高速铁路电力变配电所自动化系统课件

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一、变电所自动化系统的组成二、变电所自动化系统通信网络三、变电所自动化系统通信协议四、变电所自动化系统站控层五、监控子系统实例1.概述一、变电所自动化系统的组成变电所自动化系统是将变电所的二次设备（包括测量仪表、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，实现对全所设备的自动监视、自动测量、自动控制和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站自动化系统：7个功能组：一、变电所自动化系统的组成控制、监视功能自动控制功能测量表计功能继电保护功能与继电保护有关的功能接口功能系统功能一、变电所自动化系统的组成监控子系统继电保护子系统通信子系统铁路变配电所3个子系统：（1）故障记录功能；（2）统一时钟对时功能，以便准确记录发生故障和保护动作的时间；（3）存储多种保护整定值；（4）当地显示与多处观察和授权修改保护整定值；（5）故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。通信子系统包括系统内部现场级的通信和系统与上级调度的通信两部分。2.结构形式分层分布式结构的概念一、变电所自动化系统的组成所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。

变电所分层结构变电所分层结构变电所自动化系统按照设备的功能被分为三层：变电所层、间隔层（或称单元层）、过程层（或称设备层）

2.结构形式分层分布式结构的几种方式

系统集中组屏分散安装与集中组屏相结合全分散模式一、变电所自动化系统的组成全分散式的自动化系统是指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、测量、控制、闭锁等功能单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控制室内的变电所层设备通过网络与这些分散的单元进行信息交换。一、变电所自动化系统的组成集中组屏的铁路配电所自动化系统结构图

铁路电力配电所全分散安装结构图一、变电所自动化系统的组成二、变电所自动化系统通信网络

1.通信概述变电所自动化系统通信子系统功能变电所内的信息交换现场一次设备与间隔层间的信息传输间隔层内部的信息交换间隔层之间的信息交换间隔层与变电所层的信息交换变电所层内部信息交换二、变电电所自动动化系统统通信网网络1.通信信概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/退出出，装置置复归等等。（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.通信信概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响响应速度的的要求快速的实时时响应能力力高的可靠性性优良的电磁磁兼容性能能分层式结构构我国电力行行业标准DL/T5149-2001“220～500kV变电电所计算机机监控系统统设计技术术规程”的的规定，模模拟量越死死区传送≤≤2秒；遥遥信变位和和状态告警警信号传送送≤2秒；；全系统实实时数据扫扫描周期≤≤2秒；变变电所画面面整幅调用用响应时间间：实时画画面≤1秒秒；其他画画面≤2秒秒。二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术现场总线技技术（背景景）采用RS422/RS485通信接口口虽然可实实现多个节节点（设备备）间的互互连，但连连接的节点点数一般不不超过32个，在变变电所规模模稍大时，，便满足不不了自动化化系统的要要求在多节点下下其通信方方式只能采采用查询方方式，即由由主机查询询，保护单单元或自控控装置应答答，通信效效率低，难难以满足较较高的实时时性要求整个通信网网上只能有有一个主节节点对通信信进行管理理和控制，，其余皆为为从节点，，这样主节节点便成为为系统的瓶瓶颈，一旦旦主节点出出现故障，，整个系统统的通信便便无法进行行二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术现场总线技技术（种类类）目前世界上上存在着大大约四十余余种现场总总线，如法国的FIP，，英国的ERA，，德国西门子公司司Siemens的的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，，PhenixContact公司的的InterBus，RoberBosch公公司的CAN，Rosemounr公公司的HART，CarloGavazzi公公司的Dupline，丹麦ProcessData公司司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），，MODBus，SDS，Arcnet，国际际标准组织织-基金会会现场总线线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术现场总线技技术（缺点点）不同的现场场总线都有有其产生的的背景和应应用领域，，在变电所所自动化系系统中，各各个厂家采采用的现场场总线也各各不相同，，这就造成成了在同一一变电所中中，不同厂厂家的智能能装置必须须通过网关关进行转换换才能通信信，使装置置的互换和和互操作成成为问题。。另外作为为监控系统统的主机一一般采用通通用计算机机，只具备备串口、以以太网接口口，并没有有现场总线线接口。装装置并不能能直接和监监控计算机机进行通信信，必须使使用网关或或插卡进行行接口转换换。二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术工业以太网网以太网是我们经常常提到的局局域网LAN（LocalAreaNetwork）的一种种，有四种种体系结构构在局域网网中占主导导地位：以以太网、令令牌总线、、令牌环、、光纤分布布式数据接接口（FDDI）。。LAN和OSI模型型比较IEEE802标准准体系IEEE将将数据链路路化分为两两个子层：：逻辑链路控控制层LLC（LogicLinkControl）和和介质访问控控制MAC（MediaAccessControl）二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术工业以太网网TCP/IP（TransferControlProtocol/InternetProtocol）是传输控制制协议/网网际协议的的简称，最最早是美国国国防部的的高级研究究规划局ARPA（（AdvancedResearchProjectsAgency）制定定的，现在在广泛地应应用于计算算机之间的的网络连接接和通信，，是事实上上的通信标标准。TCP/IP和OSI模型TCP/IP协议的的体系结构构分为四层层：应用层、传传输层、网网络层和链链路层二、变电所所自动化系系统通信网网络2.常用的的通信技术术工业以太网网工业控制网网络不同于于普通数据据网络的最最大特点在在于它必须须满足控制制功能对实实时性的要要求，即信信号传输要要足够的快快和满足信信号的确定定性。所谓工业以太网网，一般来讲讲是指技术术上与商用用以太网（（即IEEE802.3标准准）兼容，，但在产品品设计时，，在材质的的选用、产产品的强度度、适用性性及实时性性、互操作作性、可靠靠性、抗干干扰性和本本质安全等等方面能满满足工业现现场的需要要。二、变电所所自动化系系统通信网网络3.网络结结构规约转换器器/网关通信管理机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.网络络结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模型型的物理层、、链路层层和应用用层。IEC60870-5-103““继电保保护设备备信息接接口配套套标准””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.通通信规约约介绍间隔层设设备通信信规约103规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级数据据和2级级数据，，1级数数据的优优先级高高于2级级数据，，1级数数据又包包含多种种数据，，数据仍仍然存在在优先级级。2级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级数数据。1级数据据的优先先级在规规约中有有规定，，用户也也可以根根据系统统的需要要对数据据的优先先级进行行调整。。用户数据收集集过程三、变电所自自动化系统通通信协议2.通信规规约介绍与调度中心通通信规约实际通信中存存在的问题循环传送远动动规约IEC60870-5-101：：2002远远动规约IEC60870-5-104：：2002远远动规约变电所内部通通信存在的问问题远动通信中存存在的问题四、变电所自自动化系统站站控层1.监控子子系统的功能能数据采集（模拟量、开开关量、电能能量、数字量量）运行监视和控控制安全监视事件记录功能能（历史记录录）故障记录、故故障录波和故故障测距功能能操作控制运行监视与人人机联系功能能报表管理和打打印谐波分析与监监视站控层，即变变电所自动化化系统中的变变电所层，包包括监控子系系统和远动通通信功能。四、变电所自自动化系统站站控层1.监控子子系统的功能能数据处理和记记录其他功能①主变压器和和输电线路有有功功率和无无功功率每天天的最大值和和最小值以及及相应的时间间；②母线电压每每天定时记录录的最高值和和最低值以及及相应时间；；③计算受配电电电能平衡率率；④统计断路器器动作次数；；⑤断路器切除除故障电流和和跳闸次数的的累计数；⑥控制操作和和修改定值记记录。四、变电所自自动化系统站站控层2.监控子子系统的结构构数据服务器操作员站继保工程师站站五防工作站时钟同步的概概念和方法（1）硬件件脉冲对时方方式（硬对时时）。（2）串行口口对时方式（（时间报文））。（3）网络对对时方式。（4）IRIG-B时钟钟码对时方式式。（5）互联网网时间同步技技术。五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例1.概述当地监控子系系统是通过图形化化的方式实现现对牵引变电电所、配电所所的监视和控控制，主要完完成一次设备备实时状态的的监视和控制制功能。系统可以打开开各种图纸，，如电气主接接线图、地理理图等等。系系统具备自动动拓扑分析功功能，可根据据开关状态对对主接线图的的线路自动进进行带电推导导，用不同的的颜色分别显显示带电和不不带电的线路路。五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例2.用户界界面五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例3.操作说说明①图纸操作：：打开主页五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例3.操作说说明①图纸操作：：打开主页五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例3.操作说说明①图纸操作：：打开图纸五、变电所自自动化系统监监控子系统实实例3.操操作作说明明①图纸纸操作作：打开图图纸五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明①图纸纸操作作：打开图图纸五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明缩放跳转和和刷新新五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明关闭打印图图纸五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明②总召召③召电电度五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明④遥控控操作作五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明⑤程控控五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明⑥人工工置数数⑦遥测测监视视五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明⑧遥信信监视视五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明消闪五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明⑨环境境安全全监控控五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明⑩实时时曲线线五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明新建实实时曲曲线五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说明明保存实实时曲曲线打开实实时曲曲线五、变变电所所自动动化系系统监监控子子系统统实例例3.操操作作说说明明修改改实实时时曲曲线线删除除实实时时曲曲线线五、、变变电电所所自自动动化化系系统统监监控控子子系系统统实实例例4.系系统统其其他他操操作作①锁锁定定②退退出出程程序序35KV35KV变压压器器变压压器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-调度端端、当地地监控单单元；网络层-双环光光纤网、、以太网网以及通通信单单元(包包括网络络接口设设备，如如协议转转换器、、路由器器、WTX-895远远动管理理机等)；间隔层-保护测测控装置置。同时时交直流流系统、、无线监监控等智智能设备备通过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单元元开关量输输入/输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 ◆基于电压-频率转换的模数转换器件（VFC） 两种模数转换器件的特点如下： ◆输出数据格式 ◆分辨率高 ◆抗干扰性强微机保保护硬硬件构构成保护CPU单元元保护CPU单元元原理理框图图微机保保护硬硬件构构成开关量量输入入/输输出单单元开关量量输入入原理理图开关量量输出出电路路原理理图微机保保护硬硬件构构成间隔层层保护护测控控装置置WBH-881微微机变变压器器主保保护装装置WBH-882微微机变变压器器高压压侧后后备保保护装装置WBH-883微微机变变压器器低压压侧后后备保保护装装置WXH-882微微机进进线保保护测测控装装置WXH-881微微机馈馈线保保护测测控装装置WXH-883微微机自自闭贯贯通线线保护护测控控装置置WBT-881微微机母母联保保护测测控及及备自自投装装置WDR-881微微机电电容器器保护护测控控装置置WTY-881微微机调调压器器保护护测控控装置置FCK-881公公用用测控控装置置指示灯灯的含含义：：①运行行灯：：运行行正常常时，，本灯灯有规规律的的闪烁烁。②通信信灯：：通信信正③告警灯：当装置检测到本身器件发生故障时，告警灯亮。④跳闸灯：当装置跳闸保护后，跳闸灯亮，装置复归后，跳闸灯灭，用以指示跳闸状态。2.采采用用一套套装置置负责责一个个（组组）断断路器器及相相关隔3.控制回路断线定位到每个对象，便于维修与维护。4.操操作作开关关时应应注意意的问问题：：每面盘盘/柜柜上都都有一一个转转换开开关，，当要要用后后台及及远动动操作作断路路器时时，转转换开开关打打至遥遥控位位；当当要在在当地地手动动操作作断路路器时时，转转换开开关打打至就就地位位。保护装装置的5.遥遥装置采集断路器和隔离开关的位置，经过一定的延时消抖上送，反应到当地监控和调度的主接线图上，可以被打印；机构故障也是采集断路器和隔离开关所对应的接点，作为遥信量上送，可以被打印。总召唤：定时读所有的遥信量，分为两级，网关和装置；网关和调度、当地监控保护装装置的的共性性6.遥遥控控和装装置复复归首先屏屏上的的控制制开关关应打打到远远方位位；装置收收到命命令后后进行行操作作，并并记录录该事事件，，若失失败，，事件件中将将会有有原因因说明明，可可从实实时告告警窗窗口中中查看看。装置置复复归归不不记记录录。。特别别注注意意：：自自投投动动作作后后应应对对母母联联备备投投及及备备自自投投装装置置进进行行复复归归，，为为下下次次自自投投作作好好准准备备保护护装装置置的的共共性性现在在的的综综自自二二次次回回路路设设计计中中，，充充分分考考虑虑了了现现在在的的习习惯惯和和微微机机自自动动化化功功能能两两种种方方WBH-881微微机机变差动动速速断断保保护护比TA断线告警差流越限告警保护护配配置置：WBH-881微微机机变变压压器器主主保保护护装装置置TA断断线线告告警警平衡衡系系数数的的整整定定1.变变压压器器TKph1=(变变压压器器高高压压侧侧额额定定电电压压*变变压压器器高高压压侧侧CT变变比比)/变变压压器器容容量量;Kph2=(变压器低压压侧额定电压压*变压器低低压侧CT变变比)/变变压器容量;2.变压器器TA接线方方式为全星形形Y/Y方式式方式时:Kph1=(变压器高压压侧额定电压压*变压器高高压侧CT变比)/变变压器容量量;Kph2=(*变变压器低压侧侧额定电压*变压器低压压侧CT变比比)/变压压器容量;变压器平衡系系数Kph=Kph1/Kph2WBH-881微机变变压器主保护护装置WBH-882微机变变压器高压侧侧后备保护装装置二段带复合电电压启动的过过电流保护过负荷保护（（跳闸、告警警可选择）失压保护非电量保护（（重瓦斯、轻轻瓦斯、压力力释放、温度度过高）断相告警零序过流告警警零序过压告警警保护配置：WBH-883微机变变压器低压侧侧后备保护装装置电流速断保护护三段带复合电电压启动的过过电流保护过负荷保护（（告警）失压保护后加速保护母线联锁保护护保护配置：WXH-882微机进线线保护测控装装置功能：完成进线电电源的保护、、测控一体化化功能。保护配置：●电流速断保保护●三段式带低低压启动的过●失压保护●母联闭锁开出●PT断线告警WXH-882微机进线线保护测控装装置●母联闭锁开开出通过同一条母母线上的其他他出线保护测测控装置发出出的联锁信号号区分是否有有区外故障发发生，并以此此进行保护功功能的闭锁和和开放，从而而实现母线保保护功能WXH-881微机馈线线保护测控装装置功能：完成馈出线线的保护、测测控一体化功功能。保护配置：●带低压启动动的电流速断断保护●带低压启动动的三段式●后加速保护●三相一次重合闸●过负荷保护●失压保护●零序过流保护●零序过压告警●PT断线告警WXH-881微机机馈线线保护护测控控装置置●带低低压启启动的的电流流速断断保护护WXH-881微机机馈线线保护护测控控装置置●后加加速保保护●过负负荷保保护WXH-881微机机馈线线保护护测控控装置置●失压