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电力系统微机继电保护I、引入：变电站自动化系统就是：由基于微电子技术的智能电子装置IED和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统，包括 监控 保护 电能质量自动控制等多个子系统。 II、变电站自动化系统及其与微机继电保护的关系以太网A以太网B保护测控装置远方调度当地后台规约转换器远动工作站其它智能设备RS232/RS485/CAN等其他网络GPS五防机一、变电站自动化系统的组成l 保护测控装置l 规约转换器l 远动工作站l 后台监控系统l 五防主机二、各部分功能1、规约转换器l 对于一套变电站自动化系统而言，系统中的保护设备可能来自第三方厂家。规约转换器通过规约上的转换将第三方设备接入。规约转换器非标准规约标准规约2、远动工作站对间隔层设备进行集中管理，并实现对集控中心的连接。属于站控层部分。远动工作站集中管理站控层与集控中心进行数据交换3、GPS校对时钟：针对自动化系统中的计算机、控制装置进行校时功能：从GPS卫星上获取标准时间信号 通过各种接口传输给需要设备 如：计算机、保护、故障录波、SOE事件顺序记录、自动装置、RTU 达到整个系统时间同步4、主站监控系统对采集的变电站进行数据监视、控制，并对保护装置进行管理5、保护测控装置该部分属于间隔层部分，直接执行保护控制原理.同时保护装置还存在与站控层进行数据交换，接收站控层对保护设备管理。三、微机保护装置与变电站自动化系统之间的关系l 是变电站（发电厂）自动化系统的自动化装置之一l 具有输入信号采样和控制逻辑输出执行的接口l 保护控制逻辑就是通常的继电保护原理l 在变电站自动化系统中属于间隔层设备l 需要接收变电站自动化主站的管理和维护绪论一、微机继电保护发展史 1、世界微机保护发展史，（表1） 2、中国微机保护发展史，（表2）表一序号年代世界微机保护160年代提出计算机构成保护装置（主要是理论计算方法和程序结构研究；将模拟量数字化（电流、电压、温度等）270年代 在理论研究，主要是算法研究、数字滤波及实验室样机试验等，期间，大规模集成电路技术的飞速发展，微型计算机和微处理器进入实用阶段，价格大幅度下降，可靠性及运算速度大幅度提高。70年代后期，国外有少数微机保护在试运行。380年代微机保护算法基本成熟；490年代 微处理器、计算机网络的重大发展，导致硬件集成度更高、运算速度更快、存储容量更大；通信、结构、可靠性整体性能发生质的变化，保护越来越智能化，装置越来越信息化。表二序号阶段中国微机保护1第一代基本同国外同时起步，设计重点是如何使总线系统更隐蔽，提高抗干扰水平；单CPU，采用单片机，双层板，前插大机箱结构，RS-232通信。2第二代 微机保护采用多CPU结构，每块印制板以CPU为中心组成计算机系统，实现总线不出插件。采用单片机，双层板，前插整面机箱结构，RS-CAN/LON/485通信；3第三代 采用DSP技术，印制板采用多层板，实现表面贴装，提高抗干扰性能，背插式机箱，工业以太网。二、微机继电保护装置的特点1维护调试方便1）在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，例如超高压线路的保护设备，调试一套保护常常需要一周，甚至更长的时间。2）原因：这类保护装置都是布线逻辑的，保护的每一种功能都由相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护装置是否完好，就需要把所具备的各种功能都通过模拟试验来校核一遍。3）微机保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件（程序）来实现的。2可靠性高1）计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力。 可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动作。2）有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动3易于获得附加功能1）应用微型机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，或通过网络连接到后台计算机监控系统，可以在电力系统发生故障后提供多种信息。2）保护动作时间和各部分的动作顺序记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。3）对于线路保护，还可以提供故障点的位置（测距）。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。4. 灵活性大由于微机保护的特性主要由软件决定（不同原理的保护可以采用通用的硬件），因此只要改变软件就可以改变保护的特性和功能。从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。5保护性能得到很好改善由于微型机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如：1） 对接地距离保护的允许过渡电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路2） 大型变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障等问题都已提出了许多新的原理和解决方法。第一章 微型机保护的硬件原理11 概 述微型机保护系统的硬件一般包括以下三大部分：（1）数据采集系统（或称模拟量输入系统）包括电压形成、模拟滤波、采样保持（S/H）、多路转换（MPX）以及模数转换（A/D）等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为所微型机能够识别的数字量。（2）微型机主系统包括微处理器（MPU）、只读存储器（ROM）或闪存内存（FLASH）、随机存取存储器（RAM）、定时器、并行接口以及串行接口等。微型机执行编制好的程序，对由数据采集系统输入至RAM 区的原始数据进行分析、处理，完成各种继电保护的测量、逻辑和控制功能。（3）开关量（或数字量）输入输出系统由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部触点输入、人机对话及通讯等功能。12 模拟量输入系统（数据采集系统）一、 电压形成回路微机保护模拟量的设置应以满足保护功能为基本准则，输入的模拟量与计算方法结合后，应能够反应被保护对象的所有故障特征。以高压线路保护和三卷变压器差动保护为例：由于高压线路保护一般具备了全线速动保护（如高频保护或光纤电流纵联差动保护）、距离保护、零序保护和重合闸的功能，所以，模拟量一般设置为Ia、Ib、Ic、3I0、Ua、Ub、Uc、Ux 共8 个模拟量，其中，Ia、Ib、Ic、3I0、Ua、Ub、Uc 用于构成保护的功能，Ux 为断路器的另一侧电压，用于实现重合闸功能； 对于三卷变压器的差动保护，至少应该接入三侧的三相电流，共9 个模拟量。微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压互感器或其它变换器上取得信息，但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机电路却不适用，故需要降低和变换。在微机保护中，通常根据模数转换器输入范围的要求，将输入信号变换为5V 或10V 的电压信号。因此，一般采用中间变换器来实现以上的变换。交流电压信号可以采用电压变换器；交流电流信号变换为成比例的电压信号，可以采用电抗变换器或电流变换器。P207二、 采样保持电路和模拟低通滤波器 P2081、S/H 电路由一个电子模拟开关AS、保持电容Ch 以及两个阻抗变换器组成。S/H（Sample/Hold）电路的作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。2、由采样定理： f s 2 f max 可以知道，如果被采样信号中所含最高频率成份的频率为f max ，则采样频率f s 必须大于f max 的二倍。工程中，一般取： f s（2.53）f max三、多路转换MPX模数转换器价格相对较贵，通常不是每个模拟量输入通道设一个A/D，而是公用一个，中间经多路转换开关MPX（Multiplex）切换，轮流由公用的A/D 转换成数字量输入给微机。四、模数转换器模数转换器（A/D 转换器，或简称ADC）是实现计算机控制的关键技术，是将模拟量转变成计算机能够识别的数字量的桥梁。由于计算机只能对数字量进行运算，而电力系统中的电流、电压信号均为模拟量，因此必须采用模数转换器将连续的模拟量转变为离散的数字量。13 开关量输入及输出回路一、光电隔离在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入输出系统进行隔离。作用：抑制系统噪声，消除接地回路干扰二、开关量输入回路开关量输入DI（Digital Input，简称：开入）主要用于识别运行方式、运行条件等，以便控制程序的流程。如重合闸方式、同期方式、收讯状态和定值区号等。2类接点：1、装在装置面板上的接点。这类接点主要是指用于人机对话的键盘以及部分切换装置工作方式用的转换开关等。2、从装置外部经过端子排引入装置的接点。例如需要由运行人员不打开装置外盖而在运行中切换的各种压板、转换开关以及其它保护装置和操作继电器的接点等。（需光电隔离）三、开关量输出回路开关量输出DO（Digital Output，简称：开出）主要包括保护的跳闸出口、本地和中央信号以及通信接口、打印机接口等。对于保护的跳闸出口、本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出口来控制有接点继电器（干簧或密封小中间继电器）的方法。为了进一步提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。第二章 装置结构一、前插式结构二、背插式结构第三章 CPU选择原则CPU 选择原则：关键是速度1）CPU能否在两个相邻的采样间隔内完成必须完成的工作； 2）A/D 转换的位数越高，量化误差越小，精度越高；3）但 CPU数据总线的位数越高，其处理较长字长的速度快，而并不表明精度越高； 故：1）数据量较小的采用低速CPU, 数据量较大的采用高速CPU。 2）8位机，16位机，32位机均获得大量的应用。 3）微机保护监控CPU目前处于单片机和DSP数字处理芯片共存的时期。 4）高速CPU可以极大提高保护装置的动作速度，缩短保护动作时间，对于快速切除系统故障、恢复系统正常运行，作用巨大。第四章 通信回路1、 变电站自动化系统通信技术现状1）自从微机保护及变电站自动化系统问世以来，通信技术一直为变电站自动化中最为重要的技术之一，同时，变电站自动化系统的通信技术是同IT行业的通信技术发展密不可分。2）但是，由于变电站的强电磁场干扰环境、实时性要求高通信距离长等特性，决定变电站自动化系统通信技术具有其特殊性；3）变电站自动化系统通信技术包括站控层通信及站控层同调度端通信。2.站控层通信 微机保护及变电站自动化系统的出现，站控层的通信包括间隔层通信和监控层通信。 1）间隔层通信主要保证将保护监控装置所有数据送向后台监控主机； 2）监控层的通信主要实现监控主机的互为备用和信息共享，由于工作环境较好，基本上在变电站的主控制室；实时性要求不高，一般选用通用以太网。 3）保护监控装置的工作环境恶劣，电磁干扰严重等原因，先后出现不同的通信网络，主要有：(1) RS-232接口特点：a.RS-232接口为一串行通信接口b.是一种应用十分广泛的物理接口标准c.每个信号用一根导线，所有信号回路共用一根地线d.采用位传输，实现的点对点通信e.通信电缆长度在案15M以内，通信速率在20Kbps内。缺点：由于是单线，线间干扰较大，自动校验措施不完整等，导致数据的安全性较差。一般情况几台保护监控共用一台通信管理单元，存在数据瓶颈，早期的保护监控装置一般集中组柜在控制室。目前，全球较少选用RS-232构成变电站自动化系统的间隔层通信。(2)RS-485网络RS-485为主从式的总线式网络，RS-485是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单且不含CPU。 特点：a.RS-485采用双线传输信号b.屏蔽双绞线电缆，也可以取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）c.RS-485操作容易，总线结构允许增加或减少d.传输速度在9.6kbps-12Mbps可选，全部设备均需选用同一传输速度。其传输速度与A型电缆的距离关系： 波特率（ kbps） 距离/段(km) 9.6 1.2 19.2 1.2 93.75 1.2 187.5 1.0 500 0.4 1500 0.2 12000 0.13、站控层同调度端通信 站控层同调度端的通信，一般通信介质选用电力载波、微波、光纤等第五章 变电站综合自动化技术的发展趋势 1.智能电子装置的发展及在变电站自动化领域的应用 间隔层测控单元、继电保护装置、测控保护综合装置、RTU等都可以将其作为IED 2.非常规互感器的发展及应用 结构简单，体积小，质量轻，易于安装；不含油，无易燃易爆危险；距离一次侧大电流较近的OCT光路部分由绝缘材料组成，绝缘性能良好。 3.IEC 61850标准的应用 为电力系统自动化产品的格局奠定了基础；使变电站信息建模标准化成为可能使信息共享具备了可实施的基础前提。4.网络通信技术发展与应用 电力系统二次设备不再出现常规功能装置重复的IO现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。5.电气设备状态监测与故障诊断技术的发展与应用6.视频图像监视技术的发展与应用 n 主要功能有：n 环境及设备监视。当预置点发生报警时，画面可自动切换到报警现场，监视报警点所发生的情况。n 红外图像测量，利用红外摄像机可以实现黑暗情况下对环境的监视，也可对相关设备的温度状况进行直观监察。n 移动物体监测。 7.电能质量的在线监测技术的发展与应用 n 国家有关部门对电能质量相继频布了5个相关的国家标准：n （ 电网频率允许偏差；n 供电电压允许偏差；n 三相电压不平衡度；n 谐波；n 电压闪变 ）n 谐波和电压闪变这两项指标的监测则需配置附加的设备来完成。这也是变电站自动化技术发展过程中应当加以考虑的。丰富了变电站自动化技术的内涵。 一、变电站综合自动化系统的配置与应用问题1、变电站综合自动化的描述1）是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能的设备。2）是包含传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、监视、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。 变电站自动化系统就是： 由基于微电子技术的智能电子装置IED和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统，包括监控、保护、电能质量自动控制等多个子系统。 2、变电站综合自动化系统基本特征： （1）功能实现综合化。 （2）系统构成模块化 （3）结构分布、分层、分散化。 （4）通信局域网络化、光缆化。 （5）操作监视屏幕化。 （6）测量显示数字化。 （7）运行管理智能化。 3、变电站综合自动化系统的结构形式问题a.集中式b.分层分布式1） 集中式的结构主要功能和特点 实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。系统具有自诊断和自恢复功能。结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。 造价低，实用性强，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。 集中式结构的主要缺点 每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。 软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。集中式保护与传统式保护相比，不直观，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。2） 分层分布式的结构 ：间隔层和站控层构成的是一个分布式的计算机系统 各计算机既可以独立工作，分别完成分配给自己的各种任务，又可以彼此之间相互协调合作，在通信协调的基础上实现系统的全局管理。 4、变电站综合自动化系统的配置问题 变电站综合自动化的配置层次1）变电站层：操作员工作站（监控主机）、 五防主机、 远动主站、 工程师工作站2）网络层3）间隔层： 是继电保护、测控装置层。 5、变电站综合自动化技术的目前发展特点 1、从集中控制、功能分散型向全分散网络型发展 2、从专用设备到开发标准型的软件、硬件平台 3、从集中控制向综合智能控制发展 4、从专用设备到开发标准型的软件、硬件平台 5、保护和控制装置从室内型向户外型演变 6、变电站从屏幕数据监视到多媒体监视发展 7、实现纵向和横向的综合 6、变电站综合自动化系统目前存在的问题 （1）、变电站自动化系统的技术标准问题 包括技术标准自动化系统模式管理标准等（2）、生产厂家的问题厂家过分重视经济利益用户过分追求技术含量 （3）、不同产品的接口问题（4）、传输规约和传输网络选择的问题是设备的互换性问题。（5）、变电站自动化系统的开放性问题（6）、变电站自动化系统组织模式选择问题目前主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式三种类型.。（7）、现行的电力管理体制与变电站自动化系统关系问题 变电站自动化系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，（8)、运行维护人员水平不高的问题使用者较难维护(9)硬件很快过时问题电子技术的发展微机技术的发展电子产品更新换代快7、变电站综合自动化技术的发展趋势 1）智能电子装置的发展及在变电站自动化领域的应用 间隔层测控单元、继电保护装置、测控保护综合装置、RTU等都可以将其作为IED 2）非常规互感器的发展及应用 结构简单，体积小，质量轻，易于安装；不含油，无易燃易爆危险；距离一次侧大电流较近的OCT光路部分由绝缘材料组成，绝缘性能良好。 3）IEC 61850标准的应用 为电力系统自动化产品的格局奠定了基础；使变电站信息建模标准化成为可能使信息共享具备了可实施的基础前提。4）网络通信技术发展与应用 电力系统二次设备不再出现常规功能装置重复的IO现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。5）电气设备状态监测与故障诊断技术的发展与应用6）视频图像监视技术的发展与应用 主要功能有：环境及设备监视。当预置点发生报警时，画面可自动切换到报警现场，监视报警点所发生的情况。红外图像测量，利用红外摄像机可以实现黑暗情况下对环境的监视，也可对相关设备的温度状况进行直观监察。移动物体监测。 附录：常规互感器与非常规互感器的比较二、间隔层IED装置问题一例： PSU-2000变电站综合自动化系统35/10KV线路保护测控单元主变主保护测控单元主变高压侧单元变压器中低压侧保护测控单元电容器保护测控单元（一）35/10KV线路保护测控单元 1保护部分1）电流速断保护2）定时限过电流保护3）三相一次重合闸4）低周减负荷（可用于终线端，也可用于联络线） 2监控部分（1 ）测量电流：Ia、Ib、Ic 功率：P（有功）、Q（无功）功率因数：COS 电度量：KWh、KVARh 全部测量量均由数据通道传送到前置机与后台机。电流、功率等数值还显示在机箱上的液晶显示器上。（2）控制 断路器“分”、“合”操作 手动开关或接收后台机远动命令。（3）事件顺序记录 当各类保护动作或所监视的开关状态发生变化时，装置将自动记录事件发生的时间及动作值，事件顺序记录将传至后台机进行存贮及处理。（二）主变主保护测控单元主要完成变压器的纵差保护，主变重瓦斯，主变轻瓦斯，调压重瓦斯，调压轻瓦斯，压力释放等保护功能。（三）主变高压侧单元 主要完成： 变压器的后备保护（复合电压启动的三相过流保护、零序过流保护、零序过压保护）； 各电气量：Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、Ia、Ib、Ic、P、Q、F、U0测量； 脉冲电度表脉冲数的累加； 高压侧断路器的控制等功能。（四）变压器中低压侧保护测控单元 设置有： 复合电压启动的过电流保护； 变压器的 Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、Ia、Ib、Ic、P、Q的测量； 脉冲电度表脉冲数的累加； 中低压侧断路器的控制等功能。（五）电容器保护测控单元 一套变电站综合自动化系统功能模块的典型硬件结构主要包括： 模拟量输入/输出回路、 微型机系统、 开关量输入/输出回路、 人机对话接口回路 通信回路 电源。 微型机系统 开关量输入、输出电路不同的计算机插件，一般都根据各自开关输入量的多少来设置开关量输入电路的回路数，并留有备用回路 通信回路用来完成各微机系统之间的通信及远动通信。2、保护、测控装置的硬件典型例子最大配置时箱内为7个插件:1）交流插件（AC）；2）模数变换插件（VFC）；3）专用故障录波CPU插件；4）保护CPU插件；5）继电器插件（RELAY）；6）逆变电源插件（POWER）；7）人机对话用CPU板（MMI）。基本配置为6个插件，专用故障录波插件空缺。 1）交流插件（AC）交流插件是引入一次系统电压互感器、电流互感器二次侧较强电信号，通过电压形成电路，变换成保护装置所需的弱电信号，同时利用变换器件起到较强电信号与弱电信号的隔离，起到抗干扰作用。2）模数变换插件（VFC）3）专用故障录波插件4）继电保护CPU插件 开关量输出（简称开出）分成两种： 一种是用于驱动出口及信号继电器的； 本装置设有两路告警，称告警和告警；告警用于检测到必须闭锁本CPU开出的致命异常状况时，告警用于不需闭锁开出的情况。5）继电器插件（RELAY） 6）电源插件（POWER） 直流220V和110V电压输入 利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5V、15V及24V。三、数据通信问题数据通信主要任务体现在两个方面 一个方面是：完成综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换。 另一方面是：完成变电站与控制中心的通信任务。 变电站综合自动化系统的通信内容： 变电站综自系统图：站控层间隔层远动工程师站Modem操作员站远动主站WMH-800WBH-801WXH-821FCK-801WXH-811（一）微机保护及测控装置与监控系统通信的主要内容：1）接受监控系统查询。监控系统定时查询各保护和自动装置，若能正确应答信号，则说明装置的通信接口完好，若超时应答、无应答或应答错误，则说明通信接口或保护装置本身出现故障。2）向监控系统传送事件报告。包括跳闸时间、跳闸元件、相别、故障距离、录波数据等，即具有远传数据功能，而且失电后这些数据还能保留。3）向监控系统传送自检报告。包括装置内部自检及对输入信号的检查。4）校对时钟。GPS对时5）修改保护定值。通过监控系统对保护定值的修改，必须经过系统上传、下装、返校、确认四个环节后，保护装置才准予修改，这四个环节每一步都要通过通信来完成。6）接受值班人员对保护投退的命令。值班人员投退保护实际上是投退保护的软连接片或修改整定控制字。7）保护信号的远方复归。值班人员复归远方保护信号，是通过遥控来复归信号继电器的。8）实时向监控系统传送保护主要状态。如功能投退状态、输入量值及保护动作信号等。9）测控装置接受值班人员从监控系统发出的遥控命令。执行对断路器、隔离开关分合，变压器有载调压开关升降的操作。10）测控装置将输入的交流电流、电压，直流电流、电压转换为数字量，经通信网络送入监控系统。11）测控装置将输入的各种开关量信号，经通信网络送入监控系统。（二）综合自动化系统与控制中心的通信内容 变电站向控制中心传送的信息通常称为“上行信息”； 而由控制中心向变电站发送的信息，常称为“下行信息”。1、并行数据通信 并行数据通信：是指数据的各位同时传送； 并行传输速度快，但是在并行传输系统中，除了需要数据线外，往往还需要一组状态信号线和控制信号线2、串行数据通信 数据一位一位顺序地传送。 在变电站综合自动化系统内部，各种自动装置间或继电保护装置与监控系统间，为了减少连接电缆，简化配线，降低成本，常采用串行通信。 1、 异步数据传输1在异步通信方式中，发送的每一个字符均带有起始位、停止位和可选择的奇偶校验位。用一起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束构成一帧1、 异步数据传输2 异步传输由于加入了起始位、停止位以及比特流间插入间隙而显得慢些。 但是这种方式既便宜又有效，这两大优点使得在低速通信中应用多。 2、 同步数据传输1 同步传送的特点：是在数据块的开始处集中使用同步字符来作传送的指示 2、同步数据传输2帧内的字节与字节之间没有间隙，需要接收方在解码时将比特流分解成字节 2、同步数据传输3 我国1991年发布的电力行业标准的循环式远动传输规约（简称CDT规约）规定： 采用同步传输方式 同步字符为EB90H 同步字符连续发3个，共占6个字节； 按照低位先发、高位后发； 每字的低编号字节先发、高字节后发的原则顺序发送。 远距离数据通信的原理现代数据通信系统的基本组成数据远传信息通道 1明线或电缆信道2。电力线载波信道 3微波中继信道 微波中断信道简称微波信道。微波是指频率为300MHz300GHz的无线电波，它具有直线传播的特性，其绕射能力弱。 4卫星信道 卫星通信的优点是不受地形和距离的限制，通信容量大，不受大气层骚动的影响，通信可靠。凡在需要通信的地方，只要设立一个卫星通信地面站，便可以利用卫星进行转接通信。 5光纤信道 其特点如下： 光纤通信优于其他通信系统的一个显著特点是它具有很好的抗电磁干扰能力； 光纤的通信容量大、功能价格比高； 安装维护简单； 光纤是非导体，可以很容易地与导线捆在一起敷设于地下管道内；也可固定在不导电的导体上，如电力线架空地线复合光纤； 变电站还可以采用与电力线同杆架设的自承式光缆。 电力系统特种光缆的种类 （l）光纤复合地线（OPGW）。又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。（2）光纤复合相线（OPPC）。虽然它们的结构雷同，但从设计到安装和运行，OPPC与OPGW有原则的区别。 （3）金属自承光缆（MASS）。金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。MASS作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导地线和对地的安全间距。它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量，也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。 （4）全介质自承光缆 （ADSS）。ADSS光缆在 220kV、110kV、35kV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。（5）附加型光缆（OPAC）。是无金属捆绑式架空光缆和无金属缠绕式光缆的统称。是在电力线路上建设光纤通信网络的一种既经济又快捷的方式。它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或10kV/35kV相线上可不停电安装；通信规约的含义 在通信网中，为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传输，在通信的发送和接收的过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、协调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约。 通信规约明确规范以下几个问题： （1）要有共同的语言。 （2）要有一致的操作步骤，即控制步骤。 （3）要规定检查错误以及出现异常情况时计算机的应付办法。 数据通信的差错控制 数据传输过程中噪声的影响 差错控制编码又可分为检错码和纠错码，前者是指能自动发现差错的编码，后者是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。 1.循环检错法。 2.检错重发法。 3.反馈检错法。 4.前向纠错法。 最简单和最常用的检错方法是奇偶校验。 如采用偶校验传送7位二进制信息，则在传送的7个信息位后加上一个偶校验位，如前7位中1的个数是偶数，则第8位加0，如前7位中1的个数是奇数，则第8位加1。在实际远动通信中，常使用循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）方法，它是对一个数据块进行校验，对随机或突发差错造成的帧破坏有很好的校验效果。串行数据通信及其接口 串行通信在数据传输规约“开放系统互联（OSI）参考模型”的七层结构中属于物理层。主要解决的是建立、保持和拆除数据终端设备（DTE）和数据传输设备（DCE）之间的数据链路的规约。 物理接口标准RS232D 串行通信端口（RS232）是计算机上的标准配置，通常有COM1与COM2两个端口，以前的计算机将COM1以9引脚的接头接出，而以25引脚的接头将COM2接出。新一代的计算机均以9引脚的接头接出所有的RS232通信端口。 计算机上的RS232均是公头，即使是25引脚也是公头，千万不要与其他设备弄混淆了（打印机连接端口也是25引脚，不过它是母头） 插口公头接口母头变电站信息传输的通信规约1 1循环式远动规约DL45191 , 是我国自行制定的第1个远动协议。 2基本远动任务配套标准IEC608705101（1995）, 一般用于变电站远动设备 RTU和调度计算机系统之间，能够传输遥测、遥信、遥脉、遥控、保护事件信息、保护定值、录波等数据。作为国家电力行业新的远动标准，101规约将在今后的一段时间内逐步被贯彻，取代原先部颁CDT规约的地位。 3IEC 608705104, 是将 IEC 608705101和由 TCPIP（传输控制协议以太网协议）提供的传输功能结合在一块，可以说是网络版的101规约。 4电能量传输配套标准 IEC 608705102 , 主要应用于变电站电量采集终端和电量计费系统之间传输实时或分时电能量数据。该标准目前已经在电能量计费系统中广泛应用。 5继电保护设备信息接口配套标准 IEC 608705103, 是将变电站内的保护装置接入远动设备的规约，用以传输继电保护的所有信息。 6、IEC61850,当前电力系统中，对变电站自动化的要求越来越高，变电站自动化系统在实现控制、监视和保护功能的同时，为了实现不同厂家的设备达到信息共享，使变电站自动化系统成为开放系统，还应具有互操作性。为方便变电站中各种IED的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。 目前，在电网监控系统中，国内主要采用两类通信规约： 循环式数据传送（Cyclic Digital Transmission）规约，简称CDT规约； 问答式（Polling）传送规约，简称POLLING规约。 四、监控系统应用问题监控系统的基本功能 一、实时数据采集与处理 模拟量的主要处理方式： 数字滤波 死区计算 越限比较 标度变换 数转换(将二进制数转换成十进制数)1、模拟量的采集 2状态量的采集与处理 反映变电站一次运行方式的断路器、刀闸、地刀位置信号，保护动作信号，各种异常信号，GIS组合电器状态信号，直流屏信号，重合闸信号，防火、防盗信号等。 二、运行监视、报警功能 运行监视 异常状态报警 报警方式主要有：自动推出画面、报警行、音响提示（语音或可变频率音响）、闪光报警、信息操作提示，如控制操作超时等。三、操作控制功能 对变压器分接头进行调节控制；对电容器组进行投、切控制。四、数据处理与记录功能五、事故顺序记录与事故追忆功能六、故障录波与测距功能七、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屏幕显示内容 （2）输入数据。 例如 TA和TV变比； 保护定值和越限报警定值； 智能自控装置的设定值； 运行人员密码。八、制表打印功能。 记录和制表打印 定时启动 事件驱动 召唤打印九、运行的技术管理功能。 主要体现在三个方面： 历史数据处理、存档、检索。 统计值处理。 累计值处理。累计值包括小时、日、月、典型日累计等。十、谐波的分析和监视功能。 监控系统的基本结构较简单的监控系统： 监控机 网络管理单元 测控单元 远动接口 打印机等部分组成。监控系统： 在无人值班的变电站，主要负责与调度中心的通信，使变电站综合自动化系统具有RTU的功能，完成四遥的任务； 在有人值班的变电站，除了仍然负责与调度中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。 间隔层主要是指现场与一次设备相连的采集终端装置，所有智能装置如备自投装置、微机综合保护装置、智能型直流系统和干式变压器温控仪、智能测控仪表、出线开关回路采用的信号采集器等设备均为间隔层的主要组成部分。 通讯层主要是指通讯管理机，由通讯管理机硬件装置和通讯管理机、通信线路、通信接入软件组成。通讯管理机的任务是实现与现场智能设备的通讯及与监控后台及调度主站的通讯。 监控层的任务是实时采集全站的数据并存入实时数据库和历史数据库，通过各种功能界面实现的实时监测、远程控制、数据汇总查询统计、报表查询打印等功能，是监控系统与工作人员的人机接口，所有通过计算机对配电网的操作控制全部在监控层进行。 操作员工作站是直接提供给操作员进行监控和各种操作的界面，可选配多屏；为调度员提供了所有功能的入口。规模较大的变电站 规模较大的变电站会以工作站的形式设有 当地维护工作站 工程师工作站 远动通信服务控制器等 专门用来完成系统维护与操作、软件开发与管理和与调度中心通信等任务。 4、监控系统结构举例1）采用标准通讯接口芯片通信的监控系统调试终端当地监控站监控主站GPS调制解调器间隔层12345C1CN （1）当地监控站（监控机、后台机） 实现对变电站运行状态的就地监视和控制功能。 （2）调试终端（工程师站） 进行各种参数设置，对通信报文、运行状态、遥测及遥信量进行实时监视和分析。 （3）调制解调器（MODEM、远动接口） 完成信号电平的转换，实现信息传递功能。 （4）GPS同步时钟装置 接收并输出一标准时间，使综自系统中的各个单元保持同步。 （5）监控主站（前置机、通信管理机） 进行通信规约的转换，沟通间隔层中各个单元与当地监控站、集控站、调度系统之间的联系。2）采用专用通讯网络的监控系统当地监控站（节点）监控主站（节点）保护测控单元1（节点）保护测控单元N（节点）网络总线监控系统结构举例后台监控软件 后台监控是变电站的实时监控中心，负责全所设备协调和管理的自动化； 历史数据处理(各种运行报表、重要设备的运行档案、各种运行参数特征值等)； 全所的人机对话(全所设备的的运行监视、事故和故障报警。对运行设备的人工干预及监控系统各种参数的修改和设置等)。监控系统的软件 应用软件1（1）网络管理软件。管理计算机之间的通信，提供运行方法的管理，计算机状态的管理，切换，协调、监视和控制等功能。（2）人机接口软件。 人机接口软件的功能有： 1）高分辨率的显示。 2）快速画面显示。 3）所有画面显示。产生所有类型的菜单和画面（单线图、棒图、趋势曲线、系统图和表格等）。 4）多重系统图。完成部分区域放缩，多级放缩，连续放缩功能； 应用软件2（3） 计算机通信支持软件。 任务是管理本系统所涉及的各种通信传输介质及各种传输协议，进行通信调度；并负责监测各传输通道的状态，提供通道质量数据。后台监控软件 画面编制软件：可制作和修改变电站的主接线图和各种电气控制原理图。 报表制作：变电站需测量、计算的电气参数很多，为了方便值班电工查看，制作了变电站运行日报表(可查看电流、电压、有功功率、电度表读数，功率因数等)，电能计量月报表(可查看设备每天的耗电量，月累计耗电量)，年报表(可查看设备的各种指标的年度数据)等。 数据库管理：实时数据库最重要也是最根本的功能是实时采集数据和对实时数据进行过滤、压缩、处理。 系统通讯和数据处理：负责与单元控制层设备和调度系统进行通讯，对系统中电量、非电量、故障、事故等信息进行采集、分配、传递、接收和处理。 安全运行监视及系统诊断：安全运行监视主要是监视变电站主要电气设备的运行情况，包括状态监视、越限监视、过程监视和设备故障监视。 安全运行监视及系统诊断： (1) 运行状态、越限监视:监视主要设备的运行工况、位置和参量。 (2) 过程监视:对主要设备的跳、合闸操作，各电压等级设备运行方式改变的倒闸操作等过程所经历的主要动作步骤予以监视，在CRT上显示并记录。(3) 当监控系统发生故障时给出提示、报警信息。显示器以不同的颜色区分不同的性质报警信号。事故报警为红色，故障报警为黄色，信号复归后为绿色。 (4) 故障和事故以不同的音响和语音报警，可手动解除或延时510s自动解除。 (5) 自动推出报警画面。 (6) 自动显示报警发生的时间、位置、报警内容以及报警性质。 (7) 自动转入数据库，形成故障、事故记录文件。 (8) 对于事故事件，实现循序记录。 人机联系和生产管理：值班人员通过主计算机、显示器、键盘、打印机等设备实现人机联系，对变电站生产过程进行安全监控、在线诊断以及监控系统进行调试、参数设定、并有在线帮助。监控系统人机联系界面友好、操作简单。当变电站多事故同时动作，则按优先级报警并自动排队。遥控操作 微机五防 问题微机五防：主要由主机、电脑钥匙、编码锁具等功能元件组成。五防主机：主机是误防系统的大脑，硬件一般采用微机，通过软件来实时接受运行数据，根据设置的条件判断是否满足条件来对电气设备进行操作。电脑钥匙：电脑钥匙接受主机生成的操作票，对相应的编码锁具进行操作，并为主机采集虚遥信。编码锁具：编码锁具包括电编码锁和机械编码锁，防止对电气设备误操作。防误挂锁 万能钥匙 能实现： 设备对位：自动检查模拟屏上设备的状态与现场设备的运行状态是否一致 模拟操作：在五防后台上进行具有“五防”判断能力的模拟预演操作。 打印操作票：能灵活、方便打印操作票。 五防闭锁：对于正确的操作步骤，电脑钥匙进行解锁，对于误操作电脑钥匙进行声光报警并闭锁。 操作汇报：操作结束后，电脑钥匙配合电脑进行设备对位于如断路器、刀闸、临时接地线、网门等。 智能解锁：所有操作均按带防误能力的智能解锁步骤进行，杜绝了因万能钥匙解锁而造成的误操作。五、可靠性问题可靠性是指：综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、归定的时间内完成规定功能的能力。如微机保护子系统的可靠性主要指不误动、不拒动；可靠性的表示：远动子系统的可靠性通常用平均无故障间隔时间来表示。 变电站综合自动化系统发展方向：完全分布式模式，二次设备安装就地化。安装于变电站一次设备现场的微机保护和测控装置必须长期不停地无故障运行，可靠性主要面临的2个问题：各种干扰引起的1）功能差错2）元器件损坏。若有一个元器件损坏，有可能造成保护误动或者拒动，该传送的信息也不能传送。 微机保护和测控装置既有数字部件又有模拟部件，干扰对模拟电路和数字部件所造成的后果是不同的：a) 模拟电路在干扰作用下往往使开关电路误翻转，在没有完善闭锁措施时将会导致误动作。b) 数字电路受干扰作用往往造成数据或地址传送错误，从而导致装置运行故障或功能障碍。 由此可见，干扰轻则造成数据传送错误，重则造成保护拒动或误动，都会严重危及电力系统的安全可靠供电。 保护和监控系统装置,特别是在就地安装的保护测控一体化装置,工作环境的干扰比较严重，因此提高保护和监控装置可靠性的重点应在抗干扰上。 正常情况下，变电站内自动化设备所受的干扰 系统内部干扰 电磁干扰 设计因素造成的干扰。 六、调试、运行、维护问题综合自动化系统的调试 自动化装置调试的目的是：自动化装置的调试内容一般有三个方面：综合自动化系统的运行管理 变电站综合自动化系统的管理可分为： 制度管理、运行管理、技术资料管理、设备管理、安全管理等。 变电站综合自动化的运行管理可分为： 日常管理、交接班管理、设备巡视管理、现场验收管理、测试与维护、故障处理和事故抢修管理等。 1、调度和运行人员要明确岗位职能 2、制订完善的运行巡检制度：应制订定期巡检制度，巡检周期可定为24小时一次； 3、执行运行规定：变电站综合自动化系统在运行中往往因装置使用不当等人为因素造成电力系统的不安全。因此，要制订相应的运行规程，需要值班人员按照相应规程去做。198 如：199(1)应定期核对遥测、遥信、遥控、遥调的正确性，进行主、备通道切换和通信网络的测试、标准时钟的校对、UPS蓄电池的充放电等维护，发现问题及时处理并做好记录。进行变电站例行遥信传动试验和对上级调度自动化系统信息及功能有影响的工作前，应及时通知有关的调度自动化值班人员，并获得许可。 变电站综合自动化系统日常运行监视的内容 微机监控系统的日常监控，是指以微机监控系统为主、人工为辅的方式，对变电站内的日常信息进行监视、控制，以达到掌握本变电站一次主设备、站用电及直流系统、二次继电保护和自动装置等的运行状态，保证变电站正常运行的目的。日常监控是变电站最基本的一项工作，每位运行人员都应了解微机监控系统日常监控的内容并掌握本监控系统的使用方法。 如：（1）监视变电站一次主接线及一次设备的运行情况； （2）监视设备的电气运行参数(如：有功功率、无功功率、电流、电压和频率等) 正常巡视检查项目 如： 1） 检查操作员站上显示的一次设备状态是否与现场一致。 2） 检查监控系统各运行参数是否正常、有无过负荷现象；母线电压三相是否平衡、是否正常；系统频率是否在规定的范围内；其他模拟量显示是否正常。技术管理内容 1应具备完整的技术文件； 2运行资料应由专人管理，并保持齐全、准确。 3运行中的装置作改进时，应有书面改进方案，按管辖范围经继电保护主管机构批准后方允许进行。改进后应做相应的试验，并及时修改图样资料和作好记录。 4电力系统各级继电保护机构，对所管辖的微机继电保护装置的动作情况，应按照电力系统继电保护及电网安全自动装置评价规程进行统计分析，并对装置本身进行评价。对不正确的动作应分析原因，提出改进对策，并及时报主管部门。 5电力系统各级继电保护机构，对直接管辖的微机继电保护装置，应统一规定检验报告的格式。对检验报告的要求应完整， 6为了便于运行管理和装置检验，同一电业局、发电厂的微机继电保护装置型号不宜过多。 735110kV电力系统微机继电保护装置应有基层局应用的经验总结，经网调复核并同意后，方可在网（省）电力系统推广应用，做到同一地区微机继电保护装置规范化和标准化。 8各电业局、发电厂对每一种型号的微机继电保护装置应配备一套完好的备用插件。 9投入运行的微机继电保护装置应有专责维护人员，建立完善的岗位责任制。综合自动化系统的使用与维护 一、综合自动化系统使用注意事项 综合自动化系统使用注意事项应从微机保护部分和后台机部分加以注意。 （一）微机保护装置的使用注意事项 （二）使用后台机注意事项 后台机是完成系统监测和控制的重要环节，为了保证整个系统的正常运行，特对后台机的使用提出以下要求： （1）严禁直接断电： （2）严禁乱删除或移动文件： （3）严