变电站监控技术课程设计VIP

摘 要变电站监控技术课程是电气工程及其自动化专业电网监控技术方向的一门主干专业课。变电站监控技术课程设计是综合运用课程所学的理论知识，通过实践进一步加深对所学知识的理解，培养学生分析问题和解决实际问题能力的重要教学实践活动。本程设计中，系统地介绍了变电站综合自动化系统的设计原理、设计标准、系统构成、系统基本配置、确定监控内容、系统功能设计、RTU 各模块结构。通过结合专业的课程设计，为毕业后的实际工作打下一定的基础。课程设计不仅可培养学生的实践能力，也可使学生逐步树立实事求是的科学态度，培养严肃认真的工作作风。关键词 变电站监控技术；变电站自动化系统；运动系统目 录第 1 章 监控系统的组成及配置 .1.1 概述 .1.2系统构成 .1.2.1 控制站 .1.2.2 远动装置（RTU） .1.2.3 远动通道 .1.3 系统配置 .1.3.1 被控站结构形式 .1.3.2 系统配置方案 .第 2 章 监控内容 .2.1 遥测、遥信、遥控和遥调功能 .2.2 遥信对象的采集 .第 3 章 监控系统的功能 .3.1 监控主站功能 .3.2 被控站功能 .结 论 .参考文献 .附 录 I.附 录 .第 1 章 监控系统的组成及配置1.1 概述1.监控系统主要由三大部分组成，既装设于铁路分局调度所的监控主站，装设于铁路沿线牵引变电所的远方终端装置（RTU）及从铁路通信系统中分离出来的远动通道，如图 1-1 所示。图1-1 监控系统示意图监控主站和被控站以远动通道为桥梁有机配合，共同实现对牵引供电设备遥控、遥信、遥测、遥调等功能。遥控（YK）：对被控对象的运行状态进行远距离控制。如断路器的分合，电抗器的投切等；遥信（YX）：一般对应两种状态，用二进制的“0”或“1”来表示对象的不同状态；遥测（YC）：对被控对象的运行参数进行远距离测量。如线路的电压值、电流值等；遥调（YT）：对被控对象的运行设备参数进行远距离调节。如改变电压器分接头的位置等。1.2 系统构成1.2.1 控制站SCADA 系统的控制端采用计算机局域网结构、分布式控制系统、以计算机设备为核心，以功能为模块，以网络节点为单元进行配置，包括：计算机网络、前置通信处理机、主用服务器、调度员工作站、系统维护工作站、WEB 工作站等网络节点设备及相应的实时数据，文档管理报表打印机，画面拷贝机，维护用程序打印机及实时监视整个供电系统运行概况的模拟屏等外围设备，同时具备功能完善的软件资源及 UPS 设备。图 1-2 监控主站示意图1、计算机网络控制站采用双以太网结构、客户机/服务器访问方式，正常情况下双网同时工作，并可根据数据需要分担不同的数据传输或平衡网络负荷，当某一网络故障时，系统给出报警信息，并由非故障网络承担全部数据传输。网络采用交换式以太网，通信协议采用 TCP/IP 协议，通信介质采用光纤，通信速率为 10/100Mbps 自适应。2、主服务器系统配置两套国际通用、高性能的服务器计算机，冗余配置、对等工作方式，通过网络管理软件和网络适配器链接网上设备。两个主服务器定时进行工作状态的在线监测，在一台主服务器故障情况下进行自动切换，切换时间小于 15 秒。两套主服务器同时接收网上数据，但仅主用机具备数据流控制及管理功能，主、备服务器支持数据校验以保证完整一致的数据库。技术数据为：CPU 字长：不小于64 位，内存：大于 256MB，主频：500MHz，高速缓存：不低于 1MB。每套主服务器配置操作、显示用的人机接口设备，具备安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于 3 级。主服务器具备强大而灵活高效的网络通信能力和完备的系统监测功能，采用工业控制系统广泛应用的 UNIX+WINDOWS 操作系统。主服务器的功能是：一是管理维护控制站局域网的全局配置文件，接受来自局域网内各其他接点的信息。二是遥控、遥测、遥调、遥信处理。三是保存并维护有关 SCADA 系统运行所需的全局数据和对历史数据的管理，并对调度端客户机提供数据服务。四是完成调度文档管理、统计报表生成制作。五是定时任务管理。3、调度员工作站两套调度员工作站通过网络适配器与计算机网络相连。两个调度员工作站并行运行。具备良好的人机界面和安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于 3 级。计算机设备为国际通用型工作站，模块及部件具有互换性，并装备外部存储设备、图形加速卡。主要技术数据：CPU 字长：不小于 32 位，内存：不小于 128MB,主频：不小于 360MHz。每个调度员工作站配置操作、显示用的人机接口设备一套。每一个人机界面装置包括图像显示终端一套、键盘、鼠标，显示器屏幕不小于 54cm，显示的颜色不少于 256 种，分辨率不低于 12801024。调度员工作站作为控制站的人机接口设备之一，能够实现检测各被控站及接触轨上开关状态、电源线路、接触轨带点状态，可对各种故障信息进行适时多窗口报警显示，通过鼠标和键盘完成对被控站的遥控操作，并进行操作前的合理性判定，同时完成各种报表记录、曲线的检索及显示、对报表进行在线修改、打印实时数据及报表、拷贝等调度管理任务。此外调度员工作站设备可实现对模拟屏的控制、音响实验、复归等。4、实时数据打印机及制表打印机实时数据打印机及制表打印机采用高性能、低噪声彩色喷墨打印机，并具有汉字打印功能，打印速度不低于 260CPS，缓冲区容量不低于 16KB，打印噪声不大于50dB。具有宽窄行打印功能。打印机的工作方式采用假脱机方式。实时数据打印机主要用于调度员操作记录、故障报警及时间顺序记录、遥测量越限记录等。制表打印机主要用于对数据管理的报表打印等。5、拷贝机拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于 2 分钟画面，拷贝清晰度不低于 600DPI，拷贝噪声不大于 54dB，缓冲区容量不低于 512KB，画幅不小于 A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。实时数据打印机、制表打印机、拷贝机均通过打印终端服务器与计算机网络相连，各打印机之间能互为备用。6、大屏显示器模拟屏设备，通过对系统各主要开关等状态的各种灯光显示，对全线系统进行直观动态显示。模拟屏上设置数字时钟显示及安全天数显示，数字时钟应与系统时钟同步。模拟屏控制器除通过网络对模拟屏进行控制外，还可单独对模拟屏进行各种位置及操作。7、通信前置机通信前置机采用基于 Pentium 系列的工业控制级计算机，采用实时、多任务、多用户的操作系统，作为与各被控站远动数据通道接口设备，配置只能多串口通道板来满足远程 IO 容量。完成数据的发送、接受及数据的预处理，如通信规约的变换等，减轻主服务器节点的 CPU 负荷，通过网络适配器与控制中心局域网络相连，并与主服务器进行数据通信。通信处理机采用双重配置，冗余结构，主、备工作方式，主服务器实时监视主、备通信前置机的工作状态，可对其进行自动、手动切换。两套通信前置机具备并行处理功能以支持主、备通道的状态。8、维护工作站系统维护工作站的结构、技术参数同调度员工作站，通过网络适配器与计算机网络相连，并配程序打印机。系统维护工作站用于生成、维护、修改、管理系统的实时数据库、历史数据库及用户画面，并定义、修改系统运行参数及开发应用程序等，系统对数据库、用户画面和系统运行参数的修改、定义，可以在先随时进行，但不影响系统的正常运行，且实时库、历史库及画面的修改均采用无需编程的人机对话方式。维护工作站可以与任意调度员工作站互换，成为调度员工作站设备的备用设备，以解决某些特殊情况。维护工作站还应具备模拟培训功能。模拟培训软件可以通过网络共享系统英语数据库，提供一个和真实环境完全一致的迷你环境。给调度人员一个练习、使用本系统的良好平台。在维护工作站不进行数据维护时，可进行模拟培训。9、WEB 工作站WEB 工作站与专为其提供的集线器连接，与主服务器进行通讯，运行 WEB 功能模块，负责向外部发布 SCADA 运行信息，在有用户需要时读取主服务器内监控系统的实时数据。WEB 工作站与主服务器通过专用的集线器连接，以免访问人数过多给电力监控网络带来不必要的通信负担。两个主服务器也分别有一个网卡连接到与WEB 工作站专用的集线器下。10、GPS 系统由于控制中心内部有多个系统需要精确的时钟系统来进行同步，所以电力监控系统在主站一级可以与其他系统公用一套 GPS 来接收卫星的精确对时。11、UPS 装置为了系统的可靠运行，不受外部电源停电时的影响，系统配置一套 UPS 装置，其容量满足当外部电源停电 30 分钟时，系统的正常运行。UPS 设备前盘设置运行监视界面，可提供 UPS 的远距离监视信号，以满足调度员对 UPS 设备的监视。远距离监视信号的主要内容包括：UPS 的工作状态、蓄电池的工作状态、输入电源的工作状态等。UPS 装置满足外部输入电源的条件，工作噪声不大于 55dB，且应具有一定的过负荷能力。配电柜设两路交流输入电源，可以通过组合开关切换。各输入、输出回路应具有过负荷自动跳闸功能。当一路电源失压时，另一路可自动切换输入。配电柜还具有过电压、过电流保护功能。当两路交流电源都失压时，UPS 自动投入供电。配电柜带有各种显示表计和手动操作按钮，便于现场维护和调试1.2.2 远动装置（RTU）被控端设在沿线的主变电所，牵引降压变电所内，各被控站内采用当地综合自动化系统，完成所内的控制、保护、测量及系统监控终端的功能，各被控站通过所内综合自动化系统的通信处理单元实现，与控制中心的信息交换，即遥测，遥信信息的上传和下行遥控，遥调信息的接受和执行，以实现变电所的无人值守。电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构,以牵引变电所为核心,以功能为模块,将供电臂上联接的牵引供电设施纳入系统节点,充分体现分散控制,集中管理的结构模式。控制和保护系统既相互独立,有关信息又相互共享。系统主要由4 部分组成:第一部分为调度层;第二部分为站控层;第三部分为间隔层的分布式保护、测量、智能装置;第四部分设备层。间隔层智能装置控制和保护线路、变压器、电容器等设备;站控层控制着以牵引变电所为核心,以供电臂为单元的牵引供电系统。1、系统部分包括 CPU、总线、RAM、ROM、EPROM、计数次/计时器、中断控制器、串行通信接口。2、人机联系包括打印机、显示器、键盘、鼠标。3、输入输出电路（可编程接口芯片）输入 YC、YX 输入 YT、YK1.2.3 远动通道电力监控系统通道结构采用冗余结构配置方式，并能实现对主、备通道的手动及自动切换，工作可靠。信道是信号传输时经过的通道。传输远动信号的通道称为远动信道。我国常用的远动信道有专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。采用专用有线信道时，由运动装置产生的远动信号，以直流电的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中传输，这种信道常用作近距离传输。信号在光纤信道中的传输过程是：发端将电信号转变成光信号，让光信号沿着光纤传输，收端再将光信号还原成电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤信道具有信道容量大，衰减小，不受外界电磁干扰，误码率低等优点，它是性能比较好的一种信道。无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。在无线电信道中，信号以电磁波在自由空间中传播。因为它利用自由空间传输，不需要架设通信线路，因而可以节省大量的金属材料并减少维护人员的工作量。这种信道在地方电力系统中应用较多。由于牵引供电系统比较特殊，远动采用专用有线信道。本设计选用光纤通信信道，光纤信道用光导纤维作为信道传送光信号，可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信的优点在于传输容量大；损耗小；质量轻，体积小；抗电磁干扰性能好；泄露小，保密性能好；节约金属材料，有利于资源合理利用。光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。相较而言，单模光纤传输速率高，一般在 140Mbit/s 以上，传输距离长，可靠性好。所以，单模光纤用于建设通信主干网;多模光纤常用于配电变压器与区域工作站间的通信。1.3 系统配置1.3.1 被控站结构形式分层分布式结构：是在结构上采用主从 CPU 协同工作方式，各功能模块（通常是各个 CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多 CPU 系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立 CPU 计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所分为：过程层、间隔层和站控层。过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：电力运行实时的电气量检测。主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。运行设备的状态参数在线检测与统计。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。操作控制的执行与驱动。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、隔离开关合分控制，直流电源充放电控制。间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息。实施对一次设