高速铁路电力变配电所自动化系统全解

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其 他 智 能 IED
间隔层环网的自动化系统网络结构
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。来自百度文库
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二、变电所自动化系统通信网络
3.网络结构
变电所自动化系统的网络结构和自动化系统采用的通信技术有关，和 变电所的规模有关，和智能装置采用集中组屏或分散安装有关，还和 厂家给每个智能装置的功能分配有关。另外变电所中还有一些其它的 智能设备如交直流屏，智能电度表、一次设备在线监测装置等，它们 的信息也可以通过通信接口接入变电所自动化系统中，这些设备一般 都是第三方厂家的产品，我们将其称为智能设备，或称其为第三方设 备。
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其 他 智 能 IED
二、变电所自动化系统通信网络
1.通信概述
➢变电所自动化系统通信的要求 变电所通信网络的要求
快速的实时响应能力 高的可靠性 优良的电磁兼容性能 分层式结构
信息传输响应速度的要求
我国电力行业标准DL/T5149-2001“220～500kV变电所计算机监控系统 设计技术规程”的规定，模拟量越死区传送≤2秒；遥信变位和状态告 警信号传送≤2秒；全系统实时数据扫描周期≤2秒；变电所画面整幅调 用响应时间：实时画面≤1秒；其他画面≤2秒。
信息管理系统
HUB/交换机 变电所层 间隔层
HHUUBB/M/MAAUU
NNICIC
间隔层保护测控装置
网络通信 服务器
。
%%UUTTILILIZIZAATTIOIONN
TTAABB
GGDD RREEIIFF
JJAA MM77
KKBB LLCC NN88 OO99
EENRRNUTUTENENRR PPRRININTT
GPS
远动管理机
以太网
MIS 通信管理机 光纤接入以 太网交换机
变电所层 间隔层
以太网光纤双环自愈环网
间隔层保护测控装置
通用通信装置
HUB/MAU
NIC
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TAB
GD RE I F
JA KB LC M7 N8 O9
ERNUTENR PRINT
GD GD GD HELP 4BMNbC/s GD T2 U3 ALPHA
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 现场总线技术（背景）
采用RS422/RS485通信接口虽然可实现多个节点（设备）间 的互连，但连接的节点数一般不超过32个，在变电所规模稍 大时，便满足不了自动化系统的要求 在多节点下其通信方式只能采用查询方式，即由主机查询， 保护单元或自控装置应答，通信效率低，难以满足较高的实 时性要求 整个通信网上只能有一个主节点对通信进行管理和控制，其 余皆为从节点，这样主节点便成为系统的瓶颈，一旦主节点 出现故障，整个系统的通信便无法进行
2.结构形式
➢ 分层分布式结构的几种方式 系统集中组屏 分散安装与集中组屏相结合 全分散模式
全分散式的自动化系统是指以变压器、断路器、母线等一次 主设备为安装单位，将保护、测量、控制、闭锁等功能单元 就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控制室内 的变电所层设备通过网络与这些分散的单元进行信息交换。
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 工业以太网 以太网是我们经常提到的局域网LAN（Local Area Network）的 一种，有四种体系结构在局域网中占主导地位：以太网、令牌总 线、令牌环、光纤分布式数据接口（FDDI）。
IEEE将数据链路化分为两个子层：逻辑链路控制层LLC（Logic Link Control）和介质访问控制MAC（Media Access Control）
（1）故障记录功能； （2）统一时钟对时功能，以便准 确记录发生故障和保护动作的时间； （3）存储多种保护整定值； （4）当地显示与多处观察和授权 修改保护整定值； （5）故障自诊断、自闭锁和自恢 复功能。
一、变电所自动化系统的组成
2.结构形式
➢ 分层分布式结构的概念
所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功
1.通信概述
➢ 变电所自动化系统通信子系统功能
变电所和调度中心的信息交换
（1）遥测信息，变电所上送模拟量的相关信息。 （2）遥信信息，变电所上送开关位置信号、有关状态信号、保 护动作信号等。 （3）遥控命令，调度中心下发命令控制断路器、隔离开关位置， 保护装置的保护元件的投入/退出，装置复归等。 （4）遥调命令，调度中心下发命令改变变电所设备的工作状态 和参数调整。
一、变电所自动化系统的组成
集中组屏的铁路配电所自动化系统结构图
一、变电所自动化系统的组成
监控子系统
调度中心
变电所层
远动管理机
通信网络
开关柜
间隔层
1#进线 保护测
控装置
过程层/一次设备
开关柜
调压器 保护测 控装置
开关柜 间隔单元开关柜 开关柜
馈线保 护测控
装置
。。。。
自闭贯通 线保护测
控装置
开关柜
星型以太网自动化系统结构
二、变电所自动化系统通信网络
故障信 息系统
继电保护工程师站
当地监控单元
远动主站
调度 GPS
以太网光纤自愈环网
变电所层
网关
网关
协议转换器
保护、测控设备 保护、测控设备
保护、测控设备 保护、测控设备
HUB/MAU
NIC
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TAB
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一、变电所自动化系统的组成
变电站自动化系统： 7个功能组：
➢ 控制、监视功能 ➢ 自动控制功能 ➢ 测量表计功能 ➢ 继电保护功能 ➢ 与继电保护有关的功能 ➢ 接口功能 ➢ 系统功能
一、变电所自动化系统的组成
铁路变配电所3个子系统：
➢ 监控子系统 ➢ 继电保护子系统 ➢ 通信子系统
通信子系统包括系统内部现场 级的通信和系统与上级调度的 通信两部分。
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 现场总线技术（缺点）
不同的现场总线都有其产生的背景和应用领域，在变电所自 动化系统中，各个厂家采用的现场总线也各不相同，这就造 成了在同一变电所中，不同厂家的智能装置必须通过网关进 行转换才能通信，使装置的互换和互操作成为问题。另外作 为监控系统的主机一般采用通用计算机，只具备串口、以太 网接口，并没有现场总线接口。装置并不能直接和监控计算 机进行通信，必须使用网关或插卡进行接口转换。
能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现
数据通信。
监控子系统
调度中心
➢变电所分层结构
变电所层
远动管理机
变电所自动化系统按照
设备的功能被分为三层：
变电所层、间隔层（或
间隔层
称单元层）、过程层
（或称设备层）
过程层/一次设备
保护、测控设备
通信网络 保护、测控设备
变电所分层结构
一、变电所自动化系统的组成
M7 N 8 O9 GD GD GD BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 V0 W. X Y Z
ENTER RUN
PRINT HELP ALPHA SHIFT
保护、测控设备 间隔单元
保护、测控设备 间隔单元
智能设备
主干环网的自动化系统结构
间隔层
二、变电所自动化系统通信网络
调度中心
牵引供电运营管理系统 当地监控系统
三、变电所自动化系统通信协议
变电所自动化系统的通信有间隔层设备和变电所层设备的通信， 变电所与调度中心的通信，这两者的通信规约是不一样的。间 隔层设备之间、变电所层内部的通信不在变电所自动化系统通 信规约讨论的范围内。
1. 变电所层和间隔层设备通信的内容
➢ 故障信息 ➢ 整定值功能 ➢ 事件、自检信息 ➢ 历史数据查询功能 ➢ 其他功能
母联保 护测控
装置
开关柜
并补保 护测控
装置
铁路电力配电所全分散安装结构图
二、变电所自动化系统通信网络
1.通信概述
➢ 变电所自动化系统通信子系统功能
变电所内的信息交换 现场一次设备与间隔层间的信息传输 间隔层内部的信息交换 间隔层之间的信息交换 间隔层与变电所层的信息交换 变电所层内部信息交换
二、变电所自动化系统通信网络
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 现场总线技术（种类）
目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA， 德国西门子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的 LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN， Rosemounr公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公 司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface）， MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF： FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等 等。
TCP/IP协议的体 系结构分为四层： 应用层、传输层、 网络层和链路层
TCP/IP和OSI模型
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 工业以太网
工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满 足控制功能对实时性的要求，即信号传输要足够的快和满足 信号的确定性。 所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即 IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、 产品的强度、适用性及实时性、互操作性、可靠性、抗干扰 性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。
➢ 变电所自动化的通信装置 ➢规约转换器/网关 ➢通信管理机 ➢远动管理机
二、变电所自动化系统通信网络
3.网络结构
➢ 变电所自动化系统的以太网网络结构形式
➢星形结构
➢星型环网结构
调度中心 GPS
➢间隔层环网的以太网结构
EEtthheerrnneett
当地监控系统
CC 77889911001111122
77xx 88xx 99xx 1100xx 1111xx 1122xx
77xx 88xx 99xx 1100xx 1111xx 1122xx
AA 112233445566
11xx 22xx 33xx AA 44xx 55xx 66xx
11xx 22xx 33xx BB 44xx 55xx 66xx
通信管理机
高速铁路电力变配电所 自动化系统
电气工程学院 林国松
目录
一、变电所自动化系统的组成 二、变电所自动化系统通信网络 三、变电所自动化系统通信协议 四、变电所自动化系统站控层 五、监控子系统实例
一、变电所自动化系统的组成
1.概述
变电所自动化系统是将变电所的二次设备（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，实现对全所设备的自动监视、自动测量、自动控制 和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。
三、变电所自动化系统通信协议
2. 通信规约介绍
➢ 间隔层设备通信规约 规约结构
IEC 60870-5-103“继电保护设备信息接口配套标准”是其工作 的一部分，它规定了继电保护设备（或间隔单元）的信息接口 规范。该标准被等同采用为我国的国标，标准号为DL/T 6671999。
LAN和OSI模型比较
IEEE802标准体系
二、变电所自动化系统通信网络
2.常用的通信技术
➢ 工业以太网
TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol）是传输控 制协议/网际协议的简称，最早是美国国防部的高级研究规划 局ARPA（Advanced Research Projects Agency）制定的，现在 广泛地应用于计算机之间的网络连接和通信，是事实上的通信 标准。