发电厂远动与调度通信系统PPT课件.ppt

1 第十五章发电厂远动与调度通信系统 2 发电厂运行与系统调度中心的关系电网运行实行统一调度 分级管理 调度机构分为五级 即国家级 跨省级 省级 省辖市级和县级 目前我国已建立了较完备的五级调度体系 分别是国家电力调度通信中心 简称国调 东北 华北 华东 华中 西北 南方共六个电力调度通信中心 简称网调 各省电力公司电力调度通信中心 简称省调 还有数百个地调和数千个县调 3 一 电力系统调度管理1 电网调度的任务 保障电网安全 稳定 经济运行 对用户安全 优质 可靠供电 保证电能质量 频率 电压 波形合格 此外 按照公平 公正的原则 合理安排发电 实现发电资源的优化利用 提高电力能源的利用效益 4 调度管理体制 当前有统一调度和联合调度两种 1 统一调度 对电力系统的负荷平衡 发电厂出力 设备检修安排 电能质量和安全经济运行等 实行全面统一的调度和管理 2 联合调度 就是对实现互联的电力系统 按相互间达成的协议进行调度 5 2 调度管理的主要内容调度管理的主要内容包括 编制电力系统运行计划 电力系统运行分析 电力系统运行控制 继电保护 通信和调度自动化等设备的运行管理 编制有关规程制度和人员培训等 6 调度自动化的作用 1 对电网运行状态实现实时监控 电网正常运行时 通过调度自动化系统实时监视和控制电网的频率 枢纽点电压 联络线潮流 用电负荷与机组出力 主设备的位置状态及机组水 热能等方面的工况指标 使之符合规定 保证电能质量和用户用电 2 按照上网合同 对发电厂的出力及电量进行实时控制 实现安全 经济调度 3 对电网运行中 实现安全分析 操作管理 事故处理和所管辖设备的停复役等有关信息的快速实时传递 7 调度自动化系统主要由以下三部分组成 1 发电厂 变电所端数据采集与控制子系统 按习惯说法就是远动系统 该子系统包括 远方终端RTU 测量用变送器 模拟量和状态量 脉冲量的传送回路以及控制与调节执行元件 2 通信子系统 通信子系统包括载波 微波 无线电台 有线电话 高频电缆 光纤 卫星通信 程控交换机等提供的数据信道 信道质量直接影响调度自动化系统的可信性和可靠性 3 调度端数据收集与处理和统计分析与控制子系统 8 随着计算机技术的发展 大电网中普遍实现了数据采集与监控 SCADA 自动发电控制 AGC 和经济调度控制 EDC 还有少量的电网实现了安全分析 SA 大大提高了电网调度自动化水平 调度自动化系统构成示意图如图15 1所示 9 电力系统统远动通信一 传输信道由调制解调器 通信机和传输媒介组成的 通信机和传输媒介一起统称传输信道 简称信道 电力系统常用的模拟制传输信道有 电力线载波通道 微波通道 特高频通道和通信电缆等 在有些系统中 在枢纽变电所与调度所之间也使用电缆载波通信 近年来 数字通信有了较大发展 大容量的数字微波通信和数字光纤通信已在电力系统通信中应用 远动信道的结构是多样化的 可能是单一的模拟信道或数字信道 也可能是由数字和模拟混合 10 1 电力载波通信将300 3400Hz的话音信号 音频 以及远动 继电保护信号进行调制 把它寄载在高频波的某个参量上 如幅度 频率 相位 变成频率为40kHz以上的高频信号 并借助于电力线或架空地线传送 这种通信方式就称为电力载波通信 其通道由电力载波机 输电线路和耦合装置组成 如图15 2所示 11 2 微波通信微波一般指频率为300MHz一300GHz 波长为lm lmm 范围的无线电波 传输速度约等于光速 微波在自由空间像光波一样沿直线传播 在地球表面传播距离一般不超过50km 且中途不得有高山或建筑物挡住 因此 在地球表面上进行远距离通信时 需要采用 中继 方式 一方面保证微波沿地球椭圆球体传播 另一方面收发放大 补充电波传播过程中的能量损耗 由于微波通信传输容量大 可同时传输300 960个话路 有传输质量高 抗干扰 保密性强等特点 现已成为电力系统通信网中主要传输手段之一 目前我国已基本上形成一个全国性的电力系统微波通信网 微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种 12 3 卫星通信利用距地面高度为36000km的同步人造地球卫星作为微波通信接力站 一上一下可跨越通信距离上万公里 这种通信方式叫卫星通信 目前大型发电厂采用GPS 全球定位系统 实时校正时钟 4 光纤通信光实质上也是电磁波 只不过它的频率很高而已 3X1014Hz以上 借助于光导纤维进行通信 现在的光通信频率在近红外区 在电力系统通信中在架空地线上架设光纤也开始得到应用 5 音频电缆音频电缆是联系调度所与载波终端站的中间环节 也是调度所与近距离发电厂 变电所之间的主要通信方式 13 二 远动数据传输方式目前电力系统远动通信主要有循环式 CDT 和问答式 Polling 两种通信制式 1 循环式循环式是由发送端循环不断地将信息发往接收端 即数据与信息位必须一位接一位 没有间隔 间断 不能重叠 在采集一定数据的情况下传送速度较快 一台下位机要占用一条通道 在实现遥控 遥调等下行信号时 需占用两条通道 其优点易于实现一发多收 14 2 问答式问答式是由主站端依次查询每台子站有无信息发送 如无 即查询下一台子站 如有 则待该子站信息送完 主站再查询下一台子站 问答式的主要优点是节省通道 且连入通道的方式灵活 包括几台子站可共用一个通道 容易实现各子站间的时间同步 目前 多数发达国家采用问答式 日 俄两国主要采用循环式RTU 我国目前是两者并存但按逐步过渡到以问答式RTU为主的方向上积极开展工作 15 三 远动通道连接方式远动通道连接方式可归纳为五种形式 如图15 3所示 对于循环式远动 只能用1对1和l对n两种点对点的通道方式 分别如图15 3 a b 所示 如果有下行信号时 如AGC遥控遥调信号 则须占用两个通道 而且都没有备用通道 16 对于问答式RTU 几台RTU可共用一条通道 同一通道上可以传送上行 下行信号 自动切换到备用通道也易于实现 在图15 3 c 中 几台RTU共用同一通道 也没有备用通道 在图15 3 d 中 具有主备通道 在主通道故障时 可用软件控制 的开关将其切换至备用通道 在图15 3 e 中 具有环形通道 如正常运行时 三台RTU通过甲通道接至主站 当甲通道故障时 RTUl利用软件切断甲通道 RTU2则投入乙通道 使三台RTU与主站的通信得以保持 17 四 远动通道工作模式远动通道的工作模式有单工 用于循环式CDT 半双工 用于问答式POLLING 和全双工三种 具体采用何种模式 由远动系统的功能 规约和可能提供的信道形式决定 单工工作模式是指信号只能在一个方向上传送 不能反向传送 传统的遥测遥信CDT 循环制 远动系统 远动数据由厂所端发送到调度所 是单向工作模式 只要求传输信道在一个方向上工作 半双工工作模式是指通道可以在二个方向上传送数据 但又不能同时传送的模式 当一个方向在传送数据时 另一个方向不传送 当一个方向的传送结束后 另一个方向才开始传送 18 POLLING 问答式 远动系统要求远动通道提供半双工工作模式 半双工工作模式要求信道具有双向道路 在电缆线路上的半双工工作模式 也只要一对电缆芯线 1 N特高频远动通道和串联式一点至多点远动通道常构成半双工工作模式 全双工工作模式是指在两个相反的方向上 能够同时传输数据信号 有遥控和遥调功能的系统 可以为半双工工作模式 也可以为全双工工作模式 在电缆线路上实现全双工通信需要提供两对芯线 19 远动装置远动装置在电力系统调度自动化中担负的任务是 实现各层或各级调度的实时数据收集 形成多层次的实时数据网 对构成实时数据网的终端设备 除要求完成传统的遥测 遥信 遥控 遥调基本功能之外 还要求远方终端能同时向两个 或两个以上 调度所发送两种不同规约及不同内容的数据 要求对重要厂 所 实现事件顺序记录 事故追忆记录及动态数据记录 此外 终端设备应能与计算机接口 并能与数字量设备接口 如水位计 频率计等 20 微机远动终端装置构成示意图微型计算机的基本组成部分 即中央处理单元 CPU 随机存贮器 RAM 只读存贮器 ROM 输入 输出接口 I O 同时含遥信输入 D1 模拟量输入 A1 脉冲量输入 P1 以及遥控 遥调输入单元和数字量输出单元 传输信息用调制解调器MODEM 这一系统称作微机型RTU 21 一 SCADA系统概述SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition 系统 即数据采集与监视控制系统 在电力系统又称远动系统 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制的调度自动化系统 它可以对现场的运行设备进行监视和控制 以实现数据采集 设备控制 测量 参数调节以及各类信号报警等各项功能 22 1 SCADA系统发展历程第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统 第二代是20世纪80年代基于通用计算机的SCADA系统 在这一阶段 SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析 自动发电控制 AGC 以及网络分析结合到一起构成了EMS系统 能量管理系统 20世纪90年代按照开放的原则 基于分布式计算机网络以及关系数据库技术能够实现大范围联网的EMS SCADA系统称为第三代 这一阶段是我国SCADA EMS系统发展最快的阶段 各种最新的计算机技术都汇集进SCADA EMS系统中 23 第四代SCADA EMS系统的基础条件已经或即将具备 该系统的主要特征是采用Internet技术 面向对象技术 神经网络技术以及JAVA技术等技术 继续扩大SCADA EMS系统与其他系统的集成 综合安全经济运行以及商业化运营的需要 24 二 RTU主要功能与要求RTU是RemoteTerminalUnit 远程测控终端 的缩写 可以放置在测量点附近的现场 是在发电厂 变电所 实现SCADA系统功能的基本组成单元 测控分散 管理集中 的RTU 因为在提高信号传输可靠性 减轻主机负担 减少信号电缆用量 节省安装费用等方面的突出优点 得到了广泛应用 RTU应该至少具备 数据采集 处理和传输 网络通信 的功能 当然 许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能 流量累计功能等 其中包括 25 1 开关量输入单元 对现场各种开关信号的采集 现场信号可以是继电器触点开关 无源 也可以是电压信号 还可以是电流信号 由于采用光隔离器件 可以抵抗现场各种干扰 能够在强电场 强磁场 多尘埃 潮湿环境下正常工作 2 开关量输出单元 用于遥控远端设备的开停 声光 告警等 3 模拟量输入单元 采用模拟开关及光电隔离技术 将现场各种模拟信号采集进来 既可以是4 20mA 0 10mA标准模拟信号 也可以是非标准模拟信号 如交流220V等 A D板采用智能A D变换和利用软件技术 可抗工频50Hz干扰 射频干扰等 模拟量路隔离 可以用于不同的地电位设备同时采集 26 4 模拟量输出单元 用于PID调节方式下的各种自控系统 5 脉冲量输入单元 采集脉冲信号的频率 带光隔 采集信号的频率范围为0一20MHz 6 数字量输入单元 接收各种串行数据信号 可以是RS485接口 RS232 RS422接口或V11 V28等各种波特率下的异步串行数据 也可以采集64K同步数据 微机RTU的功能 除包括以往常规远动装置的功能外 如遥测 遥信 遥控 遥调基本功能 由于微机RTU的优越性 通常还具有以下功能 27 1 遥信的变位传送由于发电厂中有大量遥信信息 如断路器位置 隔离开关辅助触点位置 继电器触点位置等 因而采用仅当状态变化时才发送遥信的方式 这样可有效地减轻通道负载 2 遥测的变化率监视当发电厂处于稳定运行状态时 绝大部分的遥测值不变或只是缓慢地变化 显然 既然遥测值不变 也就不必要传送到通道上去 通常 仅当两次扫描之间遥测值变化超过一定值时 才采用送遥测的方法 这种方法称为变化率监视 采用这种方法可以降低通道负载 用0 25 的变化率可以滤掉90 的通道负载 而0 25 的变化率已在测量误差的范围以内 28 这种方式的缺点是 在正常运行状态下 虽然可以有效地减轻通道负载 但当电力系统发生扰动时 即最需要高速传送信息时 通道的负载却最重 因此国外有些公司不采用变化率监视的方法 而是采用循环传送所有遥测值的方法 为了防止扫描周期过长 可以采用多重扫描周期 即将遥测值按其重要性分为2 5 10s等几种周期来传递 3 顺序事件记录RTU可以自动记录状态变化的时间并送到主机 在主机上按时间顺序显示并记录 这种功能对于分析事故非常有用 时间的精度可达毫秒级 现代化RTU的顺序事件记录的时间精度在一个厂内可以达到1 2ms 全电力系统分辨率可达3 10ms 29 4 通道的监视和自动切换为了保证实时信息迅速 准确地送到主站 不仅要有可靠的远动设备 还要有可靠的通道 重要的厂 所 应当考虑装设备用通道 一旦主通道失效 还可以利用备用通道向主站传送信息 微机RTU可以经常监视通道的正常运行 如果主通道失效 当主站向某台RTU询问若干次以后没有回答时 就可以认为是通道失效 可以自动切换到备用通道上继续运行 30 5 通道误码的统计和记录利用计算机可以统计通道的偶然性错误 例如几次误码 几次RTU没有回答等 并定时打印 如果偶然性错误突然增加 即说明RTU或通道的某些模件可能不正常 根据我国有些电力系统运行经验 RTU及通道的误码率一般在每天 24h 5次以下 6 自恢复和远方诊断微机RTU的可用率通常很高 往往几年不出一次故障 为了防止出错 通常在微机里装有自检程序 每隔1 2s自动检查一次 在无人值班变电所 RTU必须具有在断电后自动恢复的能力 RTU不需要经常维护 为了防止发生故障 主站侧应具有远方诊断的能力 现代RTU可以自主站侧进行诊断故障 定位到插件 31 7 事故追忆事件顺序记录只能记录遥信改变状态的时间 为了便于分析事故 希望能把故障前一霎那和故障后一段时间的遥测值记录下来 微机RTU可以定时将部分重要遥测量记人RTU的缓存中 在缓存内保留1min的记录值 定时更新 当发生故障时 例如继电保护动作 自动把故障前和故障后的遥测值与发生时间发送到主站侧打印并记录 这种功能使各台RTU占用大量内存容量作为缓存 而且在发生故障后加重通道的负载 32 33 三 远动信息远动功能主要有遥信 遥测 遥控 遥调等 1 常规的远动功能主要是 采集 转换 处理模拟量 状态量 脉冲量 数字量 并向各级调度部门传送 同时能接收和处理调度端的遥控 遥调命令 还具有遥信越位 模拟量越限优先传送的功能和具有事件顺序记录 SOE 并向主站传送的功能 2 参加电网的AGC运行 机组AGC发电的期望值 由调度端的主站系统 分别下达给具体发电机组的DCS系统 具体实施可采用4 20mA模拟量或升降脉冲的方式 34 5 电网安全稳定装置电网安全稳定装置 主要有低频减载装置 低压减载装置 解列装置 联切负荷装置 远切负荷装置 联切机组装置 远切机组装置 高周切机装置和备用电源自投装置 6 RTU与DCS之间的信息传输为了实现远动信息的传输 发电厂接受调度指令 RTU必须下传给机组的DCS RTU与DCS之间的信息传输 如图15 5所示 35 36 第四节厂内生产调度通信系统一 厂内通信分类1 生产管理通信包括生产管理及行政事务管理系统的对内 对外通信联系和主要靠电话交换机来进行的联系 交换机要完成的主要功能是 1 厂内各生产及非生产岗位用户之间的电话交换 2 厂与主管部门 上级电力部门之间的电话交换 3 厂内用户与市话局用户之间的电话交换 4 根据发电厂的位置及重要性 可使本厂交换机具备组网的功能 37 2 生产调度通信为便于厂内各单元控制室 网络控制室或主控制室的值长或调度员 指挥生产 处理事故 应设专门的调度通信装置 该装置的主要功能是 1 通过调度专用电话 值长或调度员可向各生产岗位下达命令 听取汇报 召开生产会议 2 通过调度专用广播 值长或调度员可向各生产岗位呼叫寻人 发生事故时发出统一指挥命令和事故报警信号 也可利用广播解决主厂房等高噪声地区的通话 3 具有录音功能 以便判断及分析事故处理的正确性 38 3 直通对讲通信需要经常联系的分场或某些工作岗位之间 当调度通信 生产管理通信系统的电话不能满足要求或使用不便时 可设置直通对讲通信 如汽机房与循泵房之间 循泵房与水源地之间 输煤桥与集控室之间等 对讲通信分有线对讲和无线对讲两种方式 于移动岗位或有线通道到达有困难的地方 可采用无线对讲方式 4 生产检修通信生产检修通信由话机 插孔站组成 分布在厂内主要设备和表盘附近 利用插孔站插入专用的话机进行双方或多方的通话 39 二 厂内通信系统结构大型电厂 可采用多种厂内通信装置 相互之间连成一个通信网络 图15 6所示为某电厂通信系统结构图 下面简要介绍各通信方式的特点 40 1 生产管理自动电话通信系统本系统用于厂区各建筑物内指定点间的电话通信 除少量用于生产调度外 大部分用于生产管理 该系统装设一套800线数字式程控交换机 程控交换机除具有体积小 耗电省 施工方便等优点外 其最大的特点是功能齐全 通过改变机器的软件可满足各种运行方式的要求 组网扩容很灵活 且容易与电力系统综合数字通信网联网 自动电话通信系统是厂内通信的中心 它和各通信方式均有接口 并与市话通信网络以及电力系统的载波 微波通信网络相连 形成对外的信息通道 各种通信方式之间相互连接 可充分发挥各种通信设施的综合效益 41 2 低电平广播呼叫通信系统大型电厂 随着机组自动化程度的提高 网络控制室和单元控制室生产调度层次复杂 管理范围很广 单靠电话机往往不能满足调度通信的要求 特别是发生事故和设备异常时 各级值班人员纷纷打电话向值长询问情况 这时值长单靠调度电话或行政电话一对一的对话将会贻误工作 因而要求调度总机具有扩音广播呼叫功能 事故或有要事时 值长或生产管理部门就能通过该系统 迅速对各运行值班和重要操作岗位及有关部门进行直接指挥 42 利用广播呼叫通道通过扬声器可发出生产指令 报警信号或呼叫寻人 利用电话通道可进行双方或多方用户通话或召开小型电话会议 本系统由合并 隔离装置 送 受话站和扬声器站组成 扬声器布置的地点 应使其产生的声音比周围的环境噪声高出10dB 以保证工作人员能清晰地听到呼叫和生产指令 43 本系统由以下三部分组成 1 呼叫系统 呼叫系统根据发电厂车间分布分成几个区段 例如 汽轮机 锅炉及仪表综合控制楼区段 系统通信楼 500 220kV配电装置及继电器楼区段 化水及除灰区段 煤场区段 煤码头及其皮带区区段等 为了远景扩建需要 还应多一些区段 2 通话系统 设有与呼叫通道独立的5个共线话音通道 话音通道之间也相互独立 3 报警系统 火灾报警以及其他事故信号送人呼叫通信系统 并将警笛信号经扬声器广播 44 3 无线电直通对讲通信系统无线电直通对讲通信系统 用于距电厂主要通信装置较远的区域或移动生产岗位 在这些地区采用通常的通信方式 在技术上是不可能或不经济的 本系统和广播呼叫通信系统相互补充 构成一个较为完整的通信系统 45 无线电移动通信的要求和特点是 1 无线电移动通信频率的确定 频率的划分 我国民用无线电移动通信一般采用VHF UHF 甚高频 特高频 通信设备 工作频率在30 300MHz 300 3000MHz范围内 在此范围内一般可分成五大段 A段 27 38MHz B段 40 48 5MHz C段 150 167MHz D段 403 420MHz E段 450 470MHz 发电厂选用D段和E段较好 当选用E段时 抗干扰性能可大为增强 因工业谐波的频谱 基本上都不超过400MHz D E段也可分成频率组 46 2 无线电移动通信方式 按通信方向可分为单向 双向和三向通信 单向通信为基地台向移动台发射信号 双向通信为基地台和移动台都能发射和接收信号 三向通信为基地台与移动台或移动台与基地台之间可互相通信 按使用频率可分为单工 半双工和双工通信等方式 单工通信为基地台与移动台使用一种频率 不能同时受话或送话 此通信方式的优点是可不设天线共用装置 设备简单 质量轻 成本低 损耗小 缺点是使用较不方便 半双工通信为收发信号使用两个频率 基地台天线带共用装置 收发同时工作 移动台工作在待呼状态 双工通信方式为两个地点使用两个不同的频率同时进行发送和接收 47 3 无线电台设备 无线电移动通信通常由无线电台 天线等设备组成 无线电台按设备的使用场合可分为袖珍式 便携式 固定式 车载式 基地式多种 按设备的通话型式可分为专用对讲话机 单频组网话机 双频组网话机 袖珍铃话机 天线可分为室内天线和室外天线两种 室外天线又可分为全向天线和定向天线 天线的阻抗与频率范