电气化铁道牵引变电站自动化系统若干问题探讨

第一篇：电气化铁道牵引变电站自动化系统若干问题探讨

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第 22 卷第 3 期 2002 年 3 月

电 力 自 动 化 设 备

Electric Power Automat ion Equipment Vol.22 No.3 Mar.2002 63 电气化铁道牵引变电站 自动化系统若干问题探讨

宋立业, 朱振青, 宿小猛

(西安交通大学 电气工程学院, 陕西 西安 710049)摘要: 简要介绍了当前我国高速电气化铁路保护的发展情况, 分析了设计牵引变电站自动化系统 的必要性及其系统结构模式, 介绍了设计牵引变电站自动化系统时在通信管理、显示功能处理等方 面的问题, 提出了相应的解决方案。指出了牵引变电站自动化系统的设计要符合变电站自动化系 统的发展方向, 充分利用自动化系统的资源。关键词: 电气化铁道;牵引变电站;自动化系统 中图分类号: TM 76;TM 922.4 文献标识码: B 文章编号: 1006-6047(2002)03-0063-02 0 引言

近年来, 我国电气化铁路的建设发展迅速, 由电 气化铁路所承担的铁路运量已接近我国铁路总运量 的 4 成 [1]。但由于牵引供电系统的负荷特性与电力 [ 2] 系统的负荷特性有很大差距 , 牵引网的工作条件 比电力网更复杂、恶劣, 因此牵引网的故障频繁, 由 此产生的停电给铁路运输产生很大的影响。变电站自动化系统在电力系统中得到广泛的应 用, 并取得了良好的效果[ 3, 4] , 同时也为牵引变电站 自动化系统的设计和生产奠定了理论和实践基础。本文主要探讨牵引变电站自动化系统中关于系统结 构模式、网络通信及显示功能等几个方面的问题。

的实时性, 可以构成双网络通信结构。一条网络用于 传递录波数据, 另一条用于传递其它通信数据。c.变电站监控管理层通过监控管理机完成对 整个变电站系统的监控和管理功能, 通过串行口与 通信处理层通信, 根据通信处理装置提供的实时数 据, 完成显示、统计计 算、报表、查询、打印 等功能。对无人值班变 电站的自动化系统可不 设监控管理 机, 但要在通信网络中添加自动灭火、防盗报警和网 络打印机等装置。网络打印机在远方修改定值、保 护动作时分别打印定值、报警信息和录波数据。牵引变电站自动化系统的结构模式如图 1 所示。1 牵引变电站自动化系统的结构模式

随着变电站自动化系统的发展, 分层分布式的 系统结构不但满足 IEC 关于变电站自动化系统的技 术规范, 还具有节约大量电缆和用地面积, 简化二次 闭锁回路, 减轻施工和调试工作量等优点, 已成为变 电站自动化系统的发展方向。牵引变电站自动化系 统的结构宜采用分层分布式结构, 整个系统可 分 3 层: 间隔层, 通信处理层和变电站监控管理层。各层 的功能如下: a.间隔层一般采用插件式或单元式结构, 随一 次设备分布, 完成模拟量、开关量的采集及保护和控 制功能。间隔层包括馈线保护装置、变压器保护装 置、电容器保护装置、备用电源自动投入装置、电压 无功控制装置等。馈线保护和变压器保护装置能测 量电流、电压、功率、频率及各次谐波分量等。b.通信处理层接受来自间隔层的各种数据, 整 理后发送给监控管理层或通过 Modem 与远方调度通 信。间隔层装置与间隔层装置、通信处理层与间隔层 装置通过网络连接进行通信。当间隔层装置提供故 障录波功能时, 由于录波数据量过大, 为了保证通信

收稿日期: 2001-12), 男, 辽宁 阜新 人, 硕士, 从 事变 电站 自 动化系统研究;朱振青(1942), 男, 河北 辛集 人, 硕士, 从 事电 力市 场 及变电站自动化系统的研究。

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电气化铁道牵引供电远动系统技术条件

电气化铁道牵引供电远动系统技术条件（TB/T 2831-1997）主题内容与适用范围

本标准规定了电气化铁道牵引供电远动系统的技术要求、试验、检验及标志、包装、运输、贮存等。

本标准适用于电气化铁道牵引供电远动系统。2 引用标准

GB/T 13729 远动终端通用技术条件

GB/T 13730 地区电网数据采集与监控系统通用技术条件

GB 2887 计算站场地技术要求

GB 191 包装、贮运、指示、标志 3技术要求

3.1 正常工作条件 3.1.1环境温度

控制站：15～30℃；

被控站：－10～45℃。3.1.2 相对湿度

控制站：10％～75％；

被控站：不大于95％。3.1.3大气压力66～108kPa；86～108kPa。3.1.4 周围环境要求

3.1.4.1

大气中不含有导致金属或绝缘损坏的腐蚀性气体。3.1.4.2周围介质不允许有严重霉菌。

3.1.4.3 设备安装场所采取防尘措施，控制站还应采取防静电措施。3.1.4.4 设备的接地要求参照GB 2887的有关规定。

3.1.4.5 被控站装置安装于单相交流25kV电气化铁道附近。装置应采取有效的抗震动及防电磁干扰措施。3.2

电源条件 3.2.1 控制站

3.2.1.1 交流电源频率50Hz±2.5Hz。

3.2.1.2

交流电源波形为正弦波，畸变系数不大于5％。

3.2.1.3

交流电源电压波动范围为额定电压的＋15％～－10％；＋10％～－15％。3.2.2 被控站

3.2.2.1 交流电源频率为50Hz±2.5Hz。

3.2.2.2 交流电源波形为正弦波，畸变系数不大于5％。

3.2.2.3

交流电源电压波动范围为额定电压的＋15％～－25％。3.2.2.4 直流电源电压波动范围为额定电压的±20％。3.2.2.5直流电源电压波纹系数不大于5％。

3.2.3

远动系统应配置不停电电源装置（UPS）。交流失电后应维持供电时间为：

控制站：不少于30min；

被控站：不少于2h。3.3

系统结构、机型和主要设计要求

3.3.1 系统结构采用1：N（M：N）的集中监控方式。系统的通信规约采用问答式（Polling），其规约标准可参照电力部门的相应标准。3.3.2机型一般采用计算机型。

3.3.3 系统的硬件、软件设计除要满足功能要求外，还应考虑系统的可靠性、可维护性和可扩性，各单元的逻辑设计应采用校验技术，留有适当的逻辑余量。控制站的主机及外设配置应有适当的备用。电气化铁道牵引供电远动系统技术条件(TB/T 2831—1997)3.3.4人机接口设备宜具有汉化的友好的对话界面；操作方式要求灵活简便。

3.3.5 软件的配置要考虑通用性，除系统软件、应用软件外，还应配置在线故障诊断和在线修改的功能。软件设计应遵循模块化和向上兼容的原则。软件的技术规范、汉字编码、点阵、字型等都应符合有关的国家标准。3.4 系统功能 3.4.1遥控

3.4.1.1

遥控内容分单个对象的控制（简称单控）和多个多象的程序控制（简称程控），前者为本系统的基本遥控功能，它包括断路器、负荷开关、隔离开关的控制、遥控试验及某些必要的复归操作等，后者包括站内及站间的操作卡片的程序控制。3.4.1.2

遥控操作应分选择、执行两步操作（复归操作除外）操作方式应安全可靠。3.4.遥信

3.4.2.位置信号

正常运行时，牵引供系统中各变电所、开闭所、分区所和接触网的有关开关设备之运行状态应能在控制站显示。3.4.2.2 故障信号

当变电所（开闭所、分区所）发生事故跳闸或设备异常状态时，应将其故障信息内容及发生故障的时间送往控制站进行显示和音响报警，音响报警分事故音响和予告音响两种。

3.4.2.3 遥信显示设备可以是模拟屏、控制台、CRT屏幕、大屏幕投影仪等各种型式，也可其中两者兼而有之。3.4.3 遥测

3.4.3.1 遥测方式一般包括随机召唤遥测、定时自动遥测等方式。3.4.3.2 对于馈电线故障点参数的遥测，一般都要求进行加工处理，除直接显示遥测值外，还要显示故障点位置。3.4.4 制表打印

3.4.4.1对于操作事件和故障事件要进行两者有所区别的打印记录，记录内容一般包括事件发生地点、时间及其内容。3.4.4.2 打印记录的文字采用汉字。

3.4.4.3 系统应具备一定的数据处理能力，可以按用户事先规定的格式进行制表打印，如日报、月报等。3.4.5 部分接口要求

3.4.5.1 当系统配置模拟盘时，应能与模拟盘驱动器可靠接口，并完成不下位的各种操作，不再另设模拟盘的微机系统。

3.4.5.2 控制站系统宜具有与其它系统的接口能力。

3.4.5.3装置除能与常规遥测量（电流、电压、功率、电度）接口外，还能与各种不同的馈电线故测仪（输出量为数字量或模拟量）接口，并能根据需要取值进行计算。3.4.5.4 装置的遥控输出与遥信输入应按与配电盘直接接口方式设计，不宜另设过渡转接装置，遥控输出接点容量应满足用户要求。

3.4.5.5 远动终端可选配与配电盘的串行接口装置。

3.4.5.6 远动终端与传输通道的接口应设有过电压保护装置。3.4.6 自检

3.4.6.1系统应具有在线自检程序和一定的容错能力。

3.4.6.2系统应具有“超时监视”、“计次重执”、“程序自恢复”等功能。3.4.6.3 系统应对输出继电器的接点粘住采取检查措施。电气化铁道牵引供电远动系统技术条件(TB/T 2831—1997)3.4.6.4 系统应能实现对通道的监视和低电平告警。

当使用通道发生故障后应能立即自动切换至备用通道。3.5远动通道条件和要求

3.5.1 远动通道宜采用铁路通信线路中的专用音频线对或载波话路。3.5.2 远动通道的配置应设置备用通道。

3.5.3 通道工作方式有：单工、半双工/双工，宜采用四线制。

3.5.4 通道结构应根据数据传输质量的要求，可设置交流中继器和再生中继器。3.5.5 当利用载波话路作为远动通道时，其音频四线点接口电平应为－13dBm0。3.5.6 通道接口可选配基带数据传输口。3.6 基本技术指标

3.6.1 遥控正确率:

不小于99.9％。3.6.2遥信正确率：

不小于99％。

3.6.3 遥测综合误差：

不大于1.5％（包括变送器）。3.6.4 遥控响应时间：

不大于3s。3.6.5 遥信响应时间：

不大于3s。3.6.6

遥信分辨率（站内）：

不大于10ms。3.6.7 控制站在线机与离线机切换时间：不大于30s。3.6.8

画面调用响应时间：

不大于3s。3.6.9 传输速率：

不小于600bit/s。

3.6.10

装置外线输出的发送电平：

不大于0dBm、可调。3.6.11 正常接收电平：

不小于－40dBm。3.6.12 告警低电平：

－43dBm。

3.6.13 调制解调器误码率：在信噪比为16dB的情况下，不大于10-5。3.6.14 可用率和平均无故障工作时间（MTBF）。3.6.14.1控制站系统可用率不小于99.8％。3.6.14.2被控站的MTBF不少于10000h。3.7

绝缘电阻和耐压

绝缘电阻和耐压应符合GB/T 13729中的有关规定。3.8 抗高频干扰适应能力

抗高频干扰适应能力应符合GB/T 13729 中的有关规定。3.9 主要外设的技术特性 3.9.1

CRT显示装置

分辨率：不小于640×480；

屏幕规格： 不小于19英寸；

颜色种类： 不小于16种；

汉字容量：支持国家2级汉字库。3.9.2

打印装置

打印速度：

不小于180字符/秒；

打印宽度：

不小于80列/行。4 试验

4.1 试验环境条件

在本标准中，除气候环境试验和可靠性试验、耐压强度试验以外，其他试验均在下述大气条件下进行：

环境温度：20℃±2℃；

相对湿度：45％～85％；

大气压力：86～108kPa。4.2功能试验

按本标准3.4 条中规定的各项功能要求逐项（指其中可测试项目）进行测试检 查，测试结果应符合本标准的要求。测试方法可参照GB/T 13730和GB/T 13729中的 电气化铁道牵引供电远动系统技术条件(TB/T 2831—1997)有关规定。

4.3 连续运行试验

系统所有设备同时投入运行，连续运行72h，并每隔2h测试一遍系统各项功能，是否符合3.4～3.7条中（指其中可测试的项目）的有关标准。4.4 温度和湿度试验

温度和湿度试验的内容及方法参照GB/T 13729中的有关规定。4.5抗高频干扰试验

抗高频干扰试验的内容与方法参照GB/T 13729中的有关规定。5 检验

5.1外观和结构检查

用目测法检验，设备的外观和结构应符合下列要求：

表面不应有明显凹痕、划伤、裂缝和变形；

表面涂镀层不应起泡、龟裂和脱落；

金属零件不应有锈蚀和其他机械损伤；

开关按键操作应灵活可靠，零部件应坚固、无松动；

机架、面板插件及其内、外连接部件都应符合有关规定和设计要求。5.2 出厂检验

由制造厂的技术检验部门进行，按本标准第4条的内容和规定进行检验。被检验的系统至少包括两个以上的被控站，并接入开关量、模拟量的接口模拟器，直至符合本标准的规定。5.3 现场检验

按本标准的3.4～3.8条中规定的技术要求（其中可测试的项目）进行检验，直至符合本标准的规定。标志、包装、运输、贮存 6.1 标志

产品标志应标明下列内容：

a）厂名；b）产品名称；c）产品型号或标记；d）制造日期(或编号)或生产批号。6.2 包装

6.2.1 产品应有内包装和外包装，插件、插箱应锁紧、塞好、扎牢。包装箱应有防磁、防潮、防尘、防振动、防辐射等措施。

6.2.2包装箱内应附有产品合格证、产品说明书、调试记录、安装图等技术资料及装箱清单、随机备品备件清单等。

6.2.3包装箱上应标注产品名称、型号，同时还应有清楚的“小心轻放”、“防湿”“向上”等标志，标志应符合GB 191的规定。6.3 运输

包装好的产品，均适用于公路、铁路等运输，运输时应指明防护要求。6.4贮存

包装好的产品应贮存在环境温度－25～55℃，湿度不大于75％的库房内，室内无酸、碱、盐及腐蚀性、爆炸性气体，不受灰尘、雨雪的侵蚀。

附加说明：

本标准由铁道部电气化工程局提出并归口。

本标准由电气化工程局电气化勘测设计院负责起草。

本标准主要起草人

张健芳

李清超

周弘

第三篇：电气化铁路牵引供电变电站综合自动化系统

电气化铁路牵引供电变电站综合自动化系统

铁路牵引供电变电站是电气化铁路电力机车供电的专用变电站，变电站的“综合自动化系统”（本项目）是变电站安全可靠运行的核心设备。铁路运输有极高的时效要求，综合自动化系统是变电站运行的关键设备，设备选型时必须对厂家的生产资质、历史业绩、技术能力均须进行全面的考量，入选厂家通过公开招标，有针对性地为标的变电站拟定系统配置方案，制定承揽工程的内容和价格，参与相对公开应标竞争，因此，本项目对应的市场门槛较高。本项目----牵引变电站综合自动化设备，同样适用于城市地铁、轻轨配备的变电站。

牵引变电站综合自动化系统在组成结构上类似电力行业的高等级变电站的综合自动化设备，但使用要求和技术特性差异很大。牵引变电站综合自动化设备是铁路行业内的高端自动化设备，其延伸产品众多，是为铁路行业供货和服务的厂家技术竞争的制高点。

牵引变电站综合自动化系统是计算机测控技术、信息处理技术、通讯技术合一的高技术产品，通常由以下主要设备组成：

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 馈线保护装置-------------------用于电力机车供电线路的保护装置变压器保护装置----------------用于电力牵引专用变压器的保护装置补偿电容保护装置-------------用于补偿电容的保护和自动投切装置变电站站内自动化设备-------用于测量、控制、通讯的设备分区站自动化设备-------------用于两变电站之间分区站的专用设备常规电力设备保护装置-------类似电力行业的自动化设备高可靠的计算机系统----------用于信息处理

牵引变电站综合自动化系统延伸或关联自动化系统主要有：

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 变电站安防系统变电站视频监控系统供电段、路局指挥调度系统其他现存在技术难关的自动化系统，如：过分相自动控制装置、自动无功补偿装置等等

社会效益

我国将进入电气化铁路和城市地铁的建设高潮，牵引变电站综合自动化设备全套依靠引进的状况必将逐步被更为适用并价格低廉的国产设备取代。国产设备单纯依靠价格优势取代进口设备的状况必将被保持价格优势的一流性能的先进设备所取代。因此该项目的研发不仅仅是赶超进口设备性能，替代进口设备的经济性意义，更为重要的是依靠本地技术全面保障铁路安全运营的意义。

项目进展状况

我公司早在1996年进入铁路自动化设备市场，长期为铁路供水供电部门提供自动化设备，对于直接和运输相关的电力牵引变电站综合自动化设备在全套引进的初期即开始深入调研及国内外产品的技术跟踪工作，直至2003年初分设专业研发机构立项开始产品开发工作。研发机构始终维持在50名技术专才编制，历经两年，于2005年初使产品样机通过国家检测机构的品质认证，并在某现场试验运行和动态试验。由于

设备的可靠性要求极高，拟在现场取得充分试验数据后，进一步完成性能完善和生产工艺设计工作，产品计划在2005年内获生产许可并进入市场。

总之，该项目的科研性研发工作已基本完成，产品性能指标将达到国内一流并获得生产许可，产品的市场预销售工作已获得重大突破，但更为艰巨的系统工程性工作和商业销售工作将是对本公司的重大考验。技术优势

本公司在铁路供电自动化专业从事设备供应和工程承揽已有十年历史，在该行业内是署名厂商之一。本公司在2003年初，经充分调研，专门针对铁路行业自动化设备的发展需求研发的“核心平台”（本项目内容之一），是同类企业中前所未有的在总结该行业历史的技术发展和未来需求趋势的基础上，重大投资产出的成果，包括本公司直接承担技术课题的40余名研发工程师历经两年的劳动，包括有着重大技术影响力的刘、钱、郭三位中国工程院院士对该项目的指导。

市场优势

本公司曾率先在铁路系统信号供电变电站实现计算机综合自动化适用系统，及水电段调度自动化的联网。历年来，承揽并完成铁路供电供水机构的自动化系统达数百套，总价值达数亿元，不仅积累了丰富的工程经验和研发技巧，更与铁路行业的各专业机构形成了良好的合作关系，是随铁路行业高科技技术应用和需求更新，同步完成技术市场发展和产品品质提升的少数厂家之一。对铁路行业内供求关系及招标投标规律有深入地了解，积累了多方人事资源和丰富的市场经验。

技术风险

未来三年内，是铁路、地铁建设的大投资启动期，自动化设备的提供厂商将面临着一次新的市场争夺战，抢占并固守“新需求制高点”，是企业核心价值的市场竞争内容，因此，技术风险主要体现在客户新需求的前瞻性判断能力和研发速度上。

商业风险

本项目面对的铁路行业有相对的市场垄断性质，商业上较多依赖人际关系和历史业绩衬托。表面技术优秀、业绩优良的企业并无明确的销售阻碍，但因实际商业作业中存在着大量的商业技能空间，未必一定竞争获胜。在本行业，商业作业是一门专业，同样有创造性研发过程、调试过程、成果应用过程。

核心竞争力的技术体现

以电脑为核心构成的智能化的牵引变电站综合自动化系统，独立投入运营使用已有十数年的历史，国内成套引进应用仅有数年时间。目前，国内自主研发的产品投入使用的仅有国电南自、许继电气的产品，随着铁路建设的新一轮高潮，电气化和自动化的要求不断拔高，无论是国外和国内的产品均面临着大幅度提升品质的新需求，企业在市场中核心竞争力的体现将首先依赖在技术层面的超越，必须具有超越同行的技术前瞻能力，不断的在市场上制造“人无我有、人有我精”的势态，方可能适应市场风浪、迎合市场潮流，获得尽可能多的市场份额。我公司在众多厂家瞄准此项目，大投入、抢时间、拼研发速度的期间，并未以同样的方式在产品应用层面上拼投入抢速度，进行前期消耗战，而是以“宁缺勿滥”的意识，把有限的资源集中于产品基础构架的创新与改革，力图以坚实的、五年不落后的产品基础构架和精巧的应用技术构成一流的产品，获得市场上的优质品牌。我公司产品的优质特性主要体现如下：

 采用最新的计算机芯片和嵌入式操作系统，构筑满足产品多样化的基础平台，创造出可以在线编

程组成牵引变电站各种自动化装置的“可编程自动化装置”。其应用深度不仅仅满足当前的牵引变电站综合自动化系统的配备应用，更能满足今后五年用户需求升级的情况，及其相关产品的应用。

 应用层面突破“在线可编程”的技术难关，使具有一般应用知识的使用者借助于我公司提供的工

具即及可实现自动化装置功能的调整，及构成满足现场需求的适用系统，从而大大化减了承揽工程时的技术对应工作量。

 同样具有“平台”和“在线组态”特性的，高可靠的信息处理后台软件，适用于本产品典型应用

及用户的特殊需求

本项目体现的成套产品在品质和商业价值与同类产品比较有如下优势：

 与同业厂家不同，产品研发目标在底层部件即突出商品化指标，而不是简单的以最终形成的系统

为目标研发各种部件。因此，本项目形成的成套产品在满足最终用户，构成铁路牵引变电站综合自动化系统的同时，可以在各个技术层面上分割形成多种独立产品，提供给系统集成业务的使用者。不仅使每一部件可以直接销售，也可以使部件中的一部分软硬件作为商品销售，力图以此实现科研成果的最大生产规模效益，达到最佳市场效果。

高可靠性设计要求被自始至终贯彻在研发工作的全过程，其中，硬件设计成果通过国家检测中心“电磁兼容性”试验的最高等级标准，而不以行业内惯常较低的标准为准；部件品质是系统质量的关键，研发任务包括了部件生产过程的调测工具的设计，以此从产品设计的源头保证产品的高可靠性

第四篇：电气化铁道供电

远动系统的设计

1绪论

1.1概述

电能是现代工业的动力心脏，供电的可靠性和电能质量的好坏直接关系到企业的切身利益。为了提高供电可靠性和电能质量，现在电力系统中普遍采用了远动装置，用于集中监视和控制系统的运行状况。运动装置的发展经历了以下几个不同阶段。

在早期，调度中心没有办法及时地了解和监视各厂站设备的运行情况，更谈不上对各厂站的设备进行直接控制。各站供电系统的设备运行情况，各条线路的电流、电压、功率等情况调度中心都不能及时掌握，调度员和各个变电站的联系主要是电话，每天由各变电站值班人员定时用电话向调度员报告本站的电流、电压、功率等数据，调度员需要根据情况汇总、分析，花费很长时间才能掌握全厂供电系统运行状态的有限信息。由于电力系统是实时变化的，就这些信息来说已经属于“历史”的了。调度员只能根据事前通过大量人工计算得到的各种系统运行方式，结合这些有限的“历史”性信息，加上个人的经验，选择某种运行方式，再用电话通知各个变电站值班人员进行调整控制。一旦发生事故，也不能及时了解事故现场情况，及时进行事故处理，需要较长的时间，才能恢复正常运行。显然，这种落后的“远动”方式直接影响供电企业的安全经济运行。

第二个发展阶段是远动技术的采用。安装于各个变电站的远动装置，采集各车间的负荷情况，各线路电流，电压，功率等实时数据，以及各开关的实时状态，然后通过控制电缆传给调度中心并直接显示在调度台的仪表和模拟屏上。调度员可以随时看到这些运行参数和全系统运行方式，还可以立刻“看到”开关等设备的事故跳闸（模拟屏上相应的图形闪光）。调度中心可以有效地对全厂供电系统的运行状态进行实时的监控。调度员还可以在调度中心直接对某些开关进行投入和切除的操作。这种布线逻辑式的远动装置的采用，使电力系统可以实现最基本的遥测、遥信、遥控的功能。

第三个发展阶段是电子计算机在工业控制系统中的应用。现代企业生产规模越来越大，对电能质量及供电可靠性的要求越来越高，人们对系统运行的经济性也越来越重视。全面解决这些问题，就需要对大量数据进行复杂的分析和计算。监控系统需要装备类似人的“大脑”的设备，这就是电子计算机。远动系统基本原理

2.1 远动系统的功能

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.远动系统的核心是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。

远动系统在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的远动系统产品，同时我国也从国外引进了大量的远动系统产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

在远动系统中，主要的执行装置是RTU（Remote Terminal Unit），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。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，但是在运算和编程能力上比较差。由于RTU对环境的适应能力，使得RTU产品在远动系统中得到了大量的应用。

随着微机综合保护装置的越来越广泛的应用，越来越多的微机综合保护装置应用到了远动系统中，微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、电度表等，并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。远动系统配置基本模式 1.点对点配置

主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置 2.多路点对点配置

控制中心或主站,通过各自的传输链路相连接的一种配置.3.多点星型配置

控制中心或主站与多个子站之间相连接的一种配置 4.多点共线配置

控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连接的一种配置 5.多点环形配置

所有站之间的通信链路形成环路,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.分层分布式综合自动化系统“四遥”一般集保护、测量、控制于一体，有完善的SCADA功能，其结构如图1所示:

图1 分布式系统结构示意图

本系统中由测控装置、线路保护装置、变压器保护装置采集站内信息, 通过LON网送往前置机, 前置机分别通过高速局域网和RS-232送往操作员站和调度中心，同时前置机又可接收操作员站和调度中心下发的控制命令和对时命令。

由此可见，该系统是通过前置机与调度中心进行直接联系的，该前置机采用AMX实时多任务操作系统（Real Time Operating System），它可以调度一切可利用的资源完成实时监视和控制任务，提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限制和要求。其远动上行和远动下行任务软件流程图如图2、3所示。

图2 运行上行任务软件流程图

图3 远动下行任务流程图

随着电力系统运行水平和管理水平的提高，越来越多的新建变电站和老站需要上微机综合自动化系统以达到无人值守的目的，远动在系统中的重要性越来越突出。随着现代通信技术的发展和在电力系统中的应用，远动技术将向着高速率、大容量的方向发展，工业电视监视技术和远动技术的结合，将使传统的“四遥”变为包括“遥视”在内的“五遥”更好地为电力生产和管理服务。为了保证整个安全监控系统的可靠性，在远方站和主站端分别采用不停电电源，以及主站端采用双机备用切换系统。为保证信息传输的可靠性，需采用双通道备用。为适应电力系统调度管理中采用分层控制的方式，远动信息网也采用分层式结构，以保证有效地传输信息，减少设备和通道投资。

2.2 远动系统的结构和组成

微机远动系统由三大部分组成：调度所的远动设备，为调度端设备，或称主站设备；变电所端的远动设备RTU（即远方终端设备），为执行端设备，或称子站信道，主要是调制解调器等传输系统。

图1.1 远动系统原理框图

图 4 给出了远动系统原理框图。

1、调度端

调度端能实现计算机远动系统最主要的人-机界面部分的主要调度操作，调度端接收RTU送来的实时远动信息，经过译码后还原处被测量的实际大小值和被监控对象的实际状态，显示在调度室的CRT上和调度模拟屏上，也可以按要求进行打印输出。另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以输入遥控和遥调命令，调度端按规约组装出遥控信息字和遥调信息字向RTU传送。根据调度端的设备配置，可分为单机调度端、多机调度端、双机备用调度端和网络调度端。

2、执行端

执行端是位于远距离调度端对现场实现监测和控制的装置。它接收和处理现场信息经转换后送来的模拟量、脉冲量和开关量，并将上述信息经过转换后的各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字，向调度端传送。RTU还可以接受调度端送来的遥控信息字合遥调信息字，经译码后还原处遥控对象为每一空置执行机构回路提供继电器的1-2对常开或常闭节点；为每一调节执行机构回路提供继电器的1-2对常闭节点；为每一调节执行机构回路输出控制信号，输出信号为可调直流电压、可调脉冲或可调脉冲宽度有三种形式中的任一种。随着微型计算机技术的发展，在RTU中采用多CPU的分布式处理技术，使各功能模块化，有利于提高RTU的各项性能指标。

3、通信信道 在计算机远动系统中用于传送远动数据的通信信道称之远动信道。远动信道的质量是确保计算机远动系统可靠 运行的重要前提，计算机远动系统的调度端与各远动终端RTU通常构成1：N的集散监控与调度，通信信道则担负调度端与各远动终端RTU间数据传送的重任。在一个计算机远动系统中，调度端和各远动终端的质量再好，如果信道不过关，这样的远动系统则毫无用处。

在调度所的控制端要将遥控、遥调命令送到被控端去执行，遥控或遥调命令经编码编成数字信号。在远动系统中传送的信号，在传输过程中会受到各种干扰，可能使信号发生差错。为提高传输的可靠性，对遥控、遥调的数字信息要进行抗干扰编码，以减小由于干扰而引起的差错。由于数字脉冲信号一般不适宜直接传输，例如利用电话线路作为信号传输的通道时，线路的电感、电容会使脉冲信号产生很大的衰减和变形，所以要用通信设备部分的调制器把数字脉冲信号变成适合于传输的信号，如变成正弦信号传输。这样，控制端就把经过调制后的遥控、遥调信号发送出去，送到被控端接收。接收端首先用通信设备中的解调器正弦信号还原成原来的数字信号，再经抗干扰译码进行检错，检查信号在传输过程中是否因干扰的影响而发生错码。检查出错误的码组就拒绝执行，正确时则遥控、遥调译码后分别执行。

四遥功能即遥信(YX), 遥测(YC), 遥控(YK)和遥调(YT)的概念 四遥功能：

四遥功能即遥信(YX), 遥测(YC), 遥控(YK)和遥调(YT).遥信：要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的YX 模块。遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号;事故总信号及装置主电源停电信号等。

遥测是指用远程通信技术传送被测量的测量值，又称远程测量。遥信是指对状态量（如开关的位置，装置的投入或退出）进行远程监视，又称远程信号。遥控是指对于只有两个确定状态的运行设备进行操作的远程命令，又称远程控制，遥调是指对于具有两个以上状态的运行设备发出的远程命令，又称远程调节。“四遥”是远动装置的四项基本功能，但作为具体的远动装置，并非都具有四遥功能，有的只有遥测和遥信；有的则兼有遥控、遥调功能，应视需要而定。

遥控：采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99.99 %.所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。

遥调：采用无源接点方式,要求其正确率大于99.99 %.遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制具有分级升降功能的场合。

4、远动规约

由于电力生产的特点，发电厂、变电所和调度所之间的信息交换只能经过通道实现。信息传送一般是串行方式和网络方式。因此，要使发送出去的信息到对方后，能够识别、接收和处理，就要对传送的信息的格式作严格的规定，这就是远动规约的一个内容。这些规定包括传送的方式是同步传送还是异步传送，帧同步字，抗干扰的措施，位同步方式，帧结构，信息传输过程。

远动规约的另一方面内容，是规定实现数据收集、监视、控制的信息传输的具体步骤。例如，将信息按其重要性程度和更新周期，分成不同类别或不同循环周期传送；确定实现遥信变位传送、实现遥控返送校核以提高遥控的可靠性的方式，实现发（耗）电量的冻结、传送,实现系统对时、实现全部数据或某个数据的收集,以及远方站远动设备本身的状态监视的方式等。

远动规约的制定，有助于各个制造厂制造的远方终端设备可以接入同一个安全监控系统。尤其在调度端(主站端)采用微型机或小型机作为安全监控系统的前置机的情况下，更需要统一规约，使不同型号的设备能接入同一个安全监控系统。它还有助于制造设备的工厂提高工艺质量，提高设备的可靠性，因而提高整个安全监控系统的可靠性。

远动规约分为循环式远动规约和问答式远动规约。在中国这两种规约并存。

1、循环式规约。规约中的帧结构具有帧同步字、控制字、帧类别和信息字。其中帧同步字是用作一帧的开头，要求帧同步字具有较好的自相关特性，以便对方比较容易捕捉，检出帧同步。还要求帧同步具有较小的假同步概率，防止假同步发生。控制字是指明帧的类别，共有多少字节，以及发送信息的源地址、目的地址等。循环式规约要求循环往复不停顿地传送信息。传送信息的内容在受到干扰而拒受以后，在下一帧还可以传送，丢失的信息还可以得到补救，保护性措施可以降低要求，也可以适用于单工或双工通道，但不能用于半双工通道。可以采用位同步和波形的积分检出等提高通道传输质量的措施。此种通信规约传输信息的有效率较低。

2、问答式规约。其主要特点是以主站端为主，主站端向远方站询问召唤某一类别信息，远方站即将此种类别信息作回答。主站端正确接受此类别信息后，才开始下一轮新的询问，否则还继续向远方站询问召唤此类信息。

问答式规约为了减少传输的信息量，采用变位传送遥信、死区变化传送遥测量等压缩传送信息的方法。

问答式远动规约的另一个特点是通道结构可以简化，在一个通信链路上，可以连接好几个远方站，这样可以使通道投资减少，提高通道的备用性。问答式远动可以适用双工、半双工通道。

对远动规约要求传输的信息有相应抗干扰措施，一般对于遥信、遥测的抗干扰编码的信号距离为4,残余差错率≤10-14。2.3 远动系统的在电力系统中的应用

随着计算机技术的发展，远动装置由传统的布线逻辑式远动装置向微计算机型远动系统过渡。在厂、站端的设备大都采用了8位微型机作为远动装置，在调度端则采用16位或32位小型机作为前置机，收集多个厂、站的远动信息，进行预处理后再送给主计算机。其中一种比较流行的方案是，在调度端以16位微型计算机或小型机构成多机系统，既作远动功能用，又作调度自动化的主机用。在厂、站端采用的远动装置逐步微型机化，多功能及智能化。在功能方面已从传统的遥测、遥信、遥控及遥调功能扩展到更多的数据采集和处理功能，例如故障时的事件分析记录等。智能化远动装置具有某种判断的功能，判断遥信变位，并优先传送；遥测的越死区传送，即遥测发生变化时，变化量超过一定范围时的传送；以及根据厂、站端的实际运行情况，对调度端发送的命令进行校验等。

调度自动化系统从设备内容上分为厂站端部分和主站端部分。厂站端部分的设备早期主要是由RTU和变送器等常规设备组成，完成的功能是采集变电站的主要遥测、遥信信息和执行遥控命令，专业上主要是由远动专业来完成的。随着数字式保护设备的发展，保护设备中的数据采集单元和控制单元从功能上逐步具备了常规远动设备的功能，于是各保护装置采用数据总线连接起来的变电站自动化系统开始登上舞台，称之为“综合自动化系统”。

对于调度自动化系统来讲，它可分为远动系统和计算机系统，从它们实现的基本功能上定义，称为SCADA系统，主要完成“四遥”功能（遥测、遥信、遥控、遥调），再加上高级应用功能如安全分析、状态估计、潮流计算分析、最优无功电压控制、自动发电控制、经济调度等功能，构成了一个完整的能量管理系统(Energy Management System)。由于调度自动化系统是为调度控制中心提供实时数据，实现对远方运行设备的监视和控制，因此它是电力系统中重要的组成部分。.电力远动系统中执行端的设计

3.1 执行端的功能

RTU是被控制端得远动设备，它实际上也是一个微机，用来完成遥控接收、输出执行、遥测、遥信量的数据采集及发送的功能。下面位RTU的主要功能。(1)采集状态量并向远方发送，带有光电隔离，遥信变位优先传送；(2)采集数据量并向远方发送，带有光电隔离；

(3)直接采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方发送，可计算正反向电度；

(4)采集脉冲电度量并向远方发送，带有光电隔离；(6)接收并执行遥控及返校；(7)程序自恢复；

(8)设备自诊断(故障诊断到插件级)；(9)设备自调；(10)通道监视；(11)接收并执行遥调；

(12)接收并执行校时命令(包括GPS对时功能 选配)；(13)与两个及两个以上的主站通讯；(14)采集事件顺序记录并向远方发送；(15)提供多个数字接口及多个模拟接口；(16)可对每个接口特性进行远方/当地设置；(17)提供若干种通信规约,每个接口可以根据远方/当地设置传输不同规约的数据；

(18)接受远方命令,选择发送各类信息；(19)可转发多个子站远动信息；

(20)当地显示功能，当地接口有隔离器；

(21)支持与扩频、微波、卫星、载波等设备的通讯；

(22)选配及多规约同时运行，如DL451-91 CDT规约，同进应支持POLLING规约和其他国际标准规约（如DNP3.0、SC1801、101规约）；(23)可通过电信网和电力系统通道进行远方设置。

3.2电力远动系统中执行端硬件结构的设计

自远动终端微机化以来，其结构发生明显变化。早期的微机远动终端多为单CPU，即所有的数据处理由一个CPU完成，各种功能的扩展（如遥信采集、遥测采集）通过输入/输出口实现。随着现代化生产管理进程的不断加快，要求实现远动终端自动化，远动终端需要监控的信息量不断增大，实时性要求不断提高，因此单CPU的远动终端受到了扩展能力、数据处理能力、实时性、设置的灵活性等诸多因素的限制。随着计算机技术的不断发展，为远动终端的多CPU工作方式提供了必要的物质基础。

无论是单CPU还是多CPU的远动终端，其所要完成的基本功能都是一致的。远动终端除要完成“四遥“（遥信、遥测、遥控、遥调）功能以外，还应完成电能（脉冲量）采集、远程通信以及当地功能等。远动终端的硬件结构通常是按RTU所需完成的功能进行设计，框图如下：

图3.1 RTU 结构原框图（电力P178）

上图中，各功能部分均可带有CPU，组成特定功能的智能模块。每一种功能模块所处理的信息量是一定的，当信息量较大时可用多块功能模板。各模板之间的数据交换通过数据总线完成，外部总线可以是并行总线，也可以是串行总线。

上图中，各功能部分均可带有CPU，组成特定功能的智能模块。每一种功能模块所处理的信息量是一定的，当信息量较大时可用多块功能模板。各模板之间的数据交换通过数据总线完成，外部总线可以是并行总线，也可以是串行总线。

3.3电力远动系统中执行端软件结构的设计

图3.2 RTU软件结构框图

有两种基本类型的RTU——“单板RTU” 和“模块RTU”。“单板RTU”在一个版子中集中了所有的I/O接口“模块RTU” 有一个单独的CPU模块，同时也可以有其他的附加模块，通常这些附加模块是通过加入一个通用的“backplane”来实现的（象在PC机的主板上插入附加板卡一样）。RTU的软件功能

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，并没有把它们区分开的必要。

1．实时操作系统。它可能是一个特殊的RTOS，或是一段在对输入的循环扫描和对通讯端口循环监控开始时有效的代码。2．连接到SCADA监控中心的通讯系统的驱动。3．连接现场设备的I/O系统设备的驱动。

4．SCADA的应用软件。如对输入、现场过程和储存数据的扫描；对从通讯网络传过来的SCADA监控中心命令的响应。

5．用户在RTU上对应用设定的一些方法。可能是一些简单的参数设置，启用或禁用特别的I/O口，或者提供一套完整的用户编程环境。6．诊断系统

7．一些RTU有文件系统支持文件下载。所支持的下载文件包括用户程序和设定文件。电力系统中遥测量的采集和处理

4.1 遥测量的采集

遥测量包括电压、电流和功率等物理量，采集遥测量时，它是用电量变送器转换成直流模拟电压，再接入远动装置。这些模拟量为第一类，另外有些物理量，如水电厂中水库的水位，主变分头位置,它是数字量，可直接用数字方式提供给远动装置，这是第二类。第三类是脉冲量，主要是脉冲电度表测得的。转盘式脉冲电度表发出的脉冲数与转的圈数成正比，远动装置把脉冲数累计下来就可折算成电度。这三种量都是遥测量，但各有特点。

模数转换器芯片大多用于单极性输入电压，也可以将芯片做成适用于双极性输入电压。例如可以先对输入电压的极性进行判别，确定符号位，然后对数值部分进行转换。转换结果最高位是符号位，通常以“0”表示正极性，以“1”表示负极性；其余是数值部分。这种转换的结果实际上是以原码方式来表示带符号的数。

遥测采集过程一般由以下几个单元组成：

一、12位A／D转换器AD574A AD574A是美国模拟器件公司(Analog Devices)生产的12位逐次逼近型快速A／D转换器。它由模拟芯片和数字芯片混合集成，其中模拟芯片就是该公司生产的A／D 565A型快速12位单片集成D／A转换器芯片。数字芯片则包括高性能比较器、逐次比较逻辑寄存器、时钟电路、逻辑控制电路以及三态输出数据锁存器等。

二、采样保持电路

采样保持电路的工作原理：把采样时刻得到的模拟量的瞬时幅度完整地记录下来，并按需要准确地保持一段时间称为采样保持。通过采样保持可将连续时间信号变换成离散时间信号序列，从而完成对信号在时间上离散化的任务。采样保持电路每隔TS时间就测量一次输入模拟信号在该时刻的瞬时值，然后将该瞬时值存放在保持电路里面以待A/D转换器使用。在A/D转换器进行转换期间，采样保持电路的输出应保持不变。

三、模拟量多路开关

厂站端远动装置要采集的模拟量远不止一个。为了公用一套模数转换器件，通常都采用模拟量多路开关。多路模拟开关用来轮流接入一路模拟量，以进行A／D转换。由电量变送器送来的各个模拟量在多路开关的控制下分时地逐一经模数转换器转换成数字量再进入CPU。逐次逼近式的模数转换器转换速度是比较快的，例如低速的ADCl210完成一次转换约需要100µs，中速的AD574A仅需25μs。由电量变送器送来的模拟量其变化速度一般是比较缓慢的，在进行一次模数转换期间，模拟量几乎没有什么变化。

四、标度变换

远动中的遥测量有电压、电流、功率等等，情况各不相同，但对调度工作人员而言，需要知道的是实际物理量的大小。在遥测值达到额定值时，测量值在经过电压、电流互感器，电量变送器和模数转换后最终得到的满量程值都是全1码，就像用指针式表计测量电压时，110KV或220KV电压经电压互感器引到电压表，满量程的电压在电压表上的反映都是满量程的偏转角，对110KV、220KV来说都一样。为了使指针式电压表能指示相应的电压，需要在测量110KV或220KV的电压表满量程处，分别标上与110KV或220KV相对应的标尺。同样是电压表满量程的偏转角，可以用不同的标尺，指示出不同的电压值，这即称为标度变换。标度变换的过程也就是乘系数的过程。

在采用常规变送器时，由于变送器输出电压最大值为直流5V，变送器输出整定的意义更大。当有功、无功输入最大额定值时，变送器输出应该为直流5V，在负荷较轻时，变送器输出则很小，为保证变送器输出处于精度较高的线性范围，我们可以把被测值的满刻度量程值缩小。而对于电压这样的被测值，一般将满刻度量程值放大。

在实际应用中，有时我们也会遇见实际数值超过额定值的情况。如[例1]中，CT变比为600/5，当线路实际电流超过600时，远动系统传输的数据就会“溢出”，主站接收的数据会从„599，600突变为0或最大值，当实际电流继续增大时，数据出现为0，1，2„，或错误数据，即发生高位数据“溢出”。这种现象的发生，一方面会造成一二次设备的损坏，另一方面会造成遥测数据的不准确，另外由于输入电压超出了远动设备中A/D转换等部件的设计范围，会造成装置损坏故障。

五、越限处理

遥测功能是将变电站的某些运行参数采集并传送到调度所，如变电站进出线路的有功功率和无功功率，主变压器中通过的电流，母线的电压等等，这些连续变化的电气参数称为模拟量。一般都采用将模拟信号转换为数字信号后再传送的方式。虽然大量的被测量在不断变化，但电网处于稳定运行状态时，大部分被测值基本不变或变化缓慢。

电力系统中有的被测量运行参数受约束条件的限制，不能超过一定的限值，例如规定某线路的传输功率不能大于某一限值，母线电压不允许太高或太低，这就需要规定上限值和下限值。系统应将设置的上下限值存放在内存中的遥测量常数区，并及时检查遥测数据是否越限，如超越限值，就应告警。根据比较的结果，可设置是否越限的标志。在遥测设置越限“死区”报警的同时，有的系统还对遥测越限时间应加以处理。如母线电压越限报警，即当电压偏差超出允许范围且越限连续累计时间达30s(或该时间按电压监视点要求)后报警；线路负荷电流越限报警，即按设备容量及相应允许越限时间来报警；主变压器过负荷报警，按规程要求分正常过负荷、事故过负荷及相应过负荷时间报警；系统频率偏差报警，即在系统解列有可能形成小系统时，当其频率监视点超出允许值的报警；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；母线上的进出功率及电度量不平衡越限报警；直流电压越限报警。越限报警的各个参数量，有一个允许运行时间限额，为此除越限报警外还应向上级调度(控制)人员提供当前极限运行时间，即允许运行时间减去越限运行的累计时间。

4.2 遥测量的处理

（一）数字滤波

数字滤波具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器.数字滤波(digitalfilter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种计算方法。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。应用数字滤波处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1／2抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号，数字滤波处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。

数字滤波：用电子计算机整理地震勘探资料时，通过褶积的数学处理过程，在时间域内实现对地震信号的滤波作用，称为数字滤波。数字滤波器的作用就是使地震记录与滤波算子相褶积，滤波算子就是脉冲响应，而脉冲响应是单位脉冲通过滤波器的结果。因此，地震信号通过数字滤波器，其输出信号就是在某特定时间内所有不同延迟时间上脉冲响应信号之和。所以，数字滤波也是延迟滤波的数字化。数字滤波器具有比较理想的频率特性和相位特性，失真度低，分辨能力好。适当改变参数就可灵活地设计出所需要的频率特性。

数字滤波分为有限数字滤波FIR、无限数字滤波IIR和自适应滤波。

（二）死区计算

远动装置中遥测量的采集工作是不间断地循环进行着，并需要将遥测数据上送至调度中心。这些遥测量并不是随时随刻都在大幅度变化，而大多数遥测量在某一时间内变化是缓慢的。如果要将这微小的变化不停地送往调度中心，会增加各个环节的负担，同时对调度支行人员观测支行状态也无益。

如果在遥测量处理中加入死区计算，则可有效地解决上述问题。死区计算是对连续变化的模拟量规定一个较小的变化范围。当模拟量在这个规定的范围内变化时，认为该模拟量没有变化，迷个期间模拟量的值用原值表示，这个规定的范围称为死区。当模拟量连续变化超出死区时，则以此刻的模拟量值代替旧值，并以此值为中心再高死区。因此死区计算实际上是降低模拟量变化灵敏度的一种方法。

（三）标度变换和二—十转换

1、标度变换

标度变换又称为乘系数，是将A/D转换结果的无量纲数字量还原成有量纲的实际值的换算方法。

2、二—十转换

标度变换后的数据已经代表了遥测量的实际值，但此数据是以二进制数表示的。在某些场合，还希望再转换为十进制数，这就需要进行二—十转换。

四、越限处理

遥测功能是将远方站的各种测量值传送到主站端，遥测的主要技术指标是模拟转换器的准确度、分辨率、温度稳定性。数字量的字长则根据被测对象的要求而定。遥测量一般有模拟量、数字量、脉冲计数量和其他测量值。电力系统中有的被测量运行参数受约束条件的限制，不能超过一定的限值，例如规定某线路的传输功率不能大于某一限值，母线电压不允许太高或太低，这就需要规定上限值和下限值。系统应将设置的上下限值存放在内存中的遥测量常数区，并及时检查遥测数据是否越限，如超越限值，就应告警。根据比较的结果，可设置是否越限的标志。

在发现遥测越限时，系统就发告警并记录越限的时间和数值。设置越限“死区”可缓解某些运行参数在限值附近波动时频繁告警的干扰，但越限判别的工作量稍有增加，“死区”限值的大小要根据实际情况确定。

五、事故追忆

系统在运行过程中随时可能发生事故，因此在对系统运行监测时，希望把事故发生前后的一段时间内遥测数据的变化情况保存下来，为今后的事故分析提供原始依据，这就是事故追忆功能。电力系统远动系统中的抗干扰措施

一、硬件抗干扰措施

1、供电系统的抗干扰措施

a)实行电源分组供电，例如，将执行电机的驱动电源与控制电源的分开，以防止设备间的干扰。

b)采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其他设备的干扰。c)采用隔离变压器考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初次线圈的互感耦合，而是靠初次寄生电容耦合的，因此隔离变压器的初次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分布电容，以高抗共模干扰能力。

d)采用交流稳压器防止电源系统的过压与欠压，保证供电稳定性，提高整个系统的可靠性；

e)采用隔离变压器，即在变压器的初、次级之间加屏蔽层隔离，以消除分布电容的有害影响，提高抗共模干扰的能力；

f)由谐波频谱分析可知，电源系统的干扰大部分是高次谐波，采用低通滤波滤去高次谐波，以改善电源的稳定性；

g)采用分散独立稳压模块供电，提高供电的可靠性，此举也有利于电源散热，降低热噪声的干扰；

h)采用高抗干扰稳压电源及干扰抑制器，提高整机系统的抗干扰能力。

2、过程通道干扰及抗干扰措施

过程通道是指前向接口、后向接口与主机，或者是主机相互之间进行信息传输的途径。在过程通道中长线传输的干扰是主要的，随着系统主振频率越来越高，系统过程通道的长线传输越来越不可避免。按照经验公式计算，当计算机主振频率为1MHz、传输线长于0.5m时；或者主振频率为4MHz、传输线长于0.3m时，即作为长线传输处理。

微型机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲数字信号，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减以及通道干扰等，为了保证信息在长线传输时的可靠性，使机器正常运行，主要采取光电耦合隔离，双绞线传输，阻抗匹配等防护措施。

3、印刷电路板及电路的抗干扰设计

（1）关于地线的处理：（2）电源线的处理：（3）去耦电容的配置：

二、软件抗干扰措施

在微机远动系统中，大量的干扰源虽不能造成硬件系统地损害，但常常使系统不能正常工作，控制失灵，甚至造成重大事故。因此，除硬件上采取必要的抗干扰措施外，软件抗干扰问题的研究越来越引起人们的重视。

1、干扰对测控系统的影响

（1）干扰使数据采集的误差加大；干扰侵入微机控制系统的前向通道，叠加在信号上，使数据采集的误差加大。当通道的传感器接口是小电压信号输入时，更为严重，尤其工频干扰常伴随信号输入。采用硬件手段虽可以滤除，但电路结构复杂。采用软件抑制工频干扰是当前串模工频干扰抑制技术的一项新技术。

（2）干扰使输出控制误差加大。在微机控制系统中，控制状态的输出常常是依据某些条件状态的输入和条件状态的逻辑处理结果。在这些环节中，由于干扰的侵入，会造成条件状态的偏差、失误，致使输出控制误差加大，甚至控制失常。

（3）数据受干扰发生变化。通常控制程序、表格以及常数都存于ROM中，但可读写得RAM及状态寄存器在某些干扰的影响下会发生变化。根据干扰窜入的渠道和受干扰的数据性质不同，系统会损坏的状况不同，可能会造成树值误差、控制失灵、部件的工作状态改变或程序改变，从而导致系统工作不正常。

（4）干扰使程序运行失常。如果强干扰造成程序计数器PC值发生变化，就破坏了程序的正常运行，再PC值的错误指引下，程序将发出一系列毫无意义的错误指令，最后进入“死循环”使输出严重混乱或系统失去控制。

2、提高采样信号信噪比的措施

由于加入前向通道上的干扰性质及产生后果不同，采用的抗干扰方法也不同，没有固定模式。一般说来，为了消除传感器通道中的干扰信号，除在硬件上采用有源或无源RLC网络进行滤波外，常常运用CPU的运算、控制功能、进行简单的数值逻辑运算，达到滤波的效果，这就是数字滤波。

3、软件冗余措施

对于条件控制系统，把对控制条件的一次采样、处理、控制输出改为循环地采样、处理、控制输出。这种方法对于惯性较大的控制系统具有良好的抗偶然性因素干扰的作用。

4、设置自诊断程序

设置自诊断程序以保证系统种信息存储、传输、运算的高可靠性。

第五篇：变电站综合自动化系统存在的问题

变电站综合自动化系统存在的问题

摘要：近年来，随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，大量采用远方集中监视、控制等变电站综合自动化系统，既提高了劳动生产率，又减少了人为误操作的可能。采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向，也是电网发展的趋势，但同样也不可避免地带来了一些问题，如变电站综合自动化系统的技术标准问题，以及运行和检修的管理体制等问题。基于运行经验，该文介绍了变电站综合自动化系统，从技术、管理、人员素质等方面阐述了当前变电站综合自动化系统实际应用中存在的若干问题，并针对这些问题提出了一些建议。

关键词：变电站综合自动化系统；站内监控功能；通信规约；设备选型

变电站综合自动化系统自20世纪90年代以来，一直是我国电力行业中的热点之一。它既是电力建设的需要也是市场的需要，我国每年变电站的数量以3%～5%的速度增长，每年有千百座新建变电站投入运行；同时根据电网的要求，每年又有不少变电站进行技术改造，以提高自动化水平。近几年来我国变电站综合自动化技术，无论从国外引进的，还是国内自行开发研制的系统，在技术和数量上都有显著的发展。

但工程实际当中，部分变电站综合自动化系统功能还不能充分发挥出来，存在问题较多，缺陷率很高，不能实现真正的无人值班。

1、变电站综合自动化系统的现状及其存在的问题

1.1 技术标准问题

目前变电站综合自动化系统的设计还没有统一标准，因此标准问题（其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题）是当前迫切需要解决的问题。

1.1.1 生产厂家的问题

目前在变电站综合自动化系统选型当中存在着如所选系统功能不够全面，产品质量不过关，系统性能指标达不到要求等情况，主要有以下问题：

由于变电站综合自动化设备的生产厂家过分重视经济利益，用户又过分追求技术含量，而不重视产品的性能及实用性，因而一批技术含量虽较高，但产品并不过关，甚至结构、可靠性很差的所谓高技术产品不断被使用。厂家只要有人买就生产，改进的积极性不高，甚至有些产品生产过程中缺乏起码的质量保证措施，有些外购部件更是缺乏管理，因而导致部分投产的变电站问题较多；

有些厂家就某产品只搞技术鉴定，没搞产品鉴定；

另外，生产厂家对变电站综合自动化系统的功能、作用、结构及各项技术性能指标宣传和介绍不够，导致电力企业内部专业人员对系统认识不透彻，造成设计漏洞较多。

1.1.2 不同产品的接口问题

接口是综合自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，包括RTU、保护、小电流接地装置、故障录波、无功装置等与通信控制器、通信控制器与主站、通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重。

如果所有厂家的自动化产品的数据接口遵循统一的、开放的数据接口标准，则上述问题可得到圆满解决，用户可以根据各种产品的特点进行选择，以满足自身的使用要求。

1.1.3 抗干扰问题

关于变电站综合自动化系统的抗干扰问题，亦即所谓的电磁兼容问题，是一个非常重要然而却常常被忽视的方面。传统上的变电站综合自动化设备出厂时抗干扰试验手段相当原始，仅仅做一些开关、电焊机、风扇、手提电话等定性实验，到现场后往往也只加上开合断路器的试验，一直没有一个定量的指标，这是一个极大的隐患。

变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证综合自动化系统可靠和稳定运行的基础，选择时应注意，合格的自动化产品，除满足一般检验项目外，主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验，而且还要重点通过四项电磁兼容试验，分别是：1MHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验。

1.1.4 传输规约和传输网络的选择问题

变电站和调度中心之间的传输规约。目前国内各个地方情况不统一，变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约，如部颁CDT、SC-1801、DNP3.0等。

1995年IEC为了在兼容的设备之间达到互换的目的，颁布了IEC 60870-5-101传输规约，为了使我国尽快采用远动传输的国际标准，1997年原电力部颁布了国际101规约的国内版本DL/T 634-1997，并在1998年的桂林会议上进行了发布。该规约为调度端和站端之间的信息传输制定了标准，今后站端变电站综合自动化设备与远方调度传输协议应采用101规约。

站内局域网的通信规约。目前许多生产厂家各自为政，造成不同厂家设备通信连接的困难和以后维护的隐患。

1997年IEC颁布了IEC 60870-5-103规约，国家经贸委在1999年颁布了国际103规约的国内版本DL/T 667-1999，并在2000年的南昌会议上进行了发布，103规约为继电保护和间隔层（IED）设备与变电站层设备间 的数据通信传输规定了标准，今后变电站综合自动化系统站内协议要求采用103规约。

电力系统的电能计量传输规约。对于电能计量采集传输系统，IEC在1996年颁布的IEC 60870-5-102标准，即我国电力行业标准DL/T 719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。

上述的三个标准即常说的101、102、103协议，运用于三层参考模型（EPA）即物理层，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。

上述的三个标准即常说的101、102、103协议，运用于三层参考模型（EPA）即物理层、链路层、应用层结构之上，是相当一段时间里指导变电站综合自动化技术发展的三个重要标准。这些国际标准是按照非平衡式和平衡式传输远动信息的需要制定的，完全能满足电力系统中各种网络拓扑结构，将得到广泛应用。

IECTC57即将制定无缝远动通信体系结构，具有应用开放和网络开放统一的传输协议 IEC 61850.该协议将是变电站（RTU或者变电站综合自动化系统）到控制中心的唯一通信协议，也是变电站综合自动化系统，甚至控制中心的唯一的通信协议。目前各个公司使用的标准尚不统一，系统互联和互操作性差，因此，在变电站综合自动化系统建设和设备选型上应考虑传输规约问题，即在变电站和控制中心之间应使用101规约，在变电站内部应使用103规约，电能量计量计费系统应使用102规约。新的国际标准IEC 61850颁布之后，变电站综合自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。

1.1.5 开放性问题

变电站综合自动化系统应能实现不同厂家生产的设备的互操作性（互换性）；系统应能包容变电站自动化技术新的发展要求；还必须考虑和支持变电站运行功能的要求。而现有的变电站综合自动化系统却不能满足这样的要求，各厂家的设备之间接口困难，甚至不能连接，从而造成各厂家各自为政，重复开发，浪费了大量的财力物力。

另外，各种屏体及设备的组织方式不尽相同，给维护和管理带来许多问题。

在我们现有的综合自动化设备中，厂家数量较多，各厂不同系列的产品造成产品型号复杂，备品备件难以实现，设备运行率低的问题。

1.2 组织模式选择的问题

变电站综合自动化系统实现的方案随着变电站的规模、复杂性、变电站在电力系统的重要地位、所要求的可靠性以及变电层和过程层总线的数据流率的不同而变化。如果一个变电站综合自动化系统模式选择合适的话，不仅可以节省投资、节约材料，而且由于系统功能全、质量高、其可靠性高、可信度大，更便于运行操作。因此，把好变电站综合自动化系统的选择关，意义十分重大。

目前应用较广泛的变电站综合自动化系统的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式三种类型。现将三种结构形式的特点简述如下。

集中式：集中式结构的变电站综合自动化系统是指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机控制、微机保护和一些自动控制等功能。这种系统结构紧凑、体积小、可减少占地面积、造价低，适用于对35 kV或规模较小的变电站，但运行可靠性较差，组态不灵活。

分散与集中相结合：分散与集中相结合的变电站综合自动化系统是将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。此结构形式较常用，它有如下特点：

10～35 kV 馈线保护采用分散式结构，就地安装，可节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。

高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，同样通过现场总线与保护管理机通信，使这些重要的保护装置处于比较好的工作环境，对可靠性较为有利。

其他自动装置中，如备用电源自投控制装置和电压、无功综合控制装置采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。

全分散式：全分散式的变电站综合自动化系统是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位，将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散，就地安装在一次主设备屏（柜）上。站控单元通过串行口与各一次设备相连，并与管理机和远方调度中心通信。它有如下特点：

简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。

减少了施工和设备安装工程量。由于安装在开关柜的保护和测控单元在开关柜出厂前已由厂家安装和调试完毕，再加上铺设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工期随之缩短。

简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。

全分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便，且抗干扰能力强，可靠性高。

上述三种变电站综合自动化系统的推出，虽有时间先后，但并不存在前后替代的情况，变电站结构形式的选择应根据各种系统特点和变电站的实际情况，予以选配。如以RTU为基础的变电站综合自动化系统可用于已建变电站的自动化改造，而分散式变电站综合自动化系统，更适用于新建变电站。

由于微处理器和通信技术的迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高，结构体系不断完善，全分散式自动化系统的出现为变电站综合自动化系统的选型提供了一个更广阔的选择余地。伴随着变电站综合自动化系统应用的增多，无论是新建、扩建或技改工程，其综合自动化系统的选型都应该严格执行有关选型规定，力求做到选型规范化。经选用的变电站自动化系统不仅要技术先进、功能齐全、性能价格比高，系统的可扩展性和适用性好，而且要求生产厂家具有相当技术实力，有一定运行业绩和完整的质量保证体系、完善的售后服务体系。

1.3 电力管理体制与变电站综合自动化系统关系问题

变电站综合自动化系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展，变电站远动与保护专业虽然有明确的专业设备划分，但其内部联系已经成为不可分割的整体，一旦有设备缺陷均需要两个专业同时到达现场检查分析，有时会发生推诿责任的情况，造成极大的人力资源浪费，而且两专业衔接部分的许多缺陷问题成为“两不管地带”，不利于开展工作。

在专业管理上，变电站综合自动化设备的运行、检修、检测，尤其是远动系统的实时性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强；对传动实验及通道联测的实现、软件资料备份等问题提出了新的课题内容。

1.4 运行维护人员水平不高的问题

解决好现行的变电站综合自动化系统管理体制和技术标准等问题的同时，还要培养出一批高素质的专业队伍。

目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。

要想维护、管理好变电站综合自动化系统，首先要成立一只专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。

其次，变电站综合自动化专业的划分应尽快明确，杜绝各基层单位“谁都管但谁都不管”的现象。变电站综合自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。

2、结束语

近年来，通信技术和计算机技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力，变电站综合自动化技术正在朝着网络化、综合智能化、多媒体化的方向发展。

鉴于变电站综合自动化系统当前还缺乏一个统一的国家标准，这就需要与之相关的各岗位的电力工作者 在实际操作过程中不断总结经验，找到其规律性，不能因循守旧，而应根据具体情况，遵循科学、严谨的工作原则，用发展的眼光来进行变电站综合自动化系统的建设，以保证电网安全、经济、优质地运行。

参考文献：

[1]龚强，王津。地区电网调度自动化技术与应用。北京：中国电力出版社，2005.[2]张继雄。变电站自动化系统选型中应注意的问题。内蒙古电力技术，2005，2.