《远动监控技术》第三章 远动被控端

1、远动监控技术,西南交通大学电气工程学院,第三章 远动监控执行端,第一节 远动执行端的功能 第二节 远动执行端的硬件构成 第三节 遥信、遥控、遥测与遥调接口与实现 第四节 远动执行端的软件结构,第一节 远动执行端的功能,当地监控实景,一、被控站的功能,牵引供电被控站控制对象： 变电所、分区所、开闭所、AT所、“V停”控制站 1 继电保护功能 2 测量功能 3 控制功能 4 计量功能 5 远动功能 6 其他自动设备（重合闸、备自投、故障测距、上网开关）,二、被控站的功能分配 继电保护功能都由单独的设备完成 1. 继电器保护RTU 继电器完成保护功能，保护动作后给出节点信息 RTU完成测量、控制功能

2、等传统四遥功能（遥测、遥信、遥控、遥调）,2 微机保护RTU 微机保护装置完成保护功能 RTU完成测量、控制功能等传统四遥功能（遥测、遥信、遥控、遥调） RTU采集保护动作节点信息或与保护装置通信获取保护动作报告 原来RTU采集继电器的信号节点，变成了采集由微机保护装置给出的节点,3 变电站综合自动化系统 保护、测量、控制功能综合考虑，功能分布式配置，通过网络组成整体 传统RTU转变为通信单元，通过通信而不是节点采集来收集变电所的运行状态，四遥功能下放到微机装置 利用计算机的强大功能取代中央信号盘实现当地监控功能 故障记录功能，记录保护动作前、后的有关故障信息，以利于分析故障,三、 远动执行端

3、（RTU）的发展历史,第一代-布线逻辑式（继电器式、晶体管式、集成电路的远动装置） 特点：所有功能由硬件电路完成。按预定的要求进行设计、使构成装置的各部分电路按固定的时间顺序工作来完成预定的功能。 第二代-软件化的远动装置：功能由计算机硬件和完成指定功能的软件（加工程序）来实现，对程序进行修订，就能够改变系统的功能。 第三代-网络化的远动装置：“四遥功能”具体实现由其他智能设备完成，远动装置完成调度中心和智能设备的通信中转 目前普遍采用,微机RTU主要实现常规的“四遥”功能，而近年发展起来的“第五遥”遥视功能由视频监控前端设备完成。一般所说的RTU不包括视频监控前端。 RTU应具有以下基本功能

4、： 五遥功能 即遥信、遥测、遥控、遥调及遥视功能。 (2) 事件顺序记录（SOE） 监控人员需要及时掌握供电线路事故发生时各断路器和继电保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，做出运行对策和进行事故分析。 事件顺序记录SOE的一项重要指标是时间分辨率。分辨率可分为RTU内（即站内）与RTU之间（即站间）两种。,四、远动执行端(RTU)的功能,(3) 系统对时 RTU站间SOE分辨率是一项系统指标，它要求各 RTU的时钟与调度中心的时钟严格同步。,(4) 电能采集（PA） 采集变电所各条进线和出线以及主变两侧的电度值，传统作法:通过记录脉冲电度表的脉冲，较先进的作法:通过和智能电度表通信获取电度

5、值。 (5) 自恢复和自检测功能,(6) 与监控中心通讯 要求RTU能将采集的现场信息上报控制中心，并能控制中心下达的命令。 通讯规约一般有应答式（也称为问询式，POLLING式）、循环式（CDT）两种，目前RTU一般均采用POLLING方式。通讯速率一般用波特率表示，一般为1200bps，2400bps、4800bps和9600bps等。 随着光纤技术的发展以及变电所综合自动化系统的采用，有些系统已采用2Mbps或64Kbps的传输速率。 因此，RTU应具有通讯速率可配置的功能，支持不同的通信规约，支持不同的远动通道等功能。,(7) 其它功能 以上六项功能为RTU的基本性能要求，一般还希望R

6、TU具有下列功能： 1) 当地显示与参数整定输入； 2) 一发多收； 3) CRT显示、打印制表等。,五、远动执行端(RTU)的分类,从体系结构上：分为集中式RTU和分布RTU两大类。 分布式RTU分：功能分布式RTU和结构分布式RTU两大类。 在采样方式上：分为直流采样RTU和交流采样RTU两类。 从组屏方式上：分为集中组屏和分散布置两类。 从结构上：分作机柜式RTU、机箱式RTU、壁挂式RTU和单元模块化RTU等几类。,五、远动执行端(RTU)的分类,1 集中式RTU 集中式RTU的典型体系结构如图所示。 一般，CPU为系统中唯一的智能模块，它负责管理其他非智能子模块，并通过两个RS-23

7、2C串行口，经调制解调器MODEM分别和两个调度中心通讯，另一个RS-232C串行口用于外接CRT实现自检测。,五、远动执行端(RTU)的分类,五、远动执行端(RTU)的分类,其中： DI：遥信（数字量）输入模块，它可由若干个子模（如DI1、 DI2等）构成； AI：遥测（模拟量）输入模块，也可以由若干个子模块（如 AI1、AI2等）构成； PA：电能脉冲量采集模块； DO：遥控输出模块，也可以由若干个子模块； DOR：遥调模块； KB：键盘与显示器模块； DG：开关组态模块； WDT：监视定时器模块。 集中式RTU，各模块之间均以并行总线相联系。而并行总线往往不允许传输太长的距离（通常小于5

8、0cm），因此，集中式RTU均是集中布置于一个机箱或机柜中的。,五、远动执行端(RTU)的分类,2 分布式RTU 随着电力系统自动化要求提高，变电所无人值守和综合自动化成为发展的趋势. RTU新要求: 能够采集更多的开关量、模拟量和电度信息，能够控制更多路遥控和遥调；能够向更多的调度中心建立联系，各不相同的通讯规约；对事件顺序记录（SOE）站内分辨率的要求也有提高的趋势。 集中式的微机远动装置因采用单处理器，CPU负荷过重往往不能满足上述要求，此外采用并行总线的集中式远动装置也不便于采集不在同一现场的参数。 多CPU结构、各模块间以串行总线相互联系的分布式RTU。,五、远动执行端(RTU)的分

9、类,分布式RTU优点： 布置灵活，便于采集地理上分布的信号； 联线简单，可靠性高； 便于扩容，容量可以很大； 便于采用交流采样方式； 便于实现多规约转发和一发多收。 但是分布式RTU的最小配置成本较集中式RTU高，因而在小配置情况下，不如集中式微机远动装置经济。 分布式RTU的特征为：多CPU、串行总线、智能模板，既可以集中组屏，又可以分散布置。 根据结构上的不同，分布式RTU又可分为功能分布式和结构分布式两大类。,五、远动执行端(RTU)的分类,(1) 功能分布式RTU 按功能划分各模块，由智能遥信模块（IYX）、智能遥测模块（IYC）、智能电度模块（IPA）、智能遥控模块（ISOC）、智能

10、遥调模块（ISOR）和CPU模块等。KB为键盘与显示器，M为调制解调器。,五、远动执行端(RTU)的分类,模块间采取串行通讯方式，模块间联线非常简单（往往只有两条线），串行通讯较并行可以传输更远的距离，因而各模块之间可相距很远，甚至不在一个机柜内，构成适应采集不同地点信号的分布式体系结构。 分布式RTU的各个模块均为智能模块，专门有一个CPU独立管理本模板，使得该CPU功能专一，负荷较轻，因而可靠性高，另外也可采取一些通常集中式RTU因防止CPU负荷过高而无法采用的处理方法。 分布式RTU的各模块可以任意组合，扩容十分方便。CPU模块可选用一个或多个，以满足向多个调度端通讯的要求，每个CPU模

11、块均可选配不同的通讯规约。,五、远动执行端(RTU)的分类,(2) 结构分布式RTU 功能分布化的RTU，具有灵活和功能性强的优点，但需要众多的模板类型，不利于大批量生产。具有一定的分布布置灵活性，但它只能按功能分布布置. 变电所实际情况: 希望将同一台设备或同一面柜子所需的四遥量布置在一个单元模块中，这就是结构分布式RTU，也即面向设备对象设计的RTU。 优点:将RTU单元模块分散地布置在开关柜等中，不必单独组屏，不仅节省了空间，也使二次连线大大减少. 因为RTU单元模块和现场的联接在屏内就完成了，各RTU单元模块之间只需通过几条RS-485或现场总线连线。 为了将RTU单元模块安装到开关柜

12、中，需将RTU单元模块设计成单板结构，否则开关在动作过程中的振动会造成含总线插槽结构的产品接触不良，导致设备失灵。,五、远动执行端(RTU)的分类,功能分布的RTU仍延用集中式RTU的配置思想，把一定数量的相同功能采集或控制单元布置在一块模板上，各功能模板通常都采用单片机构成，但是CPU模块则可采用X86、ARM、PowerPC等高档CPU。 至于内部串行总线，早期的分布式产品采用RS-232C标准，目前大都采用RS-485协议或现场总线，如CANBus、Lonworks、FrofBus等现场总线，传输媒介采用双绞线或光纤。 分布式RTU内部总线采用工业以太网成为一种发展趋势。,一 继电保护功

13、能的硬件结构 1 继电保护装置 定义： 能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置. 基本任务： （1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行. （2）反应电气元件的不正常运行状态，并发出信号.,第二节 被控站硬件结构,2 继电保护装置的结构框图,电流互感器：一次绕组串联在电力回路中，二次侧额定电流为5A（或1A） 电压互感器：一次侧并联在电力回路中，二次侧额定电压为100V,互感器的作用： 高电压、大电流变换为标准的低电压、小电流 将一次设备与二次设备隔离，保证设备和人

14、身安全,变换电路：继电器（测量比较元件）不能之间与互感器连接时，需要经过变换电路，将互感器的电压、电流变换为测量比较元件所需要的形式 测量比较元件：测量电流、电压的值并和整定值比较，超过整定值就动作，向断路器跳闸机构送出跳闸命令 操作电路：实现控制要求的直流操作电流路，经过它去接通所需要跳闸电路及信号电路,3 继电保护发展的历史 （1） 机电式继电器 具有机械传动部件带动触点开、合的机电式机电器组成，如电磁型、感应型和电动型继电器。,过电流保护原理框图,（2） 晶体管式继电保护装置 优点：动作迅速、灵敏度高、体积小、没有接点、无机械磨损 缺点：离散性大、抗干扰能力较差 上世纪50年代出现，上世

15、纪70年代在我国广泛采用,（3） 集成电路式继电保护装置 随着集成电路的发展，将众多的晶体管集成在一块芯片上，从而形成体积更小、工作更可靠的集成电路元件。 上世纪80年代后期开始。,（4） 数字式继电保护 由计算机技术构成的继电保护,实际装置示例：,4 继电器的分类 （1） 按动作原理分 电磁型、感应型、整流型、电子型、数字型 （2） 按反应的物理量 电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率继电器、瓦斯继电器 （3） 按继电器的作用 启动继电器、量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器、出口继电器,二. 传统被控站系统构成,1 系统组成,（1） 控制盘 装设有对一次设备断

16、路器、隔离开关进行控制的开关、按钮、信号灯、电流表、电压表等。 一般按照变压器、馈线、并补组盘。,（2） 继电保护盘 装设各种继电保护设备，或由专门的成套保护屏盘组合而成 （3）自动、远动装置盘 装设自动装置与远动装置设备、表计、信号等，可于保护装置判及有关控制盘组合在一起。,（4） 计量盘 装设各种监测、记录仪器表计等 （5）中央信号盘 装设变电所中各种事故和预告信号装置设备，如电笛、电铃、闪光装置，光字牌及信号试验、复归按钮等。 （6） 自用电盘 交、直流屏，提供所内和操作电源。,2 功能的实现 由继电器或微机保护装置完成保护功能，并给出信号到中央信号屏，同时响笛或响铃； 给出信号节点由远

17、动装置采集； 远动装置完成“四遥”功能； 微机保护装置可以通过通信和RTU交换信息,三 RTU的硬件结构 1 单CPU的RTU硬件组成,包括：主处理器CPU，只读存储器ROM，随机存储器RAM，定时器，中断管理及串、并接口和外围电路等。,模板包括：CPU板，系统支持板，键盘显示板，开关量输入板，A/D板，通信板，控制输出板。,2 多CPU的RTU硬件组成,四 变电站综合自动化系统 基本概念 变电站自动化技术：将变电站的二次设备（包括测量仪器、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和

18、输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。 分立元件的自动化装置阶段 智能自动装置阶段 综合自动化系统阶段,以RTU为基础的变电站自动化系统（测控）,2. 变电所自动化系统的组成 过程层：主要指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备 间隔层：一般按断路器间隔划分，包括测量、控制部件和继电保护装置 变电所层：包括监控主机、远动通信机,包括全站性的监控主机、远动通信等,站内变压器、断路器、隔离开关、PT和CT等一次设备,单元层，按断路器间隔分，有测量、控制或继电保护部件。通过局域网络NOVELL、RS-485通信接口或现场

19、总线CAN等联系,例1,例2,例3,3 变电站自动化系统主要特点 （1）功能综合化 将变电站的监视控制、继电保护、自动控制装置和远动完成的功能组合在一起，将各个子系统有机的联系在一起 （2）结构分布、分层化,（3）操作监视屏幕化 模拟屏被实时主接线图所取代，中央信号盘被CRT屏幕画面闪烁和文字、语音报警所取代，控制操作也在计算机上进行 （4）测量显示数字化 常规指针测量仪表被直接数字显示代替，抄表记录完全由自动生成的报表所代替,（5）通信网络化、光缆化 计算机局域网和光纤技术普遍应用，提高系统抗电磁干扰能力 （6）运行管理智能化 实现自动化功能，在线自诊断，并将诊断结果送到调度端,4 主要系统

20、组成 （1）继电保护子系统 故障记录功能 统一时钟对时功能 存储多种保护整定值 当地显示与多处观察和授权修改保护整定值 故障自诊断、自闭锁和自恢复功能 （2） 监控子系统 功能包括：数据量采集（包括模拟量、开关量和电能量的采集）；事件顺序记录SOE；故障记录、故障录波和故障测距；操作控制功能；安全监视功能；人机联系功能；打印功能；数据处理与记录功能谐波分析与监视功能等。,（3） 通信子系统 （a）把微机保护子系统和监控子系统联系起来 （b）完成远动通信功能，把调度端和变电站自动化系统联系起来 （4） 其他子系统 （a）电压、无功综合控制子系统 （b）备用电源自投控制 （c）小电流接地选线控制,5 综合自动化系统 的结构形式,（1） 系统集中组屏 不同的功能分别组成多个屏：主变保护控制屏、馈线保护控制屏、并补保护控制屏、监控屏等 （2）分散安装与集中组屏相结合 面向对象，在间隔就地分散安装 （3）全分散安装 以一次设备为安装单位，将功能单元安