变电站计算机监控系统培训材料.ppt

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1、电厂升压变电站监控系统技术培训积成电子：苏怀广2014年9月18日2提纲n变电站自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A3提纲n变电站自动化的基本概念变电站自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A4电力系统自动化范围n电力调度自动化电力调度自动化系统由主站系统、子站系统和数据传输通道组成。调度主站系统监视控制所辖区域内的变电站、电厂。调度控制中心可以掌握电力系统的实时信息，调度人员可根据这些信息迅

2、速掌握电力系统运行状态，及时发现和处理发生的事故。n变电站自动化变电站作为整个电网中的一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。变电站继电保护、监控系统则是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下，电网各节点(如变电站、发电厂)具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。n火力发电厂自动化n水力发电厂自动化n配电网自动化5变电站自动化概念n概念变电站自动化系统利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处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

3、制和协调的一种综合性的自动化系统。n功能通过变电站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。变电站自动化系统替代了变电站常规二次设备屏，简化了变电站的二次接线。6变电站自动化特点n功能实现综合化变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自动化技术基础上发展起来。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。n系统构成模块化保护、控制、测量装置的数字化，方便互联互通和信息共享。方便组态和工程组屏。n结构分布、分层、分散自动化系统是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CP

4、U分别完成不同的功能。n通信网络化、光缆化计算机网络技术和光纤通信技术在变电站自动化系统中得到普遍应用。7变电站自动化监控系统n变电站自动化涵盖间隔测控装置远动工作站/通信控制器继电保护装置n变电站监控系统变电站自动化系统中除继电保护、电源、计量之外的设备构成的系统。监控系统要与继电保护、电源、计量设备通信，并对其进行监视。8提纲n电力系统自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A9变电站监控系统架构1图示10变电站监控系统架构1介绍n系统架构站控层、间隔层n站内通信网络：现场总线（CAN、FDK

5、-BUS、Longworks等）RS485/422串行通信总线n通信控制器承上启下通信转发向调度主站系统上送变电站的实时数据n当地监控主机信息来自于通信控制器11变电站监控系统架构1特点n信息传输的关键设备通信控制器n间隔层测控保护装置对外通信协议不开放现场总线/串行通信总线传输速率不高、传输距离短、带宽资源相对受限抗干扰能力相对差12变电站监控系统架构2图示13变电站监控系统架构2介绍n系统分层站控层、间隔层n站内通信网络工业以太网/双网10M/100M交换型以太网n远动工作站（通信控制器）承上启下通信转发向调度主站系统上送变电站的实时数据直采直送n当地监控主机直接采集间隔层测控/保护装置的

6、实时数据14变电站监控系统架构2介绍n继保工作站保护装置定值管理（召唤、下装、切换定值区）故障录波分析n微机五防工作站实现站内操作五防闭锁功能全站一次设备的实时数据来自监控系统n公用接口设备串口通信的其它智能设备（直流电源、电池巡检等）将非以太网通信的设备转换后接入站控层双以太网15变电站监控系统架构2介绍n特征系统网络采用全电或全光双网，屏内电缆，屏间光缆工业级以太网交换机n优点提高了变电站自动化整体运行的可靠性施工、维护更加简易、省心提高了设备本身的自动维护水平间隔层采用以太网通信，通信模式，规约相对统一，易于不同厂家之间互联互通。16提纲n电力系统自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n

7、变电站监控系统的变电站监控系统的“四遥四遥”n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A17变电站监控系统四遥概念n遥信用于采集断路器、隔离刀闸的位置信息，继电保护和安全自动装置信号等。两种状态：闭合或断开，分别用1和0表示。n遥测用于采集电压、电流、温度、频率等模拟量。功率、功率因数等根据采集的电压电流计算得来。n遥控调度控制中心向变电站下发命令，针对断路器或隔离刀闸进行分闸或合闸的操作。遥控分为选择、返校、执行或撤销交互过程。n遥调遥调是调度端给厂站端发布调节命令，是给厂站端设备的自动调节器设置整定值，也称为设定（或设点）命令。18变电站监控系统遥信n断路器

8、和隔离开关等的位置状态取自其辅助触点为了防止因辅助触点接触不良或电磁干扰而造成差错，这些触点回路中所加的电压都比较高，例如直流24V、48V、220V等。断路器的辅助触点离监控系统的测控装置通常比较远。为了避免长距离连线引入的干扰，需采取隔离措施。n遥信回路常用的隔离措施继电器隔离光电耦合隔离19变电站监控系统遥信回路1n图中电阻R和电容C组成低通滤波器。nQF是断路器辅助触点断路器在断开状态时其辅助触点使继电器K动作，将低电平“0”信号引入测控装置。断路器为闭合状态时继电器K释放，将高电平“1”信号引入测控装置。K测控装置RR+5vQFC继电器隔离YX回路20变电站监控系统遥信回路2n图中电

9、阻R和电容C组成低通滤波器nQF是断路器辅助触点断路器在断开状态时其辅助触点QF将光电耦合器V的发光二极管回路接通，因而发光，使光敏三极管导通，其集电极输出低电平“0”信号。当断路器为闭合状态时发光二极管回路不通，因而光敏三极管处在截止状态，其集电极输出高电平“1”信号。光电耦合隔离YX回路测控装置RCVQFR+5v21变电站监控系统遥信处理n去抖动（去颤）处理设置合适的遥信去颤时间。n设置过短：短时间内多次报信号动作复归n设置过长：信号漏报，例如漏报“断路器三相不一致”n取反处理常开触点：0表示分，1表示合常闭触点：0表示合，1表示分；需要取反。22变电站监控系统遥测n缓变模拟量温度：温度变

10、送器输出0-5V或4-20mA的信号。档位：主变档位为遥测信号0-5V。n交流模拟量母线电压线路电流主变有功功率、无功功率、功率因数等23变电站监控系统缓变模拟量回路温度变送器档位变送器电量变送器模拟量多路开关 A/D接口CPU滤波器滤波器滤波器模拟量1模拟量2模拟量n缓变模拟量采集回路24变电站监控系统缓变模拟量回路n前端变送器送来的各路模拟量在多路开关的控制下，分时地逐一经A/D转换成数字量再进入CPU。nA/D转换速度非常快，而由电量变送器送来的模拟直流电量的变化速度相对缓慢，在进行一次模/数转换期间，模拟直流电量几乎没有什么变化。25变电站监控系统交流模拟量回路电流隔离变换器电压隔离变

11、换器采样保持器采样保持器多路开关A/DCPU电压过零检测ui总线交流模拟量采集回路26变电站监控系统交流模拟量回路n交流采样模拟量采集板的输入不再是电量变送器的输出，而直接是电力系统PT和CT提供的交变电压和交变电流。输入的交变电量经过采集板的采样和计算，可以得到电力系统的全电量，即电压（有效值）、电流（有效值）、有功功率、无功功率、功率因数。一次PT的额定输出电压是100V，一次CT的额定输出电流是5A；而输入到测控装置已经经过装置内的PT/CT板进行二次转换，变为小信号。27变电站监控系统交流模拟量回路n交流采样图中被测的电压、电流互感器的二次电量连至电压、电流隔离变换器进行隔离，并变换为

12、适合于A/D变换的电量。隔离变换器通常由变压器、运算放大器和限幅器等组成。测量功率时电压、电流应是同一时刻的电量，因此设有采样保持器，在CPU的统一指挥下同时采集电压和电流值，进入保持器后，经模拟量多路开关依次引至A/D进行转换。n频率跟踪周波内的采样点应等分均匀地进行。电压过零检测器将工频电压经滤波放大限幅后成为与基波周期相应的方波，提供周期信号，以此控制CPU中的计数器对工频周期进行测量。每个周期开始时计数器开始计数，周期结束时由CPU读取计数器的计数值T，再除以N，得采样间隔t=T/N，再产生以t为周期的脉冲信号，来控制采样保持器的采样。28变电站监控系统遥控n遥控调度控制中心向厂、站发

13、布命令，直接进行断路器分闸或合闸的操作。为了保证高度可靠，通常都采用返送校验法，将遥控操作分两步完成，见下图。遥控选择命令遥控返校遥控执行命令执行主站端厂站端29变电站监控系统遥控过程n遥控执行过程按遥控选择命令的要求，使指定的遥控对象继电器和遥控性质继电器动作（此时执行继电器未动，遥控命令不会执行），再将继电器的动作情况编成代码后返送给调度端。调度端收到返送的遥控信息后，经校核如与原来所发的遥控选择命令完全一致，就发遥控执行命令。厂站端只有在收到遥控执行命令后才执行相应的遥控操作。遥控命令执行的结果由遥信传送给调度端。n遥控撤销调度端收到遥控返校成功，也可给厂站端下达遥控撤消命令，撤消原来发

14、布的遥控命令。厂站端在收到遥控选择命令后，如调度端超过了预定的时间仍不发来遥控执行命令，就自动撤消该遥控选择命令，有关电路全部复归。30变电站监控系统遥控应用n调控中心远方控制断路器或隔离开关遥控压板投入就地/远方把手切换到远方n有载调压变压器分接头的升降档升降：采用遥控方式实现（升/降选择、执行、撤销），过程同断路器遥控操作。升对应YK合，降对应遥控分。急停：对应另一路YK的分或合。31变电站监控系统遥调概念n遥调调度端给厂站端发布调节命令，实质上是给厂站端设备的自动调节器设置整定值，因而这种遥调也称设定（或设点set point）命令。设定命令中应包括调节对象号及设定数值。厂站端收到设定命

15、令经检验合格后，将设定数值部分输出锁存。遥调大多用模拟量输出，因而还要经D/A转换为模拟量的直流电压或电流，再送给设定命令中指定的遥调对象。设定命令的执行结果由对应的遥测量给调度端反映。例如，AGC系统会调节发电机组的出力。32变电站监控系统四遥信息传输遥调遥调遥控遥控遥测遥测遥信遥信调度主站系统调度主站系统通信控制器通信控制器/远远动工作站动工作站测控装置测控装置1测控装置测控装置2测控装置测控装置3火电厂火电厂AGC调度数据网调度数据网监控主机监控主机站控层站控层双以太网双以太网变电站监控系统变电站监控系统电力线载波电力线载波微波微波/SDH IEC-101规约规约 IEC-104规约规约

16、 DL451-91规约规约33变电站监控系统遥测刷新慢n调度主站反映遥测数据刷新慢的可能原因线路/主变的负荷确实变化缓慢（根本原因）测控装置交流采样软件的设计问题，计算周期长测控装置与通信控制器/远动工作站通信规约问题n程序设计问题n采用变化上送机制，但是门槛值设置太大。站控层网络架构问题n通信控制器和测控装置之间采用RS485串口通信，一个串口上并接了太多的装置；由于问答式机制，同一时刻只有一个装置响应查询，因此装置数量增加时，每个装置被轮训的周期相应变长，体现出来就是遥测数据刷新慢。n采用现场总线网络时，装置数量增加时，数据碰撞的机会增加，一定程序上降低了数据上传效率。34变电站监控系统遥

17、测刷新慢n调度主站反映遥测数据刷新慢的可能原因通信控制器/远动工作站与调度主站通信规约的问题n程序设计不合理（无谓的延时）n采用变化上送机制，门槛值设置太大，低于门槛值的遥测变化被屏蔽。n采用循环上送机制，遥测发送表太大，数据太多。变电站与调度主站之间的通信问题n波特率低：300bps，相当于30字节/秒；速率太低，传输效率打折扣。n误码率高：特别对于载波或微波通信易于收到干扰。调度主站端前置机与变电站的通信规约程序设计不合理n需要厂家技术人员支持35变电站监控系统数据跳变n调度主站反映遥测跳变可能的原因变电站的通信控制器（远动工作站）重启动，对主站通信规约延时时间太短，与站内测控装置尚未全部

18、建立连接，数据未恢复正常，就把初始为零的遥测数据上传至调度主站。变电站的通信控制器（远动工作站）对调度主站存在多个通道，多个通道的YC/YX发送表不一致。属工程实施问题。变电站的通信控制器（远动工作站）通信规约程序设计缺陷。36提纲n变电站自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合37通信基础知识两种通信形式n模拟通信即信道内传输的是模拟信号。例如有线广播等、有线电话等和广播电视等。模拟通讯按传输的信号频率分为低频基带通信和高频调制通信。n数字通信即信道内传输的是数字信号（1、0变换的信号）。分为数字基带

19、通信和数字调制通信。n基带通信：两台计算机使用串口通信n调制通信：ASK、PSK、FSK（电力远动MODEM）38通信基础知识信道复用方式n频分复用（FDM）在空间传输的电磁波中有各个不同广播电台的信号 n时分复用（TDM）在不同的时刻传输不同的信号（数字通讯中常用）达到信道复用的目的。n码分复用（CDM）用在移动通讯中，抗干扰性能好、失真少、保密性强、通话质量高。39通信基础知识通信方式n单工举例：广播、无线电视电力调度系统：只监视某个变电站的YC、YX数据，只接入上行通道，Modem接2条线。n半双工无线对讲机n全双工电话40通信基础知识计算机系统通信n串行通信特点：占用线路少。传输距离较

20、长、常用。分类：异步、同步。n异步：发送的每一个数据字符均带有起始位、停止位和可选择的奇偶校验位；不需要传输时钟信号。n同步：要与传输的数据一起传输时钟信号，时钟信息可经过另外一条信号线传输，也可以通过将信息中的时钟代码化来实现。n并行通信特点：占用线路多、通讯速度快、通讯距离短。应用：并口打印机等。41电力远动通信常见通信方式n载波通信n微波通信n光纤通信n租用电信网络专线GPRS42电力远动通信调度数据网n传输生产实时信息的网络电网自动化信息调度指挥信息继电保护与安全自动装置控制信息n电力生产指挥和调度自动化的基础n当前基本情况一二三四级数据网基本建成开始建设数据网二平面43电力远动通信调

21、度数据网n变电站内配置调度数据网屏路由器纵向加密装置不同安全分区n电力二次系统安全防护的原则安全分区网络专用横 向隔离纵向认证44电力通信规约按通信机制分类n问答式规约特征：子站不主动上送数据，待主站查询，然后响应。规约nIEC-60870-5-101nIEC-60870-5-103nDNP3.0n循环式规约特征：子站不间断的往主站发数据。规约nDL451-91n扩展DL451-9145电力通信规约按不同应用分类n变电站与调度主站通信规约DL451-91扩展DL451-91IEC-60870-5-101IEC-60870-5-104n变电站内测控保护装置通信规约IEC-60870-5-103I

22、EC61850n其它通信规约IEC-60870-5-102电量采集通信规约DL/T645部颁电度表规约46电力通信规约对比表规约规约通信机制通信机制通信方式通信方式分类分类规约容量规约容量YCYCYXYXYKYKYTYTDL451-91循环式串口与调度主站通信规约256512256256DL451-91扩展循环式串口与调度主站通信规约5128192256-101规约问答式串口与调度主站通信规约40964096512512104规约问答式+循环式网络与调度主站通信规约40964096512512103规约问答式串口变电站内继电保护装置通信规约-47变电站与调度主站模拟通信通信控制器/远动工作站M

23、odem收、发、地Rxd、Txd、Gnd上行下行上行下行防雷盒载波/微波机等串口通信接口板48变电站与调度主站数字通信通信控制器/远动工作站收、发、地Rxd、Txd、Gnd防雷盒载波/微波机/SDH串口通信接口板49变电站与调度主站网络通信通信控制器/远动工作站纵向加密路由器测控装置1测控装置2调度数据网50提纲n变电站自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A51升压站监控系统参与AGC控制过程调度主站系统AGCRTU通信控制器远动工作站远动传输规约测控装置DCS 发电机组控制系统AGC指令（YT）机组实际功率及相关参数（YC/YX）变电变电站站监监控系控系统统当地监控主机（操作员工作站）52升压站监控系统转发AGC指令n调度主站下发YT命令到升压站远动通信规约的设点（设定）命令n升压站监控系统的通信控制器收到YT命令根据发送表将设点命令转发至指定测控装置的AO点测控装置AO输出：4-20mA信号给机组DCS53提纲n变电站自动化的基本概念n变电站监控系统的架构n变电站四遥及采集处理过程n变电站与调度自动化主站系统的通信n升压站监控系统与AGC系统的配合nQ&A54