西交《变电站监控技术》课程设计Word文档下载推荐.docx
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监控系统设电力调度中心一个,四个牵引变电所各设远程终端一个。
2.环境条件
2.1电力调度中心控制室和机房环境
环境温度:
+5℃~40℃
相对湿度:
10%~90%
海拔高度≤1000m
大气压力:
86~108kpa
振动:
f<
10Hz,振幅为0.3mm;
10Hz<f<
150Hz时,加速度为0.1m/s2。
工作电源:
两路独立的380/220V电源;
波动范围:
-15%~+10%
地震烈度:
≤7度
接地电阻≤1Ω
2.2牵引变电所内环境
控制室温度:
-5℃~+45℃
开关柜温度:
-10℃~+55℃
环境温度在-5℃~+40℃时,最大变化率10℃/h,设备应能满足技术规格书所规定的精度要求,环境温度在-10℃~+55℃时,设备应能正常工作,不误动、不拒动。
日平均值不大于95%;
月平均值不大于90%(25℃);
有凝露的情况发生。
3.设计内容
3.1主要设计原则
电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成;
控制站采用计算机型电力集中监控装置,1:
N结构;
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,主备通道能实现手动及自动切换;
控制站具备与其它系统的通信接口能力;
系统设备选型立足国产化。
3.2主要设计标准
《远动系统和设备》(IEC870-88)
《远动终端通用技术条件》(GB/T13729-02)
《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》(TB10117-98)
《铁路电力远动系统工程设计规范》(TB10064-2000)
3.3系统构成和基本配置
完成系统控制站、被控站及远动通道的构成及硬件配置设计,完成电力监控系统构成示意图。
3.4确定监控内容
根据变电所主接线图确定遥控、遥测、遥信对象,完成四遥对象概数表。
3.4系统功能设计
确定系统实现的主要功能。
3.5RTU各模块(分组完成模拟量输入模块、开关量输入模块、控制量输出模块)硬件电路设计及软件说明书
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;
输入/输出信号列表、编码;
软件程序结构、程序框图、主要源程序设计;
软件说明。
4.附图:
牵引变电所主接线图(由于主接线图为原始设计图纸,图形较大,不便打印,查看时可在计算机中放大)。
5.课程设计时间时度安排
第1周查阅相关规范、文献资料,熟悉原始资料及设计任务,进行系统构成和配置、系统功能设计
第2周完成系统构成和配置、系统功能设计
第3、4周确定所在分组设计模块的硬件方案,经审查后完成电原理图绘制。
确定软件设计方案;
第5周完成软件结构、程序框图及主要源程序设计;
第6周整理文档,准备答辩
6.主要参考文献
[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:
[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.北京:
北京航空航天大学出版社
摘要
变电站监控技术课程是电气工程及其自动化专业电网监控技术方向的一门主干专业课。
变电站监控技术课程设计是综合运用课程所学的理论知识,通过实践进一步加深对所学知识的理解,培养学生分析问题和解决实际问题能力的重要教学实践活动。
本程设计中,系统地介绍了变电站综合自动化系统的设计原理、设计标准、系统构成、系统基本配置、确定监控内容、系统功能设计、RTU各模块结构。
通过结合专业的课程设计,为毕业后的实际工作打下一定的基础。
课程设计不仅可培养学生的实践能力,也可使学生逐步树立实事求是的科学态度,培养严肃认真的工作作风。
关键词变电站监控技术;
变电站自动化系统;
运动系统
第1章监控系统的组成
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。
图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。
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
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。
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。
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。
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54dB,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。
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。
第2章系统配置
2.1调度中心的配置
2.1.1硬件配置
本课程设计采用计算机局域网结构、分布式控制系统、以计算机
设备为核心,以功能为模块,以网络节点为单元进行配置。
系统配置:
通讯前置机、数据服务器、调度员工作站、系统维护工作站、模拟屏
大尺寸显示系统、复视终端、打印机、GPS时钟、UPS电源。
2.1.1.1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,配置多串口通道板来满足远程I\O
容量。
完成数据的发送、接收及数据的预处理,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。
2.1.1.2数据服务器
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,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64位,内存:
大于1024MB,主频:
2000MHz,
高速缓存:
不低于500MB。
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。
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电力监控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。
2.1.1.3调度员工作站
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2GB,主频:
不小于1.5GHz。
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54cm,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。
2.1.1.4系统维护工作站
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。
2.1.1.5模拟屏大尺寸显示系统
显示电力供电系统接线图及沿线各中继站供电示意图和相关一次
设备实时视频监视图。
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。
2.1.1.6复示终端
装设在管理人员监视所管辖的供电系统的运行状况,作为上级主
管和有关部门了解供电系统运行情况的工具。
具备监视功能,配置标
准的Web浏览器,实现监视功能。
2.1.1.7打印机
系统配置三种功能的打印机,用于事件、报表、程序及后台管理
数据的打印。
数据打印机用于各种程序及参数的打印,报表打印机用
于图表的打印,后台管理打印机用于事件及后台管理数据的打印。
所
有打印机均采用彩色喷墨打印机并可实现汉字打印,打印速度不低于
260CPS,缓冲区容量不低于500KB,打印噪声不大于50dB。
2.1.1.8UPS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。
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。
2.1.1.9GPS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共用一套GPS来接收
卫星的精确对时。
2.1.2软件配置
2.1.2.1系统软件
根据电力调度中心的需求和便于调度员使用的要求,本课程设计
配置Unix+Windows两种操作系统结合使用。
2.1.2.2支持软件
开发支持环境:
C/C++、VisualC++或.NET集成环境
数据库管理系统:
Oracle、Sybase、MicrosoftSQLServer
2.1.2.3应用软件
画面编辑软件、人机界面软件、数据处理软件、报警处理软件、
通信接口软件。
2.2RTU的配置
由于RTU监控系统功能少、规模小,因此软件配置一般采用专一
化的功能块来实现,因此不考虑软件配置。
2.2.1监控单元
2.2.1.1电源模块
容量及输出电压应满足各模块正常运行要求,并配置断电保护用
电池,电源模块应具有较强的过压、过负载能力。
2.2.1.2主处理器模块
采用32位以上CPU,若采用嵌入式硬件支撑平台,CPU主频不
低于100MHZ。
若采用工控机硬件支撑平台,CPU主频不低于2.4GHZ。
采用具有掉电数据保护的存储器。
2.2.1.3数字输入模块
每路输入带有滤波器,输入采用光电隔离方式,每块模块具有过
压、过流保护功能。
2.2.1.4数字输出模块
输出为继电器接点,接点容量满足回路要求。
输出继电器接点闭
合时间可调,如果接点闭合时间超出硬件设置时间,控制输出自动中断。
2.2.1.5远程通信模块
可与主备两路通信通道接口,并具有隔离手段,防止外部干扰。
通信传输速率满足电力监控系统要求。
2.2.1.6所内网络通信模块
用于各间隔单元组网后的接入,接口容量及标准应满足现场组网
需要。
根据局域网采用的接口,通信速率应满足相关局域网接口的传
输标准。
2.2.2嵌入式以太网
1.转发方式:
使用快速的存储式转发模式,保证最低的延迟和数
据的完整性;
2.转发速率不低于148800pps;
3.MAC地址数:
支持1024个以上MAC地址;
4.电源冗余;
5.满足电磁辐射、电磁屏蔽、振动、冲击、运行温度等一系列相
关的工业标准;
2.2.3液晶显示器
1.彩色、汉字显示;
2.不小于255页的显示存储;
3.液晶显示器显示屏幕尺寸不小于15吋,分辨率不低于1024*768,
256色;
4
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- 变电站监控技术 变电站 监控 技术 课程设计
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