第12章自动化-5.ppt

第12章继电保护和安全自动装置及调度自动化 不含变压器保护 发电机保护及发电机励磁系统自动装置 12 5远动 电量计费的功能及配置12 5 1远动功能电力系统的远动系统 在20世纪的后期已被电力系统的调度自动化系统所取代 在我国电力部门的国 网 省 地 县五级电网中被称为能量管理系统 EMS 而在城市与农村的配电网中则被称为配电自动化管理系统 DMS 不论是已往的远动系统 还是现代的调度自动化系统 他们都必须得到配置在厂所端远方终端 RTU 的支持方能完成相应的各项功能 所以尽管RTU比之调度主站系统简单得多 但却是系统中极为重要的一环 由于现代的调度自动化系统 电能量计费系统等所代表的新型远动系统 已在12 4及本节中对他们的功能和配置做了介绍 所以在这里针对远动终端RTU的功能与配置予以说明 远动终端装置简称为RTU RemoteTerminalUnit 亦称远方终端 是调度自动化系统的基础设备 它配置于各发电厂和变电所内 以及配电网内的相应设施上 负责各种信息的 上传下达 工作 是电力系统信息采集的重要设施 通常所说的RTU都是指以现代微机为核心的远动装置 微机可靠性高 性价比较高 其功能由软件来确定 因此非常灵活 用新型的32 64倍高档微机开发的智能型RTU 其功能更强 用途更广 有些装置不但具有RTU功能 而且具有主站功能 可以在厂所自动化及数据转发等方面发挥作用 当前我国电网不但引进了先进的RTU 国内也有多家公司开发生产了多种新型RTU 可以满足调度自动化的要求 12 5 1 1远动终端的主要功能远动终端可分为与SCADA EMS配套的常用RTU 与DMS配套的配电FTU DTU TTU 与AMRA配套的电能量ERTU等 1 遥信 YX 功能 遥信是将发电厂 变电所中各断路器 隔离开关 主要微机保护与自动装置等的状态和厂所事故跳闸总信号等信息采集传送给调度中心 这些信息只有两种状态 例如断路器的 开 和 关 所以又称 开关量 由于开关位置的变化是按需要或随机的 仅在位置变化时才传送 称为变位传送 因而有利于减少遥信传送的信息量 2 遥测 YC 功能 遥测是将发电厂 变电所的某些运行参数来集传送到调度中心 如发电机 线路的有功功率和无功功率以及母线电压等 这些连续变化的电气参数称为模拟量 可将模拟信号转变为数字信号后再传送给调度中心 为了减少传送的信息量 可以对各参数规定一个 门槛 值 只有变化量超过了这个 门槛 值时才传送 这个 门槛 值也称为 死区 有的RTU不采用这种办法 而是采用循环传送所有遥测值的方法 为了防止扫描周期太长 漏掉重要参数的变化信息 有的RTU采用多重扫描周期的方式 其中重要的遥测量具有短的扫描周期 3 遥控 YK 功能 遥控的目的是指调度中心直接控制远方厂所中的电气设备 例如遥控跳开某台断路器 遥控启动某台水轮发电机 或者为了电压调节的需要遥控有载调压变压器分接头等 遥控的输出信号也是一种开关量 只有两种状态 由于遥控的后果对电力系统来说是非常重要的 所以一般的摇控命令要有 返送校核 等保障可靠性的措施 4 遥调 YT 功能 遥调就是由调度中心对发电厂 变电所电气设备实行远方调节 遥调和遥控不同 它所输出的信号不是只有两种状态的开关量 而是一个取值范围较宽的数字 例如 由调度中心远方设置发电机有功功率自动调节装置 自动调频装置 和无功电压自动调节装置 自动调压装置 的设定值 5 事件顺序记录功能 RTU可以自动记录各断路器 保护与自动装置继电器接点状态变化的先后顺序和时间 并传送到调度中心 按时间顺序记录打印出来 记录的时间精度为毫秒级 站内分辨率可达1 2ms 系统分辨率可达10 2Oms 站间 6 事故追忆 为了准确地分析事故 不仅需要有事件顺序记录 而且需要知道故障发生前后一段时间的遥测值 它可以定时将所需遥测量记人RTU的缓存中 存满一定的次数后 即用新采集的一组数据 顶出 最早的一组数据 使缓存中总是保留着最新一小段时间的记录值 一旦发生事故 即可把事故发生以后的数据连同事故发生以前的这些数据传送给调度中心并打印记录 但这种方法要求RTU具有较大的缓存容量 多数采用在主站侧利用外存储器将这些遥测量存储起来 但是 这种方式所记录的时间只能是主站侧收到数据的时间 而不是故障发生瞬间的数据 7 远动通道的监视和自动切换功能 当主通道失效或其运行指标降低到不容许程度时 微机RTU能够立即发现 并自动切换到备用通道上继续传送数据 8 自检 自调 自恢复到远方诊断功能 为了及时发现RTU的故障 通常在微机RTU中装有自检程序 每隔1 2s自动检查一次 发现有故障时进行自检 自调 自恢复并即时发出告警 并可由调度中心的主站进行远方诊断 通过诊断能够知道是哪一块插件出了问题 可及时处理 此外还为RTU配有UPS电源 用以保障RTU不间断的工作 远动终端是指主站监控的子站 按规约完成远动数据采集 处理 发送 接收以及输出 执行等功能的设备 远动终端设备一般由远动终端主机及调制解调器 远动执行屏 当地功能部件等组成 12 5 1 2常用RTU的功能 1 有变送器采集电气量的远方终端 工频交流电量需通过各种电量变送器输入远方终端 1 基本功能 采集并向远方发送状态量 遥信变位优先传送 采集并向远方发送数字量 采集并向远方发送脉冲量 采集并向远方发送模拟量 问答式传输方式下 被测量超越定值传送 设备自调 程序自恢复 设备自诊断 故障诊断到插件级 以及通道监视功能 2 选配功能 数据总加及显示 当地选测 当地功能 CRT或LCD PDP显示及打印制表 单端运行 数据转换输出 接收并执行遥控命令及返校 信息编辑转发 当地越限报警 与两个主站通信 事件顺序记录 接收并执行遥调命令 接收并执行校时命令 接收并执行复归命令 以及主 备通道自动切换功能 2 无变送器交流采样远方终端 交流采样远动终端是指具有工频交流电量直接输入 经过离散采样后 通过计算得到电压U 电流I 有功功率P 无功功率Q 功率因数cos 等数值 并具有采集和发送状态量 事件顺序记录 电能量和控制等功能的综合型远动终端 1 基本功能 采集状态量并向远方发送 遥信变位优先发送 采集数字量并向远方发送 直接采集交流工频电量 实现对电压 电流 有功功率 无功功率 频率 功率因数的测量并向远方发送 采集脉冲量并向远方发送 采集直流输人模拟量并向远方发送 接收并执行遥控命令及返送校验 具有当地功能 显示器显示及打印制表等 问答式传输方式下 完成被测量超越定值传送 具有程序自恢复功能 具有设备自诊断 故障诊断到插件级 功能 具有设备自调功能 具有通道监视功能 2 选配功能 接收并执行遥调命令 接收并执行校时命令 包括卫星全球定位系统GPS功能 实现对相角和电能量等电气量的测量并向远方发送 具有与两个及以上主站通信的功能 具有采集事件顺序记录并向远方发送的功能 具有主 备通道自动切换的功能 具有接收并执行复归命令的功能 具有与微机保护通信的功能 12 5 1 3配电自动化管理系统远方终端的功能 1 远方终端的主要类型 由于配网调度所调度管理的范围除了配电变电所 或配电子站 外 其余都是配电网中的各种设备及馈线 例如许多配网的分段器 重合器 补偿电容器 调压变压器等 是按配电线路的长度或城市街道布局因素来装设的 很多都装设在电杆上或电缆隧道内 以及地面的箱式配电设备内 而不在变电所内 因此 为了采集它们的运行数据和对其监控 就必须装设相适应的远方终端或相适应的智能表计 其主要类型如下 1 馈线远方终端 FTU 装设在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处 具有遥信 遥测 遥控和故障电流检测 或利用故障指示器检测故障 等功能的远方终端 称为FTU 2 配电所远方终端 DTU 装设在配电网馈线回路的开闭所和配电所等处 具有遥信 遥测 遥控和故障电流检测 或利用故障指示器检测故障 等功能的远方终端 称为DTU 3 配电变压器远方终端 TTU 用于对配电变压器的各种运行参数的监视 测量的远方终端 称为TTU 对用于配电网中110 35 1OkV供电变电所 或兼配网子站及专供用户变 的远方终端 仍称RTU 2 配电远方终端的功能 1 馈线远方终端基本功能 FTU 采集馈线故障电流并向中压监控单元或主站传送 采集并向远方发送状态量 状态变位优先传送 采集交流电流并向远方传送 接收并执行遥控命令或当地控制命令 以及返送校核 与各种类型重合器 断路器和负荷开关配合执行操作 具有后备电源或有外接后备电源的接口 其容量应能维持远方终端正常工作不小于8h 特殊情况由厂家和用户协商确定 当主电源故障时 能自动投入 采集和监视装置本身主要部件及后备电源的状态 故障时能传送报警信息 交流电源失电后 能对开关进行不少于分 合各一次操作 具有程序自恢复功能 以及当地或远方可进行参数设置的功能 2 馈线远方终端选配功能 FTU 采集交流电压 实现对电压 有功功率 无功功率的测量并有互感器的异常报警 能够贮存定点的电流量并按照通信规约文件传输的功能 召唤后向中压监控单元或主站传送 接收并执行对时命令 具有与两个及以上主站通信的功能 采集事件顺序记录并向远方传送 具有设备自诊断或者远方诊断功能 具有通道监视的功能 具有当地显示功能 采集电能表的输出脉冲或多功能电能表数据 可具有继电保护和重合闸功能 3 中压监控单元远方终端的基本功能 DTU 收集FTU所采集的故障电流或故障信息用以完成故障识别 向FTU发送遥控命令实现故障隔离和恢复供电的功能 采集变电所内及FTU所采集的状态量 状态量变位优先向配电主站传送 实现对变电所内的电压 电流 有功功率 无功功率 功率因数 频率或谐波值的测量 采集直流量并向主站传送 接收并执行主站的遥控命令或电容器投切及返送校核命令 采集事件顺序记录并向主站传送 采集脉冲量并向主站传送 接收并执行对时命令 或与GPS对时 具有程序自恢复功能 具有设备自诊断或远方诊断功能 通道监视功能 具有后备电源 并可在主电源失电时自动投入 4 中压监控单元远方终端的选配功能 DTU 召唤贮存在FTU中的定点电流量 检测小电流接地系统单相接地故障区段 具有与两个及以上主站通信的功能 接收并执行遥调命令 接收和执行复归命令以及可与变电所内其他系统通信交换信息的功能 5 配电变压器远方终端的基本功能 TTU 采集三相交流电压 电流 通过交流采样实现电压 电流 有功 无功 功率因数的测量 测量零序电流 监视三相的不平衡状况 采集电能表的脉冲量或多功能电能表的有关数据 统计和记录停电时间及停电的起止时间 与主站通信 具有由主站校时之功能 可当地和远方进行参数设置 具有装置故障及遥测量越限报警功能 程序自恢复以及在失电后数据可保存的功能 6 配电变压器远方终端的选配功能 TTU 采集状态信息并向主站传送 统计电压合格率 自诊断及所需的当地功能 12 5 1 4远方电能量处理终端ERTU的功能远方电能量处理终端是一种新型的 专门用来与电能量自动采集与计费系统主站配套的远方终端 通常使用的远方终端 RTU 已有数十年的制造与运行经验 已经十分成熟 虽然可以用来传送电能量 但由于电能量计费系统对电能量的采集与处理 在技术上在其特定的要求 普通RTU不能满足对电能计量计费方面的多方面要求 不具备对电能累计量有关数据的处理 存贮 传送方式以及保密与权限操作等方面的功能 此外 对于每座厂所 子站端 的电能计量采集点 比之RTU采集点相对要少 但占用的存贮容量较大 在子站计量点较少的情况下 例如某一关口计量点 除可以由具有多功能的电能计量装置直接实现与主站的通信外 在大多数情况下 仍然需要使用可对多个电能量采集的远动装置 以满足与电能量自动采集计费系统配套的要求 1 基本功能 具有对电能量 电能累计量 采集 数据处理 分时存贮 长期间保存 远方传输等功能 1 采集电能量 数字或脉冲形式 向远方传送 并能对4种或以上不同费率进行标识 2 失电后能长期存贮电能量数据信息 3 具有分时段 即按尖 峰 谷 平不同时段存贮电能量数据信息的功能 4 能符合不同调度端 不同采集周期的计费数据要求 5 具有防止失电后不能工作的后备电源 6 可记录并报告开机时间 关机时间 各模块工作情况 电源故障 参数修改记录等状态信息及事件顺序记录 并可远方查询和当地查询 7 具有对时功能 能与主站或与全球定位系统GPS对时 8 具有程序自恢复功能 9 具有设备自诊断 故障诊断到插件级 和接受远方诊断的功能及声或光的故障报警 10 能适应电话通道 专线通道和数据网络等多种通信方式 对于电话通道具有软件拨号功能 11 具有密码设计和权限管理功能 防止非法操作 12 具有当地或远方参数设置功能 2 选配功能 1 当地可以人工读取数据 2 具有当地显示及打印制表功能 3 具有与两个及以上主站通信的功能 向主站传送的所有数据和信息均带有时标 4 可配备内置的调制解调器 MODEM 12 5 2远动配置在12 4中已对调度自动化及其主站系统的配置作了介绍 在这里则是说明其子站系统 即远方终端RTU系统的配置 子站的RTU系统配置涉及RTU本身和配套设施的配置 12 5 2 1RTU的配置方式在我国电力系统中 从早期使用的机电式 分立元件式到集成电路式 统称为布线逻辑式的远动装置 一直沿用到20世纪80年代中 才转制为微机型的RTU 而现代的RTU使用的是高档微系列计算机 即从最早的字长8位的微机到现在的32 64位新型微机 并已开发和生产了面向开放的分布式智能型带可编程控制制式 PLC 的RTU 从传输制式上来看可以分为循环式 CDT 和问答式 Polling 但在使用现代微机RTU的前提下 改变传送制式 传输规约 增减容量及功能并不困难 因此 立足于使用计算机技术的方式对RTU进行 配置才是合理的 由于当代微机RTU的结构也象调度自动化系统的主站一样 从集中式向分布式的方向过渡 而且后者已经日益普及 因此立足于微机型的RTU主要是两种类型 即集中式与分布式 1 集中式RTU 集中式RTU的特点是共用微机CPU 电源和使用并联总线 并联总线包括地址总线 数据总线 控制信号和电源 地线等 数据信息的输入 输出 I 0 模板包括数宇输入 模拟量输入 计数值输入 数字输出 模拟量输出 脉冲输出等 集中式RTU的配置框图见图12 5 1 P 370 集中式RTU的特点是结构简单紧凑 但是随着硬件性能价格比的提高 增加硬件的投资是有限的 但可换得性能的提高 因此 结构简单的优点已不突出 而且还存在以下不足之处 1 并联总线的长度有限 不可能分散到距离较远的现场使用 此外 系统的扩充规模也要受到一定的限制 2 个别I O模板故障不会影响系统工作 但总线接口一出问题 故障很难隔离 可能导致系统瘫痪 3 由于不能分散到距离较远的现场使用 因此 只能靠长距离的信号电缆与现场电力设备的TA TV 位置 信号触点和跳 合闸回路等相连 电缆需量很大 并增加了施工 安装和调试的工作量 图12 5 1集中式RTU配置框图P 370 2 分布式RTU 分布式RTU的主要特点是主机上的CPU与各功能模板上的微处理器各施其职 并通过计算机网络连接 采用了分散式的结构 所以RTU的主机 中央处理单元 实际上是一个数据集中器 用于数据传送和通信 中央处理单元具有几个可独立编程的串行通道接口 既可和一个或多个主站通信 也可以和厂所当地的智能电子设备 也称当地终端LTU 连接 实现当地的功能 并可以和微机保护在厂所内组合成综合自动化监控系统 分布式RTU使用的计算机网络 既可采用局域网 LAN 也可以使用广为流行的现场总线 F Bus或CAN BUS 后者提供优先级控制 实时性强 支持点对点和广播方式通信 并具有较强的错误识别和处理能力 但传输距离有限 比较适用于中央处理单元和各类I O模板相距不远的场合使用 图12 5 2分布式RTU配置框图P 371 图12 5 2中的I 0模板和集中式RTU类似 包括数字输入 每块32 64点 模拟量输入 每块16 32点 数字输出 每块8 16点 模拟量输出 每块16 32点 等 但与集中式不同 每块模板都带有微处理器 用以完成输入 输出信号的转换和处理 而无需中央单元参与 I 0模板的智能化设计减轻了主机负载 实现了模板级的自诊断 CPU 网络和重要I 0模板还可实现双重化 大大提高了系统的可靠性 各种I 0模板均可带电插拔 并附有相应的接线板 用以实现输入信号的隔离 滤波 以及提供输入 输出所需的接线端子等 分布式RTU既可象集中式RTU那样 将所有的I 0模板和中央单元装在同一机柜内集中使用 也可将全部或部分I 0模板安放在现场设备附近去分散使用 但分散使用时 需要解决好通道长度 电源和I 0模板现场适应性等几个问题 譬如 开发能承受现场恶劣环境条件且具有综合功能的I 0模板 以适应现场分散配置的要求 和集中式的RTU相比 分布式的RTU具有以下一些特点 1 使用串联的网络通信取代传统的并联总结结构 大大改善系统的性能 并提供了实现现场分散配置的基础 2 网络和I 0模板的优化组合 可以把各个节点安放在待监控设备的旁边 大大节省信号电缆及其相应的施工 安装 调试和维护工作量 3 引入数据集中器的概念 不仅一举解决了RTU 一仆多主 和 当地功能 的问题 而且 还为与保护组合成综合自动化监控系统或为开发卫星RTU的实现提供了数据集中器的接口 3 交流采样RTU 直接交流采样的无变送器RTU是近年发展起来的一种新型数据远方采集装置 由于这种装置具有较高的性能价格比 加上技术改进很快 用途较广 已经在电力部门 尤其在地 县级电网和配电网中得到广泛的应用 一般RTU中的模拟量输入都是通过传统的电量变送器转换为一个代表该电量的直流电流或直流电压 然后将这一直流电流 电压 送RTU的模拟量输入单元去进行采样 再经模拟 数字变换而得到相应被测量值的 无变送器RTU 则是通过反映TA TV输出量值的隔离变换器TA TV进行交流采样后 通过数字信号处理器 DSP 对输入的这些交流量进行计算得到各种所需的电气模拟量 再与RTU的其他功能相结合 即组成一种新型的无变送器RTU 可见 这种新型RTU的基础 在于数字信号处理和相应的数值计算 当前 内含计算功能的交流直接采样单元一般提供6或7个输入接口 用于采集三相电流和三相电压 6个输入时 中性电流由计算得出 数字信号处理程序每秒对每个交流量输入采样50X16 800 次 用以计算50Hz相位和高达400Hz谐波在内的均方根值 并在此基础上进一步计算其他电气值 总之 一台DPS的处理能力 相当于若干个常规变送器的总和 且易于实现多种I 0功能的综合和集成 其测量和计算值主要有 三相电流 中性点电流和三相电压 电流方向 故障电流 高达20倍额定值 千瓦 千乏 千瓦 小时 千乏 小时 每相和总加 功率因数 谐波分量 2 5次谐波 频率等 直接交流采样的模拟量输入单元 直接从现场设备的TA TV上获取信号 它天然就是面向现场的 因此 在此基础上加上其他功能即可组成无变送器的RTU 这种RTU除具有上述分布式RTU的全部特点外 还可基本免去所有的变送器装置 仅保留少量变送器接口以备特殊场合使用 并易于生成综合功能的I O单元 以适应现场分散配置的特点 其典型配置如图12 5 3所示 P 372图17 5 3中 网络部分宜采用光缆 以避免现场电磁干扰 EMI 图12 5 3交流采样分布式RTU配置框图P 372 网络既可环形配置 也可采用多回路连接 以满足大型厂所的要求 中央单元需要扩充为此所需的通信接口 I O单元的多个通信接口 可用来和各种微机保护装置相连 以组成综合自动化系统 此外 当整个系统瓦解时 还可通过这个接口直接提取储存于单元中的数据 由于I O单元具有独立的工作能力和对外通信接口 从而构成了RTU的两层结构 即中央单元的厂所级和I 0单元的间隔级 和一般的分布式RTU相比 直接交流采样的分布式的RTU具有以下几个特点 1 免去大量常规的变送器 可节省投资 2 通过直接交流采样和数字信号处理测量利计算出来的数据 较使用常规变送器灵活 可靠性和精度均较高 而且 具有将分时电能表和单元集成在一起的条件 所以还可以节省设备和电缆 3 综合功能的单元 而不是传统的单一功能的I 0模板 更适合于现场分散配置使用 4 在I 0单元的间隔一级直接实现相关设备的自动化 因此可以节省信号电缆 和工程施工工作量 交流采样分布式RTU当前在地 县级电网和配电网中使用较多 但不局限于这个范围 由于它具有较多优点 性能价格比也较高 而且还在不断发展和提高 因此也可在网 省级电网中推广使用 为取代常规变送器 有些厂还专门生产了交流采样变送装置 例如一台设备可以提供I U P Q等常用电量128 256个或更多 不过仍应以开发生产交流采样分布式RTU成套系列产品为主要方向 12 5 2 2远动信息传输规约的配置远动终端与主站间的信息传输 采用串行通信的信息格式 按照一定规则实现单向或双向传输 并形成了远动规约 远动规约是远动配置的有机组成部分 是保证调度自动化系统正确可靠工作的重要一环 1 远动信息的基本格式与编码 电力系统远动的通信方式一般采用时间划分多路信号传送的制式 各路信号按预先规定好的时间顺序排列 依次轮流地发送和接收 每一路信号占用一段时间间隔 习惯上 把这段时间间隔称为一个 点 或一个 字 假如要传输8路信号 这8路信号就占用8个 点 的时段 全部8个点的时间叫做一个 帧 一个 帧 中各个 点 的安排顺序 叫做帧信息格式 如图12 5 4所示 P 373 图中第一个时段称为零点 记为 Od Od的内容是同步信号 记为TB 第二个时段记为 1d 1d的内容是第一路遥测信号 记为1YC 下面依次为2d 3d 4d 5d 分别是第二路 第五路遥测信号 第七 八两个时段传送遥信信号 因遥信信号很重要 所以要连发两遍 记为YX1 YX2 图12 5 4帧信息格式P 373上述的一帧信息中 包含了若干点 而每一点都是一路要传输的信号 每个遥测量 遥信量都是用二进制数码表示的 这个二进制数码又由若干位组成 在一个点的时段内 各个位的安排方式就是点的信息格式 图12 5 5所示为一种点信息格式 P 373 图12 5 5点 字 信息格式P 373帧 测量信息 点 字 每个信息 位 步 信息状态 二进制数的 位 也常称为 步 例如图12 5 5中一个点即分为16步 步用 b 表示 每点中的前三步Ob 2b的值代表点号 例如O00表示该点是Od O01表示是1d 111表示是7d 3b 14b是信息码 在遥测中这12位是表示遥测量的三个BCD码 二一十进制码 而在遥信中这12位的每一位都可代表一个开关的状态 例如用 1 代表开关合闸 用 0 代表开关跳闸 15b是偶监督位 当Ob 14b中 1 的个数是奇数时 15b为 1 使Ob 15b中 1 的总个数为偶数 当Ob 14b中 1 的个数是偶数时 15b为 0 使Ob 15b中 1 的总个数仍为偶数 所以称为偶监督 如果在传输中因干扰使得Ob 15b中 1 的个数成为奇数时 接收端就判为错码而不予接收 这样就提高了抗干扰的能力 当然也可以来用奇监督位 道理是一样的 一般通称奇偶校验 这里信息传输中一种简单而又行之有效的检错方法 远动信息传输过程中常会受到各种干扰 便所传输的二元数字信号的两种码元 1 和 0 发生差错 例如某位 1 却变成了 0 或者是 0 变成了 1 这样 接收端得到的就是错误的信号 要想提高数据传输的质量 一方面应当尽量改善传输通道的电气性能 防止和减轻各种干扰 使误码率降低 另一方面 则可以采取一些措施把错误检测出来 或者由接收端予以纠正 或者让发送端重发 前者代价较高 想要完全避免干扰错误也是不可能的 所以后一种方式更为重要 这就是差错控制 实现差错控制 首先是能够检查出错误 常用的办法是在要传递的信息位之后 按着一定的规则附加上几位监督位 在接收端 检查收到的码序列是否符合预先约定的规则 从而发现有无错误 即采用抗干扰编码的方法来传送远动信息 常用的抗干扰编码的方法有 垂直奇偶校验码 水平奇偶校验码 水平垂直 奇 偶校验码 这几种编码都是为了检出错误 线性分组码及循环码则可达到检错与纠错的目的 通常使用的 n k 循环码中码字长几位信息码有几位 校验码有n k r位 为纠正1位错码的最小码距d0应大于3 循环码是线性分组码的一类 它是在严密的代数学理论基础上建立起来的 码组效率更高 其编码和译码环节比较简单 检错及纠错的能力较强 因此在远动信息传输中得到广泛的应用 在我国电网调度自动化系统中来用的 48 40 码就是由 127 119 循环码缩短而得的 48 40 循环码的最小码距d0 4 能检出3位及以下的差错 并能纠正1位差错 同步是远动信息传输中重要一环 由于各种信息是按确定的顺序一个个码元逐位发送的 接收端必须严格对应地一个个码元逐位接收 收发两端必须实现同步工作 这就要求收 发两端的时序部件频率要完全相同 且相位也要完全一致 收 发两端的时序系统采用相同的高稳定度晶体振荡器作为推动源 好象两端各有一只走时准确的时钟 为了严格维持收 发两端的节拍相同 在每次传送正常信息之前 收 发两端要先 对表 也就是由发送端发来一个 同步 信号 接收端根据这个同步信号使自己的时序部件与发端的时序部件完全同步 为了保持远动系统两端同步 在传输远动信息数据时 常采用异步及同步两种通信方式 异步式在问答式远动信息传送中普遍采用 同步式则在循环式远动信息传输中使用 2 远动信息的传输规约 远动信息的传输规约 亦称通信规约或通信协议 用以组织被传送的二进制码 完成一个完整的远动信息的通信过程 根据国际标准化组织 IS0 推荐的高级数据链路控制协议HDLC及lEC 870发布的标准规约制订的循环式及问答式远动规约 DL451 1991 D T634等己由我国正式颁发多年 应用良好 习惯上称为CDT规约及 101 规约 在此基础上又陆续颁布了 102 103 104 等规约 其适应性更强 lEC60870 5 101 1 循环式远动传输规约 CDT 循环式又称CDT方式 CyclicDigitalTransmit 这种方式在我国电力部门远动信息传输中应用较为广泛 它要求发送端与接收端始终保持严格的同步 信息按事先约定的先后次序排列并依次循环发送 由于在这种方式下 各厂站始终在不停地向调度端传送信息 因而传送周期较短 同时一个厂站还可以同时把信息发送给几个地点 例如既送地调 又可送省调等 实现一发多收 或称一仆多主 在规约中对传输信息的帧结构及信息字结构都做了规定 CDT规约的主要特征如下 a 厂站站RTS按予先约定 周期性不断地向调度端发送信息 b 信息以帧为单位 按照信息对于调度的重要程度 分为A B C D E帧种帧类别 c 每帧长度可变 上帧与下帧相联 多种帧类别的信息数据通过信道不间断地循环传送 d 信息数据按实时性和重要性的区别 规定了不同的优先级和循环更新的时间 遥信变位优先传送 重要性高的遥测量数据更新循环的时间短 其他遥测依其重要程度 更新循环时间分档加长 其中A帧 3s B帧 6s C帧 20s D1及D2帧 几至几十分钟 E帧传送事件顺序记录并以帧插入方式传送 e 根据循环信息数据量 随机信息量和插入信息数据量的不同 采用不同的传送形式 以满足调度自动化对信息实时性和可靠性的不同要求 f 主站对子站下行命令的优先级按召唤子站时钟 遥控命令 广播命令 复归命令安排 g 采用3组EB90H同步字 即3组1110lO11100l0000共48位 采用CRC循环冗余校验码 根据前4O位计算出8位校验位 其生成多项式为G X X8 X2 X 1 2 问答式远动传输规约 Polling 问答式又称Polling方式 由于它适应通道能力强 既适应于点对点的通信形式 亦可用于多点星形 多点串接 多点环形等类的通信结构 有利于节省通信道投资 Polling规约的主要特征如下 a 问答方式是由主站控制了遥测 遥信的主动权 即由主站轮流询问各子站RTU RTU在接收到主站询问后方可回答 即报送数据 RTU采集的各项信息数据先存储起来 待主站询问到本子站时才组装向主站发送 b 遥控 遥调和CDT方式一样 由主站控制 c 根据远动信息数据的分类 按扫描周期可分为8个类别 主站则根据需要向于站询问各类别的信息数据 一般对于重要的 变化快的数据 扫描周期短一些 反之就会长一些 d 为提高传输效率 对遥信采用变位传送 对遥测数据则采用越阀值即越死区传送 因此对其扫描周期 死区范围和滤波系数由主站在对子站初始化时设定 e 主站向子站发送命令主要包括初始化设置 远动数据查询 RTU投入与退出控制 遥控 遥调 诊断报文 状态确认 广播命令等 f 子站对主站的响应主要有两类 一类是对主站命令肯定或否定的确认 一类则是按主站命令回答具体的信息数据 g 地址码通常采用一个字节 下行报文中为目的站RTU地址 上行报文中为源站RTU地址 h 远动信息传送采用异步通信方式 传送报文以8位的字节为单位 附加起始位和停止位 i 远动信息码的检验码部分分三类 重要报文采用16位校验码 一般报文用8位校验码 子站对主站肯定与否定性确认性报文不带校验码 收到广播命令不需回答报文 j 用不同的代码来表示不同类型的报文 用报文中数据段的字节数来表征数据长度 12 5 2 3远动信息传输通信道的配置通信道是传输远动信息的基础手段 远动信息必须依靠各种信道方能进行实时 可靠地传输 1 远动通信网络结构形式 远动终端与主站间通信的网络结构形式为点对点结构 包括点对点 多个点对点 多点星形 多点共线 点对点拨号 2 远动通道的工作方式 分为单工 半双工和双工三类 1 单工方式是指信号只能在一个方向上传送而不能反向传送 循环式 CDT 远动系统 数据仅由厂站端发送到调度端 称为单工方式 2 半双工方式是指信号可以向两个方向传送 但是不能同时传送 当一个方向传送结束后 另一个方间传送才能开始 问答式 Polling 远动系统需要半双工方式 如采用通信电缆只需占一对芯线 3 双工方式是指可以在两个方向上同时传输信号的方式 在电缆线路上实现全双工通信需要两对芯线 图19 5 6是上述三种方式的示意图 P 376图12 5 6远动通道的三种工作方式P 376 a 单工方式 b 半双工方式 c 双工方式 3 远动信息调制与解调器的配置 表征远动信息的信号都是二进制的脉冲序列 称为基带数字信号 这种信号传送的距离较近 长距离传送因电平干扰和衰减 常常失真 为了增加传送距离 将基带数字信号进行调制传送 使干扰信号减弱 传送距离增长 调制的方法一般有以下三种 1 数字调幅又称为振幅键控ASK AmplitudeShiftKeying 它是利用正弦波的振幅变化来代表 0 或 1 频率相位不变 例如振幅为 0 代表码元 0 振幅不为 0 代表码元 1 如图12 5 7 b 所示 图12 5 7调制信号波形图P 376 2 数字调频又称为频率键控FSK FrequencyShiftKeying 它的振幅和相位不变 频率随码元的不同而变化 例如用高频率f1 f0 f表示码元 1 用低频率f2 f0 f代表码元 0 如图12 5 7 c 所示 3 数字调相又称为移相键控PSK PhaseShiftKeying 它的正弦波相位随码元的 0 1 而变化 振幅 频率保持不变 根据相位的不同 又分成二元绝对调相和二元相对调相 二元绝对调相如图12 5 7 d 所示 相位为0代表码元 0 相位为 代表码元 1 二元相对调相是用相邻两个正弦波的相位变化量表示码元 变化量为 代表码元 1 变化量为0 代表码元 0 如图12 5 7 e 所示 解调是调制的逆过程 它将经调制后送来的远动信号恢复为基带数字信号 用来完成调制和解调的设备称为调制解调器 MODE4M 在厂站端MODEM一般配置在RTU内 在主站端MODEM一般皆配置多路 或称群或池 调制解调器做为主站前置系统中用来与各RTU信息接口的通道设备 为远动信息与通信道接口配置的MODEM设备 主要采用FSK和PSK制式 调频和调相 4 可供传输远动信息的通信道 供传输远动信息的通信道种类很多 当前可供传送远动信息配置的通信道大部分列入表12 5 1中 表12 5 1可供传送远动信息通信道方式P 377通常频段 路数 近几年来通信技术发展十分迅速 若计及通过计算机网络的通信更是种类繁多 考虑到电力系统调度自动化系统的要求 包括可靠 安全 保密 经济等因素 还有以下一些方式可供传输远动信息 例如 城市公共电话网 扩频无线通信 一点多址微波系统 多模光缆 以及双绞线 因特网 企业网等 尤其在今后配电网中 发电市场及用电市场的技术支持系统中 更希望得到可靠 经济的多种通信方式支持 5 对远动数据信息传输通道的要求 1 模拟通道 传输速率 bit s 300 600 1200 2400 4800 9600 比特差错率应不大于1X10 5 接收电平 40 OdB 发送电平0 2OdB 2 数字通道 传输速率 kbit s 64 384及 Mbit s 2 32 155及更高 比特差错率 数字微波应大于1X10 6 光纤通道应不大于1X10 9 通道传输时延 250ms 12 5 2 4远动电量变送器的配置电力系统的各种类型变送器 通称电测量变送器 EMT 是电网调度自动化 厂站自动化及电工测量系统的重要组成部分 与RTU的配套则起步最早 使用的品种数量也最多 1 电子型电测量变送器 适用于测量交流电量 它具有被测电量输入 直流模拟量或数字信号输出 常用变送器种类有电流 电压 有功功率 无功功率 有功电能量 无功电能量 功率因素 相角和频率 还有组合型的有功 无功 有功功率 有功电能量 无功功率 无功电能量等品种 在配置对应了解以下内容 1 等级指数 表示准确度等级的数 变送器等级指数应从表12 5 2中选取 表12 5 2以基准值百分数表示的基本误差极限和等级指数间的关系P 378等级指数误差极限2 基本误差 当变送器在参比条件下时 输出信号的较高和较低标称值之间任一点的误差不应超过表12 5 2中给出的以基准值百分数表示的基本误差极限 3 输入值 电压 电流 频率和辅助电源的标称值应由制造厂规定 a 可由用户调整的变送器的调整范围 输入电压 标称值的80 120 输入电流 标称值的60 130 这意味着在上述给出范围内 对被测量的任一调整值 都能得到输出信号的标称值 b 直流辅助电源的标称值推荐为24 48V和11OV 4 模拟输出信号 a 输出电流4 20mA为优选值 其他可选值为 0 20mA O 1mA O 10mA 1 0 1mA 10 0 10mA b 恒流制输出电压为10 15V c 输出电压 0 1V O 1OV 1 0 1V 10 0 10V O 5V 5 0 5V 但不推荐使用电压输出的变送器 全电子型电测量变送器 主要用整流 滤波 平方律 四象限乘法 积分 整形 放大等电路组成 并使用了性价比高的集成电路和厚膜电路 使产品的各项性能指标皆能达标 其详细性能要求可参见国标GB T13850中的各项规定 2 交流采样电测量变送器 适用于测量交流电量 具有工频交流电量直接输入 经过离散采样后 通过计算得到电压U 电流I 有功功率P 无功功率Q 功率因数cos 频率f等数值 主要用来直接与交流采样远动终端配套 也可以单独做成微机型交流采样变送器装置 代替常规的电子型电测量变送器与RTU配套或在厂站自动化等系统中使用 并参见上述交流采样RTU一节的说明 以加深了解 3 变送器的配置原则 1 直接交流采样方式的配置 电子型电量变送器的价格较高 维护管理工作量较大 当被测量较多时 一般厂站需要数十套 有的厂站将会超过一百套 如果用在厂站自动化系统中 可能数量还会增加 将这些单个的变送器或变送器屏的输出接入RTU或厂站计算机系统 要敷设大量电缆 并须妥善采取防干扰措施 因此 对于地区电网 尤其是县级电网和配电网中的厂站 应尽可能采用直接交流采样的RTU或为RTU配套的交流采样变送器装置 交流采样所得到的各种电量 是通过微机实时计算所得到的 由于使用新型的高档微机 其性能价格比很高 其MTBF值一般皆 10OOOh 因此稳定性好 计算得到的电量准确度完全符合要求 更重要的是 在许多三相负荷不平衡的系统中 使用常规电子型无功功率变送器时 其测量误差经常大到不容许的程度 人为的补偿是无法解决这一问题的 交流采样实时计算所得到的结果即能保证无功测量准确度的要求 因此 在各级电网的厂站中积极推广交流采样方式是十分必要的 2 电子型电量变送器的配置 在厂站中用于RTU 厂站计算机自动化系统 以及用于当地仪表时 对同一被测量应当共用一套变送器 以减少电流及电压互感器的负载 由于各种被测量变送器的输出有多组 电流及电压 输出 因此 它们可以同时供给不同的系统应用 但不应超过变送器输出的二次负荷值 同一设备需要配置多种变送器时 应尽量选用复合型变送器 例如P Q U I等类型的产品 不论集中装设在变送器屏上 或分散装在各电气设备所在位置的变送器 应装在距离RTU或厂站自动化系统控制室较近的地方 以减小传输损耗和干扰 除因电网调度的特别需要 对个别测点的某种电量允许按冗余方式配置变送器外 其他所有测点不实现冗余 贸易结算关口计量点的电能量表计 不应采用电能量变送器 而应采用相应功能的电能量计量计费表计 对重要关口计量点应装设两套相同的表计 12 5 3电能量计费系统AMRA的功能电力系统电能量计费系统 是随着我国电力工业体制改革和为适应商业化营运的需要新开发的一类自动化系统 其全名为 电力系统电能量自动采集与计费系统 简称AMRA 或TMR 它适应发输 供 配电各级电网的需要 为电力市场提供准确 可靠 安全的电能量数据 保证电力市场供 售 购电各方电能量计费的公平 公正和公正 并为正在建立的电力市场技术支持系统提供了依据 AMRA系统的功能如下 12 5 3 1电能量数据采集按商业化要求对管理范围的各关口计量点电能量进行自动采集 并可靠地传送到主站进行综合处理 12 5 3 2电能量数据管理采用面向电网的定义方式 使用商业数据库 实现电能量数据的定义 存贮 计算 查询 修改 分析 打印 12 5 3 3电能量数据统计对采集的电能量按不同时段 区域 类别进行累计并产生统计模型及数据 12 5 3 4电能量数据分析对电能量数据进行综合分析与评价 及时采取调整供电方式 提高电网运行经济性 12 5 3 5电能量数据的安全保密可设置不同等级的操作权限 保证系统的安全 防止非法设置参数修改数据和统计模型 确保原始数据永不丢失 并具有远程诊断校核和提示报警等功能 12 5 3 6电能量数据报表系统具有全图形 全汉化的显示和打印功能的文持软件 采用多窗口技术和交互式操作手段 画面的调用方便 快捷 能生成各种统计和分析报表 具有定时 召唤和异常情况时自动打印及屏幕拷贝等功能 12 5 3 7电能量数据曲线 棒图系统可通过曲线 棒图来观察数据的变化情况 多条曲线能用不同的颜色绘制在同一窗口中 以及制作地理图 工况图 接线图 可直观反映电网结构 网损 线损等 17 5 3 8电能量数据的旁路代具有旁路代自动识别和旁路电能量自动加入被代线路电能量的功能 12 5 3 9电价与计费系统具有对不同电价进行管理和自动计费的功能 例如峰 谷 平时段 分时段超 欠奖惩电价与计费等 17 5 3 10数据交换可与上 下级电能量计费系统 与电力市场交易系统 与SCADA EMS系统 与MlS系统交换有关电能量的各类数据 曲线等功能 17 5 3 11参数设定为了保障系统人机界面友好 具有良好的可操作性 可由主站对子站电能量远方终端进行在线修改或定义费率 时段 下装参数密码等多项操作 在子站当地也可人工设置 17 5 3 12GPS对时主站系统采用标准的GPS时钟 主站内部 主站与其他系统 主站与子站 电能量远方终端或智能电表 定时进行对时 使子站保持相对时钟误差 1s 天 17 5 3 13系统互连通过路由器 网关等网络设备或专用通道 采用Web服务器方式 使用TCP IP通信协议或其他协议与各种相关系统互联 通过专用编程接口 浏览器等部件对数据库进行访问 包括与上 下级电能量计费系统 电力市场交易系统 SCADA EMS系统及MIS系统互连实现数据交换 17 5 3 14数据校验对采集终端或其他系统传送来的电能量数据进行合理性校核 对不合理数据能提示告警 12 5 3 15工业监视与异常告警具有在线诊断和监视功能 既可监视主站系统自身的运行状况 又可远程监视诊断厂所相关设备和通道的运行状况 对于异常情况及时告警并记录到数据库中 可采用声音及屏幕窗口提示等报警方式 12 5 3 16电网频率信号接入主站端系统文持电网频率信息的接人 频率信号具有与分时电能量同样的时间间隔 存储在数据库中 作为峰 谷 腰荷时电能量与频率挂勾考核的依据 12 5 3 17数据查询提供基于Web浏览器方式 用户通过网络或电话或其他接入系统的媒体 即可方便地查询电能量及其相关数据 并可通过浏览器输入计划值 浏览所有报表 图形以及查询日志信息 12 5 3 18人机界面具有完备地国际图形界面标准 全图形显示 高分辨率 多窗口技术 快速鼠标的多屏技术 合适的显示响应时间和统一的图形规范 根据上述功能 AMRA系统具有电能量数据采集 存储 处理 录入 报表管理 查询 系统管理 图形生成 自诊断和告警以及浏览器等软件功能模块 12 5 4电能量计费系统 AMRA 的配置和调度自动化系统一样 电能量自动采集与计费系统是由调度所的主站端 厂所端的电能量采集终端及通信道组成AMRA系统完成对电网中各点电能量的采集 处理和计费 AMRA还与调度所的SCADA EMS系统 MIS系统连接 用以交换信息 互通有无 12 5 4 1AMRA硬件配置 1 硬件环境 由于对电能量采集 处理 计费要求高准确度 高可靠性和高速处理 必须选用国际通用标准的优质设备 所以AMRA的主站硬件设备应选用DEC IBM HP DELL 或SUN等公司的系列服务器 工程工作站及微型计算机 由于系列标准产品的通用性 可以充分满足对硬件设备升级换代的需要 工作人员能方便地改变配置方式 建立使用这些硬件的环境 才能配置开放的分布式系统 2 硬件的系统结构 1 主网宜采用自适应1OOM 1OM高 低 速双网结构 配置网络智能交换机来连接主网的系统数据服务器及主网各工作站 计算机 节点 1OOM的高速主网为双网结构用以动态平衡双网负荷 2 系统数据服务器应采用双 多 机组成群集系统结构 使用并行处理技术将两台或多台服务器构成群集冗余结构 双机共享一个或多个磁盘阵列 在均衡负荷的同时 互为热备用 以保障系统的可靠性和数据的安全性 3 前置机及其采集电能量系统亦应采用双 多 机结构 同样具有在均衡双网负荷的同时互为热备用 终端 通信 服务器 调制解调器以及通信信道可以是主备方式或单一方式 4 可通过网桥或路由器和其他计算机系统连接 例如EMS系统 Ml