第一篇：電氣化鐵道牽引變電站自動化系統若干問題探討

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第 22 卷第 3 期 2002 年 3 月

電 力 自 動 化 設 備

Electric Power Automat ion Equipment Vol.22 No.3 Mar.2002 63 電氣化鐵道牽引變電站 自動化系統若干問題探討

宋立業, 朱振青, 宿小猛

(西安交通大學 電氣工程學院, 陜西 西安 710049)摘要: 簡要介紹了當前我國高速電氣化鐵路保護的發展情況, 分析了設計牽引變電站自動化系統 的必要性及其系統結構模式, 介紹了設計牽引變電站自動化系統時在通信管理、顯示功能處理等方 面的問題, 提出了相應的解決方案。指出了牽引變電站自動化系統的設計要符合變電站自動化系 統的發展方向, 充分利用自動化系統的資源。關鍵詞: 電氣化鐵道;牽引變電站;自動化系統 中圖分類號: TM 76;TM 922.4 文獻標識碼: B 文章編號: 1006-6047(2002)03-0063-02 0 引言

近年來, 我國電氣化鐵路的建設發展迅速, 由電 氣化鐵路所承擔的鐵路運量已接近我國鐵路總運量 的 4 成 [1]。但由于牽引供電系統的負荷特性與電力 [ 2] 系統的負荷特性有很大差距 , 牽引網的工作條件 比電力網更復雜、惡劣, 因此牽引網的故障頻繁, 由 此產生的停電給鐵路運輸產生很大的影響。變電站自動化系統在電力系統中得到廣泛的應 用, 并取得了良好的效果[ 3, 4] , 同時也為牽引變電站 自動化系統的設計和生產奠定了理論和實踐基礎。本文主要探討牽引變電站自動化系統中關于系統結 構模式、網絡通信及顯示功能等幾個方面的問題。

的實時性, 可以構成雙網絡通信結構。一條網絡用于 傳遞錄波數據, 另一條用于傳遞其它通信數據。c.變電站監控管理層通過監控管理機完成對 整個變電站系統的監控和管理功能, 通過串行口與 通信處理層通信, 根據通信處理裝置提供的實時數 據, 完成顯示、統計計 算、報表、查詢、打印 等功能。對無人值班變 電站的自動化系統可不 設監控管理 機, 但要在通信網絡中添加自動滅火、防盜報警和網 絡打印機等裝置。網絡打印機在遠方修改定值、保 護動作時分別打印定值、報警信息和錄波數據。牽引變電站自動化系統的結構模式如圖 1 所示。1 牽引變電站自動化系統的結構模式

隨著變電站自動化系統的發展, 分層分布式的 系統結構不但滿足 IEC 關于變電站自動化系統的技 術規范, 還具有節約大量電纜和用地面積, 簡化二次 閉鎖回路, 減輕施工和調試工作量等優點, 已成為變 電站自動化系統的發展方向。牽引變電站自動化系 統的結構宜采用分層分布式結構, 整個系統可 分 3 層: 間隔層, 通信處理層和變電站監控管理層。各層 的功能如下: a.間隔層一般采用插件式或單元式結構, 隨一 次設備分布, 完成模擬量、開關量的采集及保護和控 制功能。間隔層包括饋線保護裝置、變壓器保護裝 置、電容器保護裝置、備用電源自動投入裝置、電壓 無功控制裝置等。饋線保護和變壓器保護裝置能測 量電流、電壓、功率、頻率及各次諧波分量等。b.通信處理層接受來自間隔層的各種數據, 整 理后發送給監控管理層或通過 Modem 與遠方調度通 信。間隔層裝置與間隔層裝置、通信處理層與間隔層 裝置通過網絡連接進行通信。當間隔層裝置提供故 障錄波功能時, 由于錄波數據量過大, 為了保證通信

收稿日期: 2001-12), 男, 遼寧 阜新 人, 碩士, 從 事變 電站 自 動化系統研究;朱振青(1942), 男, 河北 辛集 人, 碩士, 從 事電 力市 場 及變電站自動化系統的研究。

Discussion on automation system for electrified railway traction substation SONG Li2ye, ZHU Zhen2qing, XIU Xiao2meng(Xi.an Jiaotong University, Xi.an 710049, China)Abstract : The development of protection for high 2speed electrified railway is briefly outlined.The necessity of designing automation system for electrified railway and its system structure mode are analyzed.Some problems existing in communication management and display funct ion of automation system are introduced and their solutions are proposed.Key words: electrified railway;traction substation;automat ion system 1

第二篇：TBT2831-1997電氣化鐵道牽引供電遠動系統技術條件

電氣化鐵道牽引供電遠動系統技術條件（TB/T 2831-1997）主題內容與適用范圍

本標準規定了電氣化鐵道牽引供電遠動系統的技術要求、試驗、檢驗及標志、包裝、運輸、貯存等。

本標準適用于電氣化鐵道牽引供電遠動系統。2 引用標準

GB/T 13729 遠動終端通用技術條件

GB/T 13730 地區電網數據采集與監控系統通用技術條件

GB 2887 計算站場地技術要求

GB 191 包裝、貯運、指示、標志 3技術要求

3.1 正常工作條件 3.1.1環境溫度

控制站：15～30℃；

被控站：－10～45℃。3.1.2 相對濕度

控制站：10％～75％；

被控站：不大于95％。3.1.3大氣壓力66～108kPa；86～108kPa。3.1.4 周圍環境要求

3.1.4.1

大氣中不含有導致金屬或絕緣損壞的腐蝕性氣體。3.1.4.2周圍介質不允許有嚴重霉菌。

3.1.4.3 設備安裝場所采取防塵措施，控制站還應采取防靜電措施。3.1.4.4 設備的接地要求參照GB 2887的有關規定。

3.1.4.5 被控站裝置安裝于單相交流25kV電氣化鐵道附近。裝置應采取有效的抗震動及防電磁干擾措施。3.2

電源條件 3.2.1 控制站

3.2.1.1 交流電源頻率50Hz±2.5Hz。

3.2.1.2

交流電源波形為正弦波，畸變系數不大于5％。

3.2.1.3

交流電源電壓波動范圍為額定電壓的＋15％～－10％；＋10％～－15％。3.2.2 被控站

3.2.2.1 交流電源頻率為50Hz±2.5Hz。

3.2.2.2 交流電源波形為正弦波，畸變系數不大于5％。

3.2.2.3

交流電源電壓波動范圍為額定電壓的＋15％～－25％。3.2.2.4 直流電源電壓波動范圍為額定電壓的±20％。3.2.2.5直流電源電壓波紋系數不大于5％。

3.2.3

遠動系統應配置不停電電源裝置（UPS）。交流失電后應維持供電時間為：

控制站：不少于30min；

被控站：不少于2h。3.3

系統結構、機型和主要設計要求

3.3.1 系統結構采用1：N（M：N）的集中監控方式。系統的通信規約采用問答式（Polling），其規約標準可參照電力部門的相應標準。3.3.2機型一般采用計算機型。

3.3.3 系統的硬件、軟件設計除要滿足功能要求外，還應考慮系統的可靠性、可維護性和可擴性，各單元的邏輯設計應采用校驗技術，留有適當的邏輯余量。控制站的主機及外設配置應有適當的備用。電氣化鐵道牽引供電遠動系統技術條件(TB/T 2831—1997)3.3.4人機接口設備宜具有漢化的友好的對話界面；操作方式要求靈活簡便。

3.3.5 軟件的配置要考慮通用性，除系統軟件、應用軟件外，還應配置在線故障診斷和在線修改的功能。軟件設計應遵循模塊化和向上兼容的原則。軟件的技術規范、漢字編碼、點陣、字型等都應符合有關的國家標準。3.4 系統功能 3.4.1遙控

3.4.1.1

遙控內容分單個對象的控制（簡稱單控）和多個多象的程序控制（簡稱程控），前者為本系統的基本遙控功能，它包括斷路器、負荷開關、隔離開關的控制、遙控試驗及某些必要的復歸操作等，后者包括站內及站間的操作卡片的程序控制。3.4.1.2

遙控操作應分選擇、執行兩步操作（復歸操作除外）操作方式應安全可靠。3.4.遙信

3.4.2.位置信號

正常運行時，牽引供系統中各變電所、開閉所、分區所和接觸網的有關開關設備之運行狀態應能在控制站顯示。3.4.2.2 故障信號

當變電所（開閉所、分區所）發生事故跳閘或設備異常狀態時，應將其故障信息內容及發生故障的時間送往控制站進行顯示和音響報警，音響報警分事故音響和予告音響兩種。

3.4.2.3 遙信顯示設備可以是模擬屏、控制臺、CRT屏幕、大屏幕投影儀等各種型式，也可其中兩者兼而有之。3.4.3 遙測

3.4.3.1 遙測方式一般包括隨機召喚遙測、定時自動遙測等方式。3.4.3.2 對于饋電線故障點參數的遙測，一般都要求進行加工處理，除直接顯示遙測值外，還要顯示故障點位置。3.4.4 制表打印

3.4.4.1對于操作事件和故障事件要進行兩者有所區別的打印記錄，記錄內容一般包括事件發生地點、時間及其內容。3.4.4.2 打印記錄的文字采用漢字。

3.4.4.3 系統應具備一定的數據處理能力，可以按用戶事先規定的格式進行制表打印，如日報、月報等。3.4.5 部分接口要求

3.4.5.1 當系統配置模擬盤時，應能與模擬盤驅動器可靠接口，并完成不下位的各種操作，不再另設模擬盤的微機系統。

3.4.5.2 控制站系統宜具有與其它系統的接口能力。

3.4.5.3裝置除能與常規遙測量（電流、電壓、功率、電度）接口外，還能與各種不同的饋電線故測儀（輸出量為數字量或模擬量）接口，并能根據需要取值進行計算。3.4.5.4 裝置的遙控輸出與遙信輸入應按與配電盤直接接口方式設計，不宜另設過渡轉接裝置，遙控輸出接點容量應滿足用戶要求。

3.4.5.5 遠動終端可選配與配電盤的串行接口裝置。

3.4.5.6 遠動終端與傳輸通道的接口應設有過電壓保護裝置。3.4.6 自檢

3.4.6.1系統應具有在線自檢程序和一定的容錯能力。

3.4.6.2系統應具有“超時監視”、“計次重執”、“程序自恢復”等功能。3.4.6.3 系統應對輸出繼電器的接點粘住采取檢查措施。電氣化鐵道牽引供電遠動系統技術條件(TB/T 2831—1997)3.4.6.4 系統應能實現對通道的監視和低電平告警。

當使用通道發生故障后應能立即自動切換至備用通道。3.5遠動通道條件和要求

3.5.1 遠動通道宜采用鐵路通信線路中的專用音頻線對或載波話路。3.5.2 遠動通道的配置應設置備用通道。

3.5.3 通道工作方式有：單工、半雙工/雙工，宜采用四線制。

3.5.4 通道結構應根據數據傳輸質量的要求，可設置交流中繼器和再生中繼器。3.5.5 當利用載波話路作為遠動通道時，其音頻四線點接口電平應為－13dBm0。3.5.6 通道接口可選配基帶數據傳輸口。3.6 基本技術指標

3.6.1 遙控正確率:

不小于99.9％。3.6.2遙信正確率：

不小于99％。

3.6.3 遙測綜合誤差：

不大于1.5％（包括變送器）。3.6.4 遙控響應時間：

不大于3s。3.6.5 遙信響應時間：

不大于3s。3.6.6

遙信分辨率（站內）：

不大于10ms。3.6.7 控制站在線機與離線機切換時間：不大于30s。3.6.8

畫面調用響應時間：

不大于3s。3.6.9 傳輸速率：

不小于600bit/s。

3.6.10

裝置外線輸出的發送電平：

不大于0dBm、可調。3.6.11 正常接收電平：

不小于－40dBm。3.6.12 告警低電平：

－43dBm。

3.6.13 調制解調器誤碼率：在信噪比為16dB的情況下，不大于10-5。3.6.14 可用率和平均無故障工作時間（MTBF）。3.6.14.1控制站系統可用率不小于99.8％。3.6.14.2被控站的MTBF不少于10000h。3.7

絕緣電阻和耐壓

絕緣電阻和耐壓應符合GB/T 13729中的有關規定。3.8 抗高頻干擾適應能力

抗高頻干擾適應能力應符合GB/T 13729 中的有關規定。3.9 主要外設的技術特性 3.9.1

CRT顯示裝置

分辨率：不小于640×480；

屏幕規格： 不小于19英寸；

顏色種類： 不小于16種；

漢字容量：支持國家2級漢字庫。3.9.2

打印裝置

打印速度：

不小于180字符/秒；

打印寬度：

不小于80列/行。4 試驗

4.1 試驗環境條件

在本標準中，除氣候環境試驗和可靠性試驗、耐壓強度試驗以外，其他試驗均在下述大氣條件下進行：

環境溫度：20℃±2℃；

相對濕度：45％～85％；

大氣壓力：86～108kPa。4.2功能試驗

按本標準3.4 條中規定的各項功能要求逐項（指其中可測試項目）進行測試檢 查，測試結果應符合本標準的要求。測試方法可參照GB/T 13730和GB/T 13729中的 電氣化鐵道牽引供電遠動系統技術條件(TB/T 2831—1997)有關規定。

4.3 連續運行試驗

系統所有設備同時投入運行，連續運行72h，并每隔2h測試一遍系統各項功能，是否符合3.4～3.7條中（指其中可測試的項目）的有關標準。4.4 溫度和濕度試驗

溫度和濕度試驗的內容及方法參照GB/T 13729中的有關規定。4.5抗高頻干擾試驗

抗高頻干擾試驗的內容與方法參照GB/T 13729中的有關規定。5 檢驗

5.1外觀和結構檢查

用目測法檢驗，設備的外觀和結構應符合下列要求：

表面不應有明顯凹痕、劃傷、裂縫和變形；

表面涂鍍層不應起泡、龜裂和脫落；

金屬零件不應有銹蝕和其他機械損傷；

開關按鍵操作應靈活可靠，零部件應堅固、無松動；

機架、面板插件及其內、外連接部件都應符合有關規定和設計要求。5.2 出廠檢驗

由制造廠的技術檢驗部門進行，按本標準第4條的內容和規定進行檢驗。被檢驗的系統至少包括兩個以上的被控站，并接入開關量、模擬量的接口模擬器，直至符合本標準的規定。5.3 現場檢驗

按本標準的3.4～3.8條中規定的技術要求（其中可測試的項目）進行檢驗，直至符合本標準的規定。標志、包裝、運輸、貯存 6.1 標志

產品標志應標明下列內容：

a）廠名；b）產品名稱；c）產品型號或標記；d）制造日期(或編號)或生產批號。6.2 包裝

6.2.1 產品應有內包裝和外包裝，插件、插箱應鎖緊、塞好、扎牢。包裝箱應有防磁、防潮、防塵、防振動、防輻射等措施。

6.2.2包裝箱內應附有產品合格證、產品說明書、調試記錄、安裝圖等技術資料及裝箱清單、隨機備品備件清單等。

6.2.3包裝箱上應標注產品名稱、型號，同時還應有清楚的“小心輕放”、“防濕”“向上”等標志，標志應符合GB 191的規定。6.3 運輸

包裝好的產品，均適用于公路、鐵路等運輸，運輸時應指明防護要求。6.4貯存

包裝好的產品應貯存在環境溫度－25～55℃，濕度不大于75％的庫房內，室內無酸、堿、鹽及腐蝕性、爆炸性氣體，不受灰塵、雨雪的侵蝕。

附加說明：

本標準由鐵道部電氣化工程局提出并歸口。

本標準由電氣化工程局電氣化勘測設計院負責起草。

本標準主要起草人

張健芳

李清超

周弘

第三篇：電氣化鐵路牽引供電變電站綜合自動化系統

電氣化鐵路牽引供電變電站綜合自動化系統

鐵路牽引供電變電站是電氣化鐵路電力機車供電的專用變電站，變電站的“綜合自動化系統”（本項目）是變電站安全可靠運行的核心設備。鐵路運輸有極高的時效要求，綜合自動化系統是變電站運行的關鍵設備，設備選型時必須對廠家的生產資質、歷史業績、技術能力均須進行全面的考量，入選廠家通過公開招標，有針對性地為標的變電站擬定系統配置方案，制定承攬工程的內容和價格，參與相對公開應標競爭，因此，本項目對應的市場門檻較高。本項目----牽引變電站綜合自動化設備，同樣適用于城市地鐵、輕軌配備的變電站。

牽引變電站綜合自動化系統在組成結構上類似電力行業的高等級變電站的綜合自動化設備，但使用要求和技術特性差異很大。牽引變電站綜合自動化設備是鐵路行業內的高端自動化設備，其延伸產品眾多，是為鐵路行業供貨和服務的廠家技術競爭的制高點。

牽引變電站綜合自動化系統是計算機測控技術、信息處理技術、通訊技術合一的高技術產品，通常由以下主要設備組成：

?

?

?

?

?

?

? 饋線保護裝置-------------------用于電力機車供電線路的保護裝置變壓器保護裝置----------------用于電力牽引專用變壓器的保護裝置補償電容保護裝置-------------用于補償電容的保護和自動投切裝置變電站站內自動化設備-------用于測量、控制、通訊的設備分區站自動化設備-------------用于兩變電站之間分區站的專用設備常規電力設備保護裝置-------類似電力行業的自動化設備高可靠的計算機系統----------用于信息處理

牽引變電站綜合自動化系統延伸或關聯自動化系統主要有：

?

?

?

? 變電站安防系統變電站視頻監控系統供電段、路局指揮調度系統其他現存在技術難關的自動化系統，如：過分相自動控制裝置、自動無功補償裝置等等

社會效益

我國將進入電氣化鐵路和城市地鐵的建設高潮，牽引變電站綜合自動化設備全套依靠引進的狀況必將逐步被更為適用并價格低廉的國產設備取代。國產設備單純依靠價格優勢取代進口設備的狀況必將被保持價格優勢的一流性能的先進設備所取代。因此該項目的研發不僅僅是趕超進口設備性能，替代進口設備的經濟性意義，更為重要的是依靠本地技術全面保障鐵路安全運營的意義。

項目進展狀況

我公司早在1996年進入鐵路自動化設備市場，長期為鐵路供水供電部門提供自動化設備，對于直接和運輸相關的電力牽引變電站綜合自動化設備在全套引進的初期即開始深入調研及國內外產品的技術跟蹤工作，直至2003年初分設專業研發機構立項開始產品開發工作。研發機構始終維持在50名技術專才編制，歷經兩年，于2005年初使產品樣機通過國家檢測機構的品質認證，并在某現場試驗運行和動態試驗。由于

設備的可靠性要求極高，擬在現場取得充分試驗數據后，進一步完成性能完善和生產工藝設計工作，產品計劃在2005年內獲生產許可并進入市場。

總之，該項目的科研性研發工作已基本完成，產品性能指標將達到國內一流并獲得生產許可，產品的市場預銷售工作已獲得重大突破，但更為艱巨的系統工程性工作和商業銷售工作將是對本公司的重大考驗。技術優勢

本公司在鐵路供電自動化專業從事設備供應和工程承攬已有十年歷史，在該行業內是署名廠商之一。本公司在2003年初，經充分調研，專門針對鐵路行業自動化設備的發展需求研發的“核心平臺”（本項目內容之一），是同類企業中前所未有的在總結該行業歷史的技術發展和未來需求趨勢的基礎上，重大投資產出的成果，包括本公司直接承擔技術課題的40余名研發工程師歷經兩年的勞動，包括有著重大技術影響力的劉、錢、郭三位中國工程院院士對該項目的指導。

市場優勢

本公司曾率先在鐵路系統信號供電變電站實現計算機綜合自動化適用系統，及水電段調度自動化的聯網。歷年來，承攬并完成鐵路供電供水機構的自動化系統達數百套，總價值達數億元，不僅積累了豐富的工程經驗和研發技巧，更與鐵路行業的各專業機構形成了良好的合作關系，是隨鐵路行業高科技技術應用和需求更新，同步完成技術市場發展和產品品質提升的少數廠家之一。對鐵路行業內供求關系及招標投標規律有深入地了解，積累了多方人事資源和豐富的市場經驗。

技術風險

未來三年內，是鐵路、地鐵建設的大投資啟動期，自動化設備的提供廠商將面臨著一次新的市場爭奪戰，搶占并固守“新需求制高點”，是企業核心價值的市場競爭內容，因此，技術風險主要體現在客戶新需求的前瞻性判斷能力和研發速度上。

商業風險

本項目面對的鐵路行業有相對的市場壟斷性質，商業上較多依賴人際關系和歷史業績襯托。表面技術優秀、業績優良的企業并無明確的銷售阻礙，但因實際商業作業中存在著大量的商業技能空間，未必一定競爭獲勝。在本行業，商業作業是一門專業，同樣有創造性研發過程、調試過程、成果應用過程。

核心競爭力的技術體現

以電腦為核心構成的智能化的牽引變電站綜合自動化系統，獨立投入運營使用已有十數年的歷史，國內成套引進應用僅有數年時間。目前，國內自主研發的產品投入使用的僅有國電南自、許繼電氣的產品，隨著鐵路建設的新一輪高潮，電氣化和自動化的要求不斷拔高，無論是國外和國內的產品均面臨著大幅度提升品質的新需求，企業在市場中核心競爭力的體現將首先依賴在技術層面的超越，必須具有超越同行的技術前瞻能力，不斷的在市場上制造“人無我有、人有我精”的勢態，方可能適應市場風浪、迎合市場潮流，獲得盡可能多的市場份額。我公司在眾多廠家瞄準此項目，大投入、搶時間、拼研發速度的期間，并未以同樣的方式在產品應用層面上拼投入搶速度，進行前期消耗戰，而是以“寧缺勿濫”的意識，把有限的資源集中于產品基礎構架的創新與改革，力圖以堅實的、五年不落后的產品基礎構架和精巧的應用技術構成一流的產品，獲得市場上的優質品牌。我公司產品的優質特性主要體現如下：

? 采用最新的計算機芯片和嵌入式操作系統，構筑滿足產品多樣化的基礎平臺，創造出可以在線編

程組成牽引變電站各種自動化裝置的“可編程自動化裝置”。其應用深度不僅僅滿足當前的牽引變電站綜合自動化系統的配備應用，更能滿足今后五年用戶需求升級的情況，及其相關產品的應用。

? 應用層面突破“在線可編程”的技術難關，使具有一般應用知識的使用者借助于我公司提供的工

具即及可實現自動化裝置功能的調整，及構成滿足現場需求的適用系統，從而大大化減了承攬工程時的技術對應工作量。

? 同樣具有“平臺”和“在線組態”特性的，高可靠的信息處理后臺軟件，適用于本產品典型應用

及用戶的特殊需求

本項目體現的成套產品在品質和商業價值與同類產品比較有如下優勢：

? 與同業廠家不同，產品研發目標在底層部件即突出商品化指標，而不是簡單的以最終形成的系統

為目標研發各種部件。因此，本項目形成的成套產品在滿足最終用戶，構成鐵路牽引變電站綜合自動化系統的同時，可以在各個技術層面上分割形成多種獨立產品，提供給系統集成業務的使用者。不僅使每一部件可以直接銷售，也可以使部件中的一部分軟硬件作為商品銷售，力圖以此實現科研成果的最大生產規模效益，達到最佳市場效果。

高可靠性設計要求被自始至終貫徹在研發工作的全過程，其中，硬件設計成果通過國家檢測中心“電磁兼容性”試驗的最高等級標準，而不以行業內慣常較低的標準為準；部件品質是系統質量的關鍵，研發任務包括了部件生產過程的調測工具的設計，以此從產品設計的源頭保證產品的高可靠性

第四篇：電氣化鐵道供電

遠動系統的設計

1緒論

1.1概述

電能是現代工業的動力心臟，供電的可靠性和電能質量的好壞直接關系到企業的切身利益。為了提高供電可靠性和電能質量，現在電力系統中普遍采用了遠動裝置，用于集中監視和控制系統的運行狀況。運動裝置的發展經歷了以下幾個不同階段。

在早期，調度中心沒有辦法及時地了解和監視各廠站設備的運行情況，更談不上對各廠站的設備進行直接控制。各站供電系統的設備運行情況，各條線路的電流、電壓、功率等情況調度中心都不能及時掌握，調度員和各個變電站的聯系主要是電話，每天由各變電站值班人員定時用電話向調度員報告本站的電流、電壓、功率等數據，調度員需要根據情況匯總、分析，花費很長時間才能掌握全廠供電系統運行狀態的有限信息。由于電力系統是實時變化的，就這些信息來說已經屬于“歷史”的了。調度員只能根據事前通過大量人工計算得到的各種系統運行方式，結合這些有限的“歷史”性信息，加上個人的經驗，選擇某種運行方式，再用電話通知各個變電站值班人員進行調整控制。一旦發生事故，也不能及時了解事故現場情況，及時進行事故處理，需要較長的時間，才能恢復正常運行。顯然，這種落后的“遠動”方式直接影響供電企業的安全經濟運行。

第二個發展階段是遠動技術的采用。安裝于各個變電站的遠動裝置，采集各車間的負荷情況，各線路電流，電壓，功率等實時數據，以及各開關的實時狀態，然后通過控制電纜傳給調度中心并直接顯示在調度臺的儀表和模擬屏上。調度員可以隨時看到這些運行參數和全系統運行方式，還可以立刻“看到”開關等設備的事故跳閘（模擬屏上相應的圖形閃光）。調度中心可以有效地對全廠供電系統的運行狀態進行實時的監控。調度員還可以在調度中心直接對某些開關進行投入和切除的操作。這種布線邏輯式的遠動裝置的采用，使電力系統可以實現最基本的遙測、遙信、遙控的功能。

第三個發展階段是電子計算機在工業控制系統中的應用。現代企業生產規模越來越大，對電能質量及供電可靠性的要求越來越高，人們對系統運行的經濟性也越來越重視。全面解決這些問題，就需要對大量數據進行復雜的分析和計算。監控系統需要裝備類似人的“大腦”的設備，這就是電子計算機。遠動系統基本原理

2.1 遠動系統的功能

遠動系統是指對廣闊地區的生產過程進行監視和控制的系統,他包括對必需的過程信息的采集、處理、傳輸和顯示、執行等全部的設備與功能.構成遠動系統的設備包括廠站端遠動裝置,調度端遠動裝置和遠動信道.遠動系統的核心是數據采集與監視控制系統。

在電力系統中，遠動系統應用最為廣泛，技術發展也最為成熟。作為電力行業的專用自動化系統，遠動系統有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

遠動系統在鐵道電氣化遠動系統上的應用較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化系統的發展過程中，隨著計算機的發展，不同時期有不同的遠動系統產品，同時我國也從國外引進了大量的遠動系統產品與設備，這些都帶動了鐵道電氣化遠動系統向更高的目標發展。

在遠動系統中，主要的執行裝置是RTU（Remote Terminal Unit），RTU是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號進行監測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環境，但是在運算和編程能力上比較差。由于RTU對環境的適應能力，使得RTU產品在遠動系統中得到了大量的應用。

隨著微機綜合保護裝置的越來越廣泛的應用，越來越多的微機綜合保護裝置應用到了遠動系統中，微機綜合保護裝置是用于測量、控制、保護、通訊一體化的一種經濟型保護；針對配網終端高壓配電室量身定做，以三段式無方向電流保護為核心，配備電網參數的監視及采集功能，可省掉傳統的電流表、電壓表、功率表、頻率表、電度表等，并可通過通訊口將測量數據及保護信息遠傳遠動系統主機，方便的實現電網自動化。遠動系統配置基本模式 1.點對點配置

主站與子站之間通過專用的傳輸鏈路相連接的一種配置 2.多路點對點配置

控制中心或主站,通過各自的傳輸鏈路相連接的一種配置.3.多點星型配置

控制中心或主站與多個子站之間相連接的一種配置 4.多點共線配置

控制中心或主站通過一公共鏈路與多個子站相連接的一種配置 5.多點環形配置

所有站之間的通信鏈路形成環路,控制中心或主站可以通過兩條不同的路徑于每一子站通信.分層分布式綜合自動化系統“四遙”一般集保護、測量、控制于一體，有完善的SCADA功能，其結構如圖1所示:

圖1 分布式系統結構示意圖

本系統中由測控裝置、線路保護裝置、變壓器保護裝置采集站內信息, 通過LON網送往前置機, 前置機分別通過高速局域網和RS-232送往操作員站和調度中心，同時前置機又可接收操作員站和調度中心下發的控制命令和對時命令。

由此可見，該系統是通過前置機與調度中心進行直接聯系的，該前置機采用AMX實時多任務操作系統（Real Time Operating System），它可以調度一切可利用的資源完成實時監視和控制任務，提高計算機系統的使用效率，滿足對時間的限制和要求。其遠動上行和遠動下行任務軟件流程圖如圖2、3所示。

圖2 運行上行任務軟件流程圖

圖3 遠動下行任務流程圖

隨著電力系統運行水平和管理水平的提高，越來越多的新建變電站和老站需要上微機綜合自動化系統以達到無人值守的目的，遠動在系統中的重要性越來越突出。隨著現代通信技術的發展和在電力系統中的應用，遠動技術將向著高速率、大容量的方向發展，工業電視監視技術和遠動技術的結合，將使傳統的“四遙”變為包括“遙視”在內的“五遙”更好地為電力生產和管理服務。為了保證整個安全監控系統的可靠性，在遠方站和主站端分別采用不停電電源，以及主站端采用雙機備用切換系統。為保證信息傳輸的可靠性，需采用雙通道備用。為適應電力系統調度管理中采用分層控制的方式，遠動信息網也采用分層式結構，以保證有效地傳輸信息，減少設備和通道投資。

2.2 遠動系統的結構和組成

微機遠動系統由三大部分組成：調度所的遠動設備，為調度端設備，或稱主站設備；變電所端的遠動設備RTU（即遠方終端設備），為執行端設備，或稱子站信道，主要是調制解調器等傳輸系統。

圖1.1 遠動系統原理框圖

圖 4 給出了遠動系統原理框圖。

1、調度端

調度端能實現計算機遠動系統最主要的人-機界面部分的主要調度操作，調度端接收RTU送來的實時遠動信息，經過譯碼后還原處被測量的實際大小值和被監控對象的實際狀態，顯示在調度室的CRT上和調度模擬屏上，也可以按要求進行打印輸出。另外調度員通過鍵盤或鼠標操作，可以輸入遙控和遙調命令，調度端按規約組裝出遙控信息字和遙調信息字向RTU傳送。根據調度端的設備配置，可分為單機調度端、多機調度端、雙機備用調度端和網絡調度端。

2、執行端

執行端是位于遠距離調度端對現場實現監測和控制的裝置。它接收和處理現場信息經轉換后送來的模擬量、脈沖量和開關量，并將上述信息經過轉換后的各種數字信息按規約編碼成遙測信息字和遙信信息字，向調度端傳送。RTU還可以接受調度端送來的遙控信息字合遙調信息字，經譯碼后還原處遙控對象為每一空置執行機構回路提供繼電器的1-2對常開或常閉節點；為每一調節執行機構回路提供繼電器的1-2對常閉節點；為每一調節執行機構回路輸出控制信號，輸出信號為可調直流電壓、可調脈沖或可調脈沖寬度有三種形式中的任一種。隨著微型計算機技術的發展，在RTU中采用多CPU的分布式處理技術，使各功能模塊化，有利于提高RTU的各項性能指標。

3、通信信道 在計算機遠動系統中用于傳送遠動數據的通信信道稱之遠動信道。遠動信道的質量是確保計算機遠動系統可靠 運行的重要前提，計算機遠動系統的調度端與各遠動終端RTU通常構成1：N的集散監控與調度，通信信道則擔負調度端與各遠動終端RTU間數據傳送的重任。在一個計算機遠動系統中，調度端和各遠動終端的質量再好，如果信道不過關，這樣的遠動系統則毫無用處。

在調度所的控制端要將遙控、遙調命令送到被控端去執行，遙控或遙調命令經編碼編成數字信號。在遠動系統中傳送的信號，在傳輸過程中會受到各種干擾，可能使信號發生差錯。為提高傳輸的可靠性，對遙控、遙調的數字信息要進行抗干擾編碼，以減小由于干擾而引起的差錯。由于數字脈沖信號一般不適宜直接傳輸，例如利用電話線路作為信號傳輸的通道時，線路的電感、電容會使脈沖信號產生很大的衰減和變形，所以要用通信設備部分的調制器把數字脈沖信號變成適合于傳輸的信號，如變成正弦信號傳輸。這樣，控制端就把經過調制后的遙控、遙調信號發送出去，送到被控端接收。接收端首先用通信設備中的解調器正弦信號還原成原來的數字信號，再經抗干擾譯碼進行檢錯，檢查信號在傳輸過程中是否因干擾的影響而發生錯碼。檢查出錯誤的碼組就拒絕執行，正確時則遙控、遙調譯碼后分別執行。

四遙功能即遙信(YX), 遙測(YC), 遙控(YK)和遙調(YT)的概念 四遙功能：

四遙功能即遙信(YX), 遙測(YC), 遙控(YK)和遙調(YT).遙信：要求采用無源接點方式,即某一路遙信量的輸入應是一對繼電器的觸點,或者是閉合,或者是斷開。通過遙信端子板將繼電器觸點的閉合或斷開轉換成為低電平或高電平信號送入RTU 的YX 模塊。遙信功能通常用于測量下列信號,開關的位置信號、變壓器內部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設備運行狀況信號、調壓變壓器抽頭位置信號。自動調節裝置的運行狀態信號和其它可提供繼電器方式輸出的信號;事故總信號及裝置主電源停電信號等。

遙測是指用遠程通信技術傳送被測量的測量值，又稱遠程測量。遙信是指對狀態量（如開關的位置，裝置的投入或退出）進行遠程監視，又稱遠程信號。遙控是指對于只有兩個確定狀態的運行設備進行操作的遠程命令，又稱遠程控制，遙調是指對于具有兩個以上狀態的運行設備發出的遠程命令，又稱遠程調節。“四遙”是遠動裝置的四項基本功能，但作為具體的遠動裝置，并非都具有四遙功能，有的只有遙測和遙信；有的則兼有遙控、遙調功能，應視需要而定。

遙控：采用無源接點方式,要求其正確動作率不小于99.99 %.所謂遙控的正確動作率是指其不誤動的概率,一般拒動不認為是不正確,遙控功能常用于斷路器的合、分和電容器以及其它可以采用繼電器控制的場合。

遙調：采用無源接點方式,要求其正確率大于99.99 %.遙調常用于有載調壓變壓器抽頭的升、降調節和其它可采用一組繼電器控制具有分級升降功能的場合。

4、遠動規約

由于電力生產的特點，發電廠、變電所和調度所之間的信息交換只能經過通道實現。信息傳送一般是串行方式和網絡方式。因此，要使發送出去的信息到對方后，能夠識別、接收和處理，就要對傳送的信息的格式作嚴格的規定，這就是遠動規約的一個內容。這些規定包括傳送的方式是同步傳送還是異步傳送，幀同步字，抗干擾的措施，位同步方式，幀結構，信息傳輸過程。

遠動規約的另一方面內容，是規定實現數據收集、監視、控制的信息傳輸的具體步驟。例如，將信息按其重要性程度和更新周期，分成不同類別或不同循環周期傳送；確定實現遙信變位傳送、實現遙控返送校核以提高遙控的可靠性的方式，實現發（耗）電量的凍結、傳送,實現系統對時、實現全部數據或某個數據的收集,以及遠方站遠動設備本身的狀態監視的方式等。

遠動規約的制定，有助于各個制造廠制造的遠方終端設備可以接入同一個安全監控系統。尤其在調度端(主站端)采用微型機或小型機作為安全監控系統的前置機的情況下，更需要統一規約，使不同型號的設備能接入同一個安全監控系統。它還有助于制造設備的工廠提高工藝質量，提高設備的可靠性，因而提高整個安全監控系統的可靠性。

遠動規約分為循環式遠動規約和問答式遠動規約。在中國這兩種規約并存。

1、循環式規約。規約中的幀結構具有幀同步字、控制字、幀類別和信息字。其中幀同步字是用作一幀的開頭，要求幀同步字具有較好的自相關特性，以便對方比較容易捕捉，檢出幀同步。還要求幀同步具有較小的假同步概率，防止假同步發生。控制字是指明幀的類別，共有多少字節，以及發送信息的源地址、目的地址等。循環式規約要求循環往復不停頓地傳送信息。傳送信息的內容在受到干擾而拒受以后，在下一幀還可以傳送，丟失的信息還可以得到補救，保護性措施可以降低要求，也可以適用于單工或雙工通道，但不能用于半雙工通道。可以采用位同步和波形的積分檢出等提高通道傳輸質量的措施。此種通信規約傳輸信息的有效率較低。

2、問答式規約。其主要特點是以主站端為主，主站端向遠方站詢問召喚某一類別信息，遠方站即將此種類別信息作回答。主站端正確接受此類別信息后，才開始下一輪新的詢問，否則還繼續向遠方站詢問召喚此類信息。

問答式規約為了減少傳輸的信息量，采用變位傳送遙信、死區變化傳送遙測量等壓縮傳送信息的方法。

問答式遠動規約的另一個特點是通道結構可以簡化，在一個通信鏈路上，可以連接好幾個遠方站，這樣可以使通道投資減少，提高通道的備用性。問答式遠動可以適用雙工、半雙工通道。

對遠動規約要求傳輸的信息有相應抗干擾措施，一般對于遙信、遙測的抗干擾編碼的信號距離為4,殘余差錯率≤10-14。2.3 遠動系統的在電力系統中的應用

隨著計算機技術的發展，遠動裝置由傳統的布線邏輯式遠動裝置向微計算機型遠動系統過渡。在廠、站端的設備大都采用了8位微型機作為遠動裝置，在調度端則采用16位或32位小型機作為前置機，收集多個廠、站的遠動信息，進行預處理后再送給主計算機。其中一種比較流行的方案是，在調度端以16位微型計算機或小型機構成多機系統，既作遠動功能用，又作調度自動化的主機用。在廠、站端采用的遠動裝置逐步微型機化，多功能及智能化。在功能方面已從傳統的遙測、遙信、遙控及遙調功能擴展到更多的數據采集和處理功能，例如故障時的事件分析記錄等。智能化遠動裝置具有某種判斷的功能，判斷遙信變位，并優先傳送；遙測的越死區傳送，即遙測發生變化時，變化量超過一定范圍時的傳送；以及根據廠、站端的實際運行情況，對調度端發送的命令進行校驗等。

調度自動化系統從設備內容上分為廠站端部分和主站端部分。廠站端部分的設備早期主要是由RTU和變送器等常規設備組成，完成的功能是采集變電站的主要遙測、遙信信息和執行遙控命令，專業上主要是由遠動專業來完成的。隨著數字式保護設備的發展，保護設備中的數據采集單元和控制單元從功能上逐步具備了常規遠動設備的功能，于是各保護裝置采用數據總線連接起來的變電站自動化系統開始登上舞臺，稱之為“綜合自動化系統”。

對于調度自動化系統來講，它可分為遠動系統和計算機系統，從它們實現的基本功能上定義，稱為SCADA系統，主要完成“四遙”功能（遙測、遙信、遙控、遙調），再加上高級應用功能如安全分析、狀態估計、潮流計算分析、最優無功電壓控制、自動發電控制、經濟調度等功能，構成了一個完整的能量管理系統(Energy Management System)。由于調度自動化系統是為調度控制中心提供實時數據，實現對遠方運行設備的監視和控制，因此它是電力系統中重要的組成部分。.電力遠動系統中執行端的設計

3.1 執行端的功能

RTU是被控制端得遠動設備，它實際上也是一個微機，用來完成遙控接收、輸出執行、遙測、遙信量的數據采集及發送的功能。下面位RTU的主要功能。(1)采集狀態量并向遠方發送，帶有光電隔離，遙信變位優先傳送；(2)采集數據量并向遠方發送，帶有光電隔離；

(3)直接采集系統工頻電量，實現對電壓、電流、有功、無功的測量并向遠方發送，可計算正反向電度；

(4)采集脈沖電度量并向遠方發送，帶有光電隔離；(6)接收并執行遙控及返校；(7)程序自恢復；

(8)設備自診斷(故障診斷到插件級)；(9)設備自調；(10)通道監視；(11)接收并執行遙調；

(12)接收并執行校時命令(包括GPS對時功能 選配)；(13)與兩個及兩個以上的主站通訊；(14)采集事件順序記錄并向遠方發送；(15)提供多個數字接口及多個模擬接口；(16)可對每個接口特性進行遠方/當地設置；(17)提供若干種通信規約,每個接口可以根據遠方/當地設置傳輸不同規約的數據；

(18)接受遠方命令,選擇發送各類信息；(19)可轉發多個子站遠動信息；

(20)當地顯示功能，當地接口有隔離器；

(21)支持與擴頻、微波、衛星、載波等設備的通訊；

(22)選配及多規約同時運行，如DL451-91 CDT規約，同進應支持POLLING規約和其他國際標準規約（如DNP3.0、SC1801、101規約）；(23)可通過電信網和電力系統通道進行遠方設置。

3.2電力遠動系統中執行端硬件結構的設計

自遠動終端微機化以來，其結構發生明顯變化。早期的微機遠動終端多為單CPU，即所有的數據處理由一個CPU完成，各種功能的擴展（如遙信采集、遙測采集）通過輸入/輸出口實現。隨著現代化生產管理進程的不斷加快，要求實現遠動終端自動化，遠動終端需要監控的信息量不斷增大，實時性要求不斷提高，因此單CPU的遠動終端受到了擴展能力、數據處理能力、實時性、設置的靈活性等諸多因素的限制。隨著計算機技術的不斷發展，為遠動終端的多CPU工作方式提供了必要的物質基礎。

無論是單CPU還是多CPU的遠動終端，其所要完成的基本功能都是一致的。遠動終端除要完成“四遙“（遙信、遙測、遙控、遙調）功能以外，還應完成電能（脈沖量）采集、遠程通信以及當地功能等。遠動終端的硬件結構通常是按RTU所需完成的功能進行設計，框圖如下：

圖3.1 RTU 結構原框圖（電力P178）

上圖中，各功能部分均可帶有CPU，組成特定功能的智能模塊。每一種功能模塊所處理的信息量是一定的，當信息量較大時可用多塊功能模板。各模板之間的數據交換通過數據總線完成，外部總線可以是并行總線，也可以是串行總線。

上圖中，各功能部分均可帶有CPU，組成特定功能的智能模塊。每一種功能模塊所處理的信息量是一定的，當信息量較大時可用多塊功能模板。各模板之間的數據交換通過數據總線完成，外部總線可以是并行總線，也可以是串行總線。

3.3電力遠動系統中執行端軟件結構的設計

圖3.2 RTU軟件結構框圖

有兩種基本類型的RTU——“單板RTU” 和“模塊RTU”。“單板RTU”在一個版子中集中了所有的I/O接口“模塊RTU” 有一個單獨的CPU模塊，同時也可以有其他的附加模塊，通常這些附加模塊是通過加入一個通用的“backplane”來實現的（象在PC機的主板上插入附加板卡一樣）。RTU的軟件功能

下面的功能是所有RTU都需要的。在一些RTU中有些功能可能混合，并沒有把它們區分開的必要。

1．實時操作系統。它可能是一個特殊的RTOS，或是一段在對輸入的循環掃描和對通訊端口循環監控開始時有效的代碼。2．連接到SCADA監控中心的通訊系統的驅動。3．連接現場設備的I/O系統設備的驅動。

4．SCADA的應用軟件。如對輸入、現場過程和儲存數據的掃描；對從通訊網絡傳過來的SCADA監控中心命令的響應。

5．用戶在RTU上對應用設定的一些方法。可能是一些簡單的參數設置，啟用或禁用特別的I/O口，或者提供一套完整的用戶編程環境。6．診斷系統

7．一些RTU有文件系統支持文件下載。所支持的下載文件包括用戶程序和設定文件。電力系統中遙測量的采集和處理

4.1 遙測量的采集

遙測量包括電壓、電流和功率等物理量，采集遙測量時，它是用電量變送器轉換成直流模擬電壓，再接入遠動裝置。這些模擬量為第一類，另外有些物理量，如水電廠中水庫的水位，主變分頭位置,它是數字量，可直接用數字方式提供給遠動裝置，這是第二類。第三類是脈沖量，主要是脈沖電度表測得的。轉盤式脈沖電度表發出的脈沖數與轉的圈數成正比，遠動裝置把脈沖數累計下來就可折算成電度。這三種量都是遙測量，但各有特點。

模數轉換器芯片大多用于單極性輸入電壓，也可以將芯片做成適用于雙極性輸入電壓。例如可以先對輸入電壓的極性進行判別，確定符號位，然后對數值部分進行轉換。轉換結果最高位是符號位，通常以“0”表示正極性，以“1”表示負極性；其余是數值部分。這種轉換的結果實際上是以原碼方式來表示帶符號的數。

遙測采集過程一般由以下幾個單元組成：

一、12位A／D轉換器AD574A AD574A是美國模擬器件公司(Analog Devices)生產的12位逐次逼近型快速A／D轉換器。它由模擬芯片和數字芯片混合集成，其中模擬芯片就是該公司生產的A／D 565A型快速12位單片集成D／A轉換器芯片。數字芯片則包括高性能比較器、逐次比較邏輯寄存器、時鐘電路、邏輯控制電路以及三態輸出數據鎖存器等。

二、采樣保持電路

采樣保持電路的工作原理：把采樣時刻得到的模擬量的瞬時幅度完整地記錄下來，并按需要準確地保持一段時間稱為采樣保持。通過采樣保持可將連續時間信號變換成離散時間信號序列，從而完成對信號在時間上離散化的任務。采樣保持電路每隔TS時間就測量一次輸入模擬信號在該時刻的瞬時值，然后將該瞬時值存放在保持電路里面以待A/D轉換器使用。在A/D轉換器進行轉換期間，采樣保持電路的輸出應保持不變。

三、模擬量多路開關

廠站端遠動裝置要采集的模擬量遠不止一個。為了公用一套模數轉換器件，通常都采用模擬量多路開關。多路模擬開關用來輪流接入一路模擬量，以進行A／D轉換。由電量變送器送來的各個模擬量在多路開關的控制下分時地逐一經模數轉換器轉換成數字量再進入CPU。逐次逼近式的模數轉換器轉換速度是比較快的，例如低速的ADCl210完成一次轉換約需要100μs，中速的AD574A僅需25μs。由電量變送器送來的模擬量其變化速度一般是比較緩慢的，在進行一次模數轉換期間，模擬量幾乎沒有什么變化。

四、標度變換

遠動中的遙測量有電壓、電流、功率等等，情況各不相同，但對調度工作人員而言，需要知道的是實際物理量的大小。在遙測值達到額定值時，測量值在經過電壓、電流互感器，電量變送器和模數轉換后最終得到的滿量程值都是全1碼，就像用指針式表計測量電壓時，110KV或220KV電壓經電壓互感器引到電壓表，滿量程的電壓在電壓表上的反映都是滿量程的偏轉角，對110KV、220KV來說都一樣。為了使指針式電壓表能指示相應的電壓，需要在測量110KV或220KV的電壓表滿量程處，分別標上與110KV或220KV相對應的標尺。同樣是電壓表滿量程的偏轉角，可以用不同的標尺，指示出不同的電壓值，這即稱為標度變換。標度變換的過程也就是乘系數的過程。

在采用常規變送器時，由于變送器輸出電壓最大值為直流5V，變送器輸出整定的意義更大。當有功、無功輸入最大額定值時，變送器輸出應該為直流5V，在負荷較輕時，變送器輸出則很小，為保證變送器輸出處于精度較高的線性范圍，我們可以把被測值的滿刻度量程值縮小。而對于電壓這樣的被測值，一般將滿刻度量程值放大。

在實際應用中，有時我們也會遇見實際數值超過額定值的情況。如[例1]中，CT變比為600/5，當線路實際電流超過600時，遠動系統傳輸的數據就會“溢出”，主站接收的數據會從?599，600突變為0或最大值，當實際電流繼續增大時，數據出現為0，1，2?，或錯誤數據，即發生高位數據“溢出”。這種現象的發生，一方面會造成一二次設備的損壞，另一方面會造成遙測數據的不準確，另外由于輸入電壓超出了遠動設備中A/D轉換等部件的設計范圍，會造成裝置損壞故障。

五、越限處理

遙測功能是將變電站的某些運行參數采集并傳送到調度所，如變電站進出線路的有功功率和無功功率，主變壓器中通過的電流，母線的電壓等等，這些連續變化的電氣參數稱為模擬量。一般都采用將模擬信號轉換為數字信號后再傳送的方式。雖然大量的被測量在不斷變化，但電網處于穩定運行狀態時，大部分被測值基本不變或變化緩慢。

電力系統中有的被測量運行參數受約束條件的限制，不能超過一定的限值，例如規定某線路的傳輸功率不能大于某一限值，母線電壓不允許太高或太低，這就需要規定上限值和下限值。系統應將設置的上下限值存放在內存中的遙測量常數區，并及時檢查遙測數據是否越限，如超越限值，就應告警。根據比較的結果，可設置是否越限的標志。在遙測設置越限“死區”報警的同時，有的系統還對遙測越限時間應加以處理。如母線電壓越限報警，即當電壓偏差超出允許范圍且越限連續累計時間達30s(或該時間按電壓監視點要求)后報警；線路負荷電流越限報警，即按設備容量及相應允許越限時間來報警；主變壓器過負荷報警，按規程要求分正常過負荷、事故過負荷及相應過負荷時間報警；系統頻率偏差報警，即在系統解列有可能形成小系統時，當其頻率監視點超出允許值的報警；消弧線圈接地系統中性點位移電壓越限及累計時間超出允許值時報警；母線上的進出功率及電度量不平衡越限報警；直流電壓越限報警。越限報警的各個參數量，有一個允許運行時間限額，為此除越限報警外還應向上級調度(控制)人員提供當前極限運行時間，即允許運行時間減去越限運行的累計時間。

4.2 遙測量的處理

（一）數字濾波

數字濾波具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便于集成等優點。數字濾波在語言信號處理、圖像信號處理、醫學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。數字濾波有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應用最廣的是線性、時不變數字濾波器.數字濾波(digitalfilter)是由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種計算方法。其功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。由于電子計算機技術和大規模集成電路的發展，數字濾波已可用計算機軟件實現，也可用大規模集成數字硬件實時實現。數字濾波是一個離散時間系統（按預定的算法，將輸入離散時間信號轉換為所要求的輸出離散時間信號的特定功能裝置）。應用數字濾波處理模擬信號時，首先須對輸入模擬信號進行限帶、抽樣和模數轉換。數字濾波輸入信號的抽樣率應大于被處理信號帶寬的兩倍，其頻率響應具有以抽樣頻率為間隔的周期重復特性，且以折疊頻率即1／2抽樣頻率點呈鏡像對稱。為得到模擬信號，數字濾波處理的輸出數字信號須經數模轉換、平滑。

數字濾波：用電子計算機整理地震勘探資料時，通過褶積的數學處理過程，在時間域內實現對地震信號的濾波作用，稱為數字濾波。數字濾波器的作用就是使地震記錄與濾波算子相褶積，濾波算子就是脈沖響應，而脈沖響應是單位脈沖通過濾波器的結果。因此，地震信號通過數字濾波器，其輸出信號就是在某特定時間內所有不同延遲時間上脈沖響應信號之和。所以，數字濾波也是延遲濾波的數字化。數字濾波器具有比較理想的頻率特性和相位特性，失真度低，分辨能力好。適當改變參數就可靈活地設計出所需要的頻率特性。

數字濾波分為有限數字濾波FIR、無限數字濾波IIR和自適應濾波。

（二）死區計算

遠動裝置中遙測量的采集工作是不間斷地循環進行著，并需要將遙測數據上送至調度中心。這些遙測量并不是隨時隨刻都在大幅度變化，而大多數遙測量在某一時間內變化是緩慢的。如果要將這微小的變化不停地送往調度中心，會增加各個環節的負擔，同時對調度支行人員觀測支行狀態也無益。

如果在遙測量處理中加入死區計算，則可有效地解決上述問題。死區計算是對連續變化的模擬量規定一個較小的變化范圍。當模擬量在這個規定的范圍內變化時，認為該模擬量沒有變化，迷個期間模擬量的值用原值表示，這個規定的范圍稱為死區。當模擬量連續變化超出死區時，則以此刻的模擬量值代替舊值，并以此值為中心再高死區。因此死區計算實際上是降低模擬量變化靈敏度的一種方法。

（三）標度變換和二—十轉換

1、標度變換

標度變換又稱為乘系數，是將A/D轉換結果的無量綱數字量還原成有量綱的實際值的換算方法。

2、二—十轉換

標度變換后的數據已經代表了遙測量的實際值，但此數據是以二進制數表示的。在某些場合，還希望再轉換為十進制數，這就需要進行二—十轉換。

四、越限處理

遙測功能是將遠方站的各種測量值傳送到主站端，遙測的主要技術指標是模擬轉換器的準確度、分辨率、溫度穩定性。數字量的字長則根據被測對象的要求而定。遙測量一般有模擬量、數字量、脈沖計數量和其他測量值。電力系統中有的被測量運行參數受約束條件的限制，不能超過一定的限值，例如規定某線路的傳輸功率不能大于某一限值，母線電壓不允許太高或太低，這就需要規定上限值和下限值。系統應將設置的上下限值存放在內存中的遙測量常數區，并及時檢查遙測數據是否越限，如超越限值，就應告警。根據比較的結果，可設置是否越限的標志。

在發現遙測越限時，系統就發告警并記錄越限的時間和數值。設置越限“死區”可緩解某些運行參數在限值附近波動時頻繁告警的干擾，但越限判別的工作量稍有增加，“死區”限值的大小要根據實際情況確定。

五、事故追憶

系統在運行過程中隨時可能發生事故，因此在對系統運行監測時，希望把事故發生前后的一段時間內遙測數據的變化情況保存下來，為今后的事故分析提供原始依據，這就是事故追憶功能。電力系統遠動系統中的抗干擾措施

一、硬件抗干擾措施

1、供電系統的抗干擾措施

a)實行電源分組供電，例如，將執行電機的驅動電源與控制電源的分開，以防止設備間的干擾。

b)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅動器對其他設備的干擾。c)采用隔離變壓器考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初次線圈的互感耦合，而是靠初次寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以高抗共模干擾能力。

d)采用交流穩壓器防止電源系統的過壓與欠壓，保證供電穩定性，提高整個系統的可靠性；

e)采用隔離變壓器，即在變壓器的初、次級之間加屏蔽層隔離，以消除分布電容的有害影響，提高抗共模干擾的能力；

f)由諧波頻譜分析可知，電源系統的干擾大部分是高次諧波，采用低通濾波濾去高次諧波，以改善電源的穩定性；

g)采用分散獨立穩壓模塊供電，提高供電的可靠性，此舉也有利于電源散熱，降低熱噪聲的干擾；

h)采用高抗干擾穩壓電源及干擾抑制器，提高整機系統的抗干擾能力。

2、過程通道干擾及抗干擾措施

過程通道是指前向接口、后向接口與主機，或者是主機相互之間進行信息傳輸的途徑。在過程通道中長線傳輸的干擾是主要的，隨著系統主振頻率越來越高，系統過程通道的長線傳輸越來越不可避免。按照經驗公式計算，當計算機主振頻率為1MHz、傳輸線長于0.5m時；或者主振頻率為4MHz、傳輸線長于0.3m時，即作為長線傳輸處理。

微型機應用系統中，傳輸線上的信息多為脈沖數字信號，它在傳輸線上傳輸時會出現延時、畸變、衰減以及通道干擾等，為了保證信息在長線傳輸時的可靠性，使機器正常運行，主要采取光電耦合隔離，雙絞線傳輸，阻抗匹配等防護措施。

3、印刷電路板及電路的抗干擾設計

（1）關于地線的處理：（2）電源線的處理：（3）去耦電容的配置：

二、軟件抗干擾措施

在微機遠動系統中，大量的干擾源雖不能造成硬件系統地損害，但常常使系統不能正常工作，控制失靈，甚至造成重大事故。因此，除硬件上采取必要的抗干擾措施外，軟件抗干擾問題的研究越來越引起人們的重視。

1、干擾對測控系統的影響

（1）干擾使數據采集的誤差加大；干擾侵入微機控制系統的前向通道，疊加在信號上，使數據采集的誤差加大。當通道的傳感器接口是小電壓信號輸入時，更為嚴重，尤其工頻干擾常伴隨信號輸入。采用硬件手段雖可以濾除，但電路結構復雜。采用軟件抑制工頻干擾是當前串模工頻干擾抑制技術的一項新技術。

（2）干擾使輸出控制誤差加大。在微機控制系統中，控制狀態的輸出常常是依據某些條件狀態的輸入和條件狀態的邏輯處理結果。在這些環節中，由于干擾的侵入，會造成條件狀態的偏差、失誤，致使輸出控制誤差加大，甚至控制失常。

（3）數據受干擾發生變化。通常控制程序、表格以及常數都存于ROM中，但可讀寫得RAM及狀態寄存器在某些干擾的影響下會發生變化。根據干擾竄入的渠道和受干擾的數據性質不同，系統會損壞的狀況不同，可能會造成樹值誤差、控制失靈、部件的工作狀態改變或程序改變，從而導致系統工作不正常。

（4）干擾使程序運行失常。如果強干擾造成程序計數器PC值發生變化，就破壞了程序的正常運行，再PC值的錯誤指引下，程序將發出一系列毫無意義的錯誤指令，最后進入“死循環”使輸出嚴重混亂或系統失去控制。

2、提高采樣信號信噪比的措施

由于加入前向通道上的干擾性質及產生后果不同，采用的抗干擾方法也不同，沒有固定模式。一般說來，為了消除傳感器通道中的干擾信號，除在硬件上采用有源或無源RLC網絡進行濾波外，常常運用CPU的運算、控制功能、進行簡單的數值邏輯運算，達到濾波的效果，這就是數字濾波。

3、軟件冗余措施

對于條件控制系統，把對控制條件的一次采樣、處理、控制輸出改為循環地采樣、處理、控制輸出。這種方法對于慣性較大的控制系統具有良好的抗偶然性因素干擾的作用。

4、設置自診斷程序

設置自診斷程序以保證系統種信息存儲、傳輸、運算的高可靠性。

第五篇：變電站綜合自動化系統存在的問題

變電站綜合自動化系統存在的問題

摘要：近年來，隨著“兩網”改造的深入和電網運行水平的提高，大量采用遠方集中監視、控制等變電站綜合自動化系統，既提高了勞動生產率，又減少了人為誤操作的可能。采用變電站綜合自動化技術是計算機和通信技術應用的方向，也是電網發展的趨勢，但同樣也不可避免地帶來了一些問題，如變電站綜合自動化系統的技術標準問題，以及運行和檢修的管理體制等問題。基于運行經驗，該文介紹了變電站綜合自動化系統，從技術、管理、人員素質等方面闡述了當前變電站綜合自動化系統實際應用中存在的若干問題，并針對這些問題提出了一些建議。

關鍵詞：變電站綜合自動化系統；站內監控功能；通信規約；設備選型

變電站綜合自動化系統自20世紀90年代以來，一直是我國電力行業中的熱點之一。它既是電力建設的需要也是市場的需要，我國每年變電站的數量以3%～5%的速度增長，每年有千百座新建變電站投入運行；同時根據電網的要求，每年又有不少變電站進行技術改造，以提高自動化水平。近幾年來我國變電站綜合自動化技術，無論從國外引進的，還是國內自行開發研制的系統，在技術和數量上都有顯著的發展。

但工程實際當中，部分變電站綜合自動化系統功能還不能充分發揮出來，存在問題較多，缺陷率很高，不能實現真正的無人值班。

1、變電站綜合自動化系統的現狀及其存在的問題

1.1 技術標準問題

目前變電站綜合自動化系統的設計還沒有統一標準，因此標準問題（其中包括技術標準、自動化系統模式、管理標準等問題）是當前迫切需要解決的問題。

1.1.1 生產廠家的問題

目前在變電站綜合自動化系統選型當中存在著如所選系統功能不夠全面，產品質量不過關，系統性能指標達不到要求等情況，主要有以下問題：

由于變電站綜合自動化設備的生產廠家過分重視經濟利益，用戶又過分追求技術含量，而不重視產品的性能及實用性，因而一批技術含量雖較高，但產品并不過關，甚至結構、可靠性很差的所謂高技術產品不斷被使用。廠家只要有人買就生產，改進的積極性不高，甚至有些產品生產過程中缺乏起碼的質量保證措施，有些外購部件更是缺乏管理，因而導致部分投產的變電站問題較多；

有些廠家就某產品只搞技術鑒定，沒搞產品鑒定；

另外，生產廠家對變電站綜合自動化系統的功能、作用、結構及各項技術性能指標宣傳和介紹不夠，導致電力企業內部專業人員對系統認識不透徹，造成設計漏洞較多。

1.1.2 不同產品的接口問題

接口是綜合自動化系統中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。這些不同廠家的產品要在數據接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協調數據格式、通信規約等問題。當不同廠家的產品、種類很多時，問題會很嚴重。

如果所有廠家的自動化產品的數據接口遵循統一的、開放的數據接口標準，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據各種產品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

1.1.3 抗干擾問題

關于變電站綜合自動化系統的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統上的變電站綜合自動化設備出廠時抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關、電焊機、風扇、手提電話等定性實驗，到現場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。

變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證綜合自動化系統可靠和穩定運行的基礎，選擇時應注意，合格的自動化產品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：1MHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

1.1.4 傳輸規約和傳輸網絡的選擇問題

變電站和調度中心之間的傳輸規約。目前國內各個地方情況不統一，變電站和調度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規約，如部頒CDT、SC-1801、DNP3.0等。

1995年IEC為了在兼容的設備之間達到互換的目的，頒布了IEC 60870-5-101傳輸規約，為了使我國盡快采用遠動傳輸的國際標準，1997年原電力部頒布了國際101規約的國內版本DL/T 634-1997，并在1998年的桂林會議上進行了發布。該規約為調度端和站端之間的信息傳輸制定了標準，今后站端變電站綜合自動化設備與遠方調度傳輸協議應采用101規約。

站內局域網的通信規約。目前許多生產廠家各自為政，造成不同廠家設備通信連接的困難和以后維護的隱患。

1997年IEC頒布了IEC 60870-5-103規約，國家經貿委在1999年頒布了國際103規約的國內版本DL/T 667-1999，并在2000年的南昌會議上進行了發布，103規約為繼電保護和間隔層（IED）設備與變電站層設備間 的數據通信傳輸規定了標準，今后變電站綜合自動化系統站內協議要求采用103規約。

電力系統的電能計量傳輸規約。對于電能計量采集傳輸系統，IEC在1996年頒布的IEC 60870-5-102標準，即我國電力行業標準DL/T 719-2000，是我們在實施變電站電能計量系統時需要遵守的。

上述的三個標準即常說的101、102、103協議，運用于三層參考模型（EPA）即物理層，是我們在實施變電站電能計量系統時需要遵守的。

上述的三個標準即常說的101、102、103協議，運用于三層參考模型（EPA）即物理層、鏈路層、應用層結構之上，是相當一段時間里指導變電站綜合自動化技術發展的三個重要標準。這些國際標準是按照非平衡式和平衡式傳輸遠動信息的需要制定的，完全能滿足電力系統中各種網絡拓撲結構，將得到廣泛應用。

IECTC57即將制定無縫遠動通信體系結構，具有應用開放和網絡開放統一的傳輸協議 IEC 61850.該協議將是變電站（RTU或者變電站綜合自動化系統）到控制中心的唯一通信協議，也是變電站綜合自動化系統，甚至控制中心的唯一的通信協議。目前各個公司使用的標準尚不統一，系統互聯和互操作性差，因此，在變電站綜合自動化系統建設和設備選型上應考慮傳輸規約問題，即在變電站和控制中心之間應使用101規約，在變電站內部應使用103規約，電能量計量計費系統應使用102規約。新的國際標準IEC 61850頒布之后，變電站綜合自動化系統從過程層到控制中心將使用統一的通信協議。

1.1.5 開放性問題

變電站綜合自動化系統應能實現不同廠家生產的設備的互操作性（互換性）；系統應能包容變電站自動化技術新的發展要求；還必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現有的變電站綜合自動化系統卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政，重復開發，浪費了大量的財力物力。

另外，各種屏體及設備的組織方式不盡相同，給維護和管理帶來許多問題。

在我們現有的綜合自動化設備中，廠家數量較多，各廠不同系列的產品造成產品型號復雜，備品備件難以實現，設備運行率低的問題。

1.2 組織模式選擇的問題

變電站綜合自動化系統實現的方案隨著變電站的規模、復雜性、變電站在電力系統的重要地位、所要求的可靠性以及變電層和過程層總線的數據流率的不同而變化。如果一個變電站綜合自動化系統模式選擇合適的話，不僅可以節省投資、節約材料，而且由于系統功能全、質量高、其可靠性高、可信度大，更便于運行操作。因此，把好變電站綜合自動化系統的選擇關，意義十分重大。

目前應用較廣泛的變電站綜合自動化系統的結構形式主要有集中式、分散與集中相結合和全分散式三種類型。現將三種結構形式的特點簡述如下。

集中式：集中式結構的變電站綜合自動化系統是指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機控制、微機保護和一些自動控制等功能。這種系統結構緊湊、體積小、可減少占地面積、造價低，適用于對35 kV或規模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態不靈活。

分散與集中相結合：分散與集中相結合的變電站綜合自動化系統是將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關柜內，而高壓線路和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統結構。此結構形式較常用，它有如下特點：

10～35 kV 饋線保護采用分散式結構，就地安裝，可節約控制電纜，通過現場總線與保護管理機交換信息。

高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結構，保護屏安裝在控制室或保護室中，同樣通過現場總線與保護管理機通信，使這些重要的保護裝置處于比較好的工作環境，對可靠性較為有利。

其他自動裝置中，如備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結構，安裝于控制室或保護室中。

全分散式：全分散式的變電站綜合自動化系統是以一次主設備如開關、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護等單元分散，就地安裝在一次主設備屏（柜）上。站控單元通過串行口與各一次設備相連，并與管理機和遠方調度中心通信。它有如下特點：

簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。

減少了施工和設備安裝工程量。由于安裝在開關柜的保護和測控單元在開關柜出廠前已由廠家安裝和調試完畢，再加上鋪設電纜的數量大大減少，因此現場施工、安裝和調試的工期隨之縮短。

簡化了變電站二次設備之間的互連線，節省了大量連接電纜。

全分散式結構可靠性高，組態靈活，檢修方便，且抗干擾能力強，可靠性高。

上述三種變電站綜合自動化系統的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結構形式的選擇應根據各種系統特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎的變電站綜合自動化系統可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站綜合自動化系統，更適用于新建變電站。

由于微處理器和通信技術的迅猛發展，變電站綜合自動化系統的技術水平有了很大的提高，結構體系不斷完善，全分散式自動化系統的出現為變電站綜合自動化系統的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站綜合自動化系統應用的增多，無論是新建、擴建或技改工程，其綜合自動化系統的選型都應該嚴格執行有關選型規定，力求做到選型規范化。經選用的變電站自動化系統不僅要技術先進、功能齊全、性能價格比高，系統的可擴展性和適用性好，而且要求生產廠家具有相當技術實力，有一定運行業績和完整的質量保證體系、完善的售后服務體系。

1.3 電力管理體制與變電站綜合自動化系統關系問題

變電站綜合自動化系統的建設，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業相互滲透，傳統的技術分工、專業管理已經不能適應變電站綜合自動化技術的發展，變電站遠動與保護專業雖然有明確的專業設備劃分，但其內部聯系已經成為不可分割的整體，一旦有設備缺陷均需要兩個專業同時到達現場檢查分析，有時會發生推諉責任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶”，不利于開展工作。

在專業管理上，變電站綜合自動化設備的運行、檢修、檢測，尤其是遠動系統的實時性、遙測精度、遙信變位響應速度、信號復歸和事故總信號等問題仍需要規范和加強；對傳動實驗及通道聯測的實現、軟件資料備份等問題提出了新的課題內容。

1.4 運行維護人員水平不高的問題

解決好現行的變電站綜合自動化系統管理體制和技術標準等問題的同時，還要培養出一批高素質的專業隊伍。

目前，變電站綜合自動化系統絕大部分設備的維護依靠廠家，在專業管理上幾乎沒有專業隊伍，出了設備缺陷即通知相應的廠家來處理，從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。

要想維護、管理好變電站綜合自動化系統，首先要成立一只專業化的隊伍，培養出一批能跨學科的復合型人才，加寬相關專業之間的了解和學習。

其次，變電站綜合自動化專業的劃分應盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現象。變電站綜合自動化專業的明確，對于加強電網管理水平，防止電網事故具有重大意義。

2、結束語

近年來，通信技術和計算機技術的迅猛發展，給變電站綜合自動化技術水平的提高注入了新的活力，變電站綜合自動化技術正在朝著網絡化、綜合智能化、多媒體化的方向發展。

鑒于變電站綜合自動化系統當前還缺乏一個統一的國家標準，這就需要與之相關的各崗位的電力工作者 在實際操作過程中不斷總結經驗，找到其規律性，不能因循守舊，而應根據具體情況，遵循科學、嚴謹的工作原則，用發展的眼光來進行變電站綜合自動化系統的建設，以保證電網安全、經濟、優質地運行。

參考文獻：

[1]龔強，王津。地區電網調度自動化技術與應用。北京：中國電力出版社，2005.[2]張繼雄。變電站自動化系統選型中應注意的問題。內蒙古電力技術，2005，2.