高速铁路电力变配电所自动化系统

高速铁路电力变配电所

自动化系统电气工程学院林国松目录录一、变电电所自动动化系统统的组成成二、变电电所自动动化系统统通信网网络三、变电电所自动动化系统统通信协协议四、变电电所自动动化系统统站控层层五、监控控子系统统实例1.概述一、变电电所自动动化系统统的组成成变电所自自动化系系统是将变电电所的二二次设备备（包括括测量仪仪表、信信号系统统、继电电保护、、自动装装置和远远动装置置等）经经过功能能的组合合和优化化设计，，利用先先进的计计算机技技术、现现代电子子技术、、通信技技术和信信号处理理技术，，实现对对全所设设备的自自动监视视、自动动测量、、自动控控制和保保护，以以及与调调度通信信等综合合性的自自动化功功能。变电站自自动化系系统：7个功能组组：一、变电电所自动动化系统统的组成成控制、监监视功能能自动控制制功能测量表计计功能继电保护护功能与继电保保护有关关的功能能接口功能能系统功能能一、变电电所自动动化系统统的组成成监控子系系统继电保护护子系统统通信子系系统铁路变配配电所3个子系统统：（1）故障记记录功能能；（2）统一时时钟对时时功能，，以便准准确记录录发生故故障和保保护动作作的时间间；（3）存储多多种保护护整定值值；（4）当地显显示与多多处观察察和授权权修改保保护整定定值；（5）故障自自诊断、、自闭锁锁和自恢恢复功能能。通信子系系统包括括系统内内部现场场级的通通信和系系统与上上级调度度的通信信两部分分。2.结构形式式分层分布布式结构构的概念念一、变电电所自动动化系统统的组成成所谓分布式结结构，是在结结构上采采用主从从CPU协同工作作方式，，各功能能模块（（通常是是各个从从CPU）之间采采用网络络技术或或串行方方式实现现数据通通信。变电所分分层结构构变电所分分层结构构变电所自自动化系系统按照照设备的的功能被被分为三三层：变电所层层、间隔隔层（或或称单元元层）、、过程层层（或称称设备层层）2.结构形式式分层分布布式结构构的几种种方式系统集中中组屏分散安装装与集中中组屏相相结合全分散模模式一、变电电所自动动化系统统的组成成全分散式式的自动动化系统统是指以变变压器、、断路器器、母线线等一次次主设备备为安装装单位，，将保护护、测量量、控制制、闭锁锁等功能能单元就就地分散散安装在在一次主主设备的的开关柜柜上，安安装在主主控制室室内的变变电所层层设备通通过网络络与这些些分散的的单元进进行信息息交换。。一、变电电所自动动化系统统的组成成集中组屏屏的铁路路配电所所自动化化系统结结构图铁路电力力配电所所全分散散安装结结构图一、变电电所自动动化系统统的组成成二、变电电所自动动化系统统通信网网络1.通信概述述变电所自自动化系系统通信信子系统统功能变电所内内的信息息交换现场一次次设备与与间隔层层间的信信息传输输间隔层内内部的信信息交换换间隔层之之间的信信息交换换间隔层与与变电所所层的信信息交换换变电所层层内部信信息交换换二、变电电所自动动化系统统通信网网络1.通信概述述变电所自自动化系系统通信信子系统统功能变电所和和调度中中心的信信息交换换（1）遥测信息息，变电所所上送模模拟量的的相关信信息。（2）遥信信息息，变电所所上送开开关位置置信号、、有关状状态信号号、保护护动作信信号等。。（3）遥控命令令，调度中中心下发发命令控控制断路路器、隔隔离开关关位置，，保护装装置的保保护元件件的投入入/退出，装装置复归归等。（4）遥调命令令，调度中中心下发发命令改改变变电电所设备备的工作作状态和和参数调调整。二、变电电所自动动化系统统通信网网络1.通信概述述变电所自自动化系系统通信信的要求求变电所通通信网络络的要求求信息传输输响应速速度的要要求快速的实实时响应应能力高的可靠靠性优良的电电磁兼容容性能分层式结结构我国电力力行业标标准DL/T5149-2001“220～500kV变电所计计算机监监控系统统设计技技术规程程”的规规定，模模拟量越越死区传传送≤2秒；遥信信变位和和状态告告警信号号传送≤≤2秒；全系系统实时时数据扫扫描周期期≤2秒；变电电所画面面整幅调调用响应应时间：：实时画画面≤1秒；其他他画面≤≤2秒。二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术现场总线线技术（（背景））采用RS422/RS485通信接口口虽然可可实现多多个节点点（设备备）间的的互连，，但连接接的节点点数一般般不超过过32个，在变变电所规规模稍大大时，便便满足不不了自动动化系统统的要求求在多节点点下其通通信方式式只能采采用查询询方式，，即由主主机查询询，保护护单元或或自控装装置应答答，通信信效率低低，难以以满足较较高的实实时性要要求整个通信信网上只只能有一一个主节节点对通通信进行行管理和和控制，，其余皆皆为从节节点，这这样主节节点便成成为系统统的瓶颈颈，一旦旦主节点点出现故故障，整整个系统统的通信信便无法法进行二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术现场总线线技术（（种类））目前世界界上存在在着大约约四十余余种现场场总线，，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标标准组织织-基金会现现场总线线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术现场总线线技术（（缺点））不同的现现场总线线都有其其产生的的背景和和应用领领域，在在变电所所自动化化系统中中，各个个厂家采采用的现现场总线线也各不不相同，，这就造造成了在在同一变变电所中中，不同同厂家的的智能装装置必须须通过网网关进行行转换才才能通信信，使装装置的互互换和互互操作成成为问题题。另外外作为监监控系统统的主机机一般采采用通用用计算机机，只具具备串口口、以太太网接口口，并没没有现场场总线接接口。装装置并不不能直接接和监控控计算机机进行通通信，必必须使用用网关或或插卡进进行接口口转换。。二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术工业以太太网以太网是我们经经常提到到的局域域网LAN（LocalAreaNetwork）的一种种，有四四种体系系结构在在局域网网中占主主导地位位：以太太网、令令牌总线线、令牌牌环、光光纤分布布式数据据接口（（FDDI）。LAN和OSI模型比较较IEEE802标准体系系IEEE将数据链链路化分分为两个个子层：：逻辑链路路控制层层LLC（LogicLinkControl）和介质访问问控制MAC（MediaAccessControl）二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术工业以太太网TCP//IP（TransferControlProtocol/InternetProtocol）是传输控控制协议议/网际协议议的简称称，最早早是美国国国防部部的高级级研究规规划局ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）制定的的，现在在广泛地地应用于于计算机机之间的的网络连连接和通通信，是是事实上上的通信信标准。。TCP//IP和OSI模型TCP//IP协议的体体系结构构分为四四层：应用层、、传输层层、网络络层和链链路层二、变电电所自动动化系统统通信网网络2.常用的通通信技术术工业以太太网工业控制制网络不不同于普普通数据据网络的的最大特特点在于于它必须须满足控控制功能能对实时时性的要要求，即即信号传传输要足足够的快快和满足足信号的的确定性性。所谓工业以太太网，一般来来讲是指指技术上上与商用用以太网网（即IEEE802.3标准）兼兼容，但但在产品品设计时时，在材材质的选选用、产产品的强强度、适适用性及及实时性性、互操操作性、、可靠性性、抗干干扰性和和本质安安全等方方面能满满足工业业现场的的需要。。二、变电电所自动动化系统统通信网网络3.网络结构构规约转换换器/网关通信管理理机远动管理理机变电所自自动化系系统的网网络结构构和自动动化系统统采用的的通信技术术有关，和和变电所所的规模有关，和和智能装装置采用用集中组屏屏或分散散安装有关，还还和厂家家给每个个智能装装置的功能分配配有关。另另外变电电所中还还有一些些其它的的智能设设备如交交直流屏屏，智能能电度表表、一次次设备在在线监测测装置等等，它们们的信息息也可以以通过通通信接口口接入变变电所自自动化系系统中，，这些设设备一般般都是第第三方厂厂家的产产品，我我们将其其称为智智能设备备，或称称其为第三方设设备。变电所自自动化的的通信装装置二、变电电所自动动化系统统通信网网络3.网络结构构变电所自自动化系系统的以以太网网网络结构构形式星形结构构星型环网网结构间隔层环环网的以以太网结结构星型以太太网自动动化系统统结构二、变电电所自动动化系统统通信网网络主干环网网的自动动化系统统结构间隔层环环网的自自动化系系统网络络结构二、变电电所自动动化系统统通信网网络三、变电电所自动动化系统统通信协协议1.变电所层层和间隔隔层设备备通信的的内容故障信息息整定值功功能事件、自自检信息息历史数据据查询功功能其他功能能变电所自自动化系系统的通通信有间间隔层设设备和变变电所层层设备的的通信，，变电所所与调度度中心的的通信，，这两者者的通信信规约是是不一样样的。间间隔层设设备之间间、变电电所层内内部的通通信不在在变电所所自动化化系统通通信规约约讨论的的范围内内。三、变电电所自动动化系统统通信协协议2.通信规约约介绍间隔层设设备通信信规约规约采用用三层参参考模型型，采用用了OSI模型的物理层、、链路层层和应用用层。IEC60870--5-103““继电保护护设备信信息接口口配套标标准”是其工作作的一部部分，它它规定了了继电保保护设备备（或间间隔单元元）的信信息接口口规范。。该标准准被等同同采用为为我国的的国标，，标准号号为DL/T667-1999。规约结构构三、变电电所自动动化系统统通信协协议2.通信规约约介绍间隔层设设备通信信规约103规约采用查询询方式的的工作过过程，主主站发起起通信，，从站响响应。继继电保护护设备上上的数据据分为1级数据和和2级数据，，1级数据的的优先级级高于2级数据，，1级数据又又包含多多种数据据，数据据仍然存存在优先先级。2级数据一一般定义义为测量量值，其其余数据据定义为为1级数据。。1级数据的的优先级级在规约约中有规规定，用用户也可可以根据据系统的的需要对对数据的的优先级级进行调调整。用户数据据收集过过程三、变电电所自动动化系统统通信协协议2.通信规约约介绍与调度中中心通信信规约实际通信信中存在在的问题题循环传送送远动规规约IEC60870--5-101：2002远动规约约IEC60870--5-104：2002远动规约约变电所内内部通信信存在的的问题远动通信信中存在在的问题题四、变电电所自动动化系统统站控层层1.监控子系系统的功功能数据采集集（模拟量量、开关关量、电电能量、、数字量量）运行监视视和控制制安全监视视事件记录录功能（（历史记记录）故障记录录、故障障录波和和故障测测距功能能操作控制制运行监视视与人机机联系功功能报表管理理和打印印谐波分析析与监视视站控层，，即变电电所自动动化系统统中的变变电所层层，包括括监控子子系统和和远动通通信功能能。四、变电电所自动动化系统统站控层层1.监控子系系统的功功能数据处理理和记录录其他功能能①主变压压器和输输电线路路有功功功率和无无功功率率每天的的最大值值和最小小值以及及相应的的时间；；②母线电电压每天天定时记记录的最最高值和和最低值值以及相相应时间间；③计算受受配电电电能平衡衡率；④统计断断路器动动作次数数；⑤断路器器切除故故障电流流和跳闸闸次数的的累计数数；⑥控制操操作和修修改定值值记录。。四、变电电所自动动化系统统站控层层2.监控子系系统的结结构数据服务务器操作员站站继保工程程师站五防工作作站时钟同步步的概念念和方法法（1）硬件件脉冲对对时方式式（硬对对时）。。（2）串行口口对时方方式（时时间报文文）。（3）网络对对时方式式。（4）IRIG-B时钟码对对时方式式。（5）互联网网时间同同步技术术。五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例1.概述当地监控控子系统统是通过图图形化的的方式实实现对牵牵引变电电所、配配电所的的监视和和控制，，主要完完成一次次设备实实时状态态的监视视和控制制功能。。系统可以以打开各各种图纸纸，如电电气主接接线图、、地理图图等等。。系统具具备自动动拓扑分分析功能能，可根根据开关关状态对对主接线线图的线线路自动动进行带带电推导导，用不不同的颜颜色分别别显示带带电和不不带电的的线路。。五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例2.用户界面面五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明①图纸操操作：打开主页页五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明①图纸操操作：打开主页页五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明①图纸操操作：打开图纸纸五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明①图纸操操作：打开图纸纸五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明①图纸操操作：打开图纸纸五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明缩放跳转和刷刷新五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明关闭打印图纸纸五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明②总召③召电度度五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明④遥控操操作五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明⑤程控五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明⑥人工置置数⑦遥测监监视五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明⑧遥信监监视五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明消闪五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明⑨环境安安全监控控五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明⑩实时曲曲线五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明新建实时时曲线五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明保存实时时曲线打开实时时曲线五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例3.操作说明明修改实时时曲线删除实时时曲线五、变电电所自动动化系统统监控子子系统实实例4.系统其他他操作①锁定②退出程程序

35KV35KV变压器变压器馈出线馈出线综合贯通调压器一级贯通调压器贯通线贯通线电容器电容器母联馈线进线自闭贯通线调压器电容器母联备投变压器主保护高压侧后备保护低压侧后备保护公用测控通用通信双环自愈愈式光纤纤网远动管理理单元当地监控控及工程程师站调度端以太网铁道配电电所综合合自动化化系统结结构铁道变配配电所综综合自动动化系统统分为3层：站控层-调度端、、当地监监控单元元；网络层-双环光纤纤网、以以太网以以及通通信单元元(包括网络络接口设设备，如如协议转转换器、、路由器器、WTX--895远动管理理机等)；间隔层-保护测控控装置。。同时交交直流系系统、无无线监控控等智能能设备通通过通用用通信装装置纳入入铁道变变配电所所综合自自动化的的系统中中。铁道配电电所综合合自动化化系统结结构间隔层间隔层保保护测控控装置设设备特点点：间隔层保保护测控控装置主主要完成成铁道变变配电所所进线、、馈出线线、电容容器、调调压器、、自闭贯贯通线等等一次设设备的保保护、测测量、控控制等功功能。针针对不同同的一次次设备配配置相应应的保护护测控装装置。微机保护护硬件构构成:数据采集集单元保护CPU单元开关量输输入/输出单元元人机接口口与通信信CPU单元微机保护护装置硬硬件原理理示意图图

微机保护护硬件构构成数据采集集单元⑴电压形形成回路路⑵模拟量量滤波回回路⑶模数转转换回路路◆基于逐逐次逼近近原理的的模数转转换器件件（AD）◆基于电压压-频率转换换的模数数转换器器件（VFC）两种模数数转换器器件的特特点如下下：◆输出数数据格式式◆分辨率率高◆抗干扰扰性强微机保护护硬件构构成保护CPU单元保护CPU单元原理理框图微机保护护硬件构构成开关量输输入/输出单元元开关量输输入原理理图开关量输输出电路路原理图图微机保护护硬件构构成间隔层保保护测控控装置WBH--881微机机变压器器主保护护装置WBH--882微机机变压器器高压侧侧后备保保护装置置WBH--883微机机变压器器低压侧侧后备保保护装置置WXH--882微机机进线保保护测控控装置WXH--881微机机馈线保保护测控控装置WXH--883微机机自闭贯贯通线保保护测控控装置WBT--881微机机母联保保护测控控及备自自投装置置WDR--881微机机电容器器保护测测控装置置WTY--881微机机调压器器保护测测控装置置FCK--881公公用测控控装置保护装置置的共性性指示灯的的含义：：①运行灯灯：运行行正常时时，本灯灯有规律律的闪烁烁。②通信灯灯：通信信正常时时，本灯灯有规律律的闪烁烁。③告警灯灯：当装装置检测测到本身身器件发发生故障障时，告告警灯亮亮。④跳闸灯灯：当装装置跳闸闸保护后后，跳闸闸灯亮，，装置复复归后，，跳闸灯灯灭，用用以指示示跳闸状状态。2.采用一套套装置负负责一个个（组））断路器器及相关关隔离开开关的保保护、测测量与控控制设计计模式。。3.控制回路路断线定定位到每每个对象象，便于于维修与与维护。。4.操作开关关时应注注意的问问题：每面盘/柜上都有有一个转转换开关关，当要要用后台台及远动动操作断断路器时时，转换换开关打打至遥控控位；当当要在当当地手动动操作断断路器时时，转换换开关打打至就地地位。保护装置置的共性性5.遥信变位位相关问问题：装置采集集断路器器和隔离离开关的的位置，，经过一一定的延延时消抖抖上送，，反应到到当地监监控和调调度的主主接线图图上，可可以被打打印；机构故障障也是采采集断路路器和隔隔离开关关所对应应的接点点，作为为遥信量量上送，，可以被被打印。。总召唤：：定时读读所有的的遥信量量，分为为两级，，网关和和装置；；网关和和调度、、当地监监控保护装置置的共性性6.遥控和装装置复归归首先屏上上的控制制开关应应打到远远方位；；装置收到到命令后后进行操操作，并并记录该该事件，，若失败败，事件件中将会会有原因因说明，，可从实实时告警警窗口中中查看。。装置复归归不记录录。特别注意意：自投投动作后后应对母母联备投投及备自自投装置置进行复复归，为为下次自自投作好好准备保护装置置的共性性现在的综综自二次次回路设设计中，，充分考考虑了现现在的习习惯和微微机自动动化功能能两种方方式，分分别设有有两种独独立的可可切换方方式，互互不影响响，每台台开关的的控制回路路设有软件件、硬件件闭锁，，防止了了误操作作。WBH--881微机变压压器主保保护装置置差动速断断保护比率差动动保护TA断线告警警差流越限限告警保护配置置：WBH--881微机变压压器主保保护装置置TA断线线告警平衡系数数的整定定1.变压器TA接线方式式为常规规△/Y方式时:Kph1=(变压器高高压侧额额定电压压*变压压器高压压侧CT变比)/变压器容容量;Kph2=(变压器低低压侧额额定电压压*变压压器低压压侧CT变比)/变压器容容量;2.变压器TA接线方式式为全星星形Y/Y方式方式式时:Kph1=(变压器高高压侧额额定电压压*变压压器高压压侧CT变比)/变压器容容量;Kph2=(**变压器低低压侧额额定电压压*变压压器低压压侧CT变比)/变压器容容量;变压器平平衡系数数Kph=Kph1//Kph2WBH--881微机变压压器主保保护装置置WBH--882微机变压压器高压压侧后备备保护装装置二段带复复合电压压启动的的过电流流保护过负荷保保护（跳跳闸、告告警可选选择）失压保护护非电量保保护（重重瓦斯、、轻瓦斯斯、压力力释放、、温度过过高）断相告警警零序过流流告警零序过压压告警保护配置置：WBH--883微机变压压器低压压侧后备备保护装装置电流速断断保护三段带复复合电压压启动的的过电流流保护过负荷保保护（告告警）失压保护护后加速保保护母线联锁锁保护保护配置置：WXH--882微机进线线保护测测控装置置功能：完成进进线电源源的保护护、测控控一体化化功能。。保护配置置：●电流速速断保护护●三段式式带低压压启动的的过电流流保护●失压保保护●母联闭闭锁开出出●PT断线告警警WXH--882微机进线线保护测测控装置置●母联闭闭锁开出出通过同一一条母线线上的其其他出线线保护测测控装置置发出的的联锁信信号区分分是否有有区外故故障发生生，并以以此进行行保护功功能的闭闭锁和开开放，从从而实现现母线保保护功能能WXH--881微机馈线线保护测测控装置置功能：完成馈馈出线的的保护、、测控一一体化功功能。保护配置置：●带低压压启动的的电流速速断保护护●带低压压启动的的三段式式过电流流保护●后加速速保护●三相一一次重合合闸●过负荷荷保护●失压保保护●零序过过流保护护●零序过过压告警警●PT断线告警警WXH--881微机馈线线保护测测控装置置●