变电站监控技术

新能源与动力工程学院

课程设计报告

电力系统远动课程设计

专业 班级 姓名 学号 指导教师

2015年 7 月

兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书

课程名称： 电力系统远动课程设计 指导教师（签名）： 班级： 姓名： 学号：

一、课程设计题目 《变电站监控技术》课程设计 二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求： 1.教材 2.课程设计说明书 二、课程设计的目的 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”和“设计手册”的使用方法。 三、课程设计的主要内容和要求 1.SCADA系统的构成：（1）主要设计原则（2）主要设计标准（3）系统构成和配置； 2.系统功能设计； 3.系统主要设计指标； 4.RTU各模块（分组完成模拟量输入模块、开关量输入模块）硬件电路设计及软件说明书； 5.附件：（1）四遥对象概数表、（2）电力监控系统构成示意图、（3）、各模块硬件电路原理图; 6.装订顺序封面、设计任务书、摘要、设计正文、附件、参考书目等； 四、工作进度安排 日期 地点 设计内容 明德楼由课程设计负责人讲解本课程设计任务及相关内容，7月6日 411 下达设计任务书。 明德楼同学熟悉设计内容和要求，收集相关设计资料及参考7月7日 411 书。讲解设计及报告的具体要求，指导学生开展设计。 明德楼检查学生的进度及完成情况，并就关问题进行答疑7月8日 411 和提问，并对撰写报告进行指导。 明德楼检查学生的进度及完成情况，并对撰写报告进行指导，7月9日 411 于17：30收齐报告。 明德楼评阅报告，根据成绩评定条件进行成绩评定，并对本7月10日 411 组学生进行成绩排序，写出指导评语。 五、主要参考文献 《电力系统远动》 刘永智 刘晓川编著 中国电力出版社 审核批准意见 系主任（签字） 年 月 日

指导教师评语及成绩评定表

指导教师评语成绩

设计过程 （40） 设计报告 （50） 小组答辩 （10） 总成绩 （100） 指导教师签字：

年 月 日

目 录

第1章 监控系统的组成及配置 ......................... - 1 -

1.1 概述 ...................................................... - 1 - 1.2系统构成 .................................................... - 1 -

1.2.1 控制站 ........................................ - 1 - 1.2.2远动装置（RTU） ............................... - 5 - 1.2.3 远动通道 ...................................... - 6 -

1.3 系统配置 ................................................ - 7 -

1.3.1 被控站结构形式 ............................... - 7 - 1.3.2系统配置方案 ................................. - 8 -

第2章 监控内容..................................... - 9 - 2.1遥测、遥信、遥控和遥调功能 .................... - 9 - 2.2遥信对象的采集 ................................ - 9 - 第3章 监控系统的功能 ...................................... - 12 -

3.1 监控主站功能 .................................. - 12 - 3.2 被控站功能 ..................................... - 18 - 结 论 ............................................. - 20 - 参考文献 ........................................... - 21 - 附 录I ............................................. - 22 - 附 录Ⅱ ............................................ - 23 -

第1章 监控系统的组成及配置

1.1 概述

1.监控系统主要由三大部分组成，既装设于铁路分局调度所的监控主站，装设于铁路沿线牵引变电所的远方终端装置（RTU）及从铁路通信系统中分离出来的远动通道，如图1-1所示。

1-1 监控系统示意图

监控主站和被控站以远动通道为桥梁有机配合，共同实现对牵引供电设备遥控、遥信、遥测、遥调等功能。

遥控（YK）：对被控对象的运行状态进行远距离控制。如断路器的分合，电抗器的投切等；

遥信（YX）：一般对应两种状态，用二进制的“0”或“1”来表示对象的不同状态；

遥测（YC）：对被控对象的运行参数进行远距离测量。如线路的电压值、电流值等；

遥调（YT）：对被控对象的运行设备参数进行远距离调节。如改变电压器分接头的位置等。

1.2系统构成

1.2.1 控制站

SCADA系统的控制端采用计算机局域网结构、分布式控制系统、以计算机设备为

- 1 -

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及UPS设备。

图1-2 监控主站示意图

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

- 2 -

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cm，显示的颜色不少于256种，分辨率不低于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。

- 3 -

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dB，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I\\O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你环境。给调度人员一个练习、使用本系统

- 4 -

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。配电柜带有各种显示表计和手动操作按钮，便于现场维护和调试

1.2.2远动装置（RTU）

被控端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，与控制中心的信息交换，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,有关信息又相互共享。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

- 5 -

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。 1、系统部分

包括CPU、总线、RAM、ROM、EPROM、计数次/计时器、中断控制器、串行通信接口。 2、人机联系

包括打印机、显示器、键盘、鼠标。 3、输入输出电路（可编程接口芯片）

输入YC、YX输入YT、YK

1.2.3 远动通道

电力监控系统通道结构采用冗余结构配置方式，并能实现对主、备通道的手动及自动切换，工作可靠。

信道是信号传输时经过的通道。传输远动信号的通道称为远动信道。我国常用的远动信道有专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。

采用专用有线信道时，由运动装置产生的远动信号，以直流电的幅值、极性或交流电的频率在架空明线或专用电缆中传输，这种信道常用作近距离传输。

信号在光纤信道中的传输过程是：发端将电信号转变成光信号，让光信号沿着光纤传输，收端再将光信号还原成电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤信道具有信道容量大，衰减小，不受外界电磁干扰，误码率低等优点，它是性能比较好的一种信道。

无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。在无线电信道中，信号以电磁波在自由空间中传播。因为它利用自由空间传输，不需要架设通信线路，因而可以节省大量的金属材料并减少维护人员的工作量。这种信道在地方电力系统中应用较多。

由于牵引供电系统比较特殊，远动采用专用有线信道。

本设计选用光纤通信信道，光纤信道用光导纤维作为信道传送光信号，可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信的优点在于传输容量大；损耗小；质量轻，体积小；抗电磁干扰性能好；泄露小，保密性能好；节约金属材料，有利于

- 6 -

资源合理利用。

光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。相较而言，单模光纤传输速率高，一般在140Mbit/s以上，传输距离长，可靠性好。所以，单模光纤用于建设通信主干网;多模光纤常用于配电变压器与区域工作站间的通信。

1.3 系统配置

1.3.1 被控站结构形式

分层分布式结构：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CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所分为：过程层、间隔层和站控层。

过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：①电力运行实时的电气量检测。主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。②运行设备的状态参数在线检测与统计。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。③操作控制的执行与驱动。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、隔离开关合分控制，直流电源充放电控制。

间隔层设备的主要功能是：①汇总本间隔过程层实时数据信息。②实施对一次设备保护控制功能。③实施本间隔操作闭锁功能。④实施操作同期及其他控制功能。⑤对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制。⑥承上启下的通信功能。必要时，上下网络接口具备双扣全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

站控层的主要功能是：①通过两级告诉网络汇总全站的实施数据信息，不断刷新实时数据库，按时登陆历史数据库。②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心。③接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。⑤具有（或备有）站内当地监控，人及联系功能，如显示、操作、打印、报警、甚至图像、声音等多媒体功能。⑥具有对间隔层、过程层猪

- 7 -

设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。⑦具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。

1.3.2系统配置方案

变电站综合自动化系统的配置，是依据变电站一次系统的电压等级、主变压器台数、进出线多少、变电站的重要程度等多方面考虑的。

图1-3 RTU结构图

由于铁路监控系统在铁路运行系统中占据尤为重要的地位，因此对其要求十分严格，对设备软硬件配置均提出了很高的要求，一般采用双重化配置。为了便于运行维护，需配置专用的工程师站，同时配备两台操作员站。由于分层分布式系统结构具有可靠性、可扩展性和灵活性高；站内二次电缆大大简化，节约投资也简化维护；减轻了主控机的负担，继电保护相对；具有与系统控制中心通信功能。所以本设计对牵引变电所监控系统采用分层分布式结构，可以按一次设备间隔配置，满足各个一次设备间隔的测量、监视、保护、控制、通信功能；同时，满足变电站的监控功能、AVQC、接地选线功能、远动等功能。

考虑到牵引供电系统各变电所、分区亭、开闭所是沿铁路线分布，其通讯线路呈相应的分布。为适应电气化铁远动通道这种特点，因此本设计采用多点环型配置。采

- 8 -

用多点环形配置即所有站之间的通信线路形成环路，控制中心可以通过两条不同的路径于每一子站通信。调度端设在运营管理段的电力调度室内，与RTU端距离较远。远动终端设在变、配电所的控制室内、地区主要负荷供电点处及铁路沿线车站的集中供电点处。监控系统网络的结构采用1对4的集中监控、监测方式，即1个调度端监控、监测4个远动终端。位于两个运营管理段分界处的远动终端应分别与这两个运营管理段的远动系统调度端进行数据通信。

第2章 监控内容

2.1遥测、遥信、遥控和遥调功能

遥控：对被控对象的运行状态进行远距离控制。如断路器的分合，电抗器的投切等。

遥调：对被控对象的运行设备参数进行远距离调节。如改变电压器分接头的位置等。

遥测：对被控对象的运行参数进行远距离测量。如线路的电压值、电流值等； 遥信：一般对应两种状态，用二进制的“0”或“1”来表示对象的不同状态； 遥测、遥信、遥控和遥调是远动系统的基本功能。应用通信技术传送被测变量的测量值，称为远程测量，简称遥测。应用通信技术完成对设备状态信息的监视，称为远程信号，简称遥信。调度控制中心送给发电厂或变电所的远程命令有控制命令和调节命令等。应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令称为远程命令，又称遥控。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、停机等，就发出相应的控制命令。这种应用通信技术，完成对有两个确定状态的运行设备的控制称为远程切换。在我国通常把远程切换也称为遥控。远动系统的功能根据电力系统的实际需要还在不断地扩展，为了有助于分析电力系统的事故、保证远动装置的正常运行和便于维护，还具有自检查、自诊断等功能等。

2.2遥信对象的采集

遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反应出该设备的工作状态。提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点，即空接点，这种节点无论是在“开”状态还是“合”状态下，接点两端均无电位差。断路器和隔离开关提供的就是这一类辅助接点。另一种辅助接点则是有源节点，有源节点在“开”状态时两端有一个直

- 9 -

流电压，是由系统蓄电池提供的110V或220V直流电压。一些保护提供此类接点。

2-2有源触点遥信对象

图2-1无源触点要想对象图

图2-1是断路器动作机构原理图。当和闸线圈YC通电时，断路器闭合，辅助触点QF断开；当跳闸线圈YT通电时，短路器断开，辅助触点QF闭合。QF为动作触点，如直接提供给远动装置，则是一无源触点。通常情况下，二次系统都要给远动装置提供相应的空触点，但有时需要在保护回路中提取有源触点。图2-2是断路器跳闸音响回路的一部分。断路器在合闸位置时，控制开关SA投入合闸后位置，则SA的132321两对触点闭合，而串接在该回路中的断路器辅助接点QF在断开位置。

不论无源还是有源触点，由于他们来自强电系统，直接进入远动装置将会给干扰甚至损坏远动设备，因此必须加入信号隔离措施，如图2-3所示采用继电器隔离，当断路器在断开时，其辅助接点QF闭合使继电器K动作，其动作触点K闭合，输出的遥信信息YX为低电平“0”状态。反之产生高电平“1”状态的遥信信息YX，同样在图2-4中采用光电耦合器隔离也有相似的过程。当断路器断开时，QF闭合使发光二极管发光，光敏二极管导通，集电极输出低电平“0”状态。当断路器闭合时，QF断路器使发光二极管中无电流通过，光敏三极管截止，集电极输出高电平“1”状态。

图2-3遥信信息继电器隔

图2-4遥信信息光电耦合

- 10 -

四遥对象概述表

遥控量 B牵引变电所 110KV侧断路器、110KV侧母联隔离开关 110KV侧隔离开关、27.5KV侧断路器 变压器上的隔离开关、断路器 A相馈线断路器 A相馈线隔离开关、B相馈线断路器 B相馈 线隔离开关、自用变压器隔离开关、 自动重合闸投切 遥信量 遥控量各隔离开关和断路器的开合位置信号 自动装置位置信号、母线电压信号 27.5KV馈线保护信号、自用变压器系统监视信号 主变保护信号、所内事故预告信号 并联电容补偿装置信号、27.5KV侧母线保护信号 遥测量 110KV侧A相母线电压、110KV侧A相母线电流 110KV侧B相母线电压、110KV侧B相母线电流 110KV侧C相母线电压、110KV侧C相母线电流 主变压器的电压、电流、有功、无功、电度、温度 27.5KV侧A相母线电压、27.5KV侧A相母线电流 27.5KV侧B相母线电压、27.5KV侧B相母线电流 自用电变压器电压、电流、有功、无功、电度、温度 馈线电流

- 11 -

第3章 监控系统的功能

3.1 监控主站功能

1、实时数据采集与处理

采集变电站电力运行实时数据和设备运行状态，包括各种状态量、模拟量、脉冲量、数字量和保护信号，并将这些采集到的数据去伪存真后存于数据库供计算机处理之用。

模拟量实现实时变化的量，按一定的扫查周期进行采集。扫查周期应根据被测量的实际变化速率来确定。对温度量这种变化速率较小的量应采取较大的扫查周期，而对于象事故追忆这种变化速率较大的量应采取较小的扫查周期。一般电气量的扫查周期应不大于3S，非电气量不大于10S,采用12位的A/D变换。模拟量采集精确度小于0.2%，整定值变化范围为0~5%。 脉冲量的采集

对于输入采集回路的脉冲，其幅值一般为4~20mA,宽度不小于100ms。 开关量的采集

开关量的采集包括短路器、隔离开关、接地开关的位置等，分为要做动作顺序记录和仅做变位记录两种。 2、运行监视与报警功能

主要对变电站的运行工况和设备状态进行自动监视，通过状态量变位监视，可监视变电站各种断路器、隔离开关、接地开关、变压器分接头的位置和动作情况，继电保护和自动装置的动作情况以及它们的动作顺序。

对于一个典型的变电站，应报警的参数有： A.母线电压报警 B.主变压器过负荷报警 C.系统频率偏差报警

D.消弧线圈接地系统中性点位移电压越限及累计时间超出允许值时报警 E.母线上的进出功率及电能量不平衡越限报警 F.直流电压越限报警

监控系统在运行过程中,对采集来的I、U、主变压器温度、频率等量不断进行越限监视，如发现越限，立即发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值。自动

- 12 -

打印当出现事故或故障时，断路器、继电保护、自动装置等设备的动作情况，事故前后各种电气量的变化情况等。 3、操作控制功能

断路器操作应有闭锁功能，而且操作闭锁应包括以下几个方面： 人机联系界面包括操作员站，运行工程师站，继电保护工程师站。

操作员站是为运行操作人员提供人-机联系，它的主要作用包括调节、显示和拷贝各种图形，曲线、报表，发出控制命令；

运行工程师站主要用作系统的维护,运行参数的修改等；

继电保护工程师站用作微机保护装置整定值的设定、修改、动作情况的统计等。 4、数据处理与记录功能

为满足继电保护和变电站管理的需要，必须进行一些数据统计，其内容包括： A.主变压器和输电线路有功功率和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间

B.母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及响应时间 C.计算受配电电能平衡率 D.统计断路器动作次数

E.断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数 F.控制操作和修改定值记录 5、事故顺序记录与事故追忆功能

事故顺序记录就是对变电站内的继电保护、自动装置、断路器等在事故时动作的先后顺序自动记录，记录事件发生的时间应精确到毫秒级，自动记录的报告可在CRT显示器上显示和打印输出。

事故追忆是对变电站内的一些主要模拟量，如线路、主变压器各侧的电流，有功功率、主要母线电压等，在事故前后一段时间内作连续车帘和记录。

记录的分辨率一般为1~5ms，事件顺序记录处理的信息应完整，并生成事件记录报告，报告可在CRT上显示和打印，便于保存、查阅。

一般事故前追忆时间为5s~1min,事故后5s~1min，并以召唤的方式在CRT上显示或打印。

变电所的二次设备集中布置时，采用有足够输出能力的GPS装置；当二次设备

- 13 -

分散布置时，采用就地分散配置。在系统中，站控层设备和各间隔层子系统与GPS标准时钟的误差应≦1ms。 6、故障录波与测距功能

110KV及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大，必须尽快查出故障点，以便缩短维修时间，尽快恢复供电，减少损失。

变电站的故障录波和测距可采用两种法案实现：

A.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机存储及打印输出或直接送调度主站，这种方法可节约投资，减少硬件设备，但故障记录的量有限。

B.采用专用的微机故障录波器，并且录波器应具有串行通信功能，可以与监控系统通信。

监控主站（即调度端）设备主要由冗余配置的双主机服务器（MC）、冗余配置的调度员操作工作站（OW）、冗余配置的通讯前置处理机（CC）、数据维护工作站（DW）、工程师终端（ET）、数据终端通信控制器（DTC）、大幅模拟屏（MNP）、流水打印机（LP）、报表打印机（RP）、拷屏打印机（CP）、电源系统（UPS及配电盘）、连接电缆等部分组成。

主机系统主要用于数据和网络服务及定时任务管理等方面。系统主要由CPU、内存、硬盘、人机接口、网卡及操作系统相应软件构成。 7、人机联系功能

人机联系的桥梁是CRT显示器、鼠标和键盘。 1.CRT显示内容主要有：

A.显示采集和计算的实时运行参数 B.显示实时主接线图 C.事件顺序记录（SOE）显示 D.越限报警显示 E.值班历史记录 F.历史趋势显示

G.保护定值和自控装置的设定值显示

H.其他，包括故障记录显示、设备运行状况显示等

- 14 -

2.输入数据：

要输入的数据至少有以下几种内容： A.TV和TA变比

B.保护定值和越限报警定值 C.智能自控装置的设定值 D.运行人员密码

特别要强调的是：对无人值班变电站也必须设置必要的人机联系功能，以便当巡视或检修人员到现场时，能通过液晶显示或七段显示器或CRT显示器或便携机观察到站内各设备的运行状况和运行参数，对断路器等的控制应具有人工当地紧急操作的措施。

8、制表打印功能

对有人值班的变电所，可配备打印机，完成以下功能：

①定时打印报表和运行日志；②开关操作记录打印；③事件顺序打印；④越限打印；⑤召唤打印；⑥抄屏打印；⑦事故追忆打印

对无人值班变电所，可不设当地打印功能，各变电所的运行报表集中在控制中心打印输出。

9、运行的技术管理功能

变电站综合自动化系统能对运行中的各种技术数据、记录进行管理，主要体现在三个方面：

A.历史数据处理、存档、检索 B.统计值处理 C.累计值处理

进行技术管理内容主要有：变电站主要设备的技术参数档案表、各主要设备故障检修记录、断路器的动作次数记录、继电保护和自动装置的动作记录、运行需要的各种记录统计等。

10、谐波的分析和监视功能

目前，谐波污染已成为电力系统的公害之一。因此，在变电站综合自动化系统中，要重视对谐波含量的分析和监视。对谐波含量超标的地方要采取抑制措施，降低谐波含量。

- 15 -

电力系统中的谐波源：

谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。电力系统中谐波源可分为两类：第一类为含半导体非线性元件的谐波源，第二类为含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。

谐波的危害：

对电力系统本身的影响主要表现在以下几个方面：

A.对旋转电机产生附加功率损耗和发热、产生脉冲转动和噪声

B.对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流的放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏

C.对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿 D.增加输电线路的损坏

E.对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动 F.对通信设备的干扰 谐波的管理和检测：

一方面，电力部门加强了对谐波源和供电点电压或电流的谐波含量或畸变值的经常性检测，对新接入的谐波源负荷进行必要验算和管理，以保证电能的质量及广大用电设备的安全运行和正常工作；另一方面，电力用户为了保证自身设备的安全和正常运行，也应当把自己的用电设备产生的谐波畸变保持在规定的限度内。 11、遥控功能

（1）单控（单个对象的控制）：断路器、隔离开关的合闸 / 分闸，重合闸的投入 / 切除。

单控的内容包括：开关的程控；信号复归；测控、保护单元复归；测控 / 保护单元定值整定、修改及查询；开关的操作闭锁、遥信闭锁控制； 当地监控与远方监控系统间控制权的获取控制；安全监控系统摄像头控制。

（2）程控

程控操作是若干个单控过程的组合，其操作过程与单控相似，由若干步单控过程的组合完成。

（3）复归控制

这是无遥信状态返回的遥控对象类，用于二次回路信号继电器、信号灯的复归

- 16 -

控制。 12、遥信功能

对开关的位置信号、主要设备故障信号、保护装置及自动装置动作信号等进行实时采集并分类归入数据库中，并在监视器上显示，打印机上记录上述事件结果，同时对故障信息提供声光报警。遥信信号内容包括：①变电所电动开关位置信号②变电所内事故信号、预告信号③变电所内交、直流电源系统故障信号④系统设备自检信息⑤控制中心通过监视器和模拟盘/大屏幕投影上的模拟开关的颜色来显示其状态：合闸为红色，分闸为绿色。⑥当变电所设备或馈线发生故障时，把故障信息迅速地传递到控制中心显示、打印，同时启动音响报警，报警信号包含事故报警和预告报警两种，各种信息按不同颜色分类显示和打印。 13、遥测功能

遥测内容：变（配）电所三相进线电流、电压，母线电压（三相），主要馈线电流、电压（三相），进线有功功率、有/无功电度，馈线有功电度、瞬时功率因数、平均功率因数，开关站线路电流及电压（三相）等。 14、遥调功能

遥调实现对主变电所内有载调压变压器进行调节，遥调结果在监视器主接线画面上显示。

15、口令级别设置功能

对不同工作性质的工作人员设置不同的安全操作口令，以确保系统的安全运行。工作人员在岗位交时用口令替换形式完成。口令级可分为操作员级、应用软件级（包括数据库）、系统软件级等。不同等级的运行管理人员具有不同的口令级别。

操作员级：可进行遥控操作、调度管理工作。

应用软件级：可对数据库、画面等应用软件实现在线维护。 系统员级：可对系统程序进行编程和修改。 16、系统维护、修改、扩展功能

对各种用户画面、数据库、系统参数等实现人机交互式在线维护、修改、编辑、定义、扩展等功能。 17、系统时钟同步功能

系统能够与外部时钟系统的接口。可以通过外部时钟对SCADA系统主站进行同

- 17 -

步，同时主站与被控站设备具有时钟同步功能，实现整个SCADA系统与外部主时钟的同步。通常有软时钟同步功能和GPS卫星时钟同步功能。 18、自检功能

系统具有容错、自诊断、自恢复功能，主站设备自检标志达到设备级，被控站设备自检标志达到模块级。当系统外部断电恢复后，系统能够自动恢复正常运行。 19、通道自动/手切切换功能

系统具有对通道状态监视、切换功能，实现对通道的监视和低电平告警。当主用通道发生故障时可自动投入备用通道，并具有主、备通道手动切换手段。 20、复示功能

通过复示系统能够在相应的职能管理部门，监视全线变电所设备、接触网设备的运行情况，使供电维护人员及时了解现场事故信息，提高处理事故的工作效率，缩短停电时间。与控制中心实现通讯，完成维修调度作业计划的发送和接收。 21、其它功能

如与其它系统的联网、集成等。

3.2 被控站功能

1、遥测(YC)功能

RTU将采集到的厂站运行参数按规约上传给调度中心。包括P、Q、U、I、档位、温度等，容量达几十到上百路。另外还包括两类特殊YC：

①数字值：RTU以数字量的形式直接接收后上传。

②计数脉冲：单独的采集（电路）板。主要指RTU采集的反应电量的脉冲计数。容量可达到几十路电度量。 2、遥信(YX)功能

RTU将采集到厂站运行状态按规约上传给调度中心。包括：断路器和刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、发电机和远动装置的运行状态。容量达几十到上百路。 3、遥控(YK)功能

调度中心发给RTU的改变设备运行状态的命令。遥控内容包括：操作厂站各电压等级的断路器、投切SVG、发电机组的启停等。容量可达几十个设备。 4、遥调(YT)功能

- 18 -

调度中心发给RTU的调整设备运行参数的命令。遥调内容包括：改变变压器分接头位置（调压）、改变发电机组P或Q的整定值（调节出力）、自动装置整定值的设定等。容量可达几个到十几个设备。 5、统一时钟功能

具有对时功能。接收调度中心的校时命令。统一时钟为了不同厂站之间事故分析以及电度量冻结。 6、转发功能

接收其它RTU送来的远动信息，按规约组装转发给指定的调度中心。 7、CRT显示功能

与RTU直接连接（或通过当地工作站）的CRT可显示RTU采集的四遥、YXBW等信息。

8、RTU自检、自调功能功能

反映RTU的自身的可维护能力。插件损坏诊断，程序“走飞”时的自恢复能力、主备通道监视功能。 9、继电保护功能

变电所综合自动化系统中的继电保护主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容保护等。

- 19 -

结 论

通过此次变电站监控的课程设计，体现了同学们完成任务、发现问题并解决问题的能力，使自己在平时所学的知识在实际设计中得到应用和验证，通过讨论、查资料、选材、整理的过程中，进一步使我对变电站监控更加了解。这次设计，使我对以往所学习的知识进行了一次系统的总结和复习,并且在本次设计中对以前不足的知识进行了再一次的巩固和学习。

通过这次课程设计,使我对变电站监控技术有了更全面的，更具体的理解和体会。在设计过程中,通过相关的参考书目,我接触到了更多课本上未曾深入研究探讨的问题,并且接触了新的知识，了解了新的设计方法.相信这对于我今后的工作和学习是有必然的帮助的。

在此,还要感谢孟老师在八周的时间里对我们的帮助,为我们解答疑难问题,使我在此次课程设计过程中更有信心将设计完成的更好,更完整.

- 20 -

参考文献

[1].柳永智，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. 京航空航天大学出版社

- 21 -

北京： 北

附 录I

主要设备表

设备 计算机网络 主服务器 调度员工作站 实时数据打印机及制表打印机 拷贝机 模拟屏 通信前置机 系统维护工作站 WEB工作站 时钟同步系统 不停电电源装置 套数 1套 2套 2套 2套 1套 1套 2套 1套 1套 1套 1套

- 22 -

附 录Ⅱ

调度中心

- 23 -