第三章 遠(yuǎn)方終端

第三章遠(yuǎn)方終端

運(yùn)方終端（RemoteTerminalUnit）運(yùn)方終端RTU采集所在發(fā)電廠或變電站表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在發(fā)電廠或變電站的控制和調(diào)節(jié)命令（如圖3-1）。

安裝于線路分段開關(guān)饋線上的遠(yuǎn)方終端稱為FTU。安裝于配電變壓器上的遠(yuǎn)方終端稱為TTU。

早期的遠(yuǎn)方終端（分立元件）缺點：采集的信息量??；功能簡單。現(xiàn)代的遠(yuǎn)方終端特點：以微機(jī)為核心具有多通道輸入輸出的功能完備的計算機(jī)系統(tǒng)，很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；工作靈活；適應(yīng)性強(qiáng)。要求：提供完備可靠實時數(shù)據(jù)，并正確的執(zhí)行控制和調(diào)節(jié)命令運(yùn)方終端（RemoteTerminalUnit）第一節(jié)遠(yuǎn)方終端的功能1．遙測（Tele-measurement）（遠(yuǎn)程測量）它將采集到的被監(jiān)控發(fā)電廠、變電站、線路、配電變壓器的主要參數(shù)按著規(guī)約發(fā)送到調(diào)度中心。模擬交流量：電壓、電流、功率、頻率；電能計數(shù)脈沖（CounterPulse）完成接收和累計脈沖信號并轉(zhuǎn)換成電能信息；已轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模擬量（digitalMeasuredValue）指電能累積量，和水電廠的水位；事故追憶（故障錄波）：檢測到故障發(fā)生故障時記錄故障前后的信息（電壓、電流量），組織事故追憶報告發(fā)至調(diào)度中心。

特點：隨時間變化；可比較數(shù)值大小。由RTU向調(diào)度中心傳送。

第一節(jié)遠(yuǎn)方終端的功能2．遙信（Tele-indication、Tele-signalization）（針對設(shè)備監(jiān)控發(fā)電廠或者變壓器的設(shè)備狀態(tài)信號）斷路器、隔離器的位置狀態(tài)；繼電保護(hù)和自動裝置的動作狀態(tài)；發(fā)電機(jī)組、遠(yuǎn)方設(shè)備的停/投狀態(tài)；事件順序記錄（SOE）。Rtu、ftu檢測到變位信息，立即優(yōu)先發(fā)送給調(diào)度，并記錄時刻、狀態(tài)和設(shè)備序號。

特點：開關(guān)量，用“0”和“1”表達(dá)；無大小。由RTU向調(diào)度中心傳送。第一節(jié)遠(yuǎn)方終端的功能3．遙控（Tele-command）（遠(yuǎn)程命令從調(diào)度中心發(fā)出命令來改變設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)）斷路器、隔離開關(guān)“合”或“分”命令；整組投切補(bǔ)償電容器和電抗器；發(fā)電機(jī)組的開停等。特點:從調(diào)度中心向RTU發(fā)出改變運(yùn)行設(shè)備狀況的命令，通常兩種命令，如斷路器只取分和合命令。第一節(jié)遠(yuǎn)方終端的功能4．遙調(diào)（Tele-adjusting）（遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)）改變變壓器分接頭的位置調(diào)電壓；

分組投切補(bǔ)償電容器；改變機(jī)組有功和無功調(diào)節(jié)器整定值，增減出力；對繼電保護(hù)、自動裝置整定值的設(shè)定（包括投退）。特點：調(diào)度中心向RTU發(fā)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)命令。第一節(jié)遠(yuǎn)方終端的功能5．其他功能電力系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘對時；遠(yuǎn)方信息轉(zhuǎn)發(fā)：即根據(jù)上級調(diào)度的需要，按規(guī)約編輯組裝后轉(zhuǎn)發(fā)給指定的調(diào)度中心；適合多種規(guī)約的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

RTU功能主要是采集G、T的遙測量、數(shù)字值、計數(shù)值處理后發(fā)到調(diào)度中心實現(xiàn)對電網(wǎng)監(jiān)視，并接收調(diào)度發(fā)出的控制指令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

第二節(jié)遠(yuǎn)方終端硬件與軟件配置一、單CPU的RTU硬件和軟件配置指的是數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和發(fā)送，命令的接收和執(zhí)行都是單個CPU獨立完成的RTU

硬件單CPU總線BUS多I/O口輸入/輸出

軟件：實時軟件要完成的任務(wù)由定時不定時觸發(fā)產(chǎn)生，中斷程序完成，所以軟件包括一個主程序和多個中斷程序，主程序完成對整個系統(tǒng)的初始化和人機(jī)聯(lián)系功能；中斷程序完成RTU的輸入和輸出功能。一般FTU和TTU采用單CPU形式。第二節(jié)遠(yuǎn)方終端硬件與軟件配置硬件：所謂的多CPU的RTU是指多個CPU分工協(xié)作共同完成功能的一種RTU由一個主控系統(tǒng)和多個子系統(tǒng)組成。

第二節(jié)遠(yuǎn)方終端硬件與軟件配置二、多CPU的RTU硬件和軟件配置硬件總CPU：管理、協(xié)調(diào)、通信子CPU：數(shù)據(jù)采集或執(zhí)行命令

第二節(jié)遠(yuǎn)方終端硬件與軟件配置二、多CPU的RTU硬件和軟件配置軟件程序自恢復(fù)（Watch-dog）功能決定著RTU的運(yùn)行狀態(tài)，必須放在最高優(yōu)先級別；實時時鐘中斷要求CPU及時響應(yīng)；與調(diào)度中心的通信必須保持連續(xù)進(jìn)行；慢變數(shù)字量輸入中斷安排在較低的中斷優(yōu)先級；打印機(jī)中斷安排在最低級。三、中斷與中斷優(yōu)先權(quán)

子單元CPU

中斷請求響應(yīng)請求，執(zhí)行中斷服務(wù)程序

第三節(jié)遙測信息采集

模擬量、數(shù)字量、脈沖量三大類一、

模擬量信息采集與遙測中間變換器TV、TA

TV:輸入電網(wǎng)母線電壓互感器二次側(cè)電壓（0～100V），把該電壓變換為微機(jī)裝置能夠接受的成正比峰值為0～5V的交流電壓，并實現(xiàn)交流電網(wǎng)與微機(jī)裝置的電氣隔離。

TA：輸入電網(wǎng)設(shè)備的電流互感器二次側(cè)電流（0～5A），將該電流信號變換成較小的電流后使之在電阻R上形成峰值為0～5V的交流電壓信號

，并實現(xiàn)交流電網(wǎng)與微機(jī)裝置的電氣隔離。多路開關(guān)MPX

多路模擬電子開關(guān)MPX有多個信號輸入端以及一個信號輸出端，它根據(jù)給定的地址選擇信號，將多個輸入信號中與地址信號相對應(yīng)的一路輸入作為輸出信號。

交流采樣原理：在一個交流信號周期T內(nèi)，對輸入信號采樣N次，兩次采樣之間的時間間隔Ts=T/N。采樣定理：完整表達(dá)輸入信號的充要條件：S/H采樣保持器由于交流信號隨時變化，而A/D轉(zhuǎn)換需要時間，由此得到的uk和ik會產(chǎn)生較大的誤差。因此微機(jī)變送器中必須使用采樣保持器，使A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間內(nèi)輸入信號保持不變。As

電子開關(guān)Ch充電電容

阻抗變換器I阻抗變換器II

阻抗變換器作用：阻抗變換器可以用射極跟隨器表達(dá)，其輸入阻抗ri→∞，輸出阻抗ro→0放大倍數(shù)≈1充電過程保持過程

A/D變換

標(biāo)準(zhǔn)電壓：R-2R網(wǎng)絡(luò)的一個特點是：如果Sl～S11全部接地，從任意一個節(jié)點Pi（i=1，2，…，11）向右看（不包括節(jié)點下面的電阻2R），右邊電路的等效電阻總是等于2R。

A/D變換---標(biāo)準(zhǔn)電壓：令z1=“1”，zi＝“0”（i=2，3，…,11），則S1接+UR,Si（i=2，…,11）接地，可計算出此時的輸出電壓為：

A/D變換---標(biāo)準(zhǔn)電壓：令z2=“1”，zi＝“0”（i=1，3，…,11），則S2接+UR,Si（i=1，3…,11）接地，可計算出此時的輸出電壓為：

A/D變換

標(biāo)準(zhǔn)電壓：容易證明，當(dāng)任意一個寄存器zj=“1”，zi＝“0”（i=1，2，…，11,i≠j），網(wǎng)絡(luò)輸出電壓為

U0j=k×2-j

采用疊加原理U0=k（a1×2-1+a2×2-2+…+an×2-n）ai為寄存器中各位Zi對應(yīng)數(shù)值，可取值“0”或“1”

逐位比較A/D轉(zhuǎn)換的原理

逐位比較式

A/D轉(zhuǎn)換采用二分搜索法，使D/A網(wǎng)絡(luò)輸出電壓逼近待轉(zhuǎn)換電壓。進(jìn)制位數(shù)越多，逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換引起的誤差也將越小。

逐位比較A/D轉(zhuǎn)換的原理例如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為10位A/D。設(shè)待變換的電壓信號UA=5.0V，轉(zhuǎn)換開始，Z1=“1”，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出Uo電壓為5120mV，因Uo>UA，即控制電路重新置Z1=“0”，再置Z2=“1”，Uo電壓為2560mV，因Uo<UA，故控制電路保留Z2=“1”，再置Z3=“1”，以此逐位10次比較，最后得到結(jié)果0111110000B。

工頻跟蹤

在一個交流信號周期T內(nèi)，對每一路輸入信號都要采樣N次，兩次采樣之間的時間間隔Ts=T/N。實際電網(wǎng)頻率的波動，按T=0.02s計算的Ts采樣，將導(dǎo)致采樣間隔過大或過小，從而造成附加誤差。測量當(dāng)時的交流信號周期T，使Ts將隨T而變化，稱為工頻跟蹤。工頻跟蹤將交流信號變換為方波信號，再經(jīng)分頻后控制8253計數(shù)器計數(shù)。只要獲得一個工頻周期內(nèi)計數(shù)器的計數(shù)值，即可測得T，及計算出Ts=T/N。

周期T=

采樣過程中各量的關(guān)系

采樣時間為Ts（Ts=T/N），在Ts時間內(nèi)，采樣保持器將對每路輸入信號順序采樣一次。采樣脈沖間隔，用TSS表示。在保持時間內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器必須完成A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)滿足（l十m）Tss≦Ts

式中l(wèi)十m：交流信號周期內(nèi)所采樣的路數(shù)。

三、模擬量越閾值傳送這個問題是由于廠站端的一些參數(shù)，例如母線電壓等，平時變化不大，增加了裝置處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。為了提高裝置效率和信道利用率，在處理這類模擬量時，采用“閾值”方法，只有變化量超過這個“閾值”時才傳送，小于或等于“閾值”就不傳送，這個“閾值”稱為“死區(qū)”。模擬量越閾值傳送閾值是在遙測數(shù)據(jù)傳送后產(chǎn)生的，在數(shù)值的上下均劃出一個小區(qū)域“閾值”，即越閾的概念是向上穿過或向下穿過區(qū)域時，均會產(chǎn)生一個遙測量傳送。在本次遙測量傳送后，當(dāng)前值就成為中間值，而在其上下各再劃出一個新小區(qū)域“閾值”。四、電能量信息的采集（一）電能量信號的來源在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，電能量信息主要來自三個方面：脈沖電能表電能變送器交流采樣計算積分得到。

脈沖電能表

電能變送器交流采樣計算積分得到

（二）電能脈沖的采集采用定時掃描脈沖電平方式采集電能量。為了區(qū)別偶然干擾電平輸入，采用連續(xù)2次及以上均為高電平，才確認(rèn)為有電能脈沖輸入，并進(jìn)行計數(shù)。否則，偶然一次采集的高電平被認(rèn)作干擾而不計數(shù)。六、事故追憶為了分析事故，要求在一些影響較大的開關(guān)發(fā)生事故跳閘時，不僅把事故瞬間及事故以后，而且包括事故發(fā)生前一段時間的有關(guān)遙測量記錄下來送往調(diào)度端，這種功能稱為事故追憶。六、事故追憶事故追憶數(shù)據(jù)采用堆棧方式，即采用“后進(jìn)前出”的方式。第四節(jié)遙信信息采集原理一、遙信信息及來源遙信信息用來傳送斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)，傳送繼電保護(hù)、自動裝置的動作狀態(tài)，以及系統(tǒng)、設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)信號，如廠站端事故總信號，發(fā)電機(jī)組開、停狀態(tài)信號以及遠(yuǎn)方終端自身的工作狀態(tài)等。按國際電工委員會IEC的標(biāo)準(zhǔn)，0表示斷開狀態(tài)，1表示閉合狀態(tài)1斷路器狀態(tài)信息采集：QF的位置信息主要通過其輔助觸點引出。2繼電保護(hù)動作狀態(tài)信息采集：主要采集繼電器的觸點的狀態(tài)信息和動作時間。3事故總信號采集：觸點位置的采集，事故總信號作用是區(qū)別正常操作和事故跳閘4其他信號采集最終輔助觸點或者信號繼電器觸點的位置信號。

二、遙信采集電路

遙信觸點取設(shè)備的狀態(tài)輸出觸點，為了保證信號可靠，電源用24V，并采用單獨接地。

遙信觸點在閉合時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，用RC濾波電路取得穩(wěn)定狀態(tài)。

為了與光耦電路輸入匹配，用電阻分壓取得較低電壓。同時對電流進(jìn)行限制。使進(jìn)入發(fā)光二極管的電流限制在毫安級。

用兩個二極管提供反向電壓保護(hù)。

光耦元件，實現(xiàn)光電隔離。

5V、24V（或更高）電源分別接地，防止高壓串入后面的電子電路。也為了防止因輔助觸點接觸不良而造成差錯

RC濾波用來濾除高頻干擾，電阻有限流作用，將電流限制在毫安級，減小功耗。二極管保護(hù)光耦合作用C的選擇如果太大？太小？二、遙信采集電路

斷路器狀態(tài)與遙信碼

斷路器狀態(tài)輔助觸點狀態(tài)光耦狀態(tài)遙信碼合閘斷開截止1分閘閉合導(dǎo)通0國際電工委員會IEC

1。定時掃查方式的遙信輸入③并行接口電路8255A

②多路選擇開關(guān)①遙信信息采集電路

1。定時掃查方式的遙信輸入每次掃查后,CPU將遙信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的遙信數(shù)據(jù)與遙信數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)原存遙信數(shù)據(jù)相比較。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)有遙信變位，就更新遙信數(shù)據(jù)區(qū)，并按規(guī)定在當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送序列中插入傳送遙信信息。同時，記錄遙信變位時間，以便完成事件順序記錄信息的發(fā)送。

2。中斷方式的遙信輸入中斷方式的遙信輸入原理電路。由三部分組成：①遙信輸入矩陣；②3--8譯碼器；③接口芯片8279。輸入矩陣3--8譯碼器接口芯片①遙信輸入矩陣電路；

掃描列線回送行線011100101011001010001000110101100110111010111011以4×4為例，紅為導(dǎo)通，綠為截止8279輸入中斷方式的遙信

列掃描線的狀態(tài)變化光敏三極管狀態(tài)讀入8279傳感器RAM

若有遙信變位，8279發(fā)中斷請求

CPU響應(yīng)中斷，讀取傳感器RAM的狀態(tài)記錄相應(yīng)的遙信變位時間向調(diào)度發(fā)遙信和SOE。中斷觸發(fā)掃查方式的遙信輸入電路工作時，8279高速掃描8╳8遙信狀態(tài)，每當(dāng)檢測到遙信變位，向CPU發(fā)出中斷，CPU響應(yīng)中斷，起動由74150和8255A等組成的掃查輸入，讀取64個遙信狀態(tài)，并轉(zhuǎn)入處理程序。在此，8279起到監(jiān)視遙信變位以及向CPU報告變位的作用。四、事件順序記錄SOE

遙信并不附帶時間標(biāo)記。為了分析系統(tǒng)事故，應(yīng)掌握其動作的先后順序。把事件發(fā)生的時間按先后順序?qū)⒂嘘P(guān)的內(nèi)容記錄，這就是事件順序記錄。主要用來提供時間標(biāo)記，表明什么事件在何時發(fā)生，因而記錄的內(nèi)容除開關(guān)號及其狀態(tài)外，還包括確切的動作時間。事件順序記錄與遙信變位信息有關(guān)，發(fā)現(xiàn)變位便記錄下開關(guān)號，更新遙信的信息，記下時間并進(jìn)行處理。事件順序記錄的時間就是發(fā)現(xiàn)遙信變位的時間，以掃查方式對開關(guān)逐一掃查稱為立即記時法。另一種是最終記時法，就是發(fā)現(xiàn)開關(guān)變位只記錄開關(guān)的序號，等掃查完畢記錄下時間作為事件記錄時間。

Ts為兩次掃查的間隔，對于Ts來說如果兩個開關(guān)變位的時間相差>Ts,則說明記錄時間不會相同，如果兩個開關(guān)變位的時間相差<Ts,說明發(fā)生的時間相同，將無法區(qū)分開關(guān)的動作順序。為了確定事件發(fā)生的先后順序，用以分開各個事件所必需的最小時間間隔叫事件的分辨率

SOE用于在調(diào)度側(cè)顯示事故告警框內(nèi)容。

第五節(jié)遙控輸入與輸出一、遙控及命令執(zhí)行過程遙控是調(diào)度中心發(fā)出命令去控制遠(yuǎn)方發(fā)電廠或者變電站的斷路器，進(jìn)行分閘或者合閘操作。直接干預(yù)電網(wǎng)的運(yùn)行

遙控要求有很高的可靠性，采用“返送校核”的方法，“返送校核”是指廠站端接收到調(diào)度中心的命令后，為保證接收到的命令能正確地執(zhí)行，對命令進(jìn)行校核，并返送給調(diào)度中心的過程。在遙控過程中，調(diào)度中心發(fā)往廠站端的命令有三種：遙控選擇命令：兩部分組成一個是對象碼來指定設(shè)備另一個是性質(zhì)碼指操作性質(zhì)是分閘還是合閘遙控執(zhí)行命令執(zhí)行指定的開關(guān)操作遙控撤消命令撤消已經(jīng)下達(dá)的選擇命令第五節(jié)遙控輸入與輸出一、遙控及命令執(zhí)行過程

廠站端校核內(nèi)容：1校核遙控選擇命令的正確性，即檢查性質(zhì)碼的正確性，檢查對象碼是否屬于本廠，2檢查RTU遙控輸出對象繼電器和性質(zhì)繼電器是否能正確動作。遙控命令是根據(jù)當(dāng)時電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)形成的具有很強(qiáng)的時效性，包括返校信息均連送三遍。若超時未收到遙控執(zhí)行命令則拒絕執(zhí)行命令并清除遙控選擇命令，若遙控過程中遇到遙信變位，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，則RTU自動清除遙控命令

遙控信息的傳遞過程調(diào)度向廠站端RTU發(fā)遙控選擇命令RTU接到命令后，校核性質(zhì)碼和對象碼，并使相應(yīng)的性質(zhì)繼電器和對象繼電器動作使遙控執(zhí)行回路處于準(zhǔn)備狀態(tài)。RTU適當(dāng)延時讀取性質(zhì)繼電器和對象繼電器的動作狀態(tài)形成返校信息。RTU將返校信息發(fā)往調(diào)度中心核對正確發(fā)送執(zhí)行命令，反之發(fā)出遙控撤銷命令RTU接到執(zhí)行命令。驅(qū)使遙控執(zhí)行繼電器動作，如果是撤銷命令，清除選擇命令，使性質(zhì)繼電器和對象繼電器。RTU超時未收到執(zhí)行或者撤銷命令自動撤銷并清除選擇命令遙控過程遇到遙信的變位信息，則自動撤銷遙控命令RTU執(zhí)行遙控執(zhí)行命令時，啟動定時器，定時到，全部繼電器復(fù)位RTU執(zhí)行遙控執(zhí)行命令后，向調(diào)度中心補(bǔ)送一次遙信信息。第五節(jié)遙控輸入與輸出一、遙控及命令執(zhí)行過程遙控命令格式：字地址性質(zhì)碼對象碼監(jiān)督碼遙控撤消的幾種情況：（