遠動監(jiān)控課程設計

1、運動監(jiān)控課程設計摘要變電站自動化系統(tǒng)是指利用微機技術重新組合與優(yōu)化設計變電站二次設備的功能，以實現(xiàn)對變電站的自動監(jiān)視、控制、測量與協(xié)調(diào)的一種綜合性自動化系統(tǒng)。本文是針對雙泡子牽引變電所的自動化系統(tǒng)設計。第一章對變電站自動化系統(tǒng)進行了介紹，包括變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程，鐵路供電系統(tǒng)調(diào)度端、被控端發(fā)展的幾個階段；變電站自動化系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)介紹，包括監(jiān)控子系統(tǒng)、繼電保護子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)；牽引變電所主要的繼電保護功能介紹，變壓器保護、饋線保護、并聯(lián)電容保護；牽引變電所測控功能介紹，四遙。第二章對變電站自動化系統(tǒng)的主要通信技術、網(wǎng)絡結構和通信內(nèi)容進行了介紹。第三章，首先對雙泡子牽引變電所主的接線圖進

2、行了分析，針對變電所的一次設備裝置設計了主變壓器保護主保護裝置、主變壓器后備保護裝置、主變壓器測控裝置，饋線保護測控裝置，設計了分層分布式結構的自動化系統(tǒng)，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)絡結構圖，間隔層網(wǎng)絡采用環(huán)型結構，并分析了各部分完成的功能。第四章，對設計的雙泡子牽引變電所自動化系統(tǒng)完成了1#側點表的設計，包括遙測點表、遙信點表、遙控點表。第五章，對課程設計進行了總結。本課程設計綜合供變電技術、繼電保護技術和供變電技術等專業(yè)知識，進一步學習了解了變電站自動化系統(tǒng)。變電站自動化是在計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的基礎上發(fā)展起來的。我國的變電站自動化工作起步較晚，有必要探討變電站自動化的

3、工作模式和發(fā)展方向，加快我國變電站自動化技術發(fā)展，共同努力繼續(xù)開發(fā)更加符合中國國情的變電站自動化系統(tǒng)。關鍵詞： 自動化系統(tǒng) 繼電保護 遠動監(jiān)控 點表設計目錄第一章 變電所自動化系統(tǒng)概述11.1 變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程11.2 變電站自動化系統(tǒng)的功能介紹21.2.1 變電站自動化系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)21.2.2 牽引變電所繼電保護功能介紹31.2.3 牽引變電所測控裝置功能31.3 變電站自動化系統(tǒng)的構成4第二章 通信技術和自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構42.1 自動化系統(tǒng)使用的主要通信技術42.2.1 變電站通信網(wǎng)絡的要求42.1.2 變電站主要應用的通信網(wǎng)絡52.2 自動化系統(tǒng)主要網(wǎng)絡結構介紹62.2.1

4、 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構形式62.2.2 以太網(wǎng)的網(wǎng)絡結構形式92.3 自動化系統(tǒng)主要通信內(nèi)容11第三章 自動化系統(tǒng)設計123.1 變電所主接線圖主要設備說明123.2保護測控裝置143.2.1 變壓器保護配置方案及設計143.2.2 饋線保護配置方案及設計143.3 變電所牽引自動化系統(tǒng)設計15第四章 點表設計174.1 遙測點表174.2 遙信點表184.3 遙控點表21第五章 總結23參考文獻2324第一章 變電所自動化系統(tǒng)概述1.1 變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程變電站自動化是將變電站的二次設備（包括控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等）應用計算技術和現(xiàn)代通信技術，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設

5、計，對變電站實施自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。鐵路供電調(diào)度自動化系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)隨著遠動技術、電力電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和通信技術的發(fā)展而發(fā)展，逐漸從常規(guī)意義下只能完成遠方監(jiān)控功能發(fā)展到具有調(diào)度自動化功能，并能與維修管理信息化系統(tǒng)信息共享形成新一代集供電調(diào)度自動化與信息化相結合的系統(tǒng)。遠動系統(tǒng)調(diào)度端的發(fā)展經(jīng)歷了三代，并逐漸向第四代發(fā)展。第一代：鐵路供電遠動系統(tǒng)的調(diào)度端是20世紀7080年代初采用專用計算機和專用操作系統(tǒng)實現(xiàn)，此時的遠動系統(tǒng)全部采用國外進口。第二代：20世紀8090年代出現(xiàn)的基于通用小型計算機、UNIX操作系統(tǒng)和專用操作終端的SCADA調(diào)度端系統(tǒng)。第

6、三代：出現(xiàn)在20世紀90年代，基于分布式計算機網(wǎng)絡、通用的服務器和工作站以及關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度端系統(tǒng)。第四代：綜合SCADA系統(tǒng)調(diào)度端是目前監(jiān)控系統(tǒng)的研究熱點和發(fā)展方向。鐵路供電遠動系統(tǒng)被控端的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個階段。第一代：遠動系統(tǒng)的被控端RTU裝置采用布線邏輯式，然后逐步發(fā)展為晶體管。第二代：被控端系統(tǒng)是由采用大規(guī)模集成電路的集中式遠動裝置。第三代：被控端系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術和DSP數(shù)字信號處理器芯片。第四代：被控端系統(tǒng)的特點是現(xiàn)場網(wǎng)絡整合為工業(yè)以太網(wǎng)并且采用標準的通信協(xié)議。調(diào)度自動化通信網(wǎng)是調(diào)度自動化系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)調(diào)度自動化和管理現(xiàn)代化的基礎。它的發(fā)

7、展是隨著通信技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展而發(fā)展的，主要發(fā)展進程如下：以模擬數(shù)據(jù)傳輸為主向以數(shù)字信號傳輸為主的方向發(fā)展；多種傳輸系統(tǒng)（如電力載波，微波，光纖，衛(wèi)星）的綜合利用和發(fā)展；由點對點的網(wǎng)絡結構向自動交換方面發(fā)展。1.2 變電站自動化系統(tǒng)的功能介紹1.2.1 變電站自動化系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)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、繼電保護功能、與繼電保護有關的功能、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)：監(jiān)控子系統(tǒng)、繼電保護子系

8、統(tǒng)和通信子系統(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)的操作機構和模擬盤，取代常規(guī)的報警、中央信號、光字牌以及RTU裝置等。(2) 繼電保護子系統(tǒng)，繼電保護子系統(tǒng)應滿足快速性、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，以便準確記錄發(fā)生故障和保護動作的時間、存儲多種保護整定值、當?shù)仫@示與多處觀察和授權修改保護整定值、故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能。每個保護單元應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，對于關鍵部位故障

9、，例如A/D轉(zhuǎn)換器故障或存儲器故障，則應自動閉鎖保護出口。如果軟件受干擾，造成“跑飛”的軟故障，應有自啟動功能，以提高保護裝置的可靠性。牽引變電所繼電保護子系統(tǒng)應包括牽引變電所主要設備的全套保護，主要包括：變壓器主保護、變壓器后備保護、饋線保護、電容器保護、動力變保護等。鐵路電力變配電所繼電保護子系統(tǒng)主要包括：自閉貫通線保護、變壓器主保護、變壓器后備保護、饋線保護、進線保護、電容器保護、母聯(lián)保護、調(diào)壓器保護等。(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

10、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，應該能夠?qū)⑺杉哪M量、開關狀態(tài)以及事件順序記錄等信息遠傳至上級調(diào)度；同時應該能接收上級調(diào)度下達的各種操作、控制命令。1.2.2 牽引變電所繼電保護功能介紹(1) 主變壓器保護：變壓器故障分為內(nèi)故障和外故障，此外變壓器還有可能發(fā)生油溫高，過負荷等不正常運行情況。針對變壓器的故障和不正常運行時，應配置相應的保護措施。通常變壓器主保護采用差動保護和瓦斯保護，差動保護范圍是變壓器兩側斷路器之間的引線，所有設備等，瓦斯保護是變壓器內(nèi)故障的主保護；變壓器后備保護采用三段式復合電壓閉鎖過流保護，當變壓器處于不正常運行方式時應用高溫報警或過負荷報警等。

11、(2) 饋線保護：饋線保護采用線路電流電壓保護裝置完成，可配置三段式電流保護和單相一次重合閘。需要完成的控制任務是斷路器的本地、遠方控制分閘、合閘、以及閉鎖功能；遙信信號包括斷路器位置、刀閘位置、保護動作、控制回路斷線、裝置告警、裝置復歸等。(3) 并聯(lián)電容保護：并聯(lián)電容器補償無功功率的不足，提高母線電壓質(zhì)量，降低電壓損耗，達到系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。通常的保護方法有電流速斷保護、過電流保護、過電壓保護、低電壓保護、差壓保護、差流保護、諧波過電流保護。1.2.3 牽引變電所測控裝置功能測控單元用來測量和監(jiān)控變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場設備，負責狀態(tài)量和模擬量的采集和分析出來，監(jiān)視并把收集的信息上傳到調(diào)度

12、中心，同時接受調(diào)度端下達的控制命令，實現(xiàn)四遙功能。(1) 遙信功能：遙信功能主要是收集變電站現(xiàn)場所有的隔離開關和斷路器的保護裝置、位置信號，變壓器和線路保護動作信號以及重合閘動作信號等，并且按照一定的規(guī)約上傳到調(diào)度端。(2) 遙控、遙調(diào)功能：遠程接受控制調(diào)節(jié)命令，并動作于現(xiàn)場裝置從而改變現(xiàn)場斷路器等裝置的運行狀態(tài)。具體有：所有斷路器的分、合；電動隔離開關的分、合；遠方投停繼電保護和自動裝置；遠方閉鎖等。(3) 遙測功能：采集功率、電壓、電流等模擬量，包括：110KV進線有功、無功、相電流、功率因數(shù)；27.5kV母線電壓；饋線有功、無功、相電流、功率因數(shù)等。1.3 變電站自動化系統(tǒng)的構成變電所自

13、動化技術隨著集成電路技術、計算機技術、通信技術的發(fā)展，其體系結構也不斷變化，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)過集中式的結構，而目前主要采用分層分布式結構。根據(jù)IEC 61850標準的描述，變電所自動化系統(tǒng)按照設備的功能被分為三層：變電所層、間隔層、過程層。變電所層包括監(jiān)控主機、遠動管理機等。變電所層和間隔層設通信網(wǎng)絡，供各設備之間交換信息。間隔層是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置通過通信網(wǎng)絡與變電所層聯(lián)系。間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有保護、測量、控制部分，由單元裝置來完成這些功能。 過程層通常又稱為設備層，主要指變電所內(nèi)的變壓器

14、、斷路器、隔離開關及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設備。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裝置。第二章 通信技術和自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構2.1 自動化系統(tǒng)使用的主要通信技術2.2.1 變電站通信網(wǎng)絡的要求變電站通信網(wǎng)絡的要求由于數(shù)據(jù)通信在綜合系統(tǒng)內(nèi)的重要性，經(jīng)濟、可靠的數(shù)據(jù)通信成為技術的核心，而由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求，使變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡具有以下特點和要求。(1) 快速的實時響應能力：變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡要及時的傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息。在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送都有嚴格的實施性指標，網(wǎng)絡必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實施性

15、。(2)高效的可靠性：電力系統(tǒng)是連續(xù)運行的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡也必須連續(xù)運行。通信網(wǎng)絡的故障和非正常工作會影響整個變電站自動化系統(tǒng)的運行，設計不合理的系統(tǒng)。嚴重時甚至造成設備和人身事故，導致很大的損失，因此變電站自動化系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。(3) 優(yōu)良的電磁兼容性能：變電站是一個具有強電磁感應的環(huán)境，存在電源、雷擊、跳閘等強電磁干擾和地電位差干擾，通信環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡必須注意采取相應的措施消除這些干擾。(4) 分層式結構：這是由整個系統(tǒng)的分層分布式結構所決定的，也只有實現(xiàn)通信系統(tǒng)的分層，才能實現(xiàn)整個變電站自動化系統(tǒng)的分層分布式結構，系統(tǒng)的各層次又各自具有特殊的應用條件和性能要求

16、，因此每一層都要有合適的網(wǎng)絡系統(tǒng)。2.1.2 變電站主要應用的通信網(wǎng)絡變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡連接個設備層，是獨立的各自分散的設備形成協(xié)同工作的有機總體，并與外部系統(tǒng)緊密連接。目前，在變電站自動化系統(tǒng)中廣泛應用的通信網(wǎng)絡有3種類型。(1) RS232/485接口總線網(wǎng)：目前在有些變電站自動化系統(tǒng)中，微機保護、微機監(jiān)控和其他微機型的自控裝置問的通信大多通過RS232/485通信接口相連，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護和自動裝置間的相互交換數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。節(jié)省了大量連接電纜，接線簡單、可靠。(2) Lon Works現(xiàn)場總線網(wǎng)：Lon Works技術是一種“面向數(shù)據(jù)”的網(wǎng)絡技術。Lon Works的核心是Neur

17、on神經(jīng)元芯片。它的顯著特點是既能管理通信，又具有IO和控制功能，變電站采用多Neuron芯片的網(wǎng)絡擴展方式，由每個IO單元或保護單元處理大量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡只能用于實現(xiàn)各單元之間的數(shù)據(jù)傳輸?；贚on works網(wǎng)絡的技術方案。每個間隔單元都有Neuron芯片，通過其網(wǎng)絡接口實現(xiàn)互連。主站計算機可通過Lon Works接口連接，通信網(wǎng)絡采用雙絞線。Lon works通信網(wǎng)絡最高通信速率可達1.25Mb/s，最大通信距離可達2000m，最多可連接64個結點。完全能滿足變電站自動化系統(tǒng)的要求。(3) 以太網(wǎng)：在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中重要的通信設備就是“網(wǎng)卡”，網(wǎng)卡上面裝有處理器和存儲器。在變電站層一般采用100

18、M以太網(wǎng)，間隔層使用10M以太網(wǎng)。網(wǎng)絡通信采用TCP/IP協(xié)議，每一個通信單元均要有唯一的IP地址。間隔層的保護裝置、測控裝置自動裝置等具備以太網(wǎng)口的設備直接接入間隔層以太網(wǎng)，其他設備通過規(guī)約轉(zhuǎn)換接入間隔層以太網(wǎng)，根據(jù)所屬的間隔和物理位置連接到適當?shù)拈g隔層集線器。再將所有的間隔層集線器接入變電站層網(wǎng)絡交換機。所有變電站層設備直接接到變電站層網(wǎng)絡交換機。 2.2 自動化系統(tǒng)主要網(wǎng)絡結構介紹變電所自動化系統(tǒng)是由二次智能設備和通信設備構成的網(wǎng)絡，智能設備的多少和變電所的規(guī)模、廠家具體設計有關。變電所自動化系統(tǒng)的功能和網(wǎng)絡結構形式隨計算機技術和通信技術的發(fā)展也在不斷的變化過程中。變電所自動化系統(tǒng)的變電

19、所層網(wǎng)絡目前都采用以太網(wǎng)，網(wǎng)絡結構中的不同之處主要是在間隔層設備。2.2.1 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構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?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的計算機通信，都需要使用通信管理機來完成通信接口的轉(zhuǎn)換。這里給出3個具有不同特點的現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構形式。 (1) 通過網(wǎng)關進行通信接口的轉(zhuǎn)換圖2.1是電力系統(tǒng)中采用的變電所自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡一個示例。192021222324131415161718789101112123456434445464748373839404142313233343536252627282930調(diào)度1調(diào)度2網(wǎng)關保護管理機以

20、太網(wǎng)1#服務器2#服務器工程師1#值班員工作站GPS遠動工作站19202122232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122

21、232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122232413141516171878910111212345643444546474837383940414231323334353625262728293019202122232413141516171878910111212345643444546

22、4748373839404142313233343536252627282930192021222324131415161718789101112123456434445464748373839404142313233343536252627282930192021222324131415161718789101112123456434445464748373839404142313233343536252627282930智能設備2#值班員工作站繼電保護工程師工作站遠方網(wǎng)關網(wǎng)關網(wǎng)關網(wǎng)關對時總線WorldFIP總線WorldFIP總線WorldFIP總線WorldFIP總線WorldFIP總線

23、規(guī)約轉(zhuǎn)換器10kV間隔測控裝置10kV間隔測控裝置220kV間隔測控裝置220kV間隔保護35kV間隔保護測控35kV間隔測控裝置圖2.1采用現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)結構框圖變電所層采用雙網(wǎng)結構，間隔層設備采用雙WorldFIP現(xiàn)場總線通過網(wǎng)關和變電所層設備連接。規(guī)約轉(zhuǎn)換器用于接入其它廠家的設備和具有RS232/485接口的設備。保護管理機的作用類似于通信管理機，完成繼電保護裝置和變電所層設備的信息交換，同時可將繼電保護信息傳送到故障管理信息系統(tǒng)。遠動工作站通過變電所層網(wǎng)絡收集變電所信息，完成遠動通信任務。變電所層計算機通過以太網(wǎng)直接和網(wǎng)關通信，不再需要通信管理機。結構中體現(xiàn)了功能分布、結構分層的

24、特點。間隔層保護、測量、控制的功能分布于保護測控裝置中，變電所層當?shù)乇O(jiān)控功能和遠動功能分別由不同的裝置和系統(tǒng)完成。網(wǎng)關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)關的結構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)絡圖2.2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Lon Works總線組成光纖自愈環(huán)形網(wǎng)絡。牽引供電系統(tǒng)變電所當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的所有功能由一臺計算機完成，這是因為一方面變電所的規(guī)模較小，所有的監(jiān)控功能都能夠由一臺計算機完成。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?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的功能要求沒有電力系統(tǒng)變電所的

25、要求高。系統(tǒng)中保護測控裝置采用Lon Works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)，通信管理機完成Lon Works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)點的損壞不會影響其他節(jié)點的通信，同時相鄰節(jié)點會給出報警信息。通信管理機采用雙機熱備的方式，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備接入系統(tǒng)，提供RS232/RS485和網(wǎng)絡接口。PRINTHEL

26、PALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s通用通信裝置PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s間隔層保護測控裝置LonWorks光纖自愈環(huán)網(wǎng)通信管理機通信管理機以太網(wǎng)交換機遠動管理機MIS通信管理機當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。調(diào)度中心牽引供電運營管理系統(tǒng)變電所層間隔層其他智能IEDGPS圖2.2 Lon Works現(xiàn)場

27、總線自動化系統(tǒng)結構示例遠動管理機也可以采用雙機熱備的工作方式，完成遠動通信任務，支持一機雙調(diào)的功能。MIS通信管理機是將變電所信息上送牽引供電運營管理系統(tǒng)，使鐵路供電運營管理部門監(jiān)控和了解變電所自動化系統(tǒng)的運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)的保護管理機。對牽引供電系統(tǒng)而言，調(diào)度中心監(jiān)控變電所的實時運行狀態(tài)，重在使用；運營管理系統(tǒng)重在對變電所的一次、二次設備狀態(tài)信息的收集和異常的處理與維護。因此，兩者上送的信息是有區(qū)別的。(3) 總線型系統(tǒng)網(wǎng)絡圖2.3是另一種采用現(xiàn)場總線方式的變電所自動化系統(tǒng)結構示例，間隔層網(wǎng)絡采用總線型的雙CAN總線結構。圖2.3 CAN總線自動化系統(tǒng)結構

28、示例間隔層采用總線型的現(xiàn)場總線，雙總線的方式增加了系統(tǒng)的可靠性，通信管理機連接間隔層網(wǎng)絡和變電所層網(wǎng)絡，完成與當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度中心的通信。網(wǎng)絡通信服務器完成和其他廠家設備的通信。2.2.2 以太網(wǎng)的網(wǎng)絡結構形式隨著計算機技術的發(fā)展，對變電所自動化系統(tǒng)的通信速度和當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)畫面響應時間的要求越來越高，以太網(wǎng)的應用成本也在不斷的降低，在間隔層也采用以太網(wǎng)進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)換設備，減少通信的中間設備，提高通信的可靠性。智能設備采用以太網(wǎng)通信也有多種網(wǎng)絡結構形式。(1) 星形結構圖2.4是采用星行結構的變電所自動化系統(tǒng)實例，間隔層設備都采用以太網(wǎng)接口。圖2.4 星型

29、以太網(wǎng)自動化系統(tǒng)結構示例通信管理機在這里實際上是完成遠動管理機的功能。采用星行結構的問題是在分散安裝的時候，通信電纜都需要從開關柜連接到控制室，增加了施工和維護工作量。(2) 星型環(huán)網(wǎng)結構圖2.5是電力系統(tǒng)實際使用的一種變電所自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構圖。通信網(wǎng)絡采用兩層結構，變電所層的網(wǎng)絡采用光纖自愈環(huán)網(wǎng)，間隔層網(wǎng)絡通過網(wǎng)關組成，可以是RS232/RS485、現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)。間隔層設備是以太網(wǎng)接口則可以直接接入或通過交換機接入變電層環(huán)網(wǎng)。圖2.5 主干環(huán)網(wǎng)的自動化系統(tǒng)結構示例采用這種網(wǎng)絡結構形式可以很好地適應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)設備，在屏內(nèi)是星型網(wǎng)絡結

30、構，在屏間和變電所層是環(huán)網(wǎng)結構。對分散安裝，在每個間隔單元使用一個光纖環(huán)網(wǎng)設備，在間隔單元是星型結構，主干網(wǎng)絡采用環(huán)型結構。(3) 間隔層環(huán)網(wǎng)的以太網(wǎng)結構圖2.6是現(xiàn)場運行的采用以太網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)組成的自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構圖，間隔層網(wǎng)絡采用環(huán)型結構。圖2.6 間隔層環(huán)網(wǎng)的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構示例以太網(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)絡采用環(huán)型結構即是將以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)設備放入間隔層裝置中，和光纖接入以太網(wǎng)交換機共同組成以太網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)。光纖接入以太網(wǎng)交換機主要的目的是為光電轉(zhuǎn)換，為沒有光接口的設備提供以太網(wǎng)接入，實際應用中遠動管理機和MIS管理機都直接接入間隔層的光纖

31、環(huán)網(wǎng)中和間隔層設備通信。2.3 自動化系統(tǒng)主要通信內(nèi)容變電站綜合自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信變電站自動化系統(tǒng)應具有與電力系統(tǒng)控制中心通信的功能，不另設獨立的遠動裝置，而由自動化系統(tǒng)的上機位(集中管理機)或通過通信控制機執(zhí)行遠動功能。把變電站所需測量的模擬量、電能量、狀態(tài)信息和SOE等類信息傳送至控制中心，這些信息是變電站和控制中心共用的，不必專門為送控制中心而單獨采集。同時應能接收調(diào)度端下達的各種操作命令、在線修改保護定值、召喚實時運行參數(shù)。即完成全部四遙(遙測、遙控、遙信、遙調(diào))功能。 在具有變電站層-間隔層(單元層)-過程層(設備層)的分層分布式自動化系統(tǒng)中，需要傳輸以下幾部分。(1)過程層

32、與間隔層的信息交換。過程層提供的信息有兩種，模擬量和狀態(tài)、故障信息。該信息包括斷路器和隔離開關的位置、主變壓器分接頭位置、變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息等。(2)間隔層設備之間的通信。間隔層設備內(nèi)部通信，主要解決兩個問題：數(shù)據(jù)共享互相閉鎖。不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有主、后備繼電保護工作狀態(tài)、互鎖、相關動作閉鎖、電壓無功綜合控制裝置工作狀態(tài)等信息。(3)間隔層與變電站層的通信。間隔層與變電站層的通信內(nèi)容有：測量及狀態(tài)信息；操作信息；參數(shù)信息。(4)變電站層的內(nèi)部通信。變電站層不同設備間的通信，根據(jù)各設備任務特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令。第三章 自動化系統(tǒng)設計3

33、.1 變電所主接線圖主要設備說明雙泡子牽引變電所主接線如下圖3.1所示：圖3.1 雙泡子牽引變電所主接線圖雙泡子牽引變電所為中間及終端式牽引變電所，主接線為保證牽引負荷供電，有兩回路。三相交流220kV母線側采用分支接線，分支接線是一種由兩個電源進線的線路-變壓器組組成的單元接線。分支接線的電源由區(qū)域變電所通過專用線路直接提供，也可以從輸電網(wǎng)絡分支連接的線路提供，且進線線路較短，高壓側無穿越功率。分支接線需要的高壓電器少，配電裝置結構簡單，進線線路不設繼電保護，高壓側不設線路繼電保護與測量儀表。這種情況下一次側安裝電壓互感器，是為了滿足高壓側計費和自動裝置的需要。任一電源線路故障，則由電源的輸

34、出線路保護動作使相應的斷路器跳閘而斷開線路。主變壓器采用VV接線，原邊繞組接成固定的V結線，V的頂點(A2與X1連接點)為C相，A1、X2分別為A相、B相。副邊繞組4個端子全都引出在油箱外部，根據(jù)牽引供電的要求，接成正“V”時，a2與x1連接為c相，a1、x2分別為a相、b相。接成反“V”時，a1與x2連接為c相，x1、a2分別為a相、b相。在牽引變電所中安裝時，三相V/V接線牽引變壓器原邊A、C、B三相分別接入電力系統(tǒng)中的三相；副邊c相與軌道、接地網(wǎng)連接，a相、b相分別接到牽引側兩相母線上，分別向?qū)墓╇姳蹱恳W(wǎng)供電，成60接線。VV接線變壓器的優(yōu)點是主結線較簡單，設備較少，投資較省。對電

35、力系統(tǒng)的負序影響比單相接線少。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)雙邊供電。 變電所采用帶回流線的直接供電方式供電，1#側有兩條預留饋線，站場、通遼上行、通遼下行三條饋線共用一條備用饋線，2#側有一條預留饋線，霍林河上行、霍林河下行線兩條饋線共用一條備用饋線。3.2保護測控裝置3.2.1 變壓器保護配置方案及設計主變壓器配置的保護裝置有主變主保護裝置，主變后備保護裝置，主變測控裝置，備自投裝置。主保護裝置主要完成的保護有差動速斷保護，二次諧波制動的比率差動保護，220kV側三相低電壓過流保護，27.5kV側單相低電壓過流保護，重瓦斯保護，主變過熱保護。測量量有高壓側三相電流、電壓，低壓側相電流，變壓器溫度，變

36、壓器有功功率、無功功率、功率因數(shù)，饋線電壓等物理量?？刂屏坑袛嗦菲?、隔離開關的開合等。圖3.2 主變壓器保護配置3.2.2 饋線保護配置方案及設計饋線保護配置有饋線保護測控裝置，饋線自動重合閘裝置，完成的保護有電流速斷保護，距離保護，過電流保護。測量量有饋線電流、饋線電壓等物理量。控制量有斷路器、隔離開關的開合等。圖3.3 饋線保護配置3.3 變電所牽引自動化系統(tǒng)設計本文為雙泡子牽引變電所設計的自動化系統(tǒng)采用分層分布式結構，即變電所設備分為三層，包括過程層、間隔層和變電所層。過程層主要指變電所內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設備；間隔層包括測量、控制部件和繼電保

37、護裝置；變電所層包括監(jiān)控主機、遠動通信機。分層分布式結構如下，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)絡結構圖，間隔層網(wǎng)絡采用環(huán)型結構。提高通信速度和當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)畫面響應時間，省去通信接口轉(zhuǎn)換設備，減少通信的中間設備，提高通信的可靠性。圖3.4 雙泡子牽引變電所自動化系統(tǒng)設計變電站層、間隔層裝置功能說明：(1) 通信管理機：將其它的電力系統(tǒng)規(guī)約轉(zhuǎn)換成后臺可以識別的規(guī)約，然后解析出來，顯示在后臺上。一般常見的接入規(guī)約有CDT規(guī)約、modbus規(guī)約、103規(guī)約。(2) 遠動管理機：通過遠動規(guī)約將站內(nèi)調(diào)度或者集控站要求的數(shù)據(jù)打包上送到對端，一般是101或者104規(guī)約，本變電所采用101規(guī)約。遠動機

38、是通信管理機的一種，不過對于遠動機來講，在遠動上要求的更高，根據(jù)實際要求具有主備互相切等功能。(3) GPS：利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導航的系統(tǒng)。(4) 交換機：間隔層與變電站層數(shù)據(jù)交換處理設備。(5) 1-2#主變主保護裝置：完成主變的差動、重瓦斯保護、溫度I段保護等主保護，斷路器、接地開關、隔離開關等的控制。(6) 1-2#主變后備保護裝置：完成主變的高壓側過流保護、低壓側過流保護、低壓側過電壓、進線失壓等后備保護，斷路器、接地開關、隔離開關等的控制。 (7) 1-2#主變測控裝置：完成高壓側三相電壓、電流，低壓側電壓、電流，主變壓器溫度、有功功率、無功功率，頻率等物

39、理量的測量。(8) 210-219饋線保護測控裝置：完成饋線的四段距離保護、電流速斷保護、過電流保護、電流增量保護、失壓保護等保護功能，饋線電流、電壓的測量，斷路器、接地開關、隔離開關等的控制功能。(9) 備自投裝置：完成變壓器和進線備自投的功能完成。兩臺變壓器(進線)一臺工作、一臺備用，當工作變壓器(進線)故障，母線失去電壓時，自動迅速地將備用變壓器(進線)自動投入。(10) 饋線自動重合閘裝置：完成饋線自動重合閘的功能，提高供電的可靠性和連續(xù)性?！八矔r”性故障發(fā)生時，繼電保護裝置切斷電源后，故障點的絕緣重新恢復，接觸網(wǎng)又具備重新供電的能力。自動重合閘，快速減少停電的時間，縮短事故范圍。第四

40、章 點表設計四遙點表就是變電站監(jiān)控主機與主站之間的傳遞的信息，包括遙信，遙測，遙控，遙調(diào)。4.1 遙測點表遙測包括間隔電流，功率，母線電壓，頻率等。本文為雙泡子牽引變電所自動化系統(tǒng)設計的遙測點表見下表4.1。表4.1 遙測點表的設計序號裝置名稱提交SCADA廠家遙測名稱信號所屬設備ID遙測碼單位11#主變測控裝置1#主變高壓側A相電流101TA16385A21#主變測控裝置1#主變高壓側B相電流101TA16386A31#主變測控裝置1#主變高壓側C相電流101TA16387A41#主變測控裝置1#主變低壓側相電流202TA16388A51#主變測控裝置1#主變低壓側相電流201TA16389

41、A61#主變測控裝置1#進線電壓AB相電壓101TV16390kV71#主變測控裝置1#進線電壓BC相電壓101TV16391kV81#主變測控裝置1#進線電壓CA相電壓101TV16392kV91#主變測控裝置1#主變低壓側相電壓201TV16393kV101#主變測控裝置1#主變低壓側相電壓202TV16394kV111#主變測控裝置1#主變頻率1T16395Hz121#主變測控裝置1#主變有功功率1T16396kW131#主變測控裝置1#主變無功功率1T16397kvar141#主變測控裝置1#主變功率因數(shù)1T16398151#主變測控裝置1#主變溫度1T1639916211饋線保護測控

42、裝置211饋線測量電流211TA16401A17212饋線保護測控裝置212饋線測量電流212TA16402A18213饋線保護測控裝置213饋線測量電流213TA16403A19214饋線保護測控裝置214饋線測量電流214TA16404A20210饋線保護測控裝置210饋線測量電流210TA16405A21219饋線保護測控裝置219饋線測量電流219TA16406A4.2 遙信點表遙信包括開關刀閘位置信號，本體信號、控制回路信號，保護裝置的保護動作信號，公用信號，智能站有光纜的斷鏈信號等。本文為雙泡子牽引變電所自動化系統(tǒng)設計的遙信點表見下表4.2。表4.2 遙信點表的設計序號裝置名稱提交

43、SCADA廠家遙信名稱遙信碼狀態(tài)取值定義1狀態(tài)取值定義211#主變主保護裝置1#主變主保護裝置通信狀態(tài)1斷通21#主變主保護裝置1#主變主保護裝置遙控方式2遠方當?shù)?1#主變主保護裝置1T-1重瓦斯開入信號3產(chǎn)生解除41#主變主保護裝置1T-1溫度段開入信號4產(chǎn)生解除51#主變主保護裝置1T-1壓力釋放開入信號5產(chǎn)生解除61#主變主保護裝置1T-2重瓦斯開入信號6產(chǎn)生解除71#主變主保護裝置1T-2溫度段開入信號7產(chǎn)生解除81#主變主保護裝置1T-2壓力釋放開入信號8產(chǎn)生解除91#主變主保護裝置1T-1輕瓦斯開入信號9產(chǎn)生解除101#主變主保護裝置1T-1油位異常開入信號10產(chǎn)生解除111#主

44、變主保護裝置1T-1溫度I段開入信號11產(chǎn)生解除121#主變主保護裝置1T-2輕瓦斯開入信號12產(chǎn)生解除131#主變主保護裝置1T-2油位異常開入信號13產(chǎn)生解除141#主變主保護裝置1T-2溫度I段開入信號14產(chǎn)生解除151#主變主保護裝置1#主變主保護裝置A相差動速斷15動作返回161#主變主保護裝置1#主變主保護裝置B相差動速斷16動作返回171#主變主保護裝置1#主變主保護裝置C相差動速斷17動作返回181#主變主保護裝置1T-1重瓦斯18動作返回191#主變主保護裝置1T-1溫度段19動作返回201#主變主保護裝置1T-1壓力釋放20動作返回211#主變主保護裝置1T-2重瓦斯21動

45、作返回221#主變主保護裝置1T-2溫度段22動作返回231#主變主保護裝置1T-2壓力釋放23動作返回241#主變主保護裝置1T-2非電量回路控斷24產(chǎn)生解除251#主變主保護裝置1011隔開控斷25產(chǎn)生解除261#主變主保護裝置1T-1非電量回路控斷26產(chǎn)生解除271#主變主保護裝置1#主變主保護溫度1告警27產(chǎn)生解除281#主變主保護裝置1#主變主保護溫度2告警28產(chǎn)生解除291#主變主保護裝置1#主變主斷路器失靈29產(chǎn)生解除301#主變主保護裝置1#主變A相差動速斷軟壓板30投入退出311#主變主保護裝置1#主變B相差動速斷軟壓板31投入退出321#主變主保護裝置1#主變C相差動速斷軟

46、壓板32投入退出331#主變主保護裝置1#主變手合閉鎖軟壓板33投入退出341#主變主保護裝置1#主變差動閉鎖軟壓板34投入退出351#主變后備保護裝置1#主變后備保護通信狀態(tài)35斷通361#主變后備保護裝置1#主變后備保護遙控方式36遠方當?shù)?71#主變后備保護裝置101機構遠動控制37遠方當?shù)?81#主變后備保護裝置101氣體壓力降低報警38產(chǎn)生解除391#主變后備保護裝置101氣體壓力降低閉鎖39產(chǎn)生解除401#主變后備保護裝置101電機回路失電40產(chǎn)生解除411#主變后備保護裝置101交流回路失電41產(chǎn)生解除421#主變后備保護裝置101彈簧未儲能42產(chǎn)生解除431#主變后備保護裝置1

47、011機構遠動控制43遠方當?shù)?41#主變后備保護裝置1011電機電源故障44產(chǎn)生解除451#主變后備保護裝置1011控制電源故障45產(chǎn)生解除461#主變后備保護裝置1011加熱電源故障46產(chǎn)生解除471#主變后備保護裝置1011機構故障47產(chǎn)生解除481#主變后備保護裝置1011地刀位置48合分491#主變后備保護裝置1012隔開位置49合分501#主變后備保護裝置1013隔開位置50合分511#主變后備保護裝置1#主變主保護裝置失電51產(chǎn)生解除521#主變后備保護裝置1#主變后備保護事故狀態(tài)52產(chǎn)生復歸531#主變后備保護裝置1#主變高壓側A相過電流53動作返回541#主變后備保護裝置1#主變高壓側B相過電流54動作返回551#主變后備保護裝置1#主變高壓側C相過電流55動作返