远动技术在电力系统中应用的现状与发展.doc

黑龙江交通职业技术学院毕业设计(论文)08级电气化铁道技术专业目录摘要1一、概述2（一）远动系统的概念2（二） 微机远动系统的意义3二、微机远动系统的原理4（一）微机远动系统的组成4（二）计算机远动系统的基本组成5（三）远动系统的分类6三、调度端结构的设计7（一）调度端功能7（二）调度端硬件的设计7（三）调度端软件的设计8（四）系统抗干扰的设计9（五）变电站抗电磁干扰的设计10（六）故障自动检测程序11四、远动系统存在的问题及未来发展方向15（一）存在问题15（二）发展方向17总结19致谢20参考文献21摘要远动技术是调度端（监控主站）与各执行端（被控端）之间实现遥控、遥调、遥测、遥信技术的总称。远动系统主要由调度端、执行端、通信信道组成，在电力系统中得到了广泛的应用。本文主要设计了调度端的结构（硬件和软件的设计），系统中的抗干扰措施，系统存在的问题以及解决措施等内容。随着科学技术的发展，远动技术已经形成一门独立的学科。由于生产过程自动化程度日益提高，人们不断谋求对生产过程，特别是对处于分散状态的生产过程的集中监视、控制和统计管理。为适应上述目的，远动技术在电力系统、综合自动控制理论、计算机技术和现代通信技术的基础上迅速发展起来。 关键词：远动系统；调度端；抗干扰；执行端一、概述（一）远动系统的概念远动系统(Telecontrol System，有时也称为RemoteControl System)在基本设想方面，在应用场合和完成其特定的任务方面都有着繁多的种类，各自有着不同的特征。有的可能是一个很简单的单一对象控制；有的可能是一个很大的综合系统。不管怎样，远动系统具有远距离的在人(或者机器)和机器之间交换信息的机能。为了保证供电系统运行的可靠性和经济性，调度所必须及时地掌握系统的实际运行情况。所以，从调度工作出发，一方面需要收集信息，要求变电所将断路器的位置信号、事故信号及主要运行参数等能迅速、正确、可靠地反映给调度所；另一方面，调度所切实了解到系统的运行情况并进行判断处理后，应对变电所(包括分区亭和开闭所等)下达命令，去直接操作某些设备或调整某些参量，或去完成实时控制的任务。为了完成变电所与调度所之间远距离信息的实时自动传输，必须应用远动技术，采用远动装置。简单地说，远动技术即是调度所与各被控端(包括变电所等)之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称。由远动装置在调度所和变电所之间充当传送各种信息的桥梁。其示意图如图l-1所示。采用远动装置对于监视和控制系统的运行是一个十分有利的工具。它是实现系统实时调度和进一步实现调度综合自动化的基础。传统远动装置的主要功能是遥控、遥调、遥测和遥信。调度所牵引变电所牵引变电所YK，YTYK，YTYK，YTYX，YCYX，YCYX，YC图1-1 电气化铁道远动系统YK-遥控；YX-遥信;YC-遥测；YT-遥调总之，远动技术已经为国民经济各部门及国防部门所需要。尽管它的历史不长，但发展速度很快。最早使用的远动装置是有接点式装置，它的主要元器件是继电器。随着新型电子器件的出现，以晶体管为主要元件的无接点式远动装置相继出现。随之而来的是由集成元件构成的全集成电路装置的诞生，上述各型装置都属于布线逻辑装置，它们按预定的要求进至设计，使构成装置的各部分逻辑电路按固定的时间顾序工作，以完成预定的功能。这些装置属于硬件式的装置，不能随意进行功能的扩展。为了提高装置的灵活性和可扩性，以适应多种用户的不同需要，人们又研制出了软件化的远动装置。如初期的微机远动装置，以及目前广泛使用的微型计算机远动装置(简称微机远动)等。软件化的远动装置和布线逻辑远动装置的主要区别如图1-2所示。布线逻辑远动装置的逻辑电路中有一套时序电路，由它控制其余逻辑电路按时序工作，从而使输入的待处理信息(如遥信对象的状态量、要发送的遥控命令等)变成处理好的信息(如遥信信号、遥控指令等)。由于这种装置处理工作全部在逻辑电路中自动进行，要改变处理要求必须重新进行电路设计。而软件化远动装置除硬件外，还包括软件部分。整个装置的工作由输入的软件加工程序控制。当需要改变处理要求时，只需对程序进行修订。即使需要增加硬件，由于各部分电路是通过总线相互连结，扩展也很方便。因此软件化远动装置更具有灵活性和可扩性。随着微型计算机技术的发展和普及，软件化远动装置中以微机远动装置占绝对优势。从硬件设计上进行划分，微机远动装置的发展经历了三个阶段：片级设计；板级或模块级设计；系统级设计。片级设计是指用户根据自己的要求选用不同类的微处理器片、存贮器片、输入输出片等联成自己的系统。板级或模块级设计则是直接采用单板机或软硬件结合的多功能集成模块构成用户系统。系统级设计是直接使用具有完整的硬件和软件结构的微型机系统，适当配置一些接口电路，即可更方便地构成一个满足用户要求的系统。显而易见，随着徽型计算机生产技术的发展，微机远动装置硬件的设计越趋简单。处理好的信息待处理信息布线逻辑电路加工程序计算机硬件结构待处理信息处理好的信息(a)(b)图1-2 硬件远动装置和软件化远动装置的区别（2） 微机远动系统的意义 远动系统的主要模块：一是集中监视，提高安全经济运行水平。正常状态下实现合理的系统运行方式。事故时，及时了解事故发生和范围，加快事故处理；二是集中控制，提高劳动生产率。调度人员借助远动装置进行遥控或遥调，实现无人化或少人化，并提高运行操作质量，改善运行人员的劳动条件。电力系统采用远动装置，实现集中监视和控制，可以保证供电质量，提高可靠性和减少维修费用。其经济效益是很明显的，因而在一些技术先进国家的牵引供电设备中广泛采用远动装置。此外，列车运行、石油开采、煤田、农田灌溉、给排水系统、大工厂及联合企业、气象宇航原子能的应用以及军事目标的控制等，或是由于控制对象远离控制点，或是由于被控对象有危险不宜接近，均需采用远动技术。而且，随着技术的发展，需采用远动技术的领域和场合更加日益广泛。总之，远动技术已经为国民经济各部门及国防部门所需要。尽管它的历史不长，但发展速度很快。二、微机远动系统的原理（一）微机远动系统的组成以微型机为主构成、以完成常规“四遥”功能为目标的监视控制和数据采集系统，简称为微机远动系统，即SCADA系统(Supervisory Control and DataAcquisition System)。这种远动系统的被控端简称为远方终端，即RTU(Remote Terminal Unit)。由于计算机的运算速度越来越快、功能越来越强，使得微机远动系统除了完成常规的“四遥”功能外，还可完成许多其它的数据处理和管理功能，如根据需要，编制各种不同的图形、报表，可提供复示终端，可与其它系统联网等功能，还可提供操作人员的在线培训、防误操作以及辅助决策等功能。因此，具有这些扩展功能的微机远动系统，我们称之为微机调度自动化系统(Dispatching Automation System)，也简称为微机监控系统(SupervisoryControl System)。最简单的远动系统包括三个部分：命令(远动信息)的产生、命令的传送以及命令的接收。远动系统的发送端设备就是命令的产生部分，远动系统的接收端设备就是命令的接收部分，而命令的传送部分就是远动系统的信道。从结构上讲，远动系统与一般自动化系统之间最大的区别就在于信道的存在。由于远动系统中存在着信道，那么被传达的命令也应该被转换成适合于在信道中传送的最好形式。这种形式往往与一般自动化系统中命令的形式有很大区别，因此在远动系统中就需要一些特殊的转换设备来转换命令。由于距离较远，再加上信道的存在，远动系统在结构上就存在着一定的弱点，即易受外来的干扰，降低了命令的准确性和整个系统的可靠性。当所需传送的命令愈多、系统愈复杂时，信道的结构也就愈复杂，这个弱点也就愈突出，并且信道的成本也愈高。因此，需要有一系列的措施来保证系统的正常、可靠和经济地运行。远动系统的结构是千变万化的，但基本原理是类似的。图2-1给出了远动系统原理框图。图2-1 远动系统原理框图我们把进行控制的一侧称为控制端(调度端，即Cc)，把被控制的一侧称为被控端(执行端，即RTU)。这两端由信道连接起来，从控制端向被控端发送的数据称“下行”数据；反之，从被控端向控制端发送的数据称“上行”数据。设在调度所的控制端要将遥控、遥调命令送到被控端去执行，遥控或遥调命令经编码编成数字信号。在远动系统中传送的信号，在传输过程中会受到各种干扰，可能使信号发生差错。为提高传输的可靠性，对遥控、遥调的数字信息要进行抗干扰编码，以减小由于干扰而引起的差错。由于数字脉冲信号一般不适宜直接传输，例如利用电话线路作为信号传输的通道时，线路的电感、电容会使脉冲信号产生很大的衰减和变形，所以要用通信设备部分的调制器把数字脉冲信号变成适合于传输的信号，如变成正弦信号传输。这样，控制端就把经过调制后的遥控、遥调信号发送出去，送到被控端接收。接收端首先用通信设备中的解调器把正弦信号还原成原来的数字信号，再经抗干扰译码进行检错，检查信号在传输过程中是否因干扰的影响而发生错码。检查出错误的码组就拒绝执行，正确时则遥控、遥调译码后分别执行。对遥测、遥信，被控端则是发送端，而控制端则是接收端。被控端要将遥测、遥信量送到控制中心去显示或记录。遥测量是电量或非电量，经过变送器后，通常变成05V的直流模拟电压，输入模数转换器。模数转换器将输入的模拟电压转换成数字量，进行遥测、遥信编码。而遥信是开关量，可以直接编码。再进行抗干扰编码后，经调制后发送出去，送到控制中心接收端经解调和抗干扰译码进行检查，检查出错的码组就放弃不用，正确的码组则分别去显示或指示。由于距离远而使通信部分的投资费用增大，而控制中心和变电所等被控端之间需要传送的信息又较多，为了使同一信道传送更多的信息，充分发挥信道的作用，就需要采用多次复用的办法。目前有按频率和时间划分的两种制式，简称为频分制和时分制。在频分制中，各种远动信号是用不同频率的信号来传送的，例如用频率f1、f2、fn分别代表以种不同的信号，这些同频率信号可以在同一信道中同时传送。为了使传送的各种远动信号互不干扰，在发送端和接收端都设有通带频率滤波器。在时分制中，待传的远动信号是按规定的时间先后顺序，依次在信道中逐个传送。例如有一个断路器位置状态信号需要传送，可以先送第一个断路器位置状态信号，再依次送第二个。第三个等等。如上所述，远动技术是将供电系统的数据、命令从一端传送到另一端去控制执行、显示或记录。（二）计算机远动系统的基本组成计算机远动系统的主要任务是对物体和各种过程实时进行远距离监控与调度。图2-2 远动系统结构示意图远动系统的组成由现场信息转换与控制机构、远动终端RTU、通信信道、调度端四大部分组成。1、现场信息转换与控制机构现场信息转换包括需要测量对象信息的转换与放大和被控对象的执行机构两部分。远动终端只能采集和接收符合要求的电信号，而测量对象则往往还有非电信号的物理量，如压力、水速、温度等。因此，由传感器将非电信号的量转换为电信号，并经放大和加工处理后，变为远程终端接收的电信号。对于有些就是电信号的物理量，如电力系统电压、电流、功率、电度等参数的测量，因其幅度大小不标准，需要经是当变幻，使之满足RTU的要求，转换后电信号有的是其值随时间变化而连续变化的模拟量，有的是数值离散化的脉冲量，而有的是表示开关状态的开关量。2、远动终端远动是位于远距离调度端对现场实现监测和控制的装置。它接收和处理现场信息经转换后送来的模拟量、脉冲量和开关量：为每一空置执行机构回路提供继电器的1-2对常开或常闭节点；为每一调节执行机构回路提供继电器的1-2对常闭节点；为每一调节执行机构回路输出控制信号，输出信号为可调直流电压、可调脉冲或可调脉冲宽度有三种形式中的任一种。随着微型计算机技术的发展，在RTU中采用多CPU的分布式处理技术，使各功能模块化，有利于提高RTU的各项性能指标。3、通信信道在计算机远动系统中用于传送远动数据的通信信道称之远动信道。远动信道的质量是确保计算机远动系统可靠 运行的重要前提，计算机远动系统的调度端与各远动终端RTU通常构成1：N的集散监控与调度，通信信道则担负调度端与各远动终端RTU间数据传送的重任。在一个计算机远动系统中，调度端和各远动终端的质量再好，如果信道不过关，这样的远动系统则毫无用处。4、调度端计算机远动系统最主要的人-机界面部分的主要调度操作都在调度端实现，各远动终端和子监控与调度系统采集到的有关数据都要定时或不定时在调度端予以汇总。根据调度端的设备配置，可分为单机调度端、多机调度端、双机备用调度端和网络调度端。调度端YKYTYCYX执行端远动系统如图2-3，在图中，调度端是遥控、遥调信息的发送端，而执行端是这两种信息地接收端，我们把遥控、遥调信息称之为“下行”信息。反过来，执行端是遥测、遥信信息的发送端。而调度端是这两种信息地接收端，我们把遥测、遥信信息称之为“上行”信息。 图2-3 调度自动化系统的基本构成 （三）远动系统的分类动技术的传送方式分为两大类，即循环数字传送方式(称CDT方式)和查询传送方式(称Polling方式)。循环传送方式是以被控端的远动装置为主，周期性地采集数据，并且周期性地以循环的方式向调度端发送数据，即由被控端传送遥测、遥信量给调度端。查询传送方式是以调度端为主。由调度端发出查询命令，被控端按发来的命令而工作，被查询的站向调度靖传送数据或状态信息。远动装置按工作方式分类，可分为(1：1)工作方式，(1：N)工作方式及(M：N)工作方式。(1：1)工作方式是指在被控端装一台远动装置。在调度端对应地也装一台远动装置；(1：N)工作方式是指调度端一台远动装置对应着各被控端的N台远动装置；(M：N)工作方式是指调度端M台装置对应被控站N台装置。此外，根据远动系统所采用的信道、被控对象和所用元件的不同，也可以有不同的分类方法。例如根据传送信号是利用有线信道还是无线信道，可分为有线和无线远动系统；根据信道数目是随着控制对象数目而增加还是与被控对象数目的多少无关，可分为少信道和多信道远动系统；根据被控对象是分散还是集中、是固定还是活动、是在铁路沿线那样链式分布还是以控制端为中心向四周辐射式分布，就分别称为分散型或集中型远动系统、固定目标或活动目标远动系统、链式或辐射式远动系统等。也可以根据装置采用的元件是有接点还是无接点，而分为有接点和无接点远动系统；按远动功能是用硬件实现还是靠软件实现，而分为布线逻辑式和软件化远动系统；甚至可视其是否有一个远程自动调节系统，而分为开式和闭式远动系统等等。三、调度端结构的设计（一）调度端功能由于被控对象系统的发展，对远动装置提出了多功能甚至智能化的要求，大规模集成电路和电子计算机技术的发展，提供了功能强、功耗小、可靠性高和价格低廉的微处理器和存储器等各种器件，促进了采用由微型计算机组成远动装置的研究和开发应用。微机远动装置主要由软件来工作，它的主要功能不是通过布线逻辑电路，而是对微型计算机编制一定的指令程序来实现的。其实质就是把原来功能按空间分布的布线逻辑，转变为把功能按时间分布的指令流的执行过程。微型计算机具有丰富的指令系统、足够的内存容量、较快的运算速度等特点，所以构成装置除具有常规远动的遥信、遥测、遥控和遥调进行实时信息传送功能外，还具备数据处理、人机联系和当地巡回检测等功能。在数据处理功能方面可实现遥信优先、事故顺序记录、遥测标度变换、越限判断、数字量总加、数据精度校核、信息转发码格式变换、信道误字率统计等。调度端具体功能如下。1数据收集调度端收集RTU发送来的数据，如模拟量、数字量、状态量，这些量由调度端和遥信来完成，在CRT上显示有关数据。2数据处理 在调度端上对RTU送来的数据进行处理、运算、判断、如有功功率、无功功率、电能量等的总加、越限告警，连续模拟量输出记录如电压曲线、负荷曲线等。3控制与调节 实现人-机对话，形成命令与下发命令到RTU实现遥控操作断路器、系统接地故障查找开关事故变位、事故画面优先显示、光声告警事件顺序记录、事故追忆、调节功率因数以投入备用电容组补偿等。 4人机联系 在调度端收集整理与处理RTU上送数据，先是有关数据，变电所一次实时接线图，实时数据显示，负荷曲线显示，电压棒形图，电流棒形图，修改实时数据库，修改图形报表，发送遥控、遥测命令校对命令。在人-机联系的另一方面就是制表打印，定点打印负荷、电能、日、月运行报表，召唤打印，操作报表打印，异常及事故打印，画面拷贝等。（二）调度端硬件的设计调度端远动设备是以单机或多机为基础的计算机系统，完成遥控命令的发送和遥测遥信数据的接收、输出执行等功能。目前主要用微机构成SCADA系列作为主机，另配上大屏幕彩色显示器、打印机、鼠标或光笔等外部设备构成。主机完成大量的数据处理、人机联系、画面曲线等工作。为减轻主机的负担，加快运算速度，满足实时控制的要求，系统一般还配置前置机，来承担远动信息的收集与处理（通信）。1.调度端结构 远动监控系统的调度端系统放置在调度所内。用以完成设计要求的功能和显示、打印、操作等等。它主要由主处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、I/O接口和外设（打印机、显示器、键盘、模拟屏、MODEM）等组成。1.主机2大屏幕显示器3键盘、鼠标4打印机5模拟屏6前置机调度端结构框图如图3-1所示。图3-1 调度端结构框图（1）主机采用高性能的商用系统微机或工控机。主机硬件配置原理框图如图3-2所示。 图3-2 微机构成的调度端远动装置框图（2）大屏幕显示器大屏幕显示器主要用来显示变电所主接线土，开关的位置状态，遥测采集的数据、曲线、棒图、报表等。（3）键盘、鼠标人-机联系的接口。（4）打印机用来打印制表、事件记录。（5）模拟屏调度人员最关心的是供电系统的运行方式，在系统模拟屏上遥信输出直接反映了各断路器、隔离开关的运行状态，还可以在屏上相应位置配置遥测数字显示仪表，以指示参数。事故时，通过跳闸断路器位置的色灯闪光，配合音响告警装置，事故指示非常直观。（6）前置机承担远动信息地收集与处理工作。（三）调度端软件的设计系统软件：指为了便于用户使用计算机，充分发挥计算机硬件的功能而专门开发的、对其他程序进行管理、为其他程序提供方便、为其他程序服务的软件。系统软件的主要内容： 为用户编制、调试程序提供的手段和工具。 对计算机进行调度和管理的操作系统。 其他服务程序。1、操作系统的概念操作系统是微机最基本的系统软件，是硬件机器的第一级扩充，由它来管理内存分配，键盘操作，屏幕显示，驱动软盘等外设。操作系统分三类。（1）批处理系统。在批处理系统中,用户一般不直接操作计算机,而是将作业递交给系统管理人员。（2）分时系统。分时系统允许多个用户同时联机与系统进行交换通信。（3）实时系统。实时操作系统的一个主要特点是有严格的时间限制，每一个信息的接收，分析处理和发送过程必须在规定的时间范围内完成。2.支持软件对于远动系统来说主要包括：数据库管理系统和监控图形生成系统，数据库管理系统包括建立数据库、修改数据、提取数据和存储数据。3.应用软件应用软件包括：数据收集软件、模拟屏接口软件、同后台机通信的软件、计算软件等。（四）系统抗干扰的设计微机远动系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标，抗干扰设计是计算机应用系统研制中不可忽视的重要内容。工业生产中干扰窜入系统的主要渠道有三条：（1）空间干扰通过电磁辐射窜入系统；（2）过程通道干扰通过与主机相连的前向和后向通道或与主机相连的其他相互通道串入主机；（3）供电系统的干扰通过传输线窜入系统。一般情况下空间干扰在强度上远小于其他两个渠道窜入的干扰，而且可通过良好的屏蔽与正确的接地、高频滤波等加以解决，故微机控制系统重要点防止供电系统及过程通道的干扰。1供电系统的抗干扰措施为了防止从电源系统窜入干扰，控制系统可采用如图3-3所示的供电配置。图中交流稳压器用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压；隔离变压器可采用屏蔽层隔离以减小分布电容，提高抗共模干扰的能力；低通滤波器滤去高频干扰，改善电源波形。图3-3 抗干扰的供电配置2过程通道干扰及抗干扰措施过程通道允许传输线的长度与计算机的主振频率有关，按照经验公式计算：1MHz的主振频率，允许信号传输距离为0.5m；当频率升至4MHz时，允许距离为0.3m。超出这个范围，即作长线处理。因此在过程通道中长线传输的干扰是主要干扰。为了保证长线传输的可靠性，主要措施有光电耦合、双绞线传输和阻抗匹配等。3印刷电路板及电路的抗干扰设计 （1）关于地线的处理：（2）电源线的处理： （3）去耦电容的配置： （4）其他： 图3-4 采用RC电路减少干扰4.软件的抗干扰措施在微机远动系统中，大量的干扰源虽不能造成硬件系统地损害，但常常使系统不能正常工作，控制失灵，甚至造成重大事故。因此，除硬件上采取必要的抗干扰措施外，软件抗干扰问题的研究越来越引起人们的重视。（1）干扰对测控系统的影响干扰使数据采集的误差加大；干扰侵入微机控制系统的前向通道，叠加在信号上，使数据采集的误差加大。当通道的传感器接口是小电压信号输入时，更为严重，尤其工频干扰常伴随信号输入。采用硬件手段虽可以滤除，但电路结构复杂。采用软件抑制工频干扰是当前串模工频干扰抑制技术的一项新技术。干扰使输出控制误差加大。在微机控制系统中，控制状态的输出常常是依据某些条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果。在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态的偏差、失误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。数据受干扰发生变化。通常控制程序、表格以及常数都存于ROM中，但可读写得RAM及状态寄存器在某些干扰的影响下会发生变化。根据干扰窜入的渠道和受干扰的数据性质不同，系统会损坏的状况不同，可能会造成数值误差、控制失灵、部件的工作状态改变或程序改变，从而导致系统工作不正常。干扰使程序运行失常。如果强干扰造成程序计数器PC值发生变化，就破坏了程序的正常运行，再PC值的错误指引下，程序将发出一系列毫无意义的错误指令，最后进入“死循环”使输出严重混乱或系统失去控制。（2）提高采样信号信噪比的措施 由于加入前向通道上的干扰性质及产生后果不同，采用的抗干扰方法也不同，没有固定模式。一般说来，为了消除传感器通道中的干扰信号，除在硬件上采用有源或无源RLC网络进行滤波外，常常运用CPU的运算、控制功能、进行简单的数值逻辑运算，达到滤波的效果，这就是数字滤波。（3）软件冗余措施 对于条件控制系统，把对控制条件的一次采样、处理、控制输出改为循环地采样、处理、控制输出。这种方法对于惯性较大的控制系统具有良好的抗偶然性因素干扰的作用。（4）设置自诊断程序 设置自诊断程序以保证系统信息存储、传输、运算的高可靠性。（五）变电站抗电磁干扰的设计1.变电站内电磁干扰产生的原因及其特点 （1）电磁干扰源分析目前与电力系统有关的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。外部干扰源指的是与远动系统的结构无关，而是由使用条件和外部环境因素决定的干扰源。对变电站的RTU装置来说，外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷（非线形负荷、波动性负荷）短路故障、大气过电压（雷电）、静电、无线电干扰和核电磁脉冲等，概括表现为如下三类：变电站设备的交流电源及直流电源受低频振动扰动；传导瞬变和高频干扰；场的干扰。（2）电磁干扰的耦合途径电磁干扰耦合的途径可归纳为如下几种：1 电容性耦合。 2 电感性耦合。 3 共阻抗耦合。4 辐射耦合。 （3）电磁干扰可能造成的后果1 电源回路干扰的后果。 2 模拟量输入通道干扰的后果。 3 开关量输入、输出通道干扰的后果。 4 CPU和数字电路受干扰的后果。 2.变电站抗电磁干扰的措施（1）屏蔽措施一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用带有金属外皮（屏蔽层）的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。 二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰。 执行端RTU的机柜和机箱采用铁质材料，本身也是一种屏蔽。（2）减少强电回路的感应耦合a) 控制电缆尽可能离开高压母线和暂态电流的入地点，并尽可能减少平行长度。 b) 电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应在同一根电缆内，避免出现环路。c) 电流和电压互感器的二次交流回路电缆，从高压设备引出至监控和保护安装处时，应尽量靠近接地体，减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。（3）隔离措施 a) 模拟量的隔离b) 开关量输入、输出的隔离 c) 其他隔离措施 （3）计算机供电电源的抗干扰措施 a) 采用隔离变压器隔离 b) 采用电源滤波器 c) 采用不间断电源UPS d) 采用氧化锌压敏电阻 （六）故障自动检测程序常用的自检程序如下： 1防止程序运行失常的措施（1）监视CPU工作的定时计数器。当整个系统的工作周期确定以后，定时计数器电路就可以按此工作周期判断系统工作是否正确。（2）设置软件陷阱：这种方法的设计思想是当程序计数器失控，使程序跑飞至非程序区时，在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，迫使程序进入初始状态。2RAM、ROM的自检程序（1）ROM自检。 如图3-5（2）RAM自检程序。检查ROM最常用的方法是采用校验和法。即在将程序写入ROM时，保留一个单元（一般是最后一个单元）不写程序码而写入校验字，使ROM的每一列（即字节的各位）具有奇数（或偶数个）1，从而使ROM的校验和为全1（或全0），如表3.1所示是88ROM，前面7个单元写入的是程序代码，最后一字节写入校验字11001010B，使最后的校验和为全1。校验程序则从ROM的第一个单元开始，按位相加，最后的校验和若与设置的全1（或全0）相等，则说明ROM内容正确，否则指示ROM出错，如图3-5所示。3A/D、D/A转换器的自检程序 A/D和D/A转换器在微机控制系统中占有重要的地位，其转换精度直接影响着系统的控制运算精度。因此对它的检查，常看作正常运行操作的一部分，并周期性的进行。 4面板显示装置的检查面板显示装置的检查一般有两种形式。一种形式是让面板上的各显示器的所有字段都发光，然后再使所有字段都不发光，以检查显示器与其相应接口及功放电路是否均处于正常工作状态。当表明工作正常之后，按下任何一个按键装置均应脱离初始自检方式，给出某种正常工作的符号，进入其他工作状态。另一种形式是显示某些特征字符（一般是显示系统的名称或代号），几秒钟自动消失，进入其他初态或某种操作状态。显示自检程序如图3.6所示。图3-5 ROM自检程序流程图表3-1 8*8ROM图3-6 RAM自检程序框图图3-7 显示器自检程序流程图5总线及插件自检总线自检是检查经过缓冲器的总线（或称外部总线）。总线检查的目的是为了检查信息传递是否正确。通常微处理器的总线是通过缓冲器与各插件及I/O接口器件相连接的。由于总线没有记忆能力，检测总线时总要外加相应的锁存器保存总线信息（地址信息和数据线上的信息），这样只要对相应的锁存器执行一条输出指令，使地址线或数据线上的信息保存在锁存器中，然后再对该锁存器进行读入操作，即可将地址线或数据线的信息重新读入CPU。把读入的信息与原来输出的信息相比较，即可判断外部总线是否出现故障。四、远动系统存在的问题及未来发展方向（一）存在问题1.远动通道远动通道是电气化铁道远动系统中的“咽喉”，其质量好坏直接影响整个远动系统的正常工作。鹰厦线远动的通道采用电缆音频实回线（有线普通电缆），各采用环形联接，通信主干缆大部分与铁道线路平行埋设，根据电气化铁道设计手册，此时只考虑牵引负荷对通信电缆的磁影响。当牵引网（接触网与钢轨的回路）流过交流电时，将对远动通信线路产生磁感应电压。由于鹰厦线远动系统的RTU采用环形结构，对某个RTU来说，其受到的感应纵电动势为本牵引变电所供电臂与其它相邻供电臂产生的综合影响，为此，根据福建省铁道学会、机务分处的要求，供电与电务部门技术人员联合在顺昌牵引变电所进行实际测量，在顺建供电臂取流为200A时，福州方向通信线路上的感应电压达36kv（通信线对牵引变电所主地网，下同），取流为300A时，感应电压达42V，因此该所的RTU通信设备中的通讯板烧坏就不足为奇了。我们还作了杂音电压的干扰测试，将调度端、执行端同时与通道断开，用电平表在RTU端测得杂音电平达-2dB(616mV)大大超过国际CCITT1960年杂音电压的暂行标准(2mV)。鹰厦线北段几个牵引变电所同样存在相同的问题。有的情况更为严重，如铁关村变电所，由于牵引负荷大，当供电臂取流过当时，普通拨号电话会自动跳响。而且，鹰厦线鹰来段投入SS4型机车，其牵引负荷更大，接触网的吸变由于质量或检修问题而大量退出运行，使得牵引负荷对远动通信线路的危害更大。鹰厦线远动自投运以来，由于此原因造成RTU通讯板大量烧坏。1998年底，电务和供电技术人员联合对鹰厦线漳厦段（还在运行）远动通道运行情况进行调查，对漳厦段四个牵引变电所的远动通讯装置电平，按电务部门的要求进行调整，实际调整值都符合远动设计规范。调查结果表明：当电务通信技术指标满足要求时，该套远动系统能正常运行。根据铁路电力牵引供电系统技术规范（下称技术规范），远动装置的发送电平不宜大于0dB。在鹰厦线北段由于通信线路的杂音干扰，有些变电所的发送电平值虽调超过0dB，远动信号还无法在线路中传输。可见：(1)牵引负荷对音频实回线的感应电压是不可避免的，在鹰厦线北段感应电压很大。(2)通道质量问题是鹰厦线远动系统不能正常运行的根本原因。2.RTU通讯板鹰厦线远动通道采用的是音频实回线，RTU通讯板是由西南交通大学自行研制生产的，原理框图如下：图4-1 RUT通讯板原理框图通讯板中隔离变中心点悬空（不接地），用以防止通信线路共模感应电压。保安器的放电管（250V）直接与两根通信线相联，在通信线上串一普通保险来防止通信线路差模感应电压。在鹰厦线远动投运行前的调试中，当线路感应的纵电动势串入时，保安器由于参数较大没有动作，常烧保险，故将原来的,1A保险换为4A。投运后，由于同样原因，而保险容量继续换大，最终导致烧坏通讯板中的运算放大器（此元件在通信板中最薄弱）。经检查，鹰厦线各牵引变电所RTU通信板烧坏的都为此现象。从“问题一”中知道，当牵引负荷在电流为200A时，通信线路对地网的压差为30多伏，而RTU内的放电管由于参数过大还没达到动作值，此电压直接加在通讯板的功放元件上，使之长期在较高的电压下运行而烧坏。针对测试结果，我们进行试验，在顺昌变电所新做一远动系统专用接地网并与变电所主地网分开，电务部门在其通信端加装过电压保护装置后，系统重新投入运行，截止目前，RTU内的通讯板未烧坏。在鹰厦线远动的音频实回线路中，牵引负荷对通信线路产生电磁感应的危害是不可避免的，加上通信保安系统防护措施设置不当，造成鹰厦线特别是北段）远动通信单元烧坏而无法正常运行。3.调度端设备调度端采用较多的非标设备，由于计算机及其相关产品的技术更新换代快，一些老型号配件在市场上难以购到，厂家有的又停止生产，给日常运行维护带来极大不便，有些设备不得不退出运行，导致远动系统不能正常工作。(1)调度断采用长岛牌显示器，目前厂家已不再生产，元件老化、损坏无法得到更换。(2)模拟显示屏上大部分指示灯、智能板都已老化或损坏，也无法得到更换。(3)远动系统主机采用HP小型机，因外福线远动即将上马，其容量、速度已无法满足运行需要。通过以上的分析，鹰厦线远动系统在投运后无法正常运行，是由于多方面的原因造成，其中最主要的原因是：（1）远动通道问题，即电务通信技术指标差。（2）远动通讯设计中，对由牵引负荷引起的感应过电压所采取的防护措施不当。（3）采用的非标设备不利日常运行。4.远动通道方面将光缆直接铺设到牵引变电所的远动执行断，因光缆中传输的是光信号，牵引负荷产生的电磁感应对此毫无影响，牵引负荷对通信线路的危害就能从根本上消除。此建议已在外福线远动工程中采用，也适用于鹰厦线远动改造，随着鹰厦线通信光缆的建设，这种可能性是有的。若因改造费用不够，一时无法做到，与原来主干缆采用音频实回线相比，远动通道的电磁感应危害也将得到较大改善。但在有的处所，因从车站通信机械室到牵引变电所的音频实回线与牵引网平行走向还较长，牵引负荷对它的感应电压还较大，则应采取以下补救措施：(1)对到变电所的音频实回线根据技术规范要求装设过电压保护装置，且其接地网应与牵引变电所主地网分别设置，相距应不小于200m。当通信线路受到感应纵电动势的严重干扰时，其过电压保护将装置动作，使通道短时中断，确保远动设备免遭损坏，干扰消失后，通道自动恢复，远动系统可重新正常运行。(2)在鹰厦线通信光缆未上马前，供电部门尽可能地将已撤除的吸变投入正常运行，减少牵引负荷对通信线路干扰。5.通讯板方面根据鹰厦线远动通道存在问题，根据通道受到感应纵电动势的危险值选用适当的放电管技术参数及材质。同时，为更好地抗杂音电压的干扰，将原先调制解调器（MODEM）中的调频方式改进为抗干扰能力更强的调相方式。6.调度端设备方面(1)系统主机选用性能更好的工业PC机，操作系统采用目前较为成熟WINDOWS2000，提高调度端的计算机网络运行可靠性、稳定性、可扩展性时效性。(2)将原来的长岛综端机更换成通用的工业PC机，图形绘制可用软件完成，人机对话更直观、简单、实用、可靠。(3)结合外福线远动工程，对原有鹰厦线模拟屏进行改造，更换已损坏的灯、智能板，并重新布线。（2） 发展方向1.当前电力系统自动化依赖于电子技术、计算机技术继续向前发展的主要热点有：（1） 电力一次设备智能化常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。（2） 电力一次设备在线状态检测对电力系统一次设备如发电机、汽轮机、变压器、断路器、开关等设备的重要运行参数进行长期连续的在线监测，不仅可以监视设备实时运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，为电力设备由定期检修向状态检修过度提供保障。近年来电力部门投入了很大力量与大学、科研单位合作或引进技术，开展在线状态检测技术研究和实践并取得了一些进展，但由于技术难度大，专业性强，检测环境条件恶劣，要开发出满意的产品还需一定时日。（3） 光电式电力互感器电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大；信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变；互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。因此不少发达国家已经成功研究出新型光电式和电子式互感器，国际电工协会已发布了电子式电压、电流互感器的标准。国内也有大专院校和科研单位正在加紧研发并取得了可喜成果。目前主要问题是材料随温度系数的影响而使稳定性不够理想。另一关键技术是，光电互感器输出的信号比电磁式互感器输出的信号要小得多，一般是毫安级水平，不能像电磁式互感器那样可以通过较长的电缆线送给测控和保护装置，需要在就地转换为数字信号后通过光纤接口送出，模数转换、光电转换等电子电路部分在结构上需要与互感器进行一体化设计。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。（4）适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生很大的变化。首先省去了装置内部的隔离互感器、转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。（5）特高压电网中的二次设备开发“十五”后期，针对经济和社会发展对电力的需求，电网企业在科技进步方面的步伐明显加快。在代表当今世界输变电技术最高水平的特高压领域，国家电网公司的晋东南,南阳,荆门特高压试验示范工程可行性研究已于-月下旬通过评审，有望年底开工建设，这项试验示范工程的特高压输电电压为1000KV。另外我国南方电网公司也准备建设一条800KV的云广特高压直流输电线路。为特高压输电线路配套的一次和二次设备需要重新研发或从国外引进。开发特高压输电二次设备的主要技术关键点是特高压电网的稳定控制技术和现场设备电磁兼容、抗干扰能力、绝缘等特殊问题的解决。2.当前电力系统已经发展到第四代。电力系统需求和应用模式也有了很大转变，集中体现在以下几个方面：（1）系统的规模日益增大系统无论接入的信息量、接入的范围、接入的信息种类都比以往大大增加。系统尤其是实时生产管理方面（SCADA/DMS/TMR等）对系统软件提出了更高的要求，尤其是系统的开放性、稳定性