（电气工程专业论文）临河发电厂厂站监控系统的实现.pdf

华北电力大学t 程硕士学位论文 摘要 随着国民经济和电力工业的飞速发展，对电力系统自动化和信息化水平的要 求也越来越高。变电站系统作为电网的重要基本环节，其自动化水平的高低直接 影响着电网安全稳定运行水平，于是变电站综自系统得到了迅猛的发展和推广应 用，成为衡量电力企业自动化水平的重要依据。本文结合临河电厂2 2 0 k v 变电站 工程，首先对国内外变电站综合自动化系统发展的几个阶段进行了总结；详述了 分散分布式结构的变电站综合自动化系统的设计和实现；并根据变电站综合自动 化的要求配置软、硬件系统；最后分析介绍了e y ew i n 2 0 厂站监控系统在实际 中的应用。 关键词：变电站，综合自动化，监控系统 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e r l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m ya n dt h ee l e c t r i c p o w e ri n d u s t r y , e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma u t o m a t i o na n di n f o m a t i o n i z a t i o n l e v e ld e m a n d sa r ei n c r e a s i n g l yh i g h t r a n s f o r m e rs t a t i o n so ft h eg r i ds y s t e m a sa ni m p o r t a n tb a s i ce l e m e n t ，i t sl e v e lo fa u t o m a t i o nd i r e t l ya f f e c tt h eg r i d s e c u r i t ya n ds t a b i l i t yt h u st r a n s f o r m e rs t a t i o n s i n t e r g r a t e ds y s t e mh a sb e e n r a p i ds i n c et h ed e v e r l o p m e n ta n dp r o m o t i o no fa p p l i c a t i o na sa ni m p o r t a n t m e a s u r eo ft h ep o w e rl e v e lo nt h eb a s i so fe n t e r p r i s ea u t o m a t i o n t h ep r e s e n t p a p e rs u m m a r i z e st h ep h a s e so ft h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e da u t o m a t i o n s y s t e mo fs u b s t a t i o n sa th o m ea n da b r o a di nt h el i g h to f2 2 0 k vs u b s t a t i o n p r o j e c to fp o w e rp l a n ta tl i n h e ，i n n e rm o n g o n l i a a l s ot h ep a p e rh a s d e s c r i b e di nd e t a i lt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fi n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m o fs u b s t a t i o nw i t hd i s p e r s ea n dd i s t r i b u t i o ns t r u c t u r e ，t h ec o m p o s i t i o no f s o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h em o n i t o r i n gs y s t e mo fs u b s t a t i o n ，a tl a s t ，i t a n a l y z e sa n di n t r o d u c e se y ew i n 2 0p o w e rp l a n ts u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m g a os o n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n - h u a k e yw o r d s ：s u b s t a t i o n ，i n t e g r a t e da u t o m a t i o n ，s u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s t e m 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文临河发电厂厂站监控 系统的实现，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导 下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名毛笛 日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：j 强 导师签名： 日期：鲨! p ：! ：l日期：型口毋莎， 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 临河热电厂概况 北方联合电力临河热电厂系属内蒙古北方联合电力股份有限公司，位于内蒙 古巴彦淖尔市临河区东南部，一期规划为2 x 3 0 0 m w 国产空冷亚临界燃煤供热发电 机组，由北方联合电力有限责任公司以自有资金出资。二oo 四年开工建设，于 二oo 六年四月第一台3 0 0 m w 机组发电，二oo 七年四月第二台3 0 0 m w 机组发电。 电厂以2 2 0 千伏电压等级接人蒙西电网。其2 2 0 k y 升压站计算机监控系统采用国 电南京自动化股份有限公司开发的p s 6 0 0 0 变电站自动化系统e y ew i n2 0 厂站监 控系统，由主控运行人员操作每一条线路及设备的停、送电及运行方式的倒换， 进行2 2 0 k y 升压站电气部分的监测和控制。 1 2 厂站监控系统应用研究的意义和必要性 厂站微机监控系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信 息处理技术等实现对变电站二次设备( 包括继电保护、控制、测量i 信号、故障 录波、自动装置及远动装置等) 的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部 设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过 厂站微机监控系统内各个设备问交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控 制任务。厂站微机监控系统替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。 厂站微机监控系统是提高电厂变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、 提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要措施。厂站微机监控系统取代 或更新传统的发电厂变电站二次系统，已经成为必然趋势。发展和完善厂站微机 监控系统，是电力系统发展的新的趋势。老电厂及新建电厂都在积极的应用这项 技术，对这项技术在工程中的实际应用和所遇到的问题做深入探讨，具有现实意 义。 变电站作为整个电网中的一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和 管理的任务。变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在 电网统一指挥和协调下，电网各节点具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运 行。因此，变电站自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。它应确保实现以 下要求： ( 1 ) 检测电网故障，尽快隔离故障部分。 ( 2 ) 采集变电站运行实时信息，对变电站运行进行监视、计量和控制。 ( 3 ) 采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。 ( 4 ) 实现当地后备控制和紧急控制。 ( 5 ) 确保通信要求。 华北电力大学工程硕士学位论文 因此，要求发电厂厂站微机监控系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备 进行统一监测、管理、协调和控制。同时，又必须与电网系统进行实时、有效的信 息交换、共享，优化电网操作，提高电网安全稳定运行水平，提高经济效益。 传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少，相互之间 协调困难，需要值班人员比较多的干预，难于适应现代化电网的控制要求。另外需 要对设备进行定期的试验和维修，即便如此，仍然存在设备故障( 异常运行) 不能 及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现由试验人员 过失引起的故障。 发展厂站微机监控系统的必要性还体现在以下几个方面：一是随着电网规模不 断扩大，电网结构日趋复杂，这样要求值班人员掌握、管理、控制的信息也大量增 长，故障处理和恢复却要求更为迅速和准确；二是现代工业技术的发展，特别是电 子工业技术的发展，计算机技术的普遍应用，对电网的可靠性提出了更高的要求； 三是市场经济的发展，使得整个社会对环保要求更高，这样也对电网的建设、运行 和管理提出许多的要求，如：降低成本、提高经济效益，发电厂、变电站减少占地 面积。要解决上述问题，显然仅依靠运行值班人员是难以解决的。现代控制技术的 发展，计算机技术、通信技术和电力电子技术的进步与发展，电网自动化系统的应 用，为上述问题提供了解决的方案。 1 3 厂站监控系统的发展历程及现状 国际上对于变电站综合自动化的研究，已经进行了多年，并取得了令人瞩目的 进展。早在2 0 世纪7 0 年代末，日本就研制出了世界上第一套综合数字式保护和控 制系统。此后，美国、英国、法国等一些发达国家也相继在这一领域取得不同程度 的进展。在2 0 世纪8 0 年代初，美国一家电力公司研制了i m p a c 模块化保护和控制 系统。美国西屋公司和e p r i 联合研制了s p c s 变电站变电站保护和控制综合自动化 系统。到1 9 8 4 年，瑞士的b b c 公司首次推出了他们的变电站综合自动化系统。1 9 8 5 年，德国的西门子公司又推出了第一套变电站综合自动化系统l s a 6 7 8 。变电站综合 自动化系统目前在美国、德国、法国和意大利等国家已得到了较普遍的应用。 我国是从2 0 世纪6 0 年代开始研制变电站自动化技术。到7 0 年代初，便先后 研制出了电气集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置。在8 0 年代中期， 由清华大学研制的3 5 k v 变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛变电站投入 运行。与此同时，南京自动化研究院也开发出了2 2 0 k v 梅河口变电站综合自动化系 统。此外，国内许多高等院校及科研单位也在这方面做了大量工作，推出一些不同 类型、功能各异的自动化系统。为国内的变电站自动化技术的发展起到了卓有成效 的推动作用。进入9 0 年代，变电站综合自动化的研究单位和产品如雨后春笋般的 发展，具有代表性的公司和产品有：北京四方公司的c s c2 0 0 0 系列综合自动化系 华北电力大学工程硕士学位论文 统，南京南瑞集团公司的b s j - 2 2 0 0 计算机监控系统，南京南瑞继电保护电气有限 公司的r c s 一9 0 0 0 系列综合自动化系统，上海惠安p o w e r c o m m2 0 0 0 变电站自动化监 控系统，国电南自p s6 0 0 0 系列综合自动化系统，许昌继电器自动化公司的c b z - 8 0 0 0 系列综合自动化系统等。 2 0 世纪术到2 1 世纪初，随着半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术的飞 速发展，分层分布式的自动化系统结构被广泛采用。由于传统上相当独立的远动和 继电保护的逐步统一，远动技术就上升到了一个完全崭新的高度，其传统概念与内 涵也有了质的不同。我们把这样的技术称为厂站自动化技术，由此而诞生的系统( 不 是一个装置) 称之为厂站自动化系统，目前还在继续发展之中。 1 4 本文主要工作 论文课题来源于内蒙古临河发电厂2 2 0 k v 变电站厂站监控系统工程，目的是探 讨采用分层分布式结构的发电厂厂站微机监控系统在厂站中的设计及实际应用，从 而进一步提高整体监控的水平，以满足发电厂厂站所必须的功能和可靠性要求，保 证电力系统供电的可靠性。以及迅速、准确、可靠地切除电力系统内发生的故障， 同时也兼顾到装置的硬件成本，使其对变电站的监控更具可靠性和实用性。 论文首先分析了厂站监控系统的整体设计方案，包括二次系统的构建。然后探 讨了在厂站监控系统的各个层面的的配置方案。论文的内容主要包括： ( 1 ) 根据临河发电厂2 2 0 k v 变电站的综合概况，配置了相应的二次测控单元，完成了 厂站监控系统的总体方案的设计。 ( 2 ) 通过对厂站监控系统结构及特点的论述，分析了问隔层与站控层以及它们之间的 数据通信。 ( 3 ) 对e y ew i n2 0 厂站监控系统的现场应用做了初步探讨和研究。培养工程实际应 用能力和解决问题的能力。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章临河发电厂厂站监控系统的整体结构及设计 2 1 厂站监控系统的主要构成及功能 厂站监控系统采用开放、分层分布式网络结构，整个系统分成站控层和间隔层， 以通信网络为基础，由间隔层的各种测控单元和站控层的主单元构成。每个单元又 由许多功能完全独立的子系统组成，用一台( 或几台) 工业控制机作为主机来统一 管理全站各子系统。各子系统通过通信端口，按一定的协议进行通信，从而连接成 一个完整的计算机局域网，在这个网络中，任何一个子系统既可独立运行又有相互 连锁，构成了一个相互依托、有机结合的整体。 2 1 1 厂站数据采集系统 数据采集与处理，能通过现场( i o ) 测控单元采集有关信息，检测出事件故障 状态、变位信号及模拟量正常、越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各 种预处理，实时更新数据库，其范围包括模拟量，数字量和脉冲量等。 1 ) 模拟量采集包括电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数等电 量和温度、有载调压变压器分接头位置信号等非电量，供方采用交流采集方 式，对不能实现交流采集的非电量采用直流采集方式，并实现如下功能： 定时采集：按扫描周期定时采集数据并进行相应转换、滤波、精度校验及 数据库更新等。 越限报警：按设置的限值对模拟量进行死区判别和越限报警，其报警信息 应包括报警条文、参数值及报警时间等内容。 2 ) 数字量采集包括断路器，隔离开关以及接地刀闸的位置信号，保护动作信 号、运行监视信号等，并实现如下功能： 定时采集：按扫描周期定时采集输入量并进行光电隔离，状态检查及数据 库更新等。 设备异常报警：当状态发生变化时，进行设备异常报警，其报警信息包括 报警条文、事件性质及报警时间。 事件顺序记录( s o e ) 和操作记录：对断路器位置信号、继电保护动作信号 等需要快速反应的开关量采用中断方式，并按其变位发生时间的先后顺序进 行事件顺序记录。 3 ) 脉冲量的采集包括有功电度和无功电度等，并实现如下功能： 能连续采集电度脉冲量，并能根据各回路p t 、c t 二次变比及脉冲电度表 参数计算并转换为实际电度量进行累加，能对采集的电度量进行分时段和方 向进行统计，当系统因故中断计量时，能进行人工置数保证其电量累计的正 确性，同时有保护措施，不丢失原累积值，具有与相模拟量平均值进行校核 华北电力大学工程硕士学位论文 的功能，当旁路代线路时，能自动将旁路电度表的累计值加到被代线路上去， 穿越潮流功率的电度量分别统计。 2 1 2 厂站监控系统 能通过l c d 对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，画面调用采用键 盘、鼠标或跟踪球。显示的主要画面如下： 电气主接线图，包括显示设备运行状态、潮流方向、各主要电气量( 电流、电 压、频率、有功、无功) 等的实时值 直流系统图 交流不停电电源( u p s ) 系统图 趋势曲线图，包括历史数据和实时数据 棒状图 计算机监控系统运行工况图 各机组及全厂发电容量曲线 各种保护信息及报表 控制操作过程记录及报表 事故追忆记录报告或曲线 事故顺序记录报表 操作指导及操作票、典型事故处理指导及典型事故处理画面 各种统计报表 当所采集的模拟量发生越限，数字量变位及计算机系统自诊断故障时进行报警 处理。报警方式分为两种：一种为事故报警，一种为预告报警，前者为非操作引起 的断路器跳闸和保护装置动作信号，后者为一般性设备变位、状态异常信号、模拟 量越限、计算机监控系统的事件异常等。事故报警和预告报警采用不同颜色，不同 音响给以区别，并具有人工确认、自动或手动复归等功能。对重要模拟量越限或发 生断路器跳闸等事故时，自动推出相关事故报警图面和提示信息，并自动启动事件 记录打印机。 计算机监控系统能根据操作员输入的命令实现断路器、隔离开关及接地刀闸等 的j 下常操作、倒闸操作和其它必要的操作，其遥控及遥调正确动作率为l o o 。对 需要同步的各断路器能进行同步检定，实现“捕捉”同步合闸。为保证控制操作的 安全可靠，整个系统有安全保护措施，至少能实现操作出口的跳合闸闭锁，并发性 操作闭锁及键盘操作时的权限闭锁，同时记录操作项目及时间等。能实现断路器、隔 离开关及接地刀闸的正常操作和问隔层现场操作的“五防 闭锁功能。运行人员发 出的任何控制和调节指令均在1 秒或者更短的时问内被执行。已被执行完毕的确认 信息也在2 秒内( 或更短) 在l c d 上反映出来。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1 3 厂站通信网络系统 厂站监控系统实质上是一个分层分布式控制系统，在各个子系统中，往往又 由多个智能模块组成。因此在变电站自动化系统内部，必须通过内部数据通信，实 现各子系统内部和各子系统间的信息交换和实现信息共享，以减少变电站二次设备 的重复配置和简化各子系统间的互连，既减少重复投资，又提高了整体的安全性。 另一方面，变电站是电力系统中电能传输、交换、分配的重要环节，因此，对它的 可靠性、抗干扰能力、工作灵活性和可扩展性要求很高，不仅要求所有采集的测量 信息和各断路器、隔离开关的状态信息和继电保护动作信息等的正确传送。厂站监 控系统中各环节的故障信息也要及时上报控制中心，同时也要能接受和执行控制中 心下达的各种操作和调控命令。因此，变电站自动化系统的数据通信，包括两方面 的内容：一是系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；另一是变电站与控 制中心间的通信。最终实现网络上不同设备之间的数据交换、完成全站数据汇总并 调度系统按标准通信规约进行联网等功能。 2 2 临河电厂2 2 0 k v 变电站接线及监控配置 2 2 1 变电站接线介绍 盘酒虢线 。10 。 l2 5 t 2 。= 三2 。1 i 二5 1 ：? ” ? !卡； 2 0 1 7 教。 b ：。“7 2 0 0 二。： ：，“0 。2 0 1 j 扁务蹙 砖 _ h - - _ - _ h - q _ _ 一- _ _ - - * 日k _ _ - _ 一 ， ：e ，i ? 、 二 ，l 2 0 2 |i ， 勿 一，瓤 嫩 一十山t ，r “ - r ， m、棼i；。十； r o 一 年上。t 。，、 撇；i，l_ h _干tt 一。，f oz _ 、7 l ， ，。；。毋 1； 华北电力大学工程硕士学位论文 临河电厂厂变电站为2 2 0 k v 升压变电站，2 台额定容量为3 0 0 m w 的汽轮发 电机，定子电压2 0 k v 接至额定容量为3 7 0m v a 主变压器低压侧，高压侧接至2 2 0 k v 系统，主变压器低压侧与发电机出线离相封闭母线相连接。2 2 0 k v 母线为双母结构， 母线采用双母线不分段方式，可轮流检修母线而不影响j 下常供电；检修任一母线侧 隔离开关时，不影响其它回路；倒闸操作简便；还可利用母联断路器2 1 2 替代引出 线断路器工作等优点。共2 5 1 、2 5 2 两条出线，分别去电网的临河东郊变电站和三 盛公变电站。 2 2 2 厂站监控系统配置 厂站计算机监控系统采用开放、分层分布式网络结构，整个系统分成站控层和 间隔层。计算机监控系统组态灵活，具有较好的可维修性和可扩展性，计算机系统 采取有效措施，以防止由于各类计算机病毒侵害造成系统内存数据丢失或系统损 坏。 厂站监控系统对厂变电站的监视、管理和控制操作是通过对保护装置、测控装 置和外部的一些命令送来的数据进行处理分析来对变电站的运行进行监视，可按照 运行人员的控制指令和事先设定的条件来进行控制，提高了变电站运行的稳定性和 可靠性，从而减轻了运行维护人员的劳动强度，提高了工作效率。 站控层网络结构采用以太网，间隔层结构采用以太网，网络设备包括集线器、 光缆、光电转换器等。间隔层以太网与站控层以太网通过光纤相连，工程师站与操 作员站的计算机与站控层以太网相连，所有通过测控设备和保护设备采集到的各种 信息均通过网络为各个计算机共享，连接到数据通信网络上的任一系统或设备发生 故障，不会导致通信系统瘫痪或影响其它联网系统和设备的工作。通信网络通讯速 率满足系统实时性要求，并不小于1 0 m b p s 。当数据通信网络中出现某个差错时，系 统会自动采取安全措施，如自动要求重发该数据、切除故障设备或切换至冗余的装 置。网络有故障不通时，e y ew i n 2 0 厂站监控系统的网络管理软件软件会自动检测 出来，并发报警信息，提醒运行人员注意。 站控层由全站的通用设备组成，在主厂房的电气电子间和集控室，包括主机兼 操作员站、远动主站、工程师站、通讯网络、g p s 时钟设备等组成，这些功能设备 硬件上各自独立，数据库各自独立，共享站内的所有信息，这种功能划分的独立结 构有利于系统中某处硬件、软件异常或退出运行时不致影响其他设备的正常工作， 不影响运行维护人员的正常工作，提高了系统的整体容错能力。在站控层计算机组 态完成站内监控功能，全面提供设备状态监视及控制、信息记录与分析等功能。 间隔层设备主要由测控设备和保护设备组成，在厂变电站早的网控室，为减少 电缆联系简化二次回路，提高各间隔层的独立性，减少因某一元件异常造成的影响， 要求保护独立，测控装置按面向设备，采用单元化设计，间隔层设备通过站内通讯 华北电力大学工程硕士学位论文 网络互联，而站控层则通过通讯网络同各现地层装置进行数据交换。 在单元设备的接口设计中，除了以太网通信接口外，还提供了与现有通信方式 ( r s 一2 3 2 、r s 4 8 5 ) 的兼容性设计，使得这套系统更灵活，选择性更多。 在强调以太网通信网络及基于以太网媒介的1 0 3 通信规约的同时，通过p s x 6 4 9 规约转换服务器是使各种规约转换及通信服务设备可方便的与不同通信接口、不同 通信规约的其它保护或智能设备进行互连。 整个的计算机监控系统完成对整个发电厂网络部分电气设备的监测、控制及远 动信息传送等各种功能。 2 3 厂站监控系统结构设计 临河发电厂2 2 0 k v 变电站厂站监控系统采用国电南京自动化股份有限公司开发 的p s 6 0 0 0 变电站自动自动化系统e y ew i n2 0 厂站监控系统，用于2 2 0 k v 升压站电气 部分的监测和控制。e y ew i n2 o 厂站监控系统可对变电站的遥测量、遥脉量、遥 信量进行图形化监视及处理，并可对系统中各可控电气设备进行遥控、遥调操作， 完成对电力系统全面的监视和控制要求。实现的功能有数据的采集处理、就地主 站远方的三级控制、报警处理、防误闭锁、设备信息管理、双机双网切换、系统 自诊断自恢复及图形显示和打印等。 2 3 1 厂站监控系统的构建 ， 临河电厂2 2 0 k v 变电站厂站监控系统结构如下图所示： 华北电力大学t 程硕士学位论文 厂变电站从控制层次和对象上可以可分站控层和间隔层二级系统结构，变电站 综合自动化系统的通信网络也采用二级分层分布式网络。变电站层通讯网由于信息 流量大、开放性要求高故采用以太网。通讯媒介采用光纤或电缆双绞线、同轴电缆， 通信网的通讯采用t c p i p 通信协议。 间隔层通讯网由于信息流量较小、通信速率要求不高、投资费用要求低，故 采用4 8 5 网络，通讯媒介采用光纤或屏蔽电缆，通信网的通讯媒介占用控制方式为 主从问答方式，通信规约采用1 0 3 通信规约。 2 3 1 1 间隔层的构成及功能 间隔层由各种保护装置和智能设备构成，他们都具有4 8 5 接口。主变保护屏、 线路保护屏、母差保护屏等保护装置通过屏蔽双绞线接入智能通讯装置。他们主要 完成各种模拟量的采集，比如电压、电流、有功电度、无功电度等；遥信量的采集， 比如断路器位置、地刀位置、变压器温度等和完成各种保护控制功能。 2 3 1 2 站控层的构成及功能 变电站层由一台工程师站和一台后台监控机构成了双机热备的后台结构，通过 网络交换机与以太网相连。后台监控机负责与通讯管理机的数据交换，并对数据进 行处理和分析，并根据需要存储历史数据接收工作站的指令，根据工作站的要求传 送实时数据和历史数据。同时还提供系统的网络管理功能。 工程师站完成综合自动化系统所要求的人机界面功能。提供遥测、遥信、遥脉 数据、接线图、曲线的显示；实现遥控、遥调、召唤查看修改保护定值及保护压板 投退，并对执行结果进行监视；事故时声光报警；查询历史数据，查看、打印报表； 查询、分析故障数据等功能。 通讯管理机在这里起到了承上启下的作用，它选用专业的嵌入式硬件设备，具 备多种通讯规约的并发采集与转发功能，可以从通讯规约级实现串口( 包括 r s 2 3 2 4 8 5 4 2 2 ) 、以太网等通讯网络的相互转换，与其它设备进行实时的数据交换， 同时完成各个网络上所有测量、控制、保护、信号等数据汇总工作。e c o m m 嵌入式 通讯管理机与调度系统按相关通讯规约连接，实现调度的四遥功能。e c o m m 嵌入式 通讯管理机具有技术先进、安全可靠、功能完善、规约丰富、扩展性强、性能价格 比高等特点。 2 4 系统特点 ( 1 ) 提供了功能强大的图形界面以及网络管理工具，同时具有很好的稳定性。 ( 2 ) 采用结构化、模块化设计，大大提高了系统的可靠性、稳定性、灵活性和 可扩充性。 ( 3 ) 用不同的功能模块完成综合自动化系统的各种功能，各个模块互相独立， 有机组合各个功能模块，可方便地实现用户的个性需求。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 全以太网无瓶颈的快速响应系统。p s 6 0 0 0 从间隔层的单元设备即采用以太 网通信方式，加之单元内部采用了高效率的平衡式通信方式，使其在信息 的采集、传输、响应等各个环节都较以往有了质的飞跃。 ( 5 ) 数据库采用大中型关系数据库( m i c r o s o f ts q ls e r v e r ) 与嵌入实时库相结 合的技术，既保证了系统的实时性，又满足了系统开放的原则。能够可靠、 方便地管理参数数据和历史数据，扩展性强。 2 5 系统功能 数据采集子系统功能 按电气间隔分布配置或集中配置综合测控终端，完成开关量、模拟量、脉冲量 等信息的采集及处理，并将处理后的信息上传。 数据采集负责解释报文，进行预处理，将各设备上传数据汇总后发向主站端数 据处理进程，同时也负责将主站端的操作和控制命令转化成命令报文下发至设备， 返回执行结果等。 ( 1 ) 所支持的规约。系统支持c d t 、i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 、i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 、 i e c6 0 8 7 0 5 1 0 4 、四方保护、南瑞保护等规约；支持对不同厂家设备的通 信驱动方式和规约解释模块进行二次开发，并作为基本系统的嵌入模块运 行。还可以根据一定的开发规范，自行开发或修改有关的规约模块。 ( 2 ) 数据采集。采集各间隔r t u 遥测、遥信、脉冲量、数字量、微机保护信 息、各种记录等。 模拟量。有功功率、无功功率、电流、电压、主变压器油温、频率、压力 缝 百fo 数字量。频率、脉冲量等。 状态量。断路器、隔离开关位置信号、事故跳闸总信号、预告信号、变压 器分接头位置信号、保护及自动装置动作信号、通道故障信号、s o e 等。 脉冲量。采集现场脉冲电能表的脉冲值。 保护定值。采集各个保护设备的定值、定值区号及保护连接片状态。 事故报告。采集各个保护设备的故障报告。 时间处理。用g p s 标准时钟源统一整个系统时钟。 系统能对双通道进行判断切换。 装置故障显示。系统按装置扫描周期和实时状态变化事件及时更新数据库， 对由于装置或通道故障引起的收不到更新数据的点或厂站，数据库有标志并反 映在显示画面上。 数据处理 华北电力大学工程硕士学位论文 采集来的数据写入到实时数据库中，根据数据类型的不同进行相应的分析、 处理，并将需要存储的数据存储到历史数据库或者相应的文件中。 遥控 控制各电气间隔的断路器和电动隔离开关的分合闸操作。控制操作可由站级 工作站实现，也可在各间隔层测控终端通过手动操作完成。实现对断路器、主变 压器中性点隔离开关等进行分合闸操作。 故障和事件报警 系统在以下情况时提供声光报警： ( 1 ) 遥信变位 ( 2 ) 出现故障或预告信号 ( 3 ) 遥测量越限 ( 4 ) 装置异常或装置通讯故障 当发生故障跳闸时，系统发出事故音响，同时切换到包含故障线路的主接线 图，画面上的故障设备自动闪烁，并弹出一个信息窗口，显示故障发生的时间和 具体的故障内容，包含故障时的电流、电压等信息，以帮助分析故障发生的具体 原因。发生其它事件时，系统发出报警音响，同时弹出一个信息窗口，显示事件 发生的时间和具体内容。 人工置数 可以通过操作命令，人工设置遥信点的状态和遥测量的值。在主接线图上可 用不同颜色标识出人工置数的数据。 操作权限管理 系统可以设置用户，并对用户设置相应的操作权限，包括：遥控、监护、修改 保护定值和投退、修改系统参数等。只有通过相应的权限验汪，才能够对系统进 行操作，以确保系统的运行安全。 图形工具 可以根据用户的要求绘制各种主接线图，修改电气元件图形符号。元件的图 形符号可根据用户的具体要求及习惯自行定义。元件、图形、符号均可与实时数 据或设备信息关联，显示实时状态。 历史数据分析 以不同的方式显示各类历史数据。 ( 1 ) 事件列表 以列表的方式显示变电站发生过的操作记录、历史事件、遥信变位、越限报 警等信息。事件信息以时间的顺序排列，最近发生的事件显示在列表的最顶端。 对于历史事件可以通过设置筛选条件筛选出具体的事件。所有事件信息可以打 华北电力大学t 程硕士学位论文 印。 ( 2 ) 故障列表 以列表的方式显示变电站发生过的故障记录信息。故障信息以时间的顺序排 列，最近发生的故障显示在列表的最顶端。对于历史故障可以通过设置筛选条 件筛选出具体的故障。故障信息中记录了故障发生时相关电流、电压等数据的 值，同时还记录了故障录波曲线和事故追忆数据，并提供界面供用户查看、分 析，以帮助分析故障产生的原因。所有故障信息可以打印。 ( 3 ) 历史曲线 以曲线的方式显示各个遥测量在过去某段时间内的波动情况，曲线可以打 印。 ( 4 ) 报表 以报表的方式显示用户关心的遥测量、遥信量、遥脉量的历史信息。报表样 式可以根据用户的要求设计。可以对各条线路按同、周、月、季、年或者特殊 时间段进行统计，可以做同报表、周报表、月报表、季度报表、年报表、同志 报表和特殊要求的报表。同时可以对报表进行定时打印、定时保存、召唤打印、 召唤保存，并对生成的报表文件进行管理。 事故追忆 有事故发生时，系统记录事故发生前后一段时间内相关遥测量的变化情况，可 在事故后对事故进行追忆。事故追忆以曲线的方式显示，可查询、打印事故追忆记 录。 时间同步 系统具有与g p s 时钟对时的功能。 系统性能指标 l 系统可用率： 不小于9 9 9 2 站控层平均故障间隔时间( m t b f ) ：不小于2 0 0 0 0 小时 3 间隔层平均故障间隔时间( m t b f ) ：不小于3 0 0 0 0 小时 4 输入及输出信号响应时间：不大于2 秒 5 事件顺序记录分辨率( s o e ) ：不大于2 毫秒 6 模拟量数据更新周期：不大于2 秒 7 数字量数据更新周期：不大于1 秒 8 动态画面响应时间：不大于2 秒 9 遥控、遥调正确率：不小于9 9 9 9 1 0 遥控、遥调命令传送时间：不大于4 秒 1 1 遥测信息传送时间：不大于3 秒 华北电力大学工程硕士学位论文 1 2 遥信变位传送时间： 1 3 远动信息的海明距离： 1 4 模数转换分辨率： 1 5 模拟量测量综合误差： 1 6 电网频率测量误差： 1 7 整个系统对时精度： 18 各c p u 的平均负荷率： 正常时( 任意3 0 m i n 内) ： 电力系统事故时( 1 0 s 内) ： 不大于2 秒 不小于4 不小于1 2 位 不大于o 5 不大于0 0 1 h z 不大于l m s 低于3 0 低于5 0 网络正常时( 任意3 0 m i n 内) ：低于2 0 网络事故时( 1 0 s 内) ：低于4 0 2 6 系统运行要求的环境 2 6 1 硬件环境 系统硬件选用成熟的，先进可靠的和以微处理器为基础的工业产品设备，系统 内所有的模件是固态电路、标准化、模件化和插入式结构，并带有l e d 自诊断显示。 系统硬件具有较好的可维护性，所有系统模件都能在线插拔。系统硬件具有扩充能 力，支持系统结构的扩展和功能的升级，系统硬件接口采用国际标准或工业标准， 支持与其它计算机网络及不同计算机厂设备的互联。考虑到超高压配电装置运行 时，对计算机监控系统设备的影响，系统具有良好的电磁兼容特性，在任何情况下 均不发生拒动、误动、扰动，影响计算机监控系统的j 下常运行。 ( 1 ) 站控层采用双主机操作员站：d e l lp 3 2 位 主频： 2 4 g h z 内存： 2 5 6 m b 硬盘：8 0 g b 软盘： 1 4 4 m b 可读写光驱：4 0 倍速d v d 显示器：2 1 液晶彩色显示屏分辨率1 2 8 0 1 0 2 4 功能键盘+ 鼠标器 以太网接口 ( 2 ) 音响报警装置 选配创通a we 6 4 系列声卡，可安装在主控制计算机上，并配有高保真有源 音箱，由计算机驱动音响报警，音量可调，语音文件可根据现场情况录制定义。 ( 3 ) 计算机网络 综合自动化系统通过网络部件将控制设备、保护设备连成一个计算机局域网， 华北电力大学工程硕士学位论文 它具有高速传输能力和极高的可靠性，包括网络通信的连接装置。通信媒介采用 光缆。 2 6 2 软件环境 本工程的软件环境包括系统软件、支持软件和用软件。所配置的软件系统为模 块化结构，以方便修改和维护。所有软件为经现场考验的成熟软件，并符合国标和 国际公认的标准。软件系统的功能可靠性、兼容性及界面友好性等指标满足系统本 期及远景规划要求。软件当支持用户开发新功能，开发后的软件能在线装入系统。 软件能支持系统的扩充，当一次系统改变或计算机监控系统扩充时，不必修改程序 和重新组装软件。所有的算法和系统整定参数驻存在各处理器模件的非易失性存储 器内，执行时不需要重新装载。 1 系统软件 系统软件具有成熟的实时多任务操作系统和完整的自诊断程序。 操作系统具有开放性，采用高级编程语言。供方使用的操作系统为w i n d o w s 2 0 0 0 ， 编程语言采用高级可视化编程语言，如v i s u a lc + + 等，方便易懂，易于掌握。 查找故障的系统自诊断功能能诊断至模件级故障。报警功能使运行人员能方便 的辨别和解决各种问题。自诊断的内容包括：上位机系统设备、测控单元、i o 采 集摸件等的故障；外部设备的故障；电源的故障；系统时钟同步的故障；网络通信 及接口设备的故障；软件运行异常和故障。 2 支撑软件 支撑软件包括数据库管理系统、中文处理系统和网络软件系统。数据库满足如 下功能： 数据库的结构适分散分布控制方式的要求。 允许不同程序对数据库内的同一数据集进行并发访问，保证在并发方式下数据 库的完整性和一致性。 具有良好的可扩性和适当性，满足数据规模的不断扩充及应用程序的修改。 便于用户在线生成、修改和维护，对任一数据库中的数据进行修改时，数据库 管理系统对所有工作站上的相关数据同时进行修改，保证数据的一致性。 计算机系统故障消失后，数据库能恢复到故障前的状态。 可以用同一数据库定义，生成多种数据集，如培训用、研究用、计算用等。 数据包括实时数据库和历史数据库，数据库满足下列要求： a 实时性：能对数据库快速访问，在并发操作下也能满足实时要求； b 可维护性：提供数据库维护工具，用户能在线监视和修改数据库内的各种数 据； c 可恢复性：数据库的内容在计算机监控系统的事故消失后，能快速恢复到事 华北电力大学工程硕士学位论文 故前的状态； d 同时操作：允许不同程序( 任务) 对数据库内的同一数据进行同时访问，要 保证在同时方式下数据库的完整性； e 一致性：在任一工作站上对数据库中的数据进行修改时，数据库系统能自动 对所有工作站中的相关数据同时进行修改，以保证数据的一致性； f 分布性：现场智能监控单元具有独立执行本地控制所需的全部数据，能进行 就地操作控制； g 方便性：数据库系统能提供交互式和批处理的两种数据库生成工具，以及数 据库的转储与装入功能； h 安全性：对数据库的修改，设置操作权限； i 开放性：数据库可进行二次开发。 3 应用软件 应用软件满足系统功能要求，具有良好的实时响应速度和可扩充性，并面向用 户，便于操作使用。配置各种必要的工具软件。远动工作站配置远传数据库和各级 调度网络通信规约库。 4 通信接口软件 监控系统配置足够数量的通信接口驱动软件以满足工程实用要求，主要软件列 举如下，但不限于此： 与各级调度中心的通信接口驱动软件； 与电力通信数据网系统的通信接口驱动软件； 与数字式继电保护装置的通信接口驱动软件； 与安全自动装置的通信接口驱动软件； 与电能计量系统的通信接口驱动软件； 与厂级实时监控系统的通信接口驱动软件； 与机组d c s 系统的通信接口驱动软件； 与微机五防系统的通信接口驱动软件； 与其他智能装置( 如火灾报警及消防系统等) 的通信接口驱动软件； 电力网络计算机监控系统与上述各系统的通信规约执行国标、部标及i e c 标准。 完成各种通信协议的转换和开通，使监控系统能获取和传送所需数据。 m i c r o s o f tw i n d o w s 2 0 0 0 操作系统 m ic r o s o f ts q ls e r v e r7 0 数据库 m ic r o s o f te x c e 】2 0 0 0 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章厂站监控系统的测控及数据通信 3 1 厂站监控系统的测控单元 厂站监控系统包括两部分：站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、分布式 结构。站控层为全升压站设备监视、测量、控制、管理的中心，位于主厂房电子间 内，通过光缆与间隔层相连。间隔层按照不同的电气间隔单元配置测控单元及测控 柜，布置在电力网络继电器室中，在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立 完成间隔层设备的就地监控功能及断路器与隔离刀的闭锁功能。 站控层主要设备包括主机操作员工作站1 、主机操作员工作站2 、工程师站、 微机五防工作站、站控层通讯柜、打印服务器及打印机、g p s 对时装置及网络设备、 远动采集柜等。 间隔层主要设备包括测控单元、间隔层通讯柜、g p s 对时装置及网络设备等。 实现以上数据采集控制及通信的核心设备包括p s x 6 0 9 通信服务器、p s r 6 5 9 数 字式综合测控装置及p s x 6 4 9 网络规约转换器，下面做一简单介绍。 3 1 1p s r 6 5 9 测控装置构成及功能 p s r6 5 9 系列模件关系不露c 图 p s r6 5 9 系列数字式综合测控装置是面向单元设备的分散式测控装置。它以摩 托罗拉m c u 为核心处理器。每单元装置内部由可靠快速c a n 总线连接的多c p u 模块 组成。装置各子模块按功能分配，分别有智能数字量采集模块( 以下简称d i ) 、智 能交流采集模块( 含4 t v 4 t a 的以下简称a c ；含8 t a 的以下简称a c - i ；含8 t v 的以 下简称a c u ；含3 t v 3 t a 的以下简称a c - 1 ；含6 t v 6 t a 的以下简称a c - 2 ( t v 为 5 7 7 1 0 0 v ) 或a c 4 2 ( t v 为2 2 0 3 8 0 v ) ；含3 t v 9 t a 的以下简称a c 一3 ；含1 2 t v 的 以下简称a c 一4 u ) 、智能直流采集模块( 以下简称d c ) 、智能温度直流采集模块( 以 华北电力大学工程硕士学位论文 下简称t d c ) 、智能控制模块( 以下简称o u t ) 、智能磁保持出口模块( 以 下简称l o u t ) 、智能数字输入输出模块( 以下简称d i o ) ；非智能交流输入模件( 以 下简称n a c ) 、非智能出口模件( 以下简称n o u t ) 、电压并列模件( 以下简称v p ) 、 网络接口模件( 以下简称c o m m ) 以及其它可选配模件，装置主模块( 以下简称c p u ) 则负责管理收集各子模块信息和配置，特定功能如同期、远方就地等由主模块进 行检测判别。d i 模块功能包括可