（电气工程专业论文）一种超高压充油电缆在线监测技术.pdf

上海大学硕士学位论文 靠性和电缆运行管理技术水平，具有重要意义。 关键字：在线监测、d t u 、s c a d a 系统、规约 v i 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h es h a n g h a ie c o n o m y sf a s tg r o w t h ，t h ee l e c t r i c p o w e rc o n s u m e rd e m a n da l s oi n c r e a s e si nr e c e n ty e a r s m e a n w h i l e p o w e rq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t yr e q u i r e m e n t sa r ea l s oi n c r e a s i n g s o h o wt o p r o m o t eo p e r a t i o nm a n a g e m e n tt a k i n ga d v a n t a g eo f s c i e n t i f ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s ，a n df u n d a m e n t a l l yc h a n g et h e t r a d i t i o n a lm e a n i n go ft h eo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n tm e t h o d sf o r t h e i m p r o v e m e n to fo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ts k i l l s ，a n d t o e n s u r et h er e l i a b l eo p e r a t i o no fc a b l el i n e s ，i th a sb e c o m eo u rt o p p r i o r i t y i ti st h eo n l i n em o n i t o r i n gf o ro i l f i l l e dc a b l el i n e st h a t k e e p sw i t ht h et r e n do fd e v e l o p m e n tp r e c i s e l y , w h i c hc a nm e e t ， ”c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n ga n dc e n t r a l i z e dm a i n t e n a n c e ，c e n t r a l i z e d m a n a g e m e n t ，t h e m o d e r n o b j e c t i v e s a n d r e q u i r e m e n t s o f m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n tf o rc a b l el i n e s i tc a ni m p l e m e n t m u l t i p l ef u n c t i o n s ，w h i c h i n c l u d e m o n i t o r i n g h e a d p r e s s u r e ， t e m p e r a t u r e ，w a t e r l e v e la n do t h e r i m p o r t a n ti n f o r m a t i o n ， p r e d i c a t i o na n de l i m i n a t i o no ff a i l u r e ，a n di n t e g r a t e dm a n a g e m e n t t h eo n l i n em o n i t o r i n gs y s t e mu h vo i l f i l l e dc a b l e t a k e st h e a d v a n t a g eo fm o d e r nc o m p u t e rs k i l l s ，c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , i n t e l l i g e n tm e a s u r e m e n t ，a n do t h e ra d v a n c e dm e t h o d st oa c h i e v e v i i 上海大学硕士学位论文 r e a l t i m e m o n i t o r i n g ，f a i l u r ea l a r m ，r e l a t e d d a t ar e c o r d sa n d p r o c e s s ，e n a b f i n g t h ec e n t r a l i z e dm o n i t o ro fh e a d p r e s s u r e ， t e m p e r a t u r e ，w a t e rl e v e l ，a n do t h e ri n f o r m a t i o nf o ro i l f d l e dc a b l e f i n e si nd i f f e r e n t r e g i o n s ， w h i c hu s e st h ea d v a n c e d t e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r kt om o n i t o rt h eo i l f i l l e dc a b l el i n e so f 110k va n da b o v ed i s t r i b u t i n gi nt h er e g i o no rr e m o t er e g i o n i t p r o v i d e sr e a l - t i m er e m o t ed e t e c t i o n ，h i s t o r i c a ld a t ar e c o r d s ，p r e c i s e h y d r a u f i c c u r v ea n das e r i e so fa u t o m a t e df u n c t i o n s ，a n dh a sa m u l t i - p u r p o s ew a r n i n gs y s t e ma n dg o o de x p a n s i v ep e r f o r m a n c e s t h ek e yt e c h n o l o g yt oi m p l e m e n tt h i ss y s t e ms u c c e s s f u l l yi sh o w t od e a lw i t ht h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mi nah a r s he n v i r o n m e n t a l o fc a b l es t o p p e rj o i n tm a n h o l e ，t h ep r o g r a mu s e st h eg u i d ec a b l eo f p o w e rc a b l e s a st h e c a r r i e rc o m m u n i c a t i o nm e d i u mt os o l v e t h e d i f f i c u l tp r o b l e m s u c c e s s f u l l y t h ea p p l i c a t i o no ft h i ss y s t e mc a nn o to n l yr e d u c ep r o d u c t i o n c o s t s ，b u tc a ni m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo fc a b l el i n ea n dt h eo p e r a t i o n m a n a g e m e n ts k i l l s ，w h i c hi so fg r e a ts i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：o n l i n em o n i t o r i n g ，d t u ，s c a d as y s t e m ，r e g u l a t i o v i i i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：至堡牮日期：幽 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：卿哆 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 电缆线路在电力系统中的地位 电力系统的供电可靠性关系到国计民生，如何有效地保障电力系统的安全、 可靠运行一直是电力部门的一个重要课题。随着近几年上海经济的高速增长， 用电量屡创新高。在社会各界对电力消费需求不断增长的同时，对电能质量及 供电可靠性的要求也越来越高。供电可靠性就是指一个供电系统对用户持续供 电的能力，它是电力可靠性管理的一项重要内容，直接体现供电系统对用户的 供电能力。 1 8 9 7 年，从上海第一条电缆敷设入地我国开始使用电缆，至今已经一百多 年。现在，我国对电缆的研究、制造和应用，有了迅速发展。从发电站到城乡 电网，从配电所到工厂街道，电缆线路以其独具的特点，得到越来越广泛的应 用，在许多场合起着架空送电线路所无法替代的作用，在整个电网中起着举足 轻重的作用，直接关系到电力系统的供电可靠性。 架空送电线路是裸导线或绝缘导线架空敷设，靠绝缘子实现电气绝缘和机 械固定。电缆的结构比架空送电线路复杂，它除了有电缆芯( 导体) 外，还具 有能承受电网电压的绝缘层，以及包覆在绝缘层上，使其长期保持绝缘性能的 保护层。电压等级稍高的电缆，其导体外和绝缘层外，还有用半导体或金属材 料制成的屏蔽层。电缆能够敷设在地下、水底等各种环境中，满足长期、安全 传输电能的需要。大量采用地下电力电缆线路取代架空输电线路的输配电方式 已成为国内外城市的输配电网今后发展的主要趋势：上海市政府为了迎接世博 会，计划在2 0 1 0 年前将市区环线以内的架空输电线路逐步改造成为地下电力 电缆输配电线路。北京市政府为了迎接奥运会，计划在2 0 0 8 年前将市区四环 线以内的架空输电线路逐步改造成为地下电力电缆输配电线路。广州、大连、 深圳和珠海等经济发达城市和地区的主要街道架空输电线路已改造成为地下电 力电缆输配电线路。武汉、西安、重庆、天津等城市的主干道正在逐步进行地 下电力电缆输配电线路改造。全国各大城市和经济发达地区的城市电网中的 上海大学硕士学位论文 2 2 0k v 变电站进出线路均已采用长距离、大截面超高压电力电缆地下输电。 1 2 电缆线路的优点 与架空送电线路相比，电缆线路具有下述突出优点： 埋设在地下管道或沟道中，不需大走廊，占地少。 架空送电线路的建设需要架设杆塔，而电缆则都是埋设在地下管道或沟道 中，不需要架设杆塔，不需要大走廊，因此占地少。对于寸土寸金的城市而言， 占地少的电缆比架空线路更能满足城市建设的用地需求。 不受气候和环境影响，输电性能稳定。 由于架空送电线路都建设在室外，因此容易受气候和环境影响，雷击、一 只小鸟、甚至风筝都会引起线路故障。与之相比，由于电缆安装在地下等隐蔽 处，受外力破坏小，发生故障的机会较少，供电安全，输电性能稳定。 维护工作量小，不需频繁的巡检。 由于电缆输电性能稳定，因此维护工作量小，不需要频繁的巡检。 可用于架空送电线路难以通过的地段，如跨海峡输电。 由于架空送电线路本身的重量，必须每隔一段距离( 通过计算) 架设塔杆， 但对于海峡、大洋等特殊地段，架空送电线路难以通过，但海底电缆却能完成 输电任务。 有助于提高功率因数。 由于电缆呈容性，若采用电缆输电，就像在整个系统中加入一个大电容， 有助于提高系统的功率因数，从而提高供电设备的利用率，提高输电效率，改 善电压质量。 不会造成“黑色污然”。 架空送电线路在一定程度上影响了城市景观，造成“黑色污染”，而电缆由 于埋设在地下，能避免此问题。 当然，电缆线路也存在造价贵、故障修复时间长等缺点，但整体而言，电缆线 路更能满足社会各界对供电可靠性的要求。因此如何以科技进步来推动电缆线 路的运行管理，从根本意义上改变传统的运行管理方法，提高运行管理的技术 2 上海大学硕士学位论文 水平确保电缆线路可靠运行，已成为我们的首要任务。 1 3 电缆的发展概况 随着电力工业的发展，各种电压等级的电缆也相继出现。1 8 9 7 年，上海敷 设了第一条电缆，1 9 0 8 年英国有了2 0 k v 的电缆网，1 9 1 0 德国的3 0 k v 电缆网 已具有现代结构，1 9 2 4 年法国首先使用了单芯6 6 k v 电缆，1 9 2 7 年美国开始采 用1 3 2 k v 充油电缆，并于1 9 3 4 年完成第一条2 2 0 k v 电缆的敷设。1 9 5 2 - 1 9 5 5 年法国制成了3 8 0 4 2 5 k v 充油电缆，并于1 9 6 0 左右试制了5 0 0 k v 大容量的充 油电缆。至七十年代初期5 0 0 k v 电缆已在一些国家投入运行，目前一些国家已 在研究和试验7 5 0 k v 的电缆。 在高压电缆的发展过程中，有两个里程碑。首先是1 9 1 4 年德国工程师m 霍斯司特达对于统包型电缆绝缘结构进行了改革，提出了屏蔽型电缆的结构， 从而改善了电缆内部电缆分布，消除了沿绝缘表面的正切应力。其次是1 9 2 4 年 意大利工程师l 伊曼努里提出了采用低粘度的矿物油来浸渍电缆的纸绝缘，并 在电缆内部设置油道与供油箱相连以保持电缆中的压力，从而抑制了电缆绝缘 内部气隙的产生，使电缆的工作电缆提高到1 1 0 k v 以上。1 9 2 4 年在意大利米兰 安装了第一条1 3 0 k v 充油电缆，1 9 2 7 年美国纽约和芝加哥各安装了一条1 3 2 k v 充油电缆，并成功运行近5 0 年。 到目前为止，上海市区1 1 0 k v 及以上电压等级的电缆线路总长度已达4 2 8 公里，充油电缆线路长度1 8 5 公里。 1 4 充油电缆线路的运行维护 充油电缆的电气性能可靠、机械性能良好、安装简便、维修容易，能适用 于各种不同的敷设条件。对充油电缆线路，应定期检查其供油系统压力，并作 记录。一般充油电缆线路油压系统装有报警装置，但仍有必要进行定期记录， 以便早期发现油压异常及漏油现象。 充油电缆以电缆油作为主绝缘，因此油压的变化是判断电缆线路是否正常 运行的重要依据。我公司( 上海市电力公司电缆输配电公司) 对充油电缆线路 的传统维护方式采用现场抄表方式，此工作方式导致充油电缆运行维护的工作 量非常大。从运行维护分析角度，充油电缆条数虽只占超高压电缆线路数的 2 1 ，线路公里数仅占总公里数的3 9 ，但充油电缆运行维护的工作量却占总 工作量的7 0 以上，这显然造成了人力资源的浪费。此外，由于此种运行管理 方式不能实现在线检测，容易造成电缆事故的处理延误，不利于电网安全运行。 为了节约人力资源，提高自动化程度，及时掌握电缆线路的动态变化信息， 提高运行设备可靠性，“集中监控、集中维护、集中管理 成为电缆线路维护管 理的现代化目标要求。充油电缆线路在线检测正是顺应这种发展趋势的产物， 具有实时监测电缆线路的油压、温度、水位等重要信息，预期故障发生、迅速 排除故障、进行综合管理等多重功能。此外，此在线监测系统可以排除因人为 因素造成的错误，提高油压测量的精度。通过对油压的实时监测，可以及时了 解电缆的绝缘水平和运行状况，预防和避免不必要的故障发生，实现电力系统 安全可靠运行。油压在线监测系统实现了实时监测、故障告警、数据记录等功 能，满足了对电缆油压数据的远程监测和集中管理这一需求，在国内甚至国际 上是一套新颖智能监测系统。 第二章国内外相关技术发展水平、现状 所谓电力设备在线监测，就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运 行中高压设备的信号采集和传输、数据处理、逻辑判断，来实现对电力设备运 行状态的带电测试或不间断的实时监测和诊断。绝缘的劣化、缺陷的发展虽然 具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期和各种前期征兆， 表现为设备的电气、物理、化学等特性有少量渐进的变化。及时取得各种即使 是很微弱的信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，可对 设备的可靠性随时作出判断。 4 上海大学硕士学位论文 2 1 国外的发展阶段 国外许多电力公司从上个世纪7 0 年代就开始研究并推广应用电力设备在 线监测技术，主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数，提高供电可靠 性。但当时的设备简陋，测试手段简单，水平较低。随着计算机技术的飞速发 展，在线监测设备产品不断更新完善，在线监测技术水平不断提高。到目前为 止，许多国家已广泛使用线监测技术手段。在近几年来召开的历届国际高电压 技术学会( i s h ) 及亚洲绝缘诊断会( a c e i d ) 上，有关电气设备绝缘在线监 测与状态检修方面的论文占有相当大比例。在线监测技术的发展大体经历了3 个阶段。 ( 1 ) 带电测试阶段。这一阶段起始于7 0 年代左右。当时人们仅仅是为了 不停电而对电气设备的某些绝缘参数( 如泄露电流) 进行直接测量。设备简单， 测试项目少，灵敏度较差。 ( 2 ) 从8 0 年代开始，出现各种专用的带电测试仪器，使在线监测技术从传 统的模拟量测试走向数字化测量，摆脱将仪器直接接入测试回路的传统测量模 式，取而代之的是使用传感器将被测量的参数直接转换成电器信号。 ( 3 ) 从9 0 年代开始，随着计算机技术的推广使用，出现以计算机处理技术 为核心的微机多功能绝缘在线监测系统。利用计算机技术、传感技术和数字波形 采集与处理技术，实现更多的在线监测。这种在线监测信息量大、处理速度快， 可以对监测参数实时显示、储存、打印、远传和越线报警，实现了在线监测的自 动化，代表了当今在线监测的发展方向。到目前为止，大量的在线监测的技术已 经在电力系统设备缺陷检测中得到广泛应用，并有了一定的经验。如变压器油在 线色谱分析、电气设备的红外测温技术等已经非常成熟，并在检测设备的绝缘性 能中发挥了重要的作用。 2 2 国内发展状况 我国开展电力设备在线监测技术的开发应用已有1 0 多年了，对提高电力设 备的运行维护水平，及时发现事故隐患，减少停电事故的发生起到了积极作用。 5 上海大学硕士学位论文 我国从5 0 年代开始，几十年来一直是根据电力设备预防性试验规程的规 定，对电力设备进行定期的停电试验、检修和维护。定期试验不能及时发现设 备内部的故障隐患，而且停电试验施加低于运行电压的试验电压，对某些缺陷 反映不够灵敏。 随着电力系统朝着高电压、大容量的方向发展，如何保证电力设备的安全 运行就更为重要，一旦发生停电事故，将给生产和生活带来巨大的影响和损失。 因此迫切需要对电力设备运行状态进行实时或定时的在线监测，及时反映电力 设备如绝缘等的劣化程度，以便采取预防措施，避免停电事故发生。 进入8 0 年代，特别是近1 0 多年来，在线监测技术发展很快，绝大多数变 电站设备及发电机、电缆、线路绝缘子等都有在线监测的项目。随着电子技术 的进步，传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术的发展和向各领 域的渗透，系统的监控技术中广泛应用了这些先进的科研成果，使在线监测技 术逐步走向实用化阶段。与预防性试验相比，在线监测系统采用高灵敏度的传 感器采集运行中设备绝缘劣化的信息，信息量的处理和识别依赖于丰富的软件 支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，而且还引进了一些新的 更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促 进电力设备向状态检修过渡的进程。 目前，国内超高压充油电缆的油压监控大多处在人工现场读表阶段，还没 有形成一个完善的智能监测系统。而本论文介绍的超高压充油电缆在线监测系 统采用集成化网络管理监测系统，将计算机信息管理应用于超高压电缆线路的 油压、温度、水位的监测，达到国内领先水平。 6 上海大学硕士学位论文 第三章超高压充油电缆在线监测系统的基本原理 和构成 3 1 简介 超高压充油电缆在线监测系统是运用计算机、现代通信、智能测量等先进 技术，利用上海电力公司现有通信网络资源对分布于本区域或远程区域的 1 1 0 k v 及以上充油电缆线路进行监测，通过应用程序将现场实测的各类信息进 行数据整合、逻辑分析，以实现实时监测、故障告警、过负载示警、信号系统 故障预警、统计分析等功能。 在超高压充油电缆的各个检测点安装油压监测变送器并通过自动化采集装 置进行数据转换，以导引电缆作为载波的载体把数据上传至原有调度自动化系 统的平台上，通过数据交换网以报文的形式提供给电缆运行管理人员对数据进 行再处理。提供实时远程检测、历史数据的记录、精确的油压变化曲线等一系 列自动化的功能，具有多功能的告警系统和良好的扩展性能等优点。 3 2 关键技术 电缆塞止井是电缆敷设中进行电缆接头的工作井，在地面以下部分约4 5 米，地下水位高，湿度高，通信距离长、运行环境恶劣，其通信问题一直是制 约自动化的一个瓶颈。由于电力电缆导引电缆满足高温、高湿度下运行的条件， 因此本方案采用电力电缆导引电缆载波通信的手段，来解决塞止井的信息实时 监视。通过接在油压阀门上的智能数字压力传感器以及温度、水位传感器对数 据进行实时采集并且做到信息报警，通过油压监测一体化采集仪，传送至监测 中心。针对电缆塞止井的恶劣环境，对不同厂家的自动化产品进行集成，保证 在潮湿高温的环境下运行。 充分利用现有系统，通过数据交换网和s c a d a 系统，有效和经济的实现 信息共享。 7 上海大学硕士学位论文 3 2 1s c a d a 系统 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ) 系统，即数据采集与监视 控制系统。s c a d a 系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、 石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。 在电力系统中，s c a d a 系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟，在电 力系统中又称远动系统，它作为能量管理系统( e m s 系统) 的一个最主要的子 系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助 快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对 提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调 度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 s c a d a 系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之 一，它包含两个层次的含义：一是分步式的数据采集系统，即智能数据采集系 统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) - 人机界面系统。下位机一般意义上通常指硬件 层上的，即各种数据采集设备，如各种r t u 、f 1 u 、p l c 及各种智能控制设 备等等。这些智能采集设备与生产过程和事务管理的设备或仪表相结合，时感 知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，并通过特定数字 通信网络传递到h m i 系统中。必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控 制信号。上位机h m i 系统在接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图 象等方式显示给用户，以达到监视的目的，同时数据经过处理后，告知用户设 备各种参数的状态( 报警、正常或报警恢复) ，这些处理后的数据可能会保存到 数据库中，也可能通过网络系统传输到不同的监控平台上，还可能与别的系统 ( 如m i s ，g i s ) 结合形成功能更加强大的系统；h m i 还可以接受操作人员的 指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。 采用s c a d a 系统后，可以取得了以下社会和经济效益： 极大地提高生产和运行管理的安全性能和可靠程度； 大大提高产品的质量和生产的效率； 极大地减低了生产人员面临恶劣工作环境的可能性，保证了工作过程中第 8 上海大学硕士学位论文 一位的人员的安全性； 极大地提高企业作为一个整体效率的竞争能力； 目前，上海电力公司s c a d a 系统多为南瑞的s d 6 0 0 0 系统，现已此为例， 介绍s c a d a 系统各个组成部分的基本功能： 前置系统 a 、r t u 与厂站自由重组：多个厂站数据在主站处合并成一个厂站，一个 厂站的数据可以在主站分解成多个厂站数据。 b 、双位置、慢遥信处理。 c 、遥测具有数据滤波、零飘处理。 d 、可以在主站设定虚拟事故总信号。 e 、通道处理能通过屏幕显示通讯失败次数，无应答次数，误码报警，主 备通道切换。 f 、遥测数据精度从分钟级跳跃到秒级。 g 、前置系统达到的几项技术指标。见表一。 表一前置系统的技术指标 1 遥信变位传输到主站时间3 s 2 遥测量越死区传输时间 3 s 3遥控命令选择，执行或撤消传输时间3 s 4 遥调命令传输时间3 s 5 画面数据刷新周期 3 5 s 6 双机自动切换时间4 0 s 7 画面响应时间3 s 系统监视 能显示全系统各节点的工作状态及工作站的c p u 、磁盘使用率、o r a c l e 库使用率。 图形处理 图形能在c r t 上在线生成、编辑、修改。在系统画面中，使用多种动态数 据表格，包括实时数据的值、状态、报警条件，能变化面的前景颜色、背景颜 9 上海大学硕士学位论文 色、旋转角度等功能。 在线显示实现平滑滚动和无级缩放。提供实时的地理图、厂站一次图、功 率总加图。 数据处理 a 、提供1 5 4 个函数，可按简化设定随意组合求平均、求最大、最小值，以 及实现逻辑判别等功能。 b 、 可根据需要对数据对象进行动态设置，快速完成数据统计及对历史 数据库的检索、调用，按日月年快速形成各种曲线。 c 、可以自定义各种计算量，添加新的计算公式。 d 、可使设备限额按照设定温度动态变化。 e 、可对主变、出线负载率进行实时排序。 f 、 可按照模板，提供负荷总加的预测曲线，并有预警功能。 g 、可对电容器投切率、电压合格率统计计算。 报表处理 在线生成各种形式的表格，表格的格式修改使用e x c e l 模板。可根据年 月日时段、依量值范围要求予以统计，并可按日自动打印报表序列。 远程通信 a 、采用t c p i p 协议与市电力公司数据交换网通信。 b 、 提供管理网的信息接口。 c 、 提供远程诊断工作站，通过电话拨号在远方进入s c a d a 系统。 d 、安装硬件级防火墙，防止恶意侵入。 e 、 对公司内部网提供w e b 浏览界面。 f 、天文中对时功能，实现全系统时钟统一。 3 2 2 电力线载波通讯 电力线载波p o w e rl i n ec a r t i e r p l c 是电力系统特有的通信方式，它是利 用现有电力线( 高压电力线通常指3 5 k v 及以上电压等级；中压电力线指1 0 k v 电压等级；低压配电线为3 8 0 2 2 0 v 用户线) 作为信息传输媒介进行语音或数据 l o 上海大学硕士学位论文 传输的一种特殊通信方式，电力线路通讯是先将数据调制成载波信号或扩频信 号，然后通过耦合器耦合到2 2 0 v 或其他交直流电力线甚至是没有电力的双绞 线上。近年来，高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制已经进入 了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中低压电 力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。 由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输介质，因此电力线载波通 讯具有信息传输稳定可靠、路由合理特点，是唯一不需要线路投资的有线通信 方式。电力线载波通信不仅提供了实用的新兴通信手段，而且具有现有物理链 路、易维护、易推广、易使用、低成本等优点，显示出了良好的前景和巨大的 市场潜力。 3 3 通讯方法 由于本系统充分利用现有系统，通过数据交换网和s c a d a 系统，各监测 点与主站之间的通讯采用载波通讯方式，因此要考虑到规约转换。现电力公司 的s c a d a 系统、r t u 屏都采用c d t 规约，而载波机采用1 0 1 规约，因此需要 工控机对规约进行转换。 在各监测点内安装油压变送器、水位变送器和d t u ( 数据终端单元d a t a t e r m i n a lu n i t ) ，d t u 中内含载波通讯板，主站内安装主站载波机。通过各监测 点d t u 将现场自动采集的油压、温湿度、水位等模拟信号进行编码、调制，再 将调制信号耦合至导引电缆。调制信号通过导引电缆传送至变电站的远动信号 屏( 主站系统) 。远动信号屏将信号耦合至主站载波机，主站载波机按1 0 1 规约 采集各个监测点信号，通过多串口卡提供给协议转换器( 工控机) ，工控机将 1 0 1 规约转化为c d t 规约，然后传送至变电站的r t u 屏，r t u 屏再将数据传 送至调度自动化系统平台，或者接经过m o d e m 传送到s c a d a 系统。最后数 据通过s c a d a 的w e b 服务器进行转换，以报文的形式经过以太网提供给上海 电缆输配电公司，对数据进行再处理。系统原理如图一所示。 上海大学硕士学位论文 图一：油压在线监测系统结构图 3 3 11 0 1 规约与c o t 规约 1 0 1 规约即d u t 6 3 4 51 0 1 2 0 0 2 ，等同采用国际电工委员会制定的 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 基本远动任务配套标准，是我国电力行业标准，也是我国大多 数电力自动化产品支持或将要支持的通信规约。1 0 1 规约是窗口尺寸为1 的非 平衡方式传输的链路传输规则，适用各种网络配置( 包括点对点、多个点对点) 。 所谓窗口尺寸为1 ，即主站向子站触发一次传输服务，或者成功地完成或者报 告产生差错，之后才能开始下一轮的传输服务。对于发送确认( s e n d c o n f i r m ) 和请求响应( r e q u e s t r e s p o n d ) 传输服务在传输过程中受 到干扰，用等待一超时一重发或等待一超时方式发送下一帧。发送确认和请 求响应这两种服务由一系列在请求站和响应站之间不可分割的对话要素组 成。其采用的链路服务级别为3 级，如表二所示。 1 2 上海大学硕士学位论文 表二1 0 1 规约链路服务级别 链路服务级别 功能用处 发送无回答 s 1 由主站向子站发送广播报文 ( s e n d 腻or e p l y ) 发送确认由主站向子站设置参数和发送 s 2 ( s e n d c o n f i i 己m )遥控、设点、升降和执行命令 请求响应 由主站向子站召唤数据，子站以 s 3 ( r e q u e s t r e s p o n d ) 数据或事件数据回答 而在c d t 方式中发端将要发送的信息分组后，按双方约定的规则编成帧， 从一帧的开头至结尾依次向收端发送。全帧信息传送完毕后，又从头至尾传送。 这种传送方式实际上是发端周期性的传送信息帧给收端，而不顾及收端的需要， 也不要求收端给以回答，收端只是被动的接收。 3 3 。2 远动终端( r t u ) 变电站是电力系统的一个重要组成部分，它的安全可靠运行是电网安全经 济运行的根本保证。当前变电站正以分项自动化向着综合自动化方向发展，综 合自动化的近期目标是把变电站的保护、测量、监控、远动等融为一体，取得 数据共享，资源共享，大幅度提高自动化的功效。 对于电力系统，为了进行现代化管理，往往实现电网调度自动化，虽然省、 地、县各级调度有不同的职能和责任，但其组成基本相同，一般是由主站和远 动终端( r 1 u ) 组成。远动终端就是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变 电站的一种远动装置，它负责采集所在发电厂或变电站电力运行状态的模拟量 和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所 在发电厂或变电站的控制和调度命令。 1 3 上海大学硕士学位论文 由于电力调度室远离生产现场，必须采用远动技术，在变电站设置远动终 端即r t u ，与调度中心计算机通过信道相连接，r t u 与调度中心之间通过远距 离信息传输完成r t u 的远方监控功能。r t u 与主站配合可以实现三遥功能， 即：遥测、遥信、遥控。 r t u 的主要功能有以下几点： 采集状态量并向远方发送，带有光电隔离，遥信变位优先传送； 采集数据量并向远方发送，带有光电隔离； 直接采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方 发送，可计算正反向电度； 采集脉冲电度量并向远方发送，带有光电隔离； 接收并执行遥控及返校； 程序自恢复； 设备自诊断( 故障诊断到插件级) ； 设备自调； 通道监视； 接收并执行遥调； 接收并执行校时命令( 包括g p s 对时功能选配) ； 与两个及两个以上的主站通讯： 采集事件顺序记录并向远方发送； 提供多个数字接口及多个模拟接口； 可对每个接口特性进行远方当地设置； 提供若干种通信规约，每个接口可以根据远方当地设置传输不同规约的数 据； 接受远方命令，选择发送各类信息； 可转发多个子站远动信息； 当地显示功能，当地接口有隔离器； 支持与扩频、微波、卫星、载波等设备的通讯； 选配及多规约同时运行，如d l 4 5 1 9 1c d t 规约，同进应支持p o l l i n g 规 1 4 上海大学硕士学位论文 约和其他国际标准规约( 如d n p 3 0 、s c l 8 0 1 、1 0 1 规约) ； 可通过电信网和电力系统通道进行远方设置。 3 3 3 工控机 工控机即工业控制计算机，但现在，更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑， 英文简称i p c ，全称i n d u s t r i a lp e r s o n a lc o m p u t e r 。 工控机是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震 动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业 即一年中一般没有休息。 因此，工控机与普通计算机相比具有以下特点： 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。 机箱内有专用底板，底板上有p c i 和i s a 插槽。 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 具有连续长时间工作能力。 3 3 4 数据终端单元( d t u ) 数据终端单元( d 1 r i d a t at e r m i n a lu n i t ) 。d t u 相当于串口数据流 与t c p i p 、s m s 协议之间互相转换的转换器，下面来详细介绍一下互相转换的 过程，串口数据流转换成t c p i p 协议的过程我们称为“上行7 上行就是d t u 收 到用户终端设备串口上的数据后封装成i p 包，通过g p r s c d m a e d g e 及h t e r n e t 网络平台并发送到数据中心端；数据中心软件收到数据包后进行口包的 分用，将最原始的用户终端设备发上来的数据呈现给用户的过程。t c p i p 协议 转换成串口数据流的过程我们称为“下行7 下行就是数据中心软件向当前在线的 d t u 发送一个数据并封装成母包，通过i n t e m e t 以及g p r s c d m a e d g e 网络 平台发送给d t u ，d t u 收到这个口包后，进行d 包的分用还原用户数据并以 串口数据流发送给用户设备的过程。 上海大学硕士学位论文 3 4 数据流向 目前上海市区供电局已经安装t a s e 2 网关机，市区的部分数据需要转发到 我公司，作为扩展，上海市南供电局和市东供电局的部分数据也需要转发至我 公司。 系统的的数据流向见图二。 图二：系统数据流向 市区、市东、市南已经安装t a s e 2 网关机，数据可以发出，要实现与我公 司之间的数据通讯，需要在我公司安装一台d l 8 0 网关机，用作与市区、市东、 市南通讯和与我公司本地系统通讯的节点。 3 4 1i ) 1 8 0 网关机 d l 8 0 网关机系统采用全分布式体系结构，把各个功能模块分配到系统的各 个网络节点上，保证了系统的可扩充性。系统主网采用分流冗余的双网机制。当 两个通信节点间的两个网的状态发生变化时，系统将根据变化后的网络状态重 新设置其通信路径。 d l 8 0 系统在软硬件的选择上严格遵循可靠性、先进性、通用性和实用性的 原则，系统的软硬件配置完全符合国际工业标准和国家电力工业标准，使得系 统能够紧密的跟踪国际最新硬件设备和最新软件产品。本系统的操作系统平台 和硬件配置为： 硬件平台： r i s c c i s c 芯片；s u n 、h p 、i b m 、c o m p a q 等工作站；p c 微机； 操作系统内核： p o s d ( in 操作系统，w i n d o w sn t ； 网络环境： 1 6 上海大学硕士学位论文 遵循i s o o s i 七层网络参考模型、t c p i p ； 窗口： x w i n d o w w i n d o w so s f m o t i f ；w i n d o w s9 5 9 8 n t ； 图形： x w n d o w 系统，w i n d o w s9 5 9 8 n t ： 语言： c c + + 及v c ，p h p ，a s p 等； 数据库： d b 2 、o r a c l e 、m y s q l 或s y b a s e 等。 此系统可适应不同的电力数据实时互联的要求，进行不同规模的计算机系 统配置。既可配置多级调度控制中心实时数据互联模式( 如图2 1 ) ，也可配置 成同一调度中心多种自动化系统之间实时数据互联模式。 此系统具有以下特点： 分层全开放的系统设计： 系统运行软硬件环境符合开放的工业标准，系统支持从硬件平台、操作系 统、数据库到应用层的开放；接口和通信的开放。 强大的网络互联特性： 此系统的设计已考虑将其作为快速发展的电力企业网的重要成员及与其它 成员互连的各种网络互连通讯构架模式。包括：数采网互连及系统内通讯、与 其它局域网的互连、与广域网互连、转发通信服务。 系统支持多种数据传输方式，支持网络方式( t c p 客户端、t c p 服务端、 u d p 通信) 和串口等多种通信方式，而且支持扩展，增加新的通讯方式不影响 原有系统运行，也不需要重新编译原有程序。支持分布式通道，主通道可以分 布在不同节点上，系统自动实现数据同步，分布式通道可以将任务分布，有效 降低系统负荷。 系统通信效率高，有效保障数据传输满足电力系统实时数据传输要求。可 以方便地实现任意两个控制中心之间的数据互连，增加、删除通讯链路对其他 链路没有任何影响。 1 7 上海大学硕士学位论文 高效的系统接口设计g 数据互联系统一个很重要的部分就是互联系统与各个现有的系统( 例如各 级e m s 、t m r 等) 之间的接口，d l 8 0 设计了高效的系统接口方案，从而保证 了该接口的稳定性和高效率。该方案按照集中制订接口标准，各个自动化厂家 分散实现的思想。从而具有如下明显的优势： 1 )接口统一，所有e m s 厂家根据相同的接口标准实现，比较规 范； 2 )各系统厂家熟悉各自系统，接口实现容易，效率高、稳定： 3 )目前国内主流e m s 厂家( 南瑞，东方，申瑞等) 已实现该接 口： 4 )当系统换型或者是新系统接入时，只需要根据接口标准实现接 口，就可以方便接入，而互联系统本身只需要完成配置工作， 无需改动任何程序。 丰富的数据传送手段： 数据源和数据需求的多样性要求数据互联系统具备多种方式的数据传送手 段。系统提供了多种方式的数据传送手段，包括数据复制、数据归一和混合方 式。数据复制是指将从一个数据源收到的一组数据，同时向多个目的数据源发 送。数据归一恰好与此相反，是将从多个数据源接收到的数据整理成一组数据， 向一个目的数据源发送。而混合方式综合了以上两种传送手段。这些传送手段 有效的满足了电力企业数据互联过程中出现的各类需求。 强大的规约转换功能： 系统可以方便实现规约转换，可以通过某种规约接收到数据，再通过另外 的规约转发出去。系统设计支持任意类型规约之间的相互转换，规约采用动态 加载的方式加载，即增加一个新的规约无需对原来的程序做任何改动，也无需 停运原来的程序，只需要实现一个该新增规约的动态库，然后在程序运行中将 该库动态加载即可实现该新规约的所有功能。目前系统支持大多数的远动规约 之间的转换，比如c d t 、d n p 3 0 、i e c 8 7 0 5 1 0 1 、i e c - 8 7 0 5 1 0 4 、s c l l 8 0 1 、 d l 4 7 6 、t a s e 2 等。系统在规约转换的过程中，不影响正常数据传送的速度和 上海大学硕士学位论文 效率。 方便的系统维护管理： 系统提供了全局信息监视管理手段和工具，采用了以下策略提高了系统的 易用性和方便性：提供了多种方式维护界面( w e b 方式、普通