变电站监控课程设计20097974

1、题目：变电站监控技术课程设计院系：电气工程系专业：铁道电气化年级：2009级姓名：谭思成指导教师：孟 军西南交通大学峨眉校区2012年10月28日课 程 设 计 任 务 书专 业铁道电气化 姓 名谭思成学 号20097974开题日期：2012年 9 月 3日 完成日期：2012年 10 月 28日题 目变电站监控技术课程设计一、设计的目的变电站监控课程设计是配合“变电站监控技术”理论教学而设置的一门实践性课程，主要目的是通过该课程设计使学生了解变电站监控系统的整体构成及关键性技术，进一步巩固所学知识并能够合理利用。初步掌握变电站监控设计步骤和方法；了解变电站监控系统的整体构成，熟悉有关“规程”

2、和“设计手册”的使用方法。二、设计的内容及要求 (原始资料附后)1.主要设计原则和主要设计标准； 2. 根据原始资料确定系统应实现的功能，包括调度中心及RTU应实现的功能； 3. 变电站监控系统的系统构成及配置； 4. 调度中心：系统构成、系统网络结构、软硬件配置等； 5. RTU：系统构成、系统通信网络结构、软硬件配置等； 6.RTU各模块（分组完成模拟量输入模块、开关量输入模块）硬件电路设计； 7.远程通信通道设计：通信通道方案选择及实现 8. 系统主要设计指标； 9. 附件：（1）主要工程数量表、（2）主要设备表；（3）系统容量要求表、（4）四遥对象概数表、（5）电力监控系统构成示意图、

3、（6）、各模块硬件电路原理图;。 10.所有设计内容用A4纸打印成册，包括封面、前言、摘要、设计任务书、设计正文、附件、参考书目等； 三、指导教师评语 四、成绩 指导教师 （签章）年 月 日变电站监控课程设计原始资料1.工程概况某电气化铁路牵引供电系统，分别由A、B、C、D四个110/27.5KV牵引变电所供电。监控系统设电力调度中心一个，四个牵引变电所各设远程终端一个。2.环境条件2.1电力调度中心控制室和机房环境环境温度：+540相对湿度：10%90%海拔高度1000m大气压力：86108kpa振动：f<10Hz，振幅为0.3mm；10Hzf<150Hz时，加速度为0.1m/s

4、2。工作电源：两路独立的380/220V电源；波动范围：-15%+10%地震烈度：7度接地电阻12.2牵引变电所内环境控制室温度：-5+45开关柜温度：-10+55环境温度在-5+40时，最大变化率10/h，设备应能满足技术规格书所规定的精度要求，环境温度在-10+55时，设备应能正常工作，不误动、不拒动。相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25）；有凝露的情况发生。海拔高度1000m地震烈度：7度3.设计内容3.1主要设计原则 电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用

5、通道，主备通道能实现手动及自动切换；控制站具备与其它系统的通信接口能力；系统设备选型立足国产化。3.2主要设计标准远动系统和设备（IEC870-88）远动终端通用技术条件（GB/T13729-02）铁路电力牵引供电远动系统技术规范（TB10117-98）铁路电力远动系统工程设计规范（TB10064-2000）3.3系统构成和基本配置完成系统控制站、被控站及远动通道的构成及硬件配置设计，完成电力监控系统构成示意图。3.4确定监控内容 根据变电所主接线图确定遥控、遥测、遥信对象，完成四遥对象概数表。3.4 系统功能设计确定系统实现的主要功能。3.5 RTU各模块（分组完成模拟量输入模块、开关量输入

6、模块、控制量输出模块）硬件电路设计及软件说明书确定模块硬件方案（输入/输出路数、元器件选择、接口设计、电原理图），时间分辨率不大于10MS；输入/输出信号列表、编码；软件程序结构、程序框图、主要源程序设计；软件说明。4.附图：牵引变电所主接线图（由于主接线图为原始设计图纸，图形较大，不便打印，查看时可在计算机中放大）。5.课程设计时间时度安排 第1 周 查阅相关规范、文献资料，熟悉原始资料及设计任务，进行系统构成和配置、系统功能设计第2、3周 完成系统构成和配置、系统功能设计第4、5周 确定所在分组设计模块的硬件方案，经审查后完成电原理图绘制第6周 整理文档，准备答辩6主要参考文献1.柳永智，

7、刘晓川. 电力系统远动. 北京：中国电力出版社2.盛寿麟. 电力系统远动原理. 北京：中国电力出版社 3.杨爵. 实用编码技术. 北京：中国铁道出版社 4.胡道元. 计算机局域网. 北京：清华大学出版社 5.曹志刚. 现代通信原理. 北京：清华大学出版社 6.何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术. 北京： 北京航空航天大学出版社摘要变电站监控技术的核心是SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统通过对变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号分别进行采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电站实现自动化监视、测量、协调和控制的集合体和

8、全过程。SCADA系统的核心是调度中心和RTU（远程终端装置），其中调度中心能监视和控制各个变电所及线路的各个方面，RTU负责采集各个设备的状态量以及接收调度中心发来的操作信号。关键词：SCADA系统，变电站综合自动化，调度中心，RTU目录第1章设计概述21.1 主要设计原则21.2 主要设计标准21.3 系统实现的功能2第2章变电站综合自动化系统42.1 概念42.2 系统构成42.3 实现的功能6第3章调度中心123.1 调度中心概况123.2 调度中心配置12第4章远程终端装置（RTU）174.1 RTU的结构模式174.2 RTU的通信网络设计184.3 系统硬件配置24第5章通信信道

9、265.1 现场总线265.2 以太网26第6章模拟量输入硬件电路276.1 十六位最小系统电路276.2 模拟量采集电路28第7章系统主要设计指标297.1 测控精度297.2 有实时数据的画面整幅调出响应时间：297.3 数据处理速度297.4数据通信307.5 双机自动切换307.6 历史数据存档307.7 系统可用率307.8 平均无故障时间307.9 环境条件30后记32参考文献33附录34附录35附录36附录37第1章 设计概述1.1 主要设计原则电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设

10、置主用和备用通道，主备通道能实现手动及自动切换；控制站具备与其它系统的通信接口能力；系统设备选型立足国产化。1.2 主要设计标准远动系统和设备（IEC870-88）远动终端通用技术条件（GB/T13729-02）铁路电力牵引供电远动系统技术规范（TB10117-98）铁路电力远动系统工程设计规范（TB10064-2000）1.3 系统实现的功能1、 遥测：即应用通信技术传送被测量的测量值。2、 遥信：应用通信技术完成对设备状态信息的监视。3、 遥调：应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令。4、 遥控：当调度控制中心需要直接抑制发电厂、变电所中的某些设备，如断路器的合闸、分间，发电机的开机、停

11、机等，就发出相应的控制命令。5、 与继电保护相关的功能（如故障录波、测距、小电流接地选线等）。6、 接口功能（与微机五防、电源、电能表计、全球定位（GPS ）等设备的接口）。7、 系统功能（与主站通信、当地SCADA等）。第2章 变电站综合自动化系统2.1 概念变电站是是牵引供电系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对供电网络的安全运行起着举足轻重的作用。传统变电站设备，以人工操作为主，无法满足牵引供电系统安全、稳定和经济、可靠运行的要求。因此，必须采用先进技术，提高变电站的自动化管理水平。变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处

12、理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。 功能的综合是其区别于常规变电站的最大特点,它以计算机技术为基础, 以数据通讯为手段,以信息共享为目标。2.2 系统构成本设计采

13、用分层分布式结构，设备组成分为三个层次。1、间隔层。包括微机保护测控装置以及其他带有智能通信接口的设备,如变压器温度测控单元、交/直流屏充电测控装置等。间隔层设备的最大特点是具有智能化、自律性能的微机保护单元,其基本功能的运作不依赖通信网络。2、网络层。将各种间隔层智能装置通过现场通信网络进行连接,完成上位机(Workstation)和数据终端设备(测控单元)的数据和命令传输。3、站级层。作为变电所自动化系统的通信控制、后台机系统,承担着变电所综合自动化系统的通信管理、人机界面(MMI)交互以及运行管理的任务。考虑到变电所都是以间隔为单元组屏,以及设备的向下兼容性和有关国际发展趋势,因此没有用

14、嵌入式以太网完全替代现场总线网,而是将站内通信网设计为两层,间隔以上的用10MHz/100MHz嵌入式以太网构成站内通信的主干网络,负责网络服务器、历史数据服务器组等PC机和各间隔进行通信。在间隔内部,用现场总线网(如Modbus、CAN等)把各保护装置连在一起。现场总线网上的信息由间隔层的测控单元通过通信控制器(网关) ,上传到主干网上。最底层的各种保护设备可不做任何改动,保持了向下兼容性。这种通信网络设置形式将嵌入式以太网与现场总线技术相结合,发挥了各自的优势。在这里,通信控制器(网关)起到了非常重要的作用,具体表现在:·大大降低了主控单元的复杂程度和运算负载;·将不同

15、的通信网络转换为统一的通信接口,管理更为简单;·使不同间隔层设备之间的相互影响降到了最低;·将间隔层设备自身的通信网络故障隔离在通信控制器之外,不会影响到主控单元的正常工作以上方案的以太网拓扑结构实际上是带自愈功能的环形拓扑结构,网络上的节点通过CSMA /CD机制获得对通道的占有权,只有拥有通道占有权的节点可以向环上其他节点发送信息。一般环形拓扑结构的信息在环上是单向传输的,而带自愈功能的环形拓扑结构在环网中增加控制协议,使环上的信息可以双向流动,规定一种信息流动方向为主方向、另一种流动方向为备用方向。在正常情况下,环上信息按主方向流动;当某两个节点之间的传输介质出现断线

16、或某个节点故障时,控制协议可以改环上的信息流动方向到备用方向,在不增加投资的情况下,网络可靠性得到大幅提高。 图2-1 牵引变电所综合自动化设备组成2.3 实现的功能变电站综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定。变电站在电网中的地位和作用不同，变电站自动化系统有不同的功能。2.3.1 监控子系统的功能监控子系统应取代常规的测量系统，取代指针式仪表；改变常规的操作机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等；取代常规的远动装置等等。监控子系统功能有：1、数据采集数据采集有两种。一种是变电站原始数据采集。原始数据直接来自一次设备，如：电压互感器、电

17、流互感器的电压和电流信号、变压器温度以及断路器辅助触点、一次设备状态信号。变电站的原始数据包括模拟量和开关量。另一种是变电站自动化系统内部数据交换或采集。典型的如：电能量数据、母线电压信号、保护动作信号等。变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。(1)模拟量的采集。各段母线电压、母联及分段断路器的电流、线路及馈线电压、电流、有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器和并联电抗器电 流、直流系统电压、所用电电压、电流、无功功率以及频率、相位、功率因数等。另外，还有少数非电量，如变压器温度保护、气体保护等。模拟量的采集有交流和直流两种形式。交流采样是将电压、电流信号不经过变送器，

18、直接接人数据采集单元。直流采样是将外部信号，如交流电压、电流，经变送器转换成适合数据采集单元处理的直流电压信号后，再接人数据采集单元。在变电站综合自动化系统中，直流采样主要用于变压器温度、气体压力等非电量数据的采集。(2)开关量的采集。断路器、隔离开关和接地开关的状态，有载调压变压器分接头的位置，同期检测状态、继电保护动作信号、运行告警信号等，这些信号都以开关量的形式，通过光隔离电路输入至计算机。(3)电能计量。电能计量指对电能(包括有功和无功电能)的采集，并能实现分时累加、电能平衡等功能。数据采集及处理是变电站综合自动化得以执行其他功能的基础。2、数据库的建立与维护监控子系统建立实时数据库，

19、存储并不断更新来自IO单元及通信接口的全部实时数据；建立历史数据库，存储并定期更新需要保存的历史数据和运行报表数据。3、顺序事件记录及事故追忆顺序事件记录包括：断路器跳合闸记录，保护及自动装置的动作顺序记录，断路器、隔离开关、接地开关、变压器分接头等操作顺序记录，模拟输入信号超出正常范围等。事故追忆功能。事故追忆范围为事故前1min到事故后2min的所有相关模拟量值，采样周期与实时系统采样同期一致。4、故障记录、录波和测距功能变电站的故障录波和测距采用两种方法，一是由微机保护装置兼作故障记录和测距，再将记录和测距的结果送监控系统存储及打印输出或直接送调度主站；另一种方法是采用专用的微机故障录波

20、器，并且故障录波器应具有串行通信功能，可以与监控系统通信。对35kv及以下的配电线路，很少设置专门的故障录波器，为了分析故障的方便，可设置简单故障记录功能。对于大量中、低压变电站，没有配置专门的故障录波装置。而对出线数量大、故障率高的，在监控系统中设置了故障记录功能，这对正确判断保护的动作情况及正确分析和处理事故是非常必要的。5、操作控制功能无论是无人还是少人值班的变电站，运行人员都可通过屏幕对断路器、允许远方电动操作的隔离开关和接地开关进行分、合操作；对变压器及站用变压器分接头位置进行调节控制；对补偿装置进行投、切控制，同时，要能接受遥控操作命令，进行远方操作；为了防止计算机系统故障时无法操

21、作被控设备，在设计时，应保留人工直接跳、合闸方式。操作控制有手动和自动控制两种控制方式。手动控制包括调度通信中心控制、站内主控制室控制和就地控制，并具备调度通信中心站内主控室、站内主控制室就地手动的控制切换功能；自动控制包括顺序控制和调节控制。6、安全监视功能监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外还要监视保护装置是否失电，自控装置是否正常等。7、人机联系功能(1)显示器、鼠标和键盘是人机联系桥梁。变电站采用微机监控系统后，无论是有人值班还是无人值班，最大的特点之一是操作人员或调度员只

22、要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可以对全站的运行工况、运行参数一目了然，可对全站断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变了传统的依靠指针式仪表和模拟屏或操作屏等进行操作。(2)显示画面。作为变电站人机联系的主要桥梁手段的显示器，不仅可以取代常规的仪器、仪表，而且可实现许多常规仪表无法完成的功能。其可显示采样和计算的实时运行参数(U、I、P、Q、cosv、有功电能、无功电能及主变压器温度、系统频率，等)、实时主接线图、事件顺序记录、越限报警、值班记录、历史趋势、保护定值自控装置的设定值、故障记录和设备运行状态等。(3)输入数据。指输入电流互感器和电压互感器变比、保护定值和越限报

23、警定值、测控装置的设定值、运行人员密码等。8、打印功能定时打印报表和运行日志；断路器、隔离开关操作记录；事件顺序记录；越限；召唤；抄屏；事故追忆等。9、数据处理与记录功能在监控系统中，数据处理和记录也是很重要的环节。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。此外，为了满足继电保护专业人员和变电站管理的需要，必须进行一些数据统计，主要有：记录母线电压日最高值和最低值以及相应的时间；主变压器及各条线路的功率、功率因数及电能的计算和统计；计算配电电能的平衡率；统计断路器、避雷器、重合闸的动作次数；统计断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数；记录控制操作和定值的修改；事件顺序记录及事故追忆等。 10、谐

24、波的分析与监视电能质量的一个重要指标是其谐波要限制在国标规定的范围内。随着非线性元件和设备的广泛使用，使电力系统的谐波成分明显增加，并且其影响程度越来越严重，目前，谐波“污染”已成为电力系统的公害之一。因此，在综合自动化系统中，必须重视对谐波含量的分析和监视。对谐波“污染”严重的变电站，要采取适当的抑制措施，降低谐波含量。11、报警处理报警处理内容包括：设备状态异常、故障；测量值越限及计算机监控系统的软硬件、通信接口及网络故障等。12、画面生成及显示画面显示的信息包括：日历时间、经编号的测点、表示该点的文字或图形、该点实时数据或历史数据、经运算或组合后的各种参数等。由画面显示的内容包括：全站生

25、产运行要的电气接线图、设备配置图、运行工况图、电压棒形图、实时参数曲线图、各种信息报告、操作票、工作票及各种运行报表等。13、在线计算及制表功能(1)对变电站运行的各种常规参数进行统计及计算，如：日、月、年中的最大值、最小值及其出现的时间、电压合格率、变压器负荷率、全站负荷及电能平衡率等。(2)对变电站主要设备的运行状况进行统计及计算，如：断路器正常操作及事故跳闸次数、变压器分接头调节的档次、次数、停运时间等。 (3)利用以上数据生成不同格式的生产运行报表。并按要求方式打印输出。14、电能量处理电能量处理包括变电站各种方式采集到的电能量进行处理、对电能量进行分时段的统计计算以及当运行方式的改变

26、而自动改变计算方法并在输出报表上予以说明等。15、远动功能监控子系统能实现DL 50021991地区电网调度自动化设计技术规程、DL 50031991电力系统调度自动化设计技术规程中与变电站有关的全部功能，满足电网电能实时性、安全性和可靠性。16、运行管理功能运行管理功能包括：运行操作指导、事故记录检索、在线设备管理、操作票开列、模拟操作、运行记录及交接班记录等。除上述功能外还具有：时钟同步、防误闭锁、同步、系统自诊断与恢复以及与其他设备接口等功能。2.3.2微机保护系统功能微机保护系统功能是变电站综合自动化系统的最基本、最重要的功能，它包括变电站的主设备和输电线路的全套保护：高压输电线路保护

27、和后备保护；变压器的主保护、后备保护以及非电量保护；母线保护；低压配电线路保护；无功补偿装置保护；站用变保护等。各保护单元，除应具备独立、完整的保护功能外，还应具有以下附加功能：1、具有事件记录功能。事件记录包括发生故障、保护动作出口、保护设备状态等重要事项的记录。2、具有与系统对时功能。以便准确记录发生事故和保护动作的时间。3、具有存储多种保护定值功能。4、具备当地人机接口功能。不仅可显示保护单元各种信息，还可通过它修改保护定值。 5、具备通信功能。提供必要的通信接口，支持保护单元与计算机系统通信协议。6、具备故障自诊断功能。通过自诊断，及时发现保护单元内部故障并报警。对于严重故障，在报警的

28、同时，应可靠闭锁保护出口。7、各保护单元满足上述功能要求的同时，还应满足保护装置的快速性、选择性和灵敏性要求。2.3.3后备控制和紧急控制功能当地后备控制和紧急控制功能包括人工操作控制、低频减负荷、备用电源自投等。第3章 调度中心3.1 调度中心概况调度中心采用计算机局域网结构、分布式控制系统、以计算机设备为核心，以功能为模块，以网络节点为单元进行配置，包括：计算机网络、前置通信处理机、主用服务器、调度员工作站、系统维护工作站、WEB工作站等网络节点设备及相应的实时数据，文档管理报表打印机，画面拷贝机，维护用程序打印机及实时监视整个供电系统运行概况的模拟屏等外围设备，同时具备功能完善的软件资源

29、及UPS设备。图3-1 调度中心结构示意图3.2 调度中心配置1、计算机网络控制站采用双以太网结构、客户机/服务器访问方式，正常情况下双网同时工作，并可根据数据需要分担不同的数据传输或平衡网络负荷，当某一网络故障时，系统给出报警信息，并由非故障网络承担全部数据传输。网络采用交换式以太网，通信协议采用TCP/IP协议，通信介质采用光纤，通信速率为10/100Mbps自适应。2、主服务器系统配置两套国际通用、高性能的服务器计算机，冗余配置、对等工作方式，通过网络管理软件和网络适配器链接网上设备。两个主服务器定时进行工作状态的在线监测，在一台主服务器故障情况下进行自动切换，切换时间小于15秒。两套主

30、服务器同时接收网上数据，但仅主用机具备数据流控制及管理功能，主、备服务器支持数据校验以保证完整一致的数据库。技术数据为：CPU字长：不小于64位，内存：大于256MB，主频：500MHz，高速缓存：不低于1MB。每套主服务器配置操作、显示用的人机接口设备，具备安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于3级。主服务器具备强大而灵活高效的网络通信能力和完备的系统监测功能，采用工业控制系统广泛应用的UNIX+WINDOWS操作系统。主服务器的功能是：一是管理维护控制站局域网的全局配置文件，接受来自局域网内各其他接点的信息。二是遥控、遥测、遥调、遥信处理。三是保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局数

31、据和对历史数据的管理，并对调度端客户机提供数据服务。四是完成调度文档管理、统计报表生成制作。五是定时任务管理。3、调度员工作站两套调度员工作站通过网络适配器与计算机网络相连。两个调度员工作站并行运行。具备良好的人机界面和安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于3级。计算机设备为国际通用型工作站，模块及部件具有互换性，并装备外部存储设备、图形加速卡。主要技术数据：CPU字长：不小于32位，内存：不小于128MB,主频：不小于360MHz。每个调度员工作站配置操作、显示用的人机接口设备一套。每一个人机界面装置包括图像显示终端一套、键盘、鼠标，显示器屏幕不小于54cm，显示的颜色不少于256种，分辨

32、率不低于1280×1024。调度员工作站作为控制站的人机接口设备之一，能够实现检测各被控站及接触轨上开关状态、电源线路、接触轨带点状态，可对各种故障信息进行适时多窗口报警显示，通过鼠标和键盘完成对被控站的遥控操作，并进行操作前的合理性判定，同时完成各种报表记录、曲线的检索及显示、对报表进行在线修改、打印实时数据及报表、拷贝等调度管理任务。此外调度员工作站设备可实现对模拟屏的控制、音响实验、复归等。4、实时数据打印机及制表打印机实时数据打印机及制表打印机采用高性能、低噪声彩色喷墨打印机，并具有汉字打印功能，打印速度不低于260CPS，缓冲区容量不低于16KB，打印噪声不大于50dB。具

33、有宽窄行打印功能。打印机的工作方式采用假脱机方式。实时数据打印机主要用于调度员操作记录、故障报警及时间顺序记录、遥测量越限记录等。制表打印机主要用于对数据管理的报表打印等。5、拷贝机拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于2分钟画面，拷贝清晰度不低于600DPI，拷贝噪声不大于54dB，缓冲区容量不低于512KB，画幅不小于A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。实时数据打印机、制表打印机、拷贝机均通过打印终端服务器与计算机网络相连，各打印机之间能互为备用。6、大屏显示器模拟屏设备，通过对系统各主要开关等状态的各种灯光显示，对全线系统进行直观动态显示。模拟屏上设置数字时钟显示及

34、安全天数显示，数字时钟应与系统时钟同步。模拟屏控制器除通过网络对模拟屏进行控制外，还可单独对模拟屏进行各种位置及操作。7、通信前置机通信前置机采用基于Pentium系列的工业控制级计算机，采用实时、多任务、多用户的操作系统，作为与各被控站远动数据通道接口设备，配置只能多串口通道板来满足远程IO容量。完成数据的发送、接受及数据的预处理，如通信规约的变换等，减轻主服务器节点的CPU负荷，通过网络适配器与控制中心局域网络相连，并与主服务器进行数据通信。通信处理机采用双重配置，冗余结构，主、备工作方式，主服务器实时监视主、备通信前置机的工作状态，可对其进行自动、手动切换。两套通信前置机具备并行处理功能

35、以支持主、备通道的状态。8、维护工作站系统维护工作站的结构、技术参数同调度员工作站，通过网络适配器与计算机网络相连，并配程序打印机。系统维护工作站用于生成、维护、修改、管理系统的实时数据库、历史数据库及用户画面，并定义、修改系统运行参数及开发应用程序等，系统对数据库、用户画面和系统运行参数的修改、定义，可以在先随时进行，但不影响系统的正常运行，且实时库、历史库及画面的修改均采用无需编程的人机对话方式。维护工作站可以与任意调度员工作站互换，成为调度员工作站设备的备用设备，以解决某些特殊情况。维护工作站还应具备模拟培训功能。模拟培训软件可以通过网络共享系统英语数据库，提供一个和真实环境完全一致的迷

36、你环境。给调度人员一个练习、使用本系统的良好平台。在维护工作站不进行数据维护时，可进行模拟培训。9、WEB工作站WEB工作站与专为其提供的集线器连接，与主服务器进行通讯，运行WEB功能模块，负责向外部发布SCADA运行信息，在有用户需要时读取主服务器内监控系统的实时数据。WEB工作站与主服务器通过专用的集线器连接，以免访问人数过多给电力监控网络带来不必要的通信负担。两个主服务器也分别有一个网卡连接到与WEB工作站专用的集线器下。10、GPS系统由于控制中心内部有多个系统需要精确的时钟系统来进行同步，所以电力监控系统在主站一级可以与其他系统公用一套GPS来接收卫星的精确对时。11、UPS装置为了

37、系统的可靠运行，不受外部电源停电时的影响，系统配置一套UPS装置，其容量满足当外部电源停电30分钟时，系统的正常运行。UPS设备前盘设置运行监视界面，可提供UPS的远距离监视信号，以满足调度员对UPS设备的监视。远距离监视信号的主要内容包括：UPS的工作状态、蓄电池的工作状态、输入电源的工作状态等。UPS装置满足外部输入电源的条件，工作噪声不大于55dB，且应具有一定的过负荷能力。配电柜设两路交流输入电源，可以通过组合开关切换。各输入、输出回路应具有过负荷自动跳闸功能。当一路电源失压时，另一路可自动切换输入。配电柜还具有过电压、过电流保护功能。当两路交流电源都失压时，UPS自动投入供电。配电柜

38、带有各种显示表计和手动操作按钮，便于现场维护和调试第4章 远程终端装置（RTU）4.1 RTU的结构模式RTU即被控站设在沿线的主变电所，牵引降压变电所内，各被控站内采用当地综合自动化系统，完成所内的控制、保护、测量及系统监控终端的功能，各被控站通过所内综合自动化系统的通信处理单元实现，与调度中心的信息交换，即遥测，遥信信息的上传和下行遥控，遥调信息的接受和执行，以实现变电所的无人值守。电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构,以牵引变电所为核心,以功能为模块,将供电臂上联接的牵引供电设施纳入系统节点,充分体现分散控制,集中管理的结构模式。控制和保护系统既相互独立,有关信息又相互共

39、享。系统主要由4部分组成:第一部分为调度层;第二部分为站控层;第三部分为间隔层的分布式保护、测量、智能装置;第四部分设备层。间隔层智能装置控制和保护线路、变压器、电容器等设备;站控层控制着以牵引变电所为核心,以供电臂为单元的牵引供电系统,系统结构如图4-1所示图4-1 分层分布式4.2 RTU的通信网络设计变电所综合自动化系统网络模式的选择要从组网模式、传输介质、数据传输模式、网络拓扑结构和网络中央系统设备五方面分别进行比较，应充分考虑网络的实时性、统一性、可靠性、高效性和合理性等因素。 1、组网模式 变电所综合自动化系统网络分为单网和双网两种组网模式，在选择过程中应根据变电所的不同特点分别对

40、待，合理选择。 主变电站担负着向地铁系统牵引降压变电所供电的任务，其安全可靠的运行是地铁系统正常运行的前提之一；同时，主变电站容量较大，数据信息处理量较多，接线复杂，建设规模大，对网络的可靠性要求高。所以主变优先选择双网结构。牵引降压变电所负责向车站设备和区间接触网供电，牵引供电系统可靠性高，而且通信网络数据传输量较主变电站少，网络负担较轻。根据已建成地铁的应用经验，单网结构软、硬件简单，安装调试方便，故障率低，满足运行要求，采用单网模式可使全线投资规模大幅降低。因此，牵引、降压变电所采用单网结构。2、所内主干网络传输介质光纤是一种利用了光的全反射原理传输光束的细微而柔韧的介质，光纤由纯石英以

41、特别的工艺拉制而成。光纤采用时分复用、频分复用和波分复用、密集波分复用等技术，已成为数据传输中最有效的一种传输介质，它有以下几个优点：（1）传输频带宽，通信容量大 ，传输速率高。（2）线路损耗低，传输距离远。在较长距离和范围内信号是一个常数。 （3）抗干扰能力强，应用范围广。光纤电缆中传输的是光束，由于光束不受外界电磁干扰的影响，而且本身也不向外辐射信号，因此它适用于强电磁辐射环境下的信息传输。 光纤传输具有通信容量大、传输速率高、抗电磁干扰能力强、可靠性高等优点。根据已建成地铁的应用经验，变电所内强电磁辐射对不相邻柜间的电缆信号传输干扰较大，以光纤为传输介质的通信网，更能适应地铁环境下自动化

42、系统和分布式数据采集系统的通信需求。所以变电所综合自动化系统主干网络采用光纤传输介质。3、所内主干网络数据传输模式当前用于工业现场的网络数据传输主要有现场总线和工业以太网，在对其进行选择的时候首先应该考虑网络统一性和开放性，同时兼顾组网的灵活性、可靠性、实时性及数据传输速率等因素。现场总线是实现现场智能设备与监控系统之间通信的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的通信数据总线。是针对工业控制现场恶劣的运行环境等特点，专门开发应用于现场控制的技术，一般在抗干扰、实时性及传输效率等方面都采取了特殊的措施，以保证现场数据传输的可靠性、高效性。其按照国际标准化组织ISO和开放系统互连O

43、SI提供网络服务，适用于对实时性要求很强的领域。现场总线具有容错能力强、安全性好、成本低的特点，已广泛地用于制造业、流程工业、冶金、电力、交通、楼宇等自动化领域，目前国内外很多知名的继电保护产品采用现场总线进行通信传输。但目前多种现场总线协议并存的状况，使不同厂家、不同总线协议设备之间无法互联，给工程实施带来一系列的硬件和软件的接口配合工作。另外总线产品通信速率受总线节点数和传输距离的影响较大，因此工程中需根据不同产品及系统的实际情况，制定不同的网络传输方案。工业以太网充分考虑工业现场温差变化大、电磁辐射强、潮湿、灰尘多等恶劣环境，在设备元器件选择上使用了高质量和高可靠性的元器件。工业以太网遵

44、从IEEE802.3协议，针对工业现场实时性要求高的特点，工业以太网采用全双工的工作模式，尽管CSMA/CD仍然存在其间，但100Mbps甚至1000Mbps的传输速率和高速的工业以太网交换机的使用，将设备隔离在相互独立的碰撞域，使以太网中产生了确定型的传输。工业以太网实际应用中多将以太网与TCP/IP协议结合，彻底解决了网络统一性的问题。此外，工业以太网通信的误码率极低（在10-810-11之间），数据传输可靠性高；网上增减节点方便，灵活性好；传输速率高，传输信息量大，网络实时性好，可以根据业务特性来打包，动态分配带宽；在带宽允许的情况下，对IP通道带宽的变化可瞬间响应。以太网用于工业现场已

45、成为一种发展趋势。基于工业以太网的诸多优点，国内外一些知名厂家已研制、生产出相应工业以太网产品，并在监控领域取得良好的工业运行经验。工业以太网的开放性，统一性，经济性，可扩展性，可维护性都是其它网络不能相比的。基于以上的分析比较，结合变电所综合自动化系统和城市轨道交通供电系统继电保护装置、监控单元等智能电子装置的技术发展现状，变电所综合自动化系统所内主干网络数据传输模式采用工业以太网。4、网络拓扑结构网络的拓扑结构有点对点、星形、总线形和环形四种结构。（1）总线型拓扑结构总线形拓扑结构如图总线形拓扑结构如图4-2所示，有关间隔层保护测控单元通信口采用链式的总线形连接在一起，共用同一通道与主监控

46、单元通信。这种网络拓扑结构减少了对主监控单元通信口数量的要求，节省通信电缆，造价相对较低，同时易安装、网络接点易扩充，但总线上传输速率受节点数量的影响较大，同时还存在故障诊断困难、故障隔离困难等缺点。图4-2 总线形网络拓扑结构（2）环形拓扑结构环形拓扑结构是将网络上的节点首尾相接形成的一种闭合结构。网络上的节点通过CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)机制获得对通道的占有权，只有拥有通道占有权的节点可以向环上其它节点发送信息。一般的环形拓扑结构的信息在环上单向传输，带自愈功能 的环形拓扑结构在网络接点故障或断线时信息双向流动，大大提高了网络的可靠性。但由于环形拓扑的投资较大，一般应用于

47、星形结构无法适用的、跨越较大地理范围的大规模的网络。环形拓扑结构如图4-3所示。图4-3 环形网络拓扑结构（3）星形拓扑结构星形拓扑结构如图星形拓扑结构如图4-4所示，所有的间隔层保护测控单元及主监控单元都分别作为网络的一个节点，通过独立的通道与中央系统设备进行通信。这种拓扑结构具有易于故障的诊断、易于故障的隔离、易于网络的扩展等优点，星形拓扑结构是目前局域网应用中最多的拓扑结构。图4-4星形拓扑结构网络拓扑结构的网络性能比较见表4-1表4-1 三种结构比较网络拓扑比较内容星型总线型环形可靠性高满足要求最高组网灵活性高低高投资较低低高性能价格比高一般较高综上所述，变电站综合自动化系统星形拓扑结

48、构是性价比最高的，所以采用星形拓扑结构。4.3 系统硬件配置变电所综合自动化系统设备采用组屏安装，综控屏的数量根据系统配置方案确定。屏内安装监控单元、局域网设备等；屏上设有音响报警装置，具有事故、预告两种音响。1.局域网络设备所内通信网采用适合于城市轨道交通使用环境的抗干扰性强、阻燃、铠装通信介质，优先选用屏蔽5类线。网络连接设备宜选用工业级产品。2.操作员站操作员站设置于有人值守的变电所，可以采用组屏安装方式，也可以根据工程需要单独放置在专用值班室内。操作员站应采用工业级PC。3.监控单元监控单元用于实现各种类型子监控单元规约的转换，应支持与CANbus、Lonworks、Profibus等

49、多种现场总线的接口，支持RS-232、RS-422或RS-485等标准接口。4.便携式计算机变电所综合自动化系统应该配置便携式计算机，计算机内安装调试软件，用于现场调试。5.系统电源及接地变电所综合自动化系统的电源有以下两种方案：方案一：由变电所内的交直流屏提供不间断交流、直流电源。方案二：由变电所内的交直流屏提供交流电源，变电所综合自动化系统配置UPS为系统提供不间断电源。这两种方案都可以满足系统的电源要求，但是方案一可以实现不同系统之间的资源共享，也简化了设备的维护管理。因此，在工程有条件的情况下优选方案一作为系统电源方案。变电所综合自动化系统一般为悬浮地系统，不存在工作接地。系统安全接地

50、及通信电源屏蔽层接地均可通过与变电所控制室内综控屏内接地母排连接实现。综控屏内接地母排与外引综合接地网实现可靠的电气接地。第5章 通信信道5.1 现场总线传输介质多数采用屏蔽双绞电缆(RS485) 、光纤、同轴电缆,以解决长线传输、数据传输速率和电磁干扰等问题。插件包括各种防护等级工业级的接插件,总线的供电及本质安全(如IEC 611582)用于流程控制及要求防爆功能的场合,编码为异步NRZ、位同步曼彻斯特编码等,传输速率为9. 6 kbps12Mbps。5.2 以太网以屏蔽双绞电缆、光纤作为主要的解决方案。光纤介质虽然成本较高,但其卓越的电磁兼容性能和长距离通信能力是屏蔽双绞线无法比拟的,推

51、荐选择光纤。插件包括RJ45、AUI、BNC,编码为同步、曼彻斯特编码,传输速率10 Mbps、100 Mbps。第6章 模拟量输入硬件电路6.1 十六位最小系统电路该系统以AT89C51单片机为核心，可以对16路模拟量、16路数字开关量和两路脉冲量进行采集，模拟量采集精度达到12位，在实际应用中，可以对电压信号进行直接采集，如果要对传感器的标准电流量进行采集时，还需加入采样电阻，把电流转换成电压后进行采集。对采集的脉冲量的频率取决于单片机的时钟频率，一般不能高于单片机的运行时钟，如单片机用12MHz的晶振，则采集的脉冲频率只能低于12MHz。如图6-1所示为设计的系统原理框图。系统选择一个串

52、行的A/D转换芯片，用模拟开关作扩展，两个模拟开关即可扩展成16路的模拟量输入。图6-1 16位最小系统数据采集原理图6.2 模拟量采集电路模拟量的采集要用到A/D转换芯片，这里选择MAX1241A/D转换器。MAX1241是一种低功耗、低电压的12位逐次逼近型ADC，最大非线性误差小于1LSB，转换时间9s，内置快速采样保持电路。MAX1241采用三线式串行接口，与单片机的接线简单，如图6-2所示。图中两个电容是去藕电容，用以对电源进行滤波。Vi是采集电压的输入端，Vref是A/D转换器的参考电压。一般情况下可以接单片机的电源。图4.6 MAX1241与单片机的接线图这里用两个路模拟开关进行

53、扩展，扩展成16路。如图6-1的原理图所示，系统选用两个CD4051模拟开关，并用单片机的四个I/O口控制两个模拟开关的通道选择端，在采集过程中，选择不同的通道进行数据采集。第7章 系统主要设计指标7.1 测控精度1、模拟量测量准确度交流电流、电压量： ±0.2%直流电流、电压量： ±0.2%功率、电度量： ±0.5%频率： ±0.01Hz2、脉冲输入量允许脉冲宽度：10ms允许脉冲电平：30V3、事故顺序记录事故分辨率： 1ms4、遥控动作成功率遥控动作成功率：100%7.2 有实时数据的画面整幅调出响应时间：画面调入：2s数据刷新：1s(可设定)7.3 数据处理速度从数据采集到主站显示：1.5s遥调命令传输时间：1s(可设定)遥控命令选择、执行或撤销传输时间：