電力RTU基礎知識

電力遠程終端控制系統 RTU基礎知識知識點1.RTU英文全稱 RemoteTerminalUnit ，中文全稱為遠程終端控制系統。RTU（RemoteTerminalUnit ）是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號、工業(yè)設備的監(jiān)測和控制。與常用的可編程控制器 PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產品在SCADA系統中得到了大量的應用。RTU具有的特點是：1、通訊距離較長2、用于各種環(huán)境惡劣的工業(yè)現場3、模塊結構化設計，便于擴展4、在具有遙信、遙測、遙控領域的水利，電力調度，市政調度等行業(yè)廣泛使用。遠程終端設備（RTU）是安裝在遠程現場的電子設備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠程現場的傳感器和設備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉換成可在通信媒體上發(fā)送的數據格式。它還將從中央計算機發(fā)送來得數據轉換成命令，實現對設備的功能控制。監(jiān)視控制和數據采集是一個含義較廣的術語， 應用于可對安裝在遠距離場地的設備進行中央控制和監(jiān)視的系統。 SCADA系統可以設計滿足各種應用（水、電、氣、報警、通信、保安等等），并滿足顧客要求的設計指標和操作概念。 SCADA系統可以簡單到只需通過一對導線連在遠端的一個開關，也可復雜到一個計算機網絡，它由許多無線遠程終端設備（ RTU）組成并與安裝在中控室的功能強大的微機通信。 SCADA系統的遠程終端設備可以用各種不同的硬件和軟件來實現。這取決于被控現場的性質、 系統的復雜性、 對數據通信的要求、 實時報警報告、模擬信號測量精度、狀態(tài)監(jiān)控、設備的調節(jié)控制和開關控制。變電站是電力系統的一個重要組成部分，它的安全可靠運行是電網安全經濟運行的根本保證。當前變電站正以分項自動化向著綜合自動化方向發(fā)展，綜合自動化的近期目標是把變電站的保護、測量、監(jiān)控、遠動等融為一體，取得數據共享，資源共享，大幅度提高自動化的功效。對于電力系統，為了進行現代化管理，往往實現電網調度自動化，雖然省、地、縣各級調度有不同的職能和責任，但其組成基本相同，一般是由主站和遠動終端（ RTU）組成。遠動終端就是電網監(jiān)視和控制系統中安裝在發(fā)電廠或變電站的一種遠動裝置， 它負責采集所在發(fā)電廠或變電站電力運行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調度中心發(fā)往所在發(fā)電廠或變電站的控制和調度命令。 然而，隨著煤礦現代化管理的飛速發(fā)展，實施煤礦安全生產微機監(jiān)控調度系統已是大勢所趨， 該系統通過設置在礦調度室的主計算機能實時地監(jiān)視煤礦井下生產環(huán)境安全參數和全礦重要機電設備的工況， 從而對各生產環(huán)節(jié)進行控制和調節(jié)，使生產的指揮管理和控制融為一體，成為礦井生產的中樞。由于礦調度室遠離生產現場，因此，礦井上下需要設置多個遠動分站。毋庸置疑，煤礦變電站是企業(yè)生產的核心和動力源泉，它關系著安全生產和人體安危。變電站的安全管理也是煤礦監(jiān)控系統的一個重要環(huán)節(jié)。通常變電站與煤礦生產調度中心往往相距較遠，必須采用遠動技術，在變電站設置遠動終端即RTU，與調度中心計算機通過信道相連接，RTU與調度中心之間通過遠距離信息傳輸完成RTU的遠方監(jiān)控功能。RTU與主站配合可以實現三遙功能，即：遙測、遙信、遙控。RTU的主要功能采集狀態(tài)量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離，遙信變位優(yōu)先傳送；采集數據量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離；(3)直接采集系統工頻電量，實現對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠方發(fā)送 ，可計算正反向電度； (4)采集脈沖電度量并向遠方發(fā)送，帶有光電隔離；接收并執(zhí)行遙控及返校；程序自恢復；設備自診斷(故障診斷到插件級)；設備自調；通道監(jiān)視；接收并執(zhí)行遙調；接收并執(zhí)行校時命令(包括GPS對時功能選配)；與兩個及兩個以上的主站通訊；采集事件順序記錄并向遠方發(fā)送；提供多個數字接口及多個模擬接口；可對每個接口特性進行遠方/當地設置；提供若干種通信規(guī)約,每個接口可以根據遠方/當地設置傳輸不同規(guī)約的數據；接受遠方命令,選擇發(fā)送各類信息；可轉發(fā)多個子站遠動信息；當地顯示功能，當地接口有隔離器；支持與擴頻、微波、衛(wèi)星、載波等設備的通訊；(21)選配及多規(guī)約同時運行，如 DL451-91CDT規(guī)約，同進應支持 POLLING規(guī)約和其他國際標準規(guī)約（如 DNP3.0，SC1801、101規(guī)約）；可通過電信網和電力系統通道進行遠方設置。RTU產品目前與無線設備，工業(yè) TCP/IP產品結合使用，正在發(fā)揮越來越大的作用。知識點2.四遙功能由遠動系統終端 RTU實現，它包括：遙測(遙測信息)：遠程測量,采集并傳送運行參數，包括各種電氣量和負荷潮流等。遙測信息是RTU采集到的電力系統運行的實時參數，如發(fā)電機出力，母線電壓，系統中的潮流，有功負荷和無功負荷，線路電流，電度量等測量量信息。遙信(遙信信息)：遠程信號,采集并傳送各種保護和開關量信息.遙信信息是RTU采集到的電力系統繼電保護的動作信息，斷路器的狀態(tài)信息，告警信號等狀態(tài)量信息。遙控(遙控信息)：遠程控制,接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘.遙控信息是指從電力系統調度控制中心發(fā)出的對斷路器執(zhí)行分合閘操作的狀態(tài)量信息。遙調(遙調信息)：遠程調節(jié),接受并執(zhí)行遙調命令，調節(jié)發(fā)電機輸出功率.遙調信息是指從電力系統調度控制中心發(fā)出的對發(fā)電機有功和無功出力進行調整的測量量信息。知識點3.定值 定值一般指為完成具體保護功能根據整定計算結果設定 /修改的數據值，如速斷電流的大小，延遲時間等。對于多 CPU保護，一般每個 CPU都有自己的定值，而且每個CPU同時有多套定值（即，多個定值區(qū)），根據需要選擇某套定值作為當前運行定值！定值一般有召喚，下傳，切換，固化等幾種操作。定值按照“召喚 --下傳（如需要） --固化（如需要） --切換（如需要）”過程進行，后三個過程視需要而定。知識點4.錄波 錄波是故障錄波， 進行故障分析用的。 可以把故障啟動前， 啟動后，返回前，返回后的波形錄出來，進行故障分析 保護自身帶的故障錄波是加在主程序里面的。做的好的廠家，可以根據錄波的數據還原故障曲線動作軌跡。 比如說差動保護， 是怎么樣進入動作區(qū)的，都有很好的描述。還有一種方式是故障錄波器是采用上下位機，通過工控機來實現。下位機采集卡。 ETX等最新的方式，就是采用嵌入式方式，將上下位機（采集+分析）合二為一。采集和分析都是通過DSP來實現的。如許繼的WGL-800.WGL-800故障錄波分析裝置用于記錄當電力系統中發(fā)生各種故障如短路、振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰時，各種參量如電流、電壓、頻率等及其導出量如有功功率、無功功率等電氣量、以及相關非電量變化的全過程。故障錄波屏是對電力系統運行狀況進行監(jiān)控的一種自動化設備。系統正常運行時，錄波裝置不啟動錄波，當系統發(fā)生故障時，通過啟動裝置迅速啟動錄波器錄波，直接記錄反映故障裝置安裝處系統故障的電氣量。知識點5.SOESOE記錄即事件順序記錄，當電力設備發(fā)生遙信變位如開關變位時，電力保護設備或智能電力儀表會自動記錄下變位時間、變位原因、開關跳閘時相應的遙測量值（如相應的三相電流、有功功率等），形成SOE記錄，以便于事后分析。許多繼電保護設備以及智能電力儀表，如GE電力、施奈德電氣、ABB、西門子等廠家的電力保護儀表、專用電力RTU設備等等均有SOE記錄功能。與遙信是有區(qū)別的::遙信：要求采用無源接點方式,即某一路遙信量的輸入應是一對繼電器的觸點,或者是閉合,或者是斷開。通過遙信端子板將繼電器觸點的閉合或斷開轉換成為低電平或高電平信號送入RTU的YX模塊。遙信功能通常用于測量下列信號,開關的位置信號、變壓器內部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設備運行狀況信號、調壓變壓器抽頭位置信號。自動調節(jié)裝置的運行狀態(tài)信號和其它可提供繼電器方式輸出的信號;事故總信號及裝置主電源停電信號等。知識點6.平衡傳輸/非平衡傳輸:SCADA系統采用非平衡模式傳輸就是說控制站(主站)通過不斷查詢被控站(子站)來實現數據交換.這種通信模式被廣泛采用,特別是在多點共線的模式下必須采用非平衡模式!而平衡模式就意味著子站也能主動發(fā)起談話.知識點7.總召喚,通常在主站完成初始化后,主站必須獲得現場設備的所有狀態(tài)量和所有的模擬量數據.所以主站就必須發(fā)出一個總召喚命令.在平時,如果一個通信鏈路故障后又恢復,則控制站需要發(fā)送總召喚命令 .還有,當主站發(fā)現子站發(fā)生事件隊列溢出 ,也可通過總召喚命令獲得該溢出隊列中的所有事件信息 !1．電力系統、動力系統和電力網的劃分電力網：由變電所和不同電壓等級輸電線路組成的網絡。電力系統：由發(fā)電設備、輸電設備和用電設備組成的網絡。動力系統：在電力系統的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分包含在內的系統。2．電力系統運行的特點電力系統運行特點：電能不能大量存儲；各環(huán)節(jié)組成的統一整體不可分割；過渡過程非常迅速（百分之幾秒到十分之幾秒）；電力系統的地區(qū)性特點較強；對電能質量的要求頗為嚴格；與國民經濟各部門和人民生活關系極其密切3．電力系統運行的基本要求保證供電的可靠性：減少停電損失，要求元件有足夠的可靠性，要求提高系統運行的穩(wěn)定性保證良好的供電質量：電壓、頻率、波形提高電力系統運行的經濟性：降低能耗4．發(fā)電廠的類型發(fā)電廠的類型：常規(guī)能源發(fā)電（主要發(fā)電形式）：火力發(fā)電廠，水力發(fā)電廠，核能電廠新能源發(fā)電：地熱電廠、潮汐電廠、風力發(fā)電廠、太陽能電站、海洋能發(fā)電、磁流體發(fā)電、氫能發(fā)電、核聚變發(fā)電5．電力系統的中性點接地方式四種中性點接地方式：（前兩種屬于小電流接地，后兩種屬于大電流接地）中性點不接地；中性點經消弧線圈接地；中性點直接接地；中性點經電阻接地6．日負荷曲線、年最大負荷曲線的用途。日負荷曲線對電力系統有很重要的意義， 它是安排日發(fā)電計劃， 確定各發(fā)電廠發(fā)電任務以及確定系統運行方式等的重要依據。每日的最大負荷不盡相同， 一般是年初底，年末高。 夏季小于冬季。把每天的最大負荷抽取出來按年繪成曲線， 成為年最大負荷曲線。 年最大曲線的用途： 安排各發(fā)電廠檢修計劃的依據；安排新裝機組計劃的依據。7．電力系統的電壓等級。我國電力系統的電壓等級分為：電力系統的標稱電壓3、6、10、35、60、110 、220、330、500、750KV對應的最高電壓3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800KV8．架空線路的結構組成架空線路由導線，避雷線（架空地線），絕緣子，金具，桿塔等主部件組成。架空線路換位的目的消除由于位置原因引起的不對稱電抗，從而消除產生的電流畸變。分裂導線的優(yōu)點增大導線的有效半徑，減少導線的電暈損耗，減少導線的電抗11．導納陣的特點稀疏矩陣，對稱矩陣12．潮流計算的目的、在潮流的計算機算法中，節(jié)點的劃分。潮流計算的目的：電力系統規(guī)劃中用于選擇系統的接線方式、 選擇電氣設備及導線的截面； 在電力系統的運行中，用于確定運行方式和合理的供電方案，確定電壓調整措施等； 提供繼電保護、 自動裝置的設計與整定依據。節(jié)點的劃分：PQ節(jié)點，PV節(jié)點，平衡節(jié)點13．電壓降落、電壓損耗、電壓偏移的定義電壓降落：電力網中任意兩點電壓的相量差。電壓損耗：電力網任意兩點電壓有效值之差，近似等于電壓降落的縱分量。電壓偏移：網絡中某點的實際電壓有效值與相應線路標稱電壓的差值稱之為該點的電壓偏移。14．斷路器的作用、種類、斷路器和隔離開關的區(qū)別、倒閘操作時應遵循的操作原則。斷路器的作用：斷開或接通電路中的正常工作電流及故障電流。斷路器的種類：多油/少油斷路器——利用絕緣油作為滅弧介質壓縮空氣斷路器——利用壓縮空氣作為滅弧介質SF6斷路器——利用 SF6作為滅弧介質真空斷路器——利用真空作為滅弧介質斷路器和隔離開關的區(qū)別：斷路器具有完善滅弧裝置，在有電流的情況下切斷電路；而隔離開關沒有滅弧裝置，是在有電壓無電流的情況下進行分合閘操作的。倒閘操作時應遵循的操作原則：分開線路時，首先斷開斷路器，然后斷開相應的隔離開關；合閘操作時，首先合上隔離開關，然后合上相應的斷路器。15．電力系統的備用容量。電力系統的備用容量是指可用發(fā)電出力的后備補充力量，能夠隨時調整投入運行。根據滿足的需求不同分為以下幾種：負荷備用，事故備用，檢修備用，國民經濟備用16．電力系統的一次調頻與二次調頻。一次調頻：由發(fā)電機組的調速器（所有發(fā)電機組均裝有調速器，所以除已滿載的機組外，每臺機組均參加頻率的一次調整）來完成，按發(fā)電機組調速器的靜態(tài)頻率特性自動完成。二次調頻：由發(fā)電機組的調頻器完成， 使發(fā)電機組的靜態(tài)特性平行上移， 以保證頻率偏差在允許范圍內。由主調頻廠和輔助調頻廠來完成。17．等微增率準則。按各機組微增率相等的原則分配發(fā)電機發(fā)電功率，能源消耗就最小，稱為等微增率準則。18．電力系統中樞點電壓的調節(jié)方式：逆調壓，恒調壓，順調壓19．電力系統的無功電源、電壓調整的措施無功電源：發(fā)電機、同步調相機、靜止無功補償器、靜電電容器電壓調整的措施：改變發(fā)電機的勵磁調壓；改變變壓器變比；改變電力網的無功功率分布；改變輸電線路參數。但是，需要注意的是，在無功不足的系統中，不能用改變變壓器變比的辦法來改善用戶的電壓質量，否則會顧此失彼，不能從根本上解決全系統的調壓問題。20．暫態(tài)穩(wěn)定的概念、提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施暫態(tài)穩(wěn)定的定義：電力系統受到大的干擾后，經過暫態(tài)過程，達到新的（或恢復到原來的）穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施： 故障的快速切除和自動重合閘裝置的應用； 發(fā)電機采用快速強行勵磁裝置；采用電氣制動；變壓器中性點經小電阻接地；通過快關和切機減小原動機出力；高壓直流（ HVDC）輸電聯絡線的控制。21．等面積定則加速面積等于減速面積，即轉子在減速過程中動能的減少正好等于加速過程中動能的增加。22．電力系統靜態(tài)穩(wěn)定、提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施靜態(tài)穩(wěn)定的定義：發(fā)電機組在遭受微小干擾后能自動恢復到原來運行狀態(tài)（或相近狀態(tài)）的能力。提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施：采用自動勵磁調節(jié)裝置；采用分裂導線；提高線路的額定電壓等級；改善系統結構、減小電氣距離；采用串聯補償設備；采用并聯補償設備。繼電保護知識一．基本概念1，起動電流：對反應于電流升高而動作的電流速斷保護而言，能使該保護裝置起動的最小電流值稱為保護裝置的起動電流。2，返回電流：繼電器動作后能夠返回的條件是： Mdc<Mth-Mm，對應于這一電磁轉矩、能使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流。3，繼電特性：無論起動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置，這種特性我們稱之為“繼電特性”。4，系統最大運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最大的Id=E/Z=E/Zs+Zd方式，稱之為系統最大運行方式。5，系統最小運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最小的方式，稱之為系統最小運行方式。6，電壓死區(qū)：功率方向繼電器當其正方向出口附近發(fā)生三相短路、 A-B或A-C兩相接地短路，以及A相接地短路時，由于Ua約等于0或數值很小，使繼電器不能動作，這稱為繼電器的“電壓死區(qū)”。二、基本原理：1，電流速斷保護：僅反應于電流增大而瞬時動作b.整定原則：根據電力系統短路的分析，當電源電勢一定時，短路電流的大小取決于短路點和電源之間的總阻抗Z，三相短路電流可表示為：式中E——系統等效電源的相電勢Zd——短路點至保護安裝處之間的阻抗Zs——保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗在一定的系統運行方式下，E和Zs等于常數，此時Id將隨Zd的增大而減小，如圖2-5所示。當系統運行方式及故障類型改變時，Id都將隨之改變。對不同安裝地點的保護裝置，應根據網絡接線的實際情況選取其最大和最小運行方式。在最大運行方式下三相短路時， 通過保護裝置的短路電流為最大， 而在最小運行方式下兩相短路時，則短路電流為最小。這兩種情況下短路電流的變化如圖 2-5中的曲線 1和曲線2所示。為了保證電流速斷保護動作的選擇性，對保護 1來講，其起動電流 Idz.1必須整定得大于 d4點短路時，可能出現的最大短路電流， 即在最大運行方式下變電所 C母線上三相短路時的電流Id.c.max，亦即Idz.1>Id.c.max引入可*系數Kk=1.2-1.3, 則上式即可寫為Idz.1=Kk*Id.c.max（2-11）對保護2來講，按照同樣的原則，其起動電流應整定得大于 d2點短路時的最大短路電流Id.b.max,即Idz.2=Kk*Id.b.max起動電流與 Zd無關，所以在圖 2-5上是直線，它與曲線 I和曲線II 各有一個交點。在交點以前短路時，由于短路電流大于起動電流，保護裝置都能動作。而在交點以后短路時， 由于短路電流小于起動電流，保護將不能起動，由此可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護線路的全長。因此，速斷保護對被保護線路內部故障的反應能力 （即靈敏性），只能用保護范圍的大小來衡量，此保護范圍通常用線路全長的百分數來表示。 由圖2-5可見，當系統為最大運行方式時，電流速斷的保護范圍為最大， 當出現其他運行方式或兩相短路時， 速斷的