变电站监控系统学习总结
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模拟量输出回路:CPU、接口电路、锁存器、D/A转换器、放大电路组成。
主要用于将CPU处理的模拟量由数字量转换为模拟量用于生产的过程。
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• 开关量输入回路:包括断路器、隔离刀闸、跳合位继电器的触点、变压 器的分接头位置等。其基本原理是将来自监控对象的各种无源触点信号经过
光电耦合电路隔离后变换成二进制信号输入到CPU中处理。分为(1)单位置
变电站在线监控系统 学习总结
一、在线系统的概述
• 为保证变电站的安全与经济运行,在站内建有监视、测量、控制与保 护系统,实现对站内的一次设备的运行管理。变电站的监控系统经历了传统 电磁式继电系统与人工电话联系,远方终端自动化设备的远动技术设备监控
的阶段,发展到今天的计算机监控系统。
• 计算机监控系统是一门综合技术的成果,它是计算机技术、自动化技 术、图形显示技术、通讯技术的综合运用。根据设计思想的不同,计算机监
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五、间隔层设备
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1、间隔层设备的定义、组成:间隔层设备是按变电站的电气间隔来配置
的,它实现了对相应的电气间隔的测量、控制、保护、以及其它的辅助功能。
分为测控装置、保护装置与测控保护合为一体的综合装置、其它一些智能装
置如小电流选线装置、直流屏自动监控装置等。
• 2、测控装置的图片及组成如下所示:
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变电站自动化系统包括计算机监控系统、继电保护及自动装置、通讯系统 等设备。其中计算机监控系统是变电站自动化系统的重要组成部分,通过通 信系统与站内的自动化设备相连接,完成变电运行与管理。监控系统有以下 特点:1、输入回路将各种信息转化为数字信号,并通过计算机通信网络进行 数据交换,操作员通过人机对话实现在线信息共享。2、采用模数变换、数字 滤波、数字处理技术、保证各种测量值的精度,采用防抖动技术、冗余技术、 在线自检、自诊断技术,实现了监控的准确度和可靠性。3、变电站设备运行、 故障信息、设备操作等信息采用屏幕显示技术在线显示,值班人员可以全面
分层分布式监控系统的基本结构(如图所示)
站 控 层
监控后台
以太网 总控单元 间 隔 层 现场总线
测控装置
保护装置
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监控系统由站控层与间隔层构成。用分层分布网络连接。站控层为全站 设备监视、测控、管理中心,站控层与监控层的通讯可以通过光缆或双脚下 直接连接,也可以通过前置装置(总控单元,即我们平时所说的通讯管理单 元)连接。间隔层按照不同电压等级和电气间隔单元,分散安装在各自的单 元继电器室上,独立完成间隔层设备的测控保护功能。由此可见每层由不同 的设备与子系统构成,完成相应的功能。 分层分布系统中的分层是指将电气设备按不同级别组织起来,是控制与 被控制的关系。在监控系统中是站控层与间隔层的物理层次关系。分布是指 系统的构成在资源逻辑和拓扑结构上的分布,它强调资源信息、功能、控制 的全面分布。 分层分布系统的优点是:功能的分布表现在某一设备发生故障时,只影 响故障单元。而不会影响整个系统,降低了危险性,提高系统安全性、可靠 性。功能上相对独立,不完全依赖通信系统,减少了对通信单元的负荷,有 利于通信系统的快速运行。双网运行增加了通信系统的稳定。
外 部 接 点 闭 合
开 关 量 形 成 回 路
光 电 隔 离 回 路
接 口 电 路
C P U
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接口电路的作用:是CPU和外设信息交换的桥梁,通过接口电路计算机与 外部设备进行信息交换。其作用(1)实现CPU与不同外设的速度匹配。(2) 把外设的的电平信号转换成统一的TTL电平信号。(3)信号变换将模拟量信 号成数字信号。(4)计算机通讯时进行串行/并行数据的转换。
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测控装置由模拟量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、微型机系统 模块、电源模块、通讯模块组成。
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• 变电站的模拟量主要有三种类型:(1)工频电气量如交流电压、交 流电流。(2)变化缓慢的的直流电气量如直流电压、电流。(3)变化缓慢
的非电气量如温度、压力。这些模拟量都是随时间连续变化的物理量,但是
低通 滤波
采样 保持
多 路 转 换
A/D 转换
CPU
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• 模拟量的交流采样就是将连续的周期信号离散化,用一定的数学算法对 离散的信号进行分析。方法是将连续的时间信号的一个周期T分解成N个等分 点,每隔N/T时间进行一次采样,再经模数变换后输入CPU处理,计算得到所 需的数据。每30度/15度角采集一次,按工频周期0.02s计算,30度角采 集一次的时间就是0.02/12约为1.67ms。过程为首先把时间的连续信号按一定 的采样时间变换成离散的时间序列信号,称之为时间取量化,然后再将这些 离散的时间信号转换成二进制的数字信号称之为幅值取量化。 •
时查询、中断响应两种方式。
• • 定时查询:CPU查询外设状态“准备好“后进行数据的存、取。
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• 中断响应:通过硬件改变CPU程序运行方向,运行中由于CPU以外的原因必 须中断当前程序,进行高级程序的执行,在完毕后再进行中断的程序。
监控后台
总控单元
调度中心
测控单元
保护单元
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集中式监控系统以变电站为对象,面向功能设计。即各系统功能都以整个 变电站为一个对象集中设计,而不是以变电站内的某一个间隔为对象独立配 置的。把整套综合自动化系统按其不同的功能将间隔层按对象划分组装成多 个屏(柜),例如:变压器保护屏、线路保护屏、直流屏等。这些控制保护 屏一般都安装在主控室中,又简称“分布集中式结构”。
四、变电站监控系统的基本结构
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变电站监控系统是随着电子技术、计算机技术、通讯网络技术的发展不 断改变与完善的。其基本结构经历了集中式与分层分布式的过程。
• • 1、集中式监控系统的基本结构(如图所示):
三、监控系统模式的结构
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面向功能设计的分布式监控系统:由后台机、总控单元、测控保护装置 组成,集中组屏安装。该系统的测量采用的是交流采样技术,其中相关的一 些模拟量采用数字处理技术运用数学计算获得。主要用于110KV及以下电压等 级的变电站。
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集中结构并非指一台计算机完成全部功能,例如上图所示中的测控单元、 保护单元就是由不同的计算机来完成的。多数传统变电所在改造初期都采用 这种集中式结构,但这种结构有以下不足:(1)总控单元任务繁重、引线多, 是一个信息‘瓶颈’,降低了整个系统的可靠性。(2)在总控单元故障情况 下,将失去所有信息及功能造成监控系统无法正常工作。随着变电站监控系 统的发展,集中式结构已经被淘汰不在使用了。
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5、时钟同步功能:保证站内电网系统时钟统一,是保证安全可员通过键盘与鼠标就可以了解站内设备的运行状 态和参数,并进行操作控制。同时还可以进行智能管理,实现数据的二次开 发进行记录分类、各种报表、曲线、等信息记录。
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7、通讯功能:通过局域网技术、现场总线技术等实现站内信息共享。
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面向间隔和面向对象的分层分布式监控系统:由站控层、间隔层组成, 用分层分布、开放式网络实现连接。间隔层由若干按间隔配置的测控(保护) 装置组成。(保护与测控有的是分开的)集测量、控制、监控、保护功能于 一体,并且面向对象设计。各个测控保护装置对应于本间隔设备实现数据采 集与处理、操作控制、保护的功能。站用层由后台主机、操作员站、其它各 种功能站组成。它通过计算机通讯网络完成与间隔层的通信实现间隔层设备 的管理控制功能,提供站内值班员的的人机对话功能,形成全站的监控与管 理。
信号如一些告警信号。(2)双位置信号如开关的状态信号,在变电站综合自 动化技术中还保留着传统变电站的信号形式,传统战中开关的跳合闸位置由 指示灯和机械位置指示来显示的。在监控系统中保留着这些指示信号,它通 过后台显示器上的图形符号的变换域闪烁来替代。(3)BCD编码信号。 •
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开关量输入回路如下所示:
CPU只能识别数字量,因此模拟量信号就必须转换成数字量才能输入到CPU中 进行处理。模拟量的采集分为直流采样与交流采样,目前大多采用交流采样。
一般测控装置装有8路交流量输入回路(采集Ua、Ub、Uc、Uo、Ia、Ib、
Ic、Io)。 • • 模拟量输入回路如下图所示:
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P T
电压形成 回路
C T
电压 形成 回路
3、报警处理功能:监控系统能反应出各列故障的“事故信号”,设备异 常、缺陷的预告信号。以便值班人员根据信号的性质做出正确的判断与处理。 根据内容与性质的严重程度分为:设备事故与异常预告信号、将控系统自诊 断告警信号、通讯系统故障信号。报警输出的信息分类、分层管理,以便值 班员的查阅和索检,用于监视与运行分析。 4、事件顺序记录(SOE)及事故追忆功能:SOE是带有时标的信息,记录 设备状态变化的信息和动作顺序,是核对开关、保护动作的重要依据。事故 追忆记录了事前1min和事故后2min时间段内的模拟量值,是进行事故分析的 重要依据。
总控单元工业交换机通信管理机监控后台总控单元调度中心测控单元保护单元测控装置保护装置监控后台总控单元现场总线以太网站控层间隔层ptct电压形成回路电压形成回路低通滤波采样保持多路转换ad转换cpu外部接点闭合开关量形成回路光电隔离回路接口电路cpu总控单元测控装置智能装置现场总线串行接口装置间隔层公用信息站站控层以太网3监控系统常用的通信技术
监视与操作,取代了常规中央信号系统、计量屏、控制屏、等设备,为值班
员提供了方便直观的监控条件。4、计算机监控系统还可以提供电压无功自动 调节、报表生成、故障自动记录等功能,并与其它子系统相结合实现功能综
合化。(如我分厂的保护子系统、小电流选线系统、光纤测温系统等)。
二、变电站监控系统的基本功能
• 1、数据采集与处理功能:用来完成模拟量、开关量、以及其它的智能电子装 置数据的采集与处理,是变电站监控系统得以执行其它功能的前提与基础。 数据的采集由两种方式。其一是通过测控装置获取数据,即面向一次设备 采集模拟量、开关量(如CT、PT、的电压与电流信号,变压器的油温、分接 头的档位、开关的位置等)经过间隔层设备的处理,输入到实时数据库中。 二是面向智能设备通过通讯接口直接获得数据导入数据库。 数据采集的形式:(1)模拟量的采集:有两种形式即交流与直流两种形式。 交流采样是将交流电压、电流信号直接接入采集单元,不经过变送器。直流 采样是将温度、压力、交流电压、电流等外部信号,经变送器转换成适合采 集单元的处理的直流信号后,在进入数据采集单元。(2)开关量的采集:有 两种形式即光电隔离电路输入与硬接线点对点采集(二—十进制码即BCD码形 式)计算机监控系统通过相关的设备开关量的采集、处理、判别、显示或出 发相应的告警声光信号,实现对设备运行状态的显示及异常状态的告警和记 录功能。开关、刀闸的位置信号,继电保护装置、自动装置的动作、报警、 运行监视的状态信号都是通过光电隔离电路输入的有些重要信号如变压器的 分接头的位置信号则以硬接线方式输入。(3)通过通信接口采集:通过通信 接口采集各种智能设备的信息,再由监控系统进行处理。如直流系统、电能 数据、以及一些子系统数据(我分厂110KV站的消弧线圈、光纤、红外线测温、 小电流选线、干熄焦发电站的故障录波、失步解列电压频率紧急安全装置、 10KV站的过压消弧装置、无功自动补偿装置等)。
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2、控制操作功能:操作控制分为手动控制、自动控制两种。监控系 统操作对象一般为站内一次设备、保护、自动装置、二次回路的操作控制与 运行软件自动控制的设备。手动控制包括站内遥控操作、远方操作。、就地 操作三种。操作级别由低到高,相互闭锁,同一时间只能进行一级操作。自 动操作包括按固化程序进行的倒闸操作和自动调节控制操作。如无功自动调 节、程序化的倒闸操作。
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开关量输出回路:其基本原理是CPU发出控制命令经逻辑出口电路输出经 光电隔离后去驱动出口继电器的触点动作。实现的功能有遥控开关的操作、 防误闭锁的操作等。
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通讯接口(模块)的作用:将测控装置采集的数据和运算的信息输送到
站控层,接受站控层的查询和控制命令。
• • 微机型系统(CPU)作用:进行逻辑判断与运算。其处理数据的方法有定
控系统分为两种模式,面向功能与面向间隔和面向对象的分层分布式的监控
系统。 • 为实现变电站数字化发展的趋势,根据IEC的标准将变电站的自动化系
统分为3层:变电站层、间隔层、过程层。变电站层设备由带数据库的计算机、
操作员工作台、远方通讯接口组成,间隔层设备由每个间隔的控制、保护或 监控单元组成,过程层由远方I/O智能传感器和执行器组成。其发展方向是实 现“面向对象、自我描述”、即插即用和无缝通信连接,在工业控制通信上 最终实现“一个世界、一种技术、一个标准。