电力营销课程设计报告--()

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新能源与动力工程学院

课程设计报告

远程监控技术课程设计

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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： 电力工程与管理1201班 姓名： 学号：

指导教师评语及成绩

指导教师签字：

年 月 日

1.远动概念与设计原则

1.1 远动系统的概念

远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，他包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置，调度端远动装置和远动信道。

远动系统即数据采集与监视控制系统。在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。作为电力行业的专用自动化系统，远动系统有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。

在远动系统中，主要的执行装置是RTU，RTU是一种远端测控单元装置，负责对现场信号进行监测和控制。就像人的眼睛与手一样。由于RTU对环境的适应能力强，使得RTU产品在远动系统中得到了大量的应用。可通过通讯口将测量数据及保护信息远传远动系统主机，方便的实现电网自动化。

1.2 主要设计原则

（1）电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；

（2）控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；

（3）通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用通道；

（4）主备通道能实现手动及自动切换；

（5）控制站具备与其它系统的通信接口能力；

（6）系统设备选型立足国产化；

2.系统构成和基本配置

2.1 系统配置

采用多点环形配置，所有站之间的通信线路形成环路，控制中心或主站可以通过两条不同的路径于每一子站通信。

（1）电力远动系统应由调度端、远动终端RTU及数据通信通道三部分所组成。

（2）调度端设在运营管理段的电力调度室内，与RTU端距离较远。

（3）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线车站的集中供电点处。

（4）电力远动系统网络的结构采用1对N的集中监控、监测方式，即1个调度端监控、监测N个远动终端。

（5）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。

2.2系统构成

电力监控系统由设在控制中心主站的电力监控调度系统，设在沿线各变电所被控站的全所综合自动化系统，设在车辆段供电车间的电力监控复视系统及远动通道组成。电力监控调度系统采用计算机型分层、分布式开放局域网结构， 1：N 集中监控形式。系统的硬件、软件的设计应充分考虑可靠性、可维护性和可扩性，具备故障诊断、在线修改功能，同时遵循模块化和冗余设计的原则。软件设计思想应采用面向对象的模块化设计和开放的国际软件接口标准。

电力监控系统构成示意图。

2.2.1 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1600Mbps自适应。

2.2.2 主服务器

主服务器的功能是：

（1）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。

（2）遥控、遥测、遥调、遥信处理。

（3）保存并维护有关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。

（4）完成调度文档管理、统计报表生成制作。

2.2.3 调度员工作站

调度员工作站通过网络适配器与计算机网络相连。具备良好的人机界面和安全操作口令设置功能。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。

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。

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

2.2.4 模拟屏

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。

2.2.5 通信前置机

通信前置机完成数据的发送、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。

2.2.6 系统维护工作站

系统维护工作站通过网络适配器与计算机网络相连。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。

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。

2.2.7 被控站

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独立,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。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。

3.电力监控调度系统功能

3.1 控制中心功能

控制方式采用远动控制、所内集中控制、设备本体控制三级控制方式，正常运行时采用远动控制，当设备检修时采用所内集中控制或设备本体控制。一般在开关柜上设当地/远方选择开关，对于接触网上网电动隔离开关，在控制信号盘上设置当地/远方转换开关和相应的合分闸开关。三种控制方式相互闭锁，以达到安全控制的目的。

3.1.1 控制功能

(1) 单独遥控：改变某一遥控对象运行状态的控制。

(2) 程序遥控：将某些固定的倒闸作业序列控制定义在一个顺序控制中，以简化操作步。程控包括所内和所间两种。

(3) 遥控试验：在每个变电所主接线画面上设置遥控试验对象，各被控站控制信号盘内设置模拟试验继电器，用于测试调度系统至变电所综合自动化系统之间通信通道的可靠性。

(4) 为了控制输出的安全性，系统应具有防止输出继电器接点粘接及多重选择措施，在上述情况下，执行命令应被屏蔽。以上（1)-（3)操作采用选择—执行两步操作方式，并给出执行中的提示。

(5) 模拟操作功能：可对开关进行不下位模拟对位操作。

(6) 闭锁、解锁操作：对遥控对象进行闭锁遥控操作，并可进行批量闭锁遥控操作。解锁为闭锁的反操作。

3.2 遥信信息的采集及处理功能

(1) 控制中心调度系统对各被控站进行实时数据采集，并通过显示器和模拟显示设备对各被控站供电设备的运行状态进行实时监视。监视画面可采用单窗口或多窗口方式显示，遥控开关状态的显示颜色合闸为红色，分闸为绿色。

(2) 对牵引供电系统及供电设备非正常运行状态下信息内容的监视。

3.3 遥测监视功能

(1)遥测参数的采集方式：系统通过实时采样对被控站系统运行参数进行实时采集并在调度系统进行实时监视。

3.4 显示处理方式

(1) 在显示器所显示的被控站主接线图上，实时显示电流、电压及功率等测量参数。

3.5 事件顺序记录及事故追忆功能

(1) 系统具有将事件信息按顺序记录的功能，事件信息应带有时标，每条信息应有发生的时间、描述、动作状态等参数，事件分辨率小于5ms。

(2) 系统具有事故追忆功能，事故追忆不仅包含模拟量数值，还应有事故追忆阶段相关开关量的变化内容。

(3) 事故追忆功能可追忆到事故前1分钟到事故后2分钟的所有模拟量值，系统能同时存贮10个以上的事故追忆报告，事故追忆的触发可以是开关的事故跳闸或人工触发。

3.6 报表及统计功能

系统能记录、统计和显示各种数据报表。

(1) 定期报表：用表格的形式按每天、每月、每季、每年显示有功电度量和无功电度量统计值及依此计算出的功率因数，显示模拟量极值及出现的时间。报表能进行手动修改。

(2) 越/复限统计报表：以表格形式，显示出各模拟量越/复限出现的起始时间，结束时间及峰值/谷值。

(3) 事件记录：对所有发生事件进行记录，包括事件发生的时间、对象、内容、结果等信息进行记录。

(4) 操作记录：对操作员所进行的操作时间、对象、内容、结果等信息进行记录。

(5) 报警记录：用于事件发生后，操作员对事件进行处理。事件发生后画面显示事件发生的时间、地点、事件内容和事件类别等。

(6) 事件记录、操作记录、警报记录可分别按时间、站名、对象、类别进行检索。其记录方式应具有实时打印、定时打印、自动保存等方式。

3.7 画面显示功能

(1) 系统采用全图形、多窗口化显示风格，可同时监视多幅画面。

(2) 画面的背景色应有多种颜色可供用户选择。

(3能显示变电所综合自动化构成示意图：包括控制信号盘，间隔单元、所内监控网络等。

3.8 运行调度管理功能

(1) 应提供调度员值班记录功能，可根据不同级别管理人员确定对记录的记录、修改方式。

(2) 可根据需要编制运行调度操作卡片。

(3) 支持各种用电量、模拟量极值统计、设备运行时间累计等报表的生成、统计、归档、打印。

(4) 具有图纸、日常维护数据的录入功能。（包含供电系统设备的有关技术资料、运营维护数据、工程图纸等）

3.9 打印功能

(1) 所有操作、报警、报表信息均可根据需要在打印机上打印出来，当不需要打印、打印机关机或故障时，各种信息应自动保存在硬盘的指定目录内。打印分为实时打印、定时打印、随机打印，同时对所有显示器画面均可实现随机拷贝。

(2) 各台打印机之间可实现相互备用，当一台出现故障时，其它打印机可兼顾故障打印机的全部功能。

3.10 模拟显示功能

系统配置一套模拟显示驱动器，通过与控制中心统一配置的大屏幕投影系统接口，提供对本系统宏观整体运行状况显示，并动态显示变电所开关位置及接触网带电状态，用于对供电系统的宏观指挥调度监视。具体的接口及显示功能在设计联络时确定。

3.11 培训功能

系统具有对操作人员、运行维护人员进行上岗培训功能，使其掌握电力监控系统的运行管理、操作、日常维护以及故障排除等业务。

3.12 系统时钟同步功能

(1) 系统具有时钟同步功能，使包括变电所全所综合自动化系统与控制中心的时钟保持同步。

(2) 系统采用GPS提供的标准时钟源做为系统内的主时钟，控制中心与变电所全所综合自动化系统均通过与GPS时钟系统接口，保持系统内的时钟同步。

4.确定监控内容

4.1 遥信对象的确定

由牵引AT供电所电气主接线如图所示的开关量为68路。（如断路器，隔离开关的节点或辅助节点提供）

4.2 遥信对象的采集

遥信信息通常由一些开关设备的节点或辅助接点提供，节点的开、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。

无论无源还是有源节点，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。

数字信号输入模块示意图

word/media/image6_1.png 图A为继电器耦合； 图B为光电耦合；

5.牵引变电所系统

5.1 牵引变电所结构模型

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）调度层就是电气化铁道的电力调度中心,它是以计算机为主体的数据采集和监控系统,通过“四遥”和遥视功能,大量的实时信息传送到调度中心,调度人员根据所传递的信息掌握各牵引变电所的运行状态并能及时处理事故。

（2）站控层主要设在各变电所、分区所、开闭所等主控室内,主要由后台监控机、通信管理机、GPS接收器构成。通信管理机是站控层的核心,它通过多种类型的标准通信接口和通信规则来沟通各智能单元、后台、远动中心间数据交换。一方面通信管理机与数据采集装置、保护装置进行通信,收集牵引变电所运行中各实时信息并传送到后台机和远动中心,以便对各变电所进行运行监视。另一方面接收和转发来自监控系统的各类操作命令对变电所进行遥控和遥调。通信管理机还通过RS232标准接口与GPS系统通信,使本装置和所有与之相连的保护、数据采集,后台监控都严格与GPS保持时钟同步,从而实现系统的同步采样、故障分析和动态监测。后台机也称上位机,是牵引变电所自动化系统的管理中心,主要负责人机联系、信息汇总与处理、运行管理和优化控制等功能。后台机通常安装于牵引变电所主控室内, 与通信管理机之间采用RS232 /485串行通讯。

（3）间隔层由牵引变电所各保护测控单元模块和其它智能仪表构成,每个保护测控单元集保护、控制、测量、智能通信功能于一体,实现数据采集、保护和信息传输功能。也是系统与一次设备的接口,主要包括线路保护装置、变压器保护装置、电容器保护装置、综合监控及单元测量装置、备用电自投及电压无功自动控制装置以及通信管理单元。各智能单元采用模块化结构,可根据工程的实际需要,灵活配置各间隔层的保护设备。各保护装置功能相对独立,凡是可以就地完成的功能决不依赖通信网。其后加速、谐波闭锁的三段距离保护、一次重合闸功能、PT断线检测和故障测距功能。

6.硬件设计

6.1硬件设计

RTU各模块（完成开关量输入模块、控制量输出模块）硬件电路设计。

确定模块硬件方案（输入/输出路数、元器件选择、接口设计、电原理图），时间分辨率不大于10MS。

八位最小系统电路设计和外部输入输出扩展芯片引脚图

该系统以AT80C51单片机为核心，可以对8路模拟量、数字开关量和脉冲量进行采集。开关量的采集可以直接用单片机的I/O，AT80C51单片机还有两个外部中断接口，即可用来测量脉冲量的输入，采集其输入频率。单片机可以通过串口与上位PC机进行通讯，把采集到的数据发送到上位机上。

说明： 图中可同时采集72路数字信号，比64路多出8路冗余可作将来扩展。74LS138的使能端E通过接地而处于工作状态，CPU发出信号使P2.0~P2.2发出相应信号，74LS138译码器接收到后可生成8个不同八位二进制数信号，对8255芯片进行片选。片选用去3个信号，再用两个信号对单片8255芯片进行输入端口PA、PB、PC进行选择输入。

心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关变电站方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也最终完成了这次设计。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 

参考文献

[1] 柳永智，刘晓川主编．电力系统远动中国电力出版社，2006年7月．

[2] 铁路电力牵引供电远动系统技术规范（TB11017-98），铁道部，铁道出版社，2000年12月．

[3] 铁路电力远动系统工程设计规范（TB10064-2000），铁道部，铁道出版社，2000年12月．

[4] 张鹏雄，闫越明．铁路电力远动系统的简介及探讨[J]．铁路通信信号工程技术，2005，（2）．

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