Mbps、100 Mbps。第6章 模擬量輸入硬件電路6.1 十六位最小系統(tǒng)電路該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，可以對16路模擬量、16路數(shù)字開關(guān)量和兩路脈沖量進(jìn)行采集，模擬量采集精度達(dá)到12位，在實際應(yīng)用中，可以對電壓信號進(jìn)行直接采集，如果要對傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流量進(jìn)行采集時，還需加入采樣電阻，把電流轉(zhuǎn)換成電壓后進(jìn)行采集。對采集的脈沖量的頻率取決于單片機(jī)的時鐘頻率，一般不能高于單片機(jī)的運行時鐘，如單片機(jī)用12MHz的晶振，則采集的脈沖頻率只能低于12MHz。如圖6-1所示為設(shè)計的系統(tǒng)原理框圖。系統(tǒng)選擇一個串行的A/D轉(zhuǎn)換芯片，用模擬開關(guān)作擴(kuò)展，兩個模擬開關(guān)即可擴(kuò)展成16路的模擬量輸入。圖6-1 16位最小系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理圖6.2 模擬量采集電路模擬量的采集要用到A/D轉(zhuǎn)換芯片，這里選擇MAX1241A/D轉(zhuǎn)換器。MAX1241是一種低功耗、低電壓的12位逐次逼近型ADC，最大非線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時間9s，內(nèi)置快速采樣保持電路。MAX1241采用三線式串行接口，