TA21综合自动化系统现场培训

1、TA21型牵引变电所综合自动化系统培训,牵引变电所保护及监控系统的历程,二十世纪六十年代，中国第一条电气化铁道在宝鸡凤州段运行通车，从此开始了中国电气化铁道牵引变电所二次保护以及监控系统的历程。下面讲述中国电气化铁道牵引变电所二次保护及监控系统产品4个发展阶段： 第一代： 继电器和晶体管保护装置RTU 继电器以及晶体管保护装置完成保护功能，保护动作后给出接点信息。 RTU完成四遥功能。 第二代：集成电路保护装置RTU 集成电路保护装置完成保护功能，保护动作后给出接点信息。 RTU完成四遥功能。,牵引变电所保护及监控系统的历程,第三代：微机保护装置RTU 微机保护装置完成保护功能，保护动作后给出

2、接点信息。 特点：1)保护装置硬件以单片机或嵌入式CPU为核心构成。2)保护逻辑由软件实现。 RTU完成四遥功能。 第四代：牵引变电所综合自动化系统 微机保护测控装置集保护、测量、控制为一体，完全简 化了二次回路和接线。 传统RTU转变为通信单元，通过数字通信而不是传统接点采集来收集变电所的运行状态。 实现了通信上真正的智能化、数字化。,TA21型牵引变电所安全监控及综合自动化系统,成都交大许继电气有限责任公司提供的是第四代产品TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统。 该系统是在铁道部科技研究开发计划项目“牵引变电所安全监控及综合自动化成套技术研究”和“秦沈客运专线牵引变电所安全监控及综

3、合自动化设备的研制”这两个项目的支持下，在总结国内外同类技术与产品成功应用经验的基础上，研制的适应于电气化铁路发展需要的高新技术产品. 2005年“牵引供电自动化系统成套技术及应用”科研项目荣获国家科技进步二等奖，表明了该系统具备独立自主的知识产权以及技术先进性。,TA21型牵引变电所综合自动化系统的特点,该系统特点如下： 32 位多 CPU 并行处理的系统结构； 品质优异的 32 位 CPU 硬件平台，支撑完善的保护、测量与控制功能； 基于 ADSP 的高精度数据采集系统； 多层印制电路板布线技术及 SMT 表面贴装工艺，抗干扰能力强； 高标准的电磁兼容性能，可直接下放到开关设备； 完善的事

4、件记录，便于分析保护动作行为和装置的工况； 采用一套装置负责一个断路器及相关隔离开关的保护、测量与控制的设计模式； 采用大屏幕彩色液晶显示，全汉化菜单，操作方便（可选） ； 可存储多套保护整定值； 详细故障报告和故障录波；,TA21型牵引变电所综合自动化系统结构,TA21型牵引变电所综合自动化系统结构,如上图，我们可以清晰看到牵引变电所综合自动化系统结构关系：该系统分为3个层，分别为： 1. 站控层（当地监控单元、远动通信单元）； 2. 网络层（网络通信单元、双环光纤以太网)； 3. 间隔层（保护测控装置、环境安全监控设备）。同时交直流系统、无线监控等智能设备通过WTX892通用通信装置纳入牵

5、引变电所综合自动化的系统中。 分区所以及开闭所综自系统结构与牵引变电所相同，区别在于间隔层保护测控装置种类、数量不同。 下面按照这三层来介绍综自系统。,间隔层,间隔层保护测控装置设备功能： 间隔层保护测控装置主要完成牵引变电所牵引变压器、AT变压器、馈线、并联电容、动力变等一次设备的保护、电气参数的测量、相关断路器/隔开的控制等功能。 针对不同的一次设备如变压器、馈线等配置相应的保护测控装置、并且投入相应的保护元件。 间隔层设备目前是集中组屏安装方式。,间隔层保护测控装置设备硬件构成:,基本上包含以下四个单元： 数据采集单元 保护CPU单元 开关量输入/输出单元 人机接口与通信CPU单元,微机

6、保护硬件构成 微机保护装置硬件原理示意图,微机保护硬件构成 1.数据采集单元 电压形成回路 模拟量滤波回路 模数转换回路 基于逐次逼近原理的模数转换器件（AD） 基于电压-频率转换的模数转换器件（VFC）,微机保护硬件构成 2.保护CPU单元,保护CPU单元原理框图,微机保护硬件构成 3.开关量输入/输出单元 开关量输入原理图 开关量输出电路原理图,微机保护硬件构成 4.人机接口与通信CPU单元,人机接口单元原理框图,间隔层的主要设备类型,对牵引变压器： 保护功能：WBH-892Z主变主保护装置和WBH-892H主变后备保护装置。 测量功能：WBH-892C主变测控装置。 控制功能：WBH-8

7、92C主变测控装置。 自投功能：两台WBH-892C主变测控装置。,1.WBH-892Z主变主保护装置,WBH-892Z 主变主保护装置是由高性能微处理机实现的主变主保护 装置。适用于电气化铁道单相、V/V 接线、Y/-11 接线、阻抗匹配平衡接线、YN/A 型平衡接线和 AT 供电方式的 Scott 接线、V/X 接线、Y/十字交叉接线的牵引主变压 器。 保护功能 差流速断保护 二次谐波闭锁的比率差动保护 高压侧失压保护 高压侧 PT 断线检测,2.WBH-892H主变后备保护装置,适用于目前国内任何接线形式的牵引主变压器；非电量保护纳入后备保护装，保证主变内部故障时有独立的双重保护； 保护

8、功能 高压侧三相过电流保护 低压侧相过电流保护 低压侧相过电流保护 零序过电流保护 零序过电压保护 反时限过负荷保护 低压侧过电压保护 非电量保护,3.WBH-892C主变测控装置,WBH-892C主变测控装置是由高性能微处理机实现的成套测量与控制装置。 适用于电气化铁道牵引主变压器高低压侧电气量的测量、开关的控制和状态监测， 可以实现高压侧有跨条和无跨条牵引变电所备用电源的自动投入功能。,4.WKH-892馈线保护测控装置,对馈线： 采用WKH-892馈线保护测控装置完成。,WKH-892 馈线保护测控装置适用于电气化铁道直接供电、BT 供电和 AT 供电的牵引网馈线，完成馈线保护、测量、控

9、制与故障测距功能。 自适应距离保护 电流速断保护 过电流保护 自适应电流增量保护 反时限过负荷保护 一次自动重合闸 PT断线检测 分区所、开闭所检有压元件,5.WBB-892并补保护测控装置,对并联电容: 采用WBB-892并补保护测控装置完成。,WBB-892并补保护测控装置适用于单相交流电气化铁道牵引供电系统，既可作为常规固定投入并联电容补偿设备的保护、测控装置，也可作为多分支并联电容补偿设备的保护、测控装置。 电流速断保护 过电流保护 谐波过电流保护，谐波阻抗保护 差电流保护 差电压保护/电压平衡保护（AT） 电抗器保护（AT） 过电压保护，低电压保护 非电量保护,6.WCK-892通用

10、测控装置,对通用测控对象： 采用WCK-892通用测控装置完成。 主要用于牵引变电所的环境温度、湿度和风速等气象参数的测量，保证电气设备安全运行； 同时具有高、低压侧电压互感器和隔离开关的遥信与控制功能、交直流电源的监测功能； 并预留充分的开入、开出及交流回路以满足特殊牵引变电所的要求。,环境安全监控的必要性,环境安全监控单元，是牵引变电所安全运营的重要设备之一，随着铁路现代化的发展以及企业运营机制的变化，牵引供电系统中实现牵引变电所（分区所、开闭所）综合自动化系统和无人值班的要求显得日益迫切。由于铁路经过的地方往往条件恶劣，甚至连基本生活条件也不具备。因此全所综合自动化和无人值守已成为发展趋

11、势。 牵引变电所的设备安全就必须关注。,环境安全监控的设置,防盗：在变电所、主控室、高压室和电容室入口安装门禁、双鉴（红外/微波）、红外对射等传感器，可有效监测非法入侵； 防火、防烟、防潮：在主控室、高压室等处安装温度、湿度、烟感传感器；,7.WCK-892/HK环境安全监控装置,WCK-892/HK环境安全监控装置是通用测控的一个子型号，专门采集环境安全监控信息，如温湿度传感器、双鉴探测器、门禁开关、激光对射装置，对牵引变电所的安全进行监控。,8.WTX-892通用通信,对其他需要纳入综自系统的外厂家的装置，如交直流系统,由该装置接入.WTX-892具备较强的通信功能。 a）主口采用光纤接口

12、，可以采用现场总线、以太网等方式接入综自系统； b）分口有RS232，RS485两种接口； c）分口具有打开和关闭功能； d）分口通信速率可根据需要设置，范围300bps-64kbps； e）数据格式：数据位、停止位、校验位可根据需要设置； f）数据包采用累加和、CRC等校验方式,保护装置的液晶操作,液晶界面为用户提供了一个简易的操作平台。实现了电量监测、定值整定、开入检查、报告查看、保护元件投入情况查看及装置信息查看等功能。 在没有调试软件和后台的情况下可通过液晶界面完成全部的调试操作。,液晶主界面,以馈线保护测控装置为例，液晶主界面如图所示。其他装置界面只是在显示装置名称、型号上有所不同。

13、,主界面功能项,通过各按键进入如下各功能界面： 电量：显示装置各模拟量。 整定：查看、修改装置定值。 开入：查看开入量状态。 元件：查看保护投入元件。 故障：查看故障报告。 报告：查看事件报告和自检报告。 关于：显示装置版本信息、公司信息等。,实时电量,整定,用户整定参数：设置与修改用户常用定值参数； 系统整定参数：设置与修改相关系统定值参数； 保护配置：投入或退出保护控制字； 消抖延时：修改开入对应的消抖延时； 密码修改：修改进入整定界面的密码,用户参数,新定值：按下后显示新定值； 旧定值：按下后显示旧定值； 固化：按下后将定值存储； 上页：按下后显示当前定值组上一页； 下页：按下后显示当前

14、定值组下一页； 激活：馈线保护测控装置具有定值切换功能，可根据不同的运行模式切换定值区。该功能可将当前显示定值区作为装置的工作定值区。,保护元件,故障报告,事件报告,开入,各装置开入状态显示,网络层,网络层连接站控层和间隔层，提供信息交互的通道。 实现综合自动化的基础就是通信。因此网络层必须能提供稳定、可靠、高速的信息传输通道。 TA21的网络层采用以太网，以太网是应用非常广泛的网络类型。在工业控制领域得到广泛应用，可靠性、实时性在不断提高，速率也从10M，100M逐渐往1000M发展。,网络层,网络层是由网络通信单元、网络设备组成的双环自愈光纤以太网。 传输介质：单模或多模光纤。 速率：10

15、M/100M自适应。 拓扑类型：自愈式双环。 采用光纤介质，相比普通10M/100M以太网的屏蔽双绞线而言具有抗电磁干扰、防雷击的能力，因此在牵引变电所这种强电磁干扰的环境下保证通信稳定可靠。 所有的环网接入设备全部针对工业环境设计，是普通的网络接入设备不可比拟的。,自愈式双环光纤以太网,双环结构具备自愈功能，自愈的原理就是将所有的设备分布在信号流向相反的两个环上，平时只有主环在工作，次环处于备份状态；当环上某处光纤断裂或某节点发生故障时，其相邻节点的主环、备环自动环回，这时，环网仍然是一个闭环，通信链路保持畅通。故障点链路恢复后，备环回到备份状态。这种自愈型环网极大的提高了光纤通信的可靠性。

16、,网络通信单元,网络设备,网络设备,网络设备,正常,故障,网络层的协议,协议就是通信语言，要求统一性和规范性。协议的发展也经历了各自为战到统一的过程。 采用国际标准IEC60870-5-103、IEC60870-5-104规约。具备良好的开放性、兼容性、可靠性。 对通用通信采用modbus、CDT等协议。,站控层,站控层：站控层综自系统的最高一层，包括当地监控单元和远动管理机。 当地监控单元，提供图形化的直观界面完成集中监控功能。 可设置监控台或监控屏。 远动管理机完成全所和调度系统的信息交互。,站控层：当地监控系统介绍,TA21当地监控系统，是TA21牵引变电所综合自动化系统的一部分，负责采

17、集与显示牵引变电所内的测控、保护单元的各种测量、保护信息，实现对牵引变电所内的各种开关的分/合控制、信号复归、保护装置的复归与定值管理等功能，完成相应的报警显示、报表处理等信息处理功能。 本系统安装简便，使用方便，对有人值班的牵引变电所，可安装在监控屏工控机上，对无人值班的变电所则可安装在便携式笔记本电脑上。,当地监控系统功能,TA21当地监控系统完全由交大许继自主研发，未采用第三方的技术。采用三层分布式架构体系开发，集成先进的计算机技术和网络通信技术，为牵引变电所、配电所提供微机化的当地监控操作维护平台。 本系统具备以下功能： 1、多种图形浏览功能，包括电气主接线图、遥测、遥信一栏表、装置信

18、息等。 2、实时显示一次设备的运行状态，如设备遥信、开关位置、电压和电流的实时值等。 3、主接线图的带电自动推导功能，更直观准确的显示供电状态。,当地监控系统功能,4、实时报警窗口。具备报警分类过滤和报警确认。 5、提供遥控、遥调、复归、人工置数等功能。 6、保护装置维护功能，如保护定值维护、事件报告查看、自检报告查看。 7、显示详细的故障动作信息，如动作时间、动作元件、动作参数等，提供故障录波查询。 8、历史报警查询和数据报表统计功能。,主接线图,控制功能,在主接线图中可以直接进行遥控操作。具备遥控功能的开关图元会出现一个虚线框，代表那个图元可以遥控。将鼠标移动到可以遥控的开关上，出现遥控点

19、提示和相关状态提示信息，如图所示。用户可对此提示信息进行确认，该对象是否为想要遥控的对象。,该对话框显示了遥控对象所在的变电所、所属装置、遥控名称、相关遥信、当前状态。用户可对此进行再次确认，确保选择的遥控对象无误。 确认无误后选择遥控动作进行分闸或合闸操作，点击“执行”即可以执行遥控操作。,遥测遥信监视,该图显示了主变间隔的遥测量和遥信量。以清晰整齐的表格形式显示了名称、实时值和单位。,定值查询、修改,查询所选装置对应的定值，查询成功后，在列表框中可以看到该装置对应的定值信息，如图所示。定值信息包括：序号，定值说明，定值，单位，最小值，最大值。定值分为一般数字，枚举，控制字 一般数字直接在“

20、定值”列修改，修改后“定值”变为红色，以示提醒。,保护控制字,控制字类型的定值是按位来解析的，每个控制字有16位，对于控制字，每一位对应特定的功能或保护，点击左侧方框，出现“”符号，表示选中或投入，对应比特设置为1，反之，对应比特设置为0。,故障报告,查询成功后在“故障报告信息”列表框中将出现故障报告信息，这里显示了详细的故障报告内容，如故障序号、故障时间、动作元件、动作参数、相关启动出口事件，等等。 详实的故障报告将有助于用户分析故障过程、查找故障原因。,故障录波查询,如果需要查看故障波形，可以点击“查波形”按钮，即可进行波形传输，波形数据按将通道逐个传送， 因波形数据相对较多，请耐心等待各

21、个录波通道的数据传送完毕，传送过程中不要进行其他操作。,波形分析,以不同的颜色显示模拟量的波形，并且可以缩放和随意分组。 还可对波形进行数据分析，如有效值、角度、谐波含量等等。,报告,站控层：远动管理机,远动管理机完成向远方调度中心传输监控及保护信号以及对该信号进行调制和解调（模拟通道），也支持光纤数字通道完成远动功能。具有以下特点： 装置采用模块化结构，稳定可靠，维护方便。 采用先进的工业级芯片，电气隔离和抗电磁干扰设计符合国际标准；核心模块采用 32位嵌入式微处理器，可宽温、低功耗无风扇运行，适合环境恶劣的工业现场运行。 采用通信领域广泛使用的嵌入式实时多任务操作系统，实时性好，处理能力强

22、。 全面支持IEC60870-5-101（104）、部颁Polling、CDT、SC-1801等通信规约，也能根据用户特殊规约要求在短时间内实现各种非标通信协议。 支持多种远动通道，多种通信速率。 设置卫星时钟同步系统，接受全球卫星定位系统GPS的标准授时信号，对所内监控主机和全部保护测控装置的时钟进行校正，并提供秒脉冲输出。 提供功能强大的使用维护工具，方便生成和维护装置信息表。,石太线远动管理机网络连接,对外处于大的调度网上。该网络在牵引变电所、开闭所、分区所都有接口，接口形式为RJ45以太网接口，速率为10M/100M兼容，捆绑2个2M带宽。每个点提供2个这样的接口，分别对应主通道和备用

23、通道（通道切换由通信专业自行完成）。,仿真实验工具软件,为提供更好的调试手段，我们提供仿真实验工具软件。 试验仿真工具软件是“TA21型牵引变电所安全监控及综合自动化系统”中的一个功能强大的辅助配套软件工具包。它以Windows操作系统为平台，按照标准IEC 60870-5-103传输规约实现装置和软件之间的信息传输。 软件在使用上采用了Windows“所见即所得”的操作方式，为用户提供良好的人机交互方式，容易掌握，操作方便。软件具有装置自动识别功能，通过调试机的串口、USB端口与保护装置连接后，软件可智能识别端口类型，并发送测试报文获取保护测控装置的类型，自动进入对应软件主界面。,仿真实验工具软件的特点,我们是最先搞出这么一套软件。有了这个软件，保护装置相当于是透明的。为什么这么讲？ 通过它可以看大装置所有存储的内容（FLASH的各个段），可以看到内存的全部内容（RAM的各个段）。 在设计上，除了将传统保护测控装置的整定值录入修改、保护控制字配置、故障报告查询、事件报告查询和自检报告查询等复杂的操作功能转移到调试微机上实现，还增添了装置校时、刻度校正、程序下载、数据转储、内存调试、报文监视和装置信息等全新的增强功能。 通过软件仿真平台，可以将装置历史数据导出形成文件包，实现装置运行状态的故障再现和离线分析