综合自动化系统

77xx 88xx 99xx 1100xx 1111xx 1122xx 11xx 22xx 33xx BB 44xx 55xx 66xx
HUB
变电站层
网络通信 服务器
间隔层
HHUUBB/M/MAAUU
NNICIC
。 。 。
%%UUTTILILIZIZAATTIOIONN
TTAABB
GGDD RREE I I FF
◆100M工业以太网
◆智能化的一次设备
◆网络化的二次设备
◆集成保护系统
开关控制输出 YK
5
二、综合自动化系统的构成 ⒈系统构成
调 度 端
当地监控
视频通信单元 远动管理机
视频监控单元
以太网
间隔层通信网络
GPS
交换机
1＃主变
主 保 护
后 备 保 护
主 变 测 控
2＃主变
主 保 护
后 备 保 护
主 变 测 控
工具软件
②现场总线通信网络采用的是 IEC60870-5-103规约的查询方式进 行通信，而以太网通信网络采用 IEC60870-104规约的主动上送方式 ，采用TCP协议保证传输的可靠性 。
调度中心
牵引供电运营管理系统 当地监控系统
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
调度中心
GPS
微机通信 管理装置
间隔层保护测控装置 18
当地监控系统 信息管理系统
EEtthheerrnneett
CC 7788 99110011111122
AA 1122 33445566
77xx 88xx 99xx 1100xx 1111xx 1122xx 11xx 22xx 33xx AA 44xx 55xx 66xx
。
。
HUB/MAU
NIC
% UTILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
ENTER RUN
M7 N8 O9 PRINT
GD GD GD HELP BNC 4Mb/s GD T 2 U3 ALPHA
V0 W.X Y Z SHIFT
其 他 智 能 IED
17
⑵星型以太网系统结构
2＃ 主 变 盘
计 量 盘
交 流 盘
直 流 盘
wenku.baidu.com
间隔层通信网络
控制室
高压室
牵引变电所
高压电气设备
11
⒊集中式无人值守模式 ◆视频监控单元 ◆自动灭火单元 ◆集中式保护测控单元 ◆当地监控单元
调 度 端
视 频 盘
当 地 监 控 盘
1＃ 主 变 盘
并 补 盘
馈 线 盘
2＃ 主 变 盘
计 量 盘
交 流 盘
电力系统微机保护
西南交通大学电气工程学院
1
第七章 综合自动化系统
主要内容 ◆综合自动化系统发展概况 ◆综合自动化系统的构成 ◆综合自动化系统的主要功能 ◆综合自动化系统的应用模式 ◆所内通信
2
一、自动化系统的发展概况
⒈ 发展概况 ⑴分立元件的自动化装置阶段
◆20世纪70年代以前 ◆主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成 ◆各装置独立运行，互不相干 ◆缺乏智能性，没有故障自诊断能力 ⑵智能自动装置阶段 ◆微机保护装置、微机远动装置 ◆具有故障自诊断能力 ◆独立运行，不能资源共享 ⑶综合自动化系统阶段 ①综合自动化系统的定义 ◆二次系统的功能进行组合与优化设计 ◆自动监视、自动测量、自动控制和保护 ◆与调度系统通信
NNICIC
%%UUTTILILIZIZAATTIOIONN
TTAABB
GGDD RREE I I FF
JJAA KKBB LLCC
EENRNRTUTUENENRR
MM77 NN88 OO99 PPRRININTT
GGDD GGDD GGDD HHEELPLP
BBNNCC 44MMbb/s/s
GGDD
3
②国外发展概况
◆始于20世纪70年代
日本的SDCS-1系统；西门子的LSA678系统；ABB的SCS100系统（中低压）、
SCS200系统（高压）
◆最新进展（基于IEC61850 ）
主要特点：半数字化
ABB的MicroSCADA Pro变电站自动化系统（SYS600）
间隔层：IED670系列智能化微机保护及控制装置
主 变 测 控
2＃主变
主 保 护
后 备 保 护
主 变 测 控
1＃主变 2＃主变
高压设备 高压设备
室外保护测控设备
室外高压电器设备
牵引变电所
10
⒉集中式有人值班模式 ◆集中式保护测控单元 ◆当地监控单元 ◆中央信号 ◆显示表计
调 度 端
视 频 盘
当 地 监 控 盘
1＃ 主 变 盘
并 补 盘
馈 线 盘
9
四、综合自动化系统的应用模式 ⒈分散式无人值守模式
◆视频监控单元 ◆自动灭火单元 ◆分散式保护测控单元 ◆当地监控单元
调 度 端
视 频
监 控
馈线1 保护测控
馈线2 保护测控
馈线n 保护测控
交 直 流
防 灾
控制室
并补1
并补2
保护测控
保护测控
高压室
间隔层通信网络
动力变 保护测控
1＃主变
主 保 护
后 备 保 护
M7 N 8 O9 PRINT
GD GD GD HELP BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 ALPHA
V0 W.X Y Z SHIFT
。
。
HUB/MAU
NIC
% UTILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
ENTER RUN
M7 N 8 O9 PRINT
GD GD GD HELP BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 ALPHA
TT22
UU33
AALPLPHHAA
VV00 WW.X.X YYZZ SSHHIFIFTT
其 他 智 能 IED
⒋ 综合自动化系统中的通信协议
⑴间隔层：通信管理机和保护测控装置 ◆使用103协议，按照查询方式
⑵ 变电站层：通信管理机和监控系统 ◆TCP方式，使用104协议，主动上送 ◆UDP方式，按照101查询方式
西门子的SICAM PAS系统
间隔层：SIPROTEC系列间隔控制单元
③国内发展概况
◆以RTU为基础的变电站自动化系统
彩显
键盘
打印机
微机（当地监控系统）
鼠标
调度中心 MODEM
RTU
变压器分接头调节
交直流采样 开关量采集 电能表脉冲采集 开关控制输出
YC
YX
YM
YK
4
◆集中式变电站自动化系统
打印机 调度中心 MODEM
JJAA KKBB LLCC
EENNTTEERR RRUUNN
MM77 NN88 OO99 PPRRININTT
GGDD GGDD GGDD HHEELPLP
BBNNCC 44MMbb/s/s
GGDD
TT22
UU33
AALPLPHHAA
VV00 WW.X.X YYZZ SSHHIFIFTT
HHUUBB/M/MAAUU
HUB
网络通信 服务器
变电站层
间隔层
HUB/MAU
NIC
。 。 。
% UT ILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
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
调度中心
牵引供电运营管理系统 当地监控系统
GPS 远动管理机 通信管理机
MIS 以太网 通信管理机 交换机
通信管理机
LonWorks光纤双环自愈环网
间隔层保护测控装置
通用通信装置
变电站层
间隔层
HUB/MAU
NIC
。
% UTILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
ENTER RUN
馈线
保 护 测 控
并补
动力变
保
保
护
护
测
测
控
控
牵引变电所
6
通信管理机
通用测控
测 控
交直流
⑴变电所层 ①当地监控单元 ◆当地监控功能 ◆系统维护功能 ◆实时及报表打印功能 ②远动通信单元
⑵间隔层 ①牵引主变压器单元 ◆保护功能 ◆测量功能 ◆控制功能 ◆故障录波和负荷录波功能 ◆备用电源自投功能 ②馈线单元 ◆保护功能 ◆测量功能 ◆控制功能 ◆故障录波和负荷录波功能 ◆故障测距功能
③并补单元 ◆保护功能 ◆测量功能 ◆控制功能 ◆故障录波和负荷录波功能
7
⒉综合自动化系统的特点 ◆功能综合化 ◆分层分布化结构 ◆操作监视屏幕化 ◆运行管理智能化 ◆通信手段多元化 ◆测量显示数字化
⒊综合自动化系统的优点 与传统的微机保护+RTU自动化系统相比，综合自动化系统具有如下优
点： ◆提高牵引变电所的安全、可靠运行水平 ◆提高牵引供电系统的运行管理水平 ◆降低造价，减少总投资 ◆促进无人值班变电所管理模式的实行
⑶远动通信：变电所和调度端 ◆将103协议数据转换为101协议数据 ◆数据过滤，调度端不需要所有综自数据
⑷智能设备通信：其他厂家设备接入综自系统 ◆采用标准或自定义协议
19
HUB/MAU
NIC
% UT ILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
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
其 他 智 能 IED
⒊ 工业以太网
⑴光纤双环自愈以 太网系统结构 ①保护、测控装置的以太网通信 速率为10M，在光纤环网上的速 度为100M，远远大于LonWorks总 线的1.25M的速度。
以太网光纤双环自愈环网
变电站层 间隔层
间隔层保护测控装置
通用通信装置
HUB/MAU
NIC
。
% UTILIZATION
T AB
GD RE I F
J A KB L C
ENTER RUN
M7 N8 O9 PRINT
GD GD GD HELP BNC 4Mb/s GD T 2 U3 ALPHA
V0 W.X Y Z SHIFT
V0 W.X Y Z SHIFT
其 他 智 能 IED
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⒉ CAN总线
⑴主要特点 ◆CAN总线为多主工作方式
任一节点可在任意时刻主动向其他节点发送信息。它采用总线仲裁技 术，当网络出现冲突时，优先级高的节点可继续传输数据，优先级低的 节点则主动停止传输，从而避免了总线冲突。 ◆CAN总线的信号传输采用短帧结构
直 流 盘
间隔层通信网络
高压室
室外高压电气设备
牵引变电所
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六、所内通信 ⒈ LON现场总线
⑴主要特点 ◆支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质 ◆网络协议LonTalk提供了一个固化在芯片内的网络操作系统处理全部的通信 任务，提供给用户的是一个简单的网络应用接口 ，一帧最大数据228个 ◆ LonTalk寻址体系由域、子网、节点三级构成 ，节点还可编成组 。采用 域/子网/组/节点的编址方式，组网方式灵活一个域的最大节点数＝255（子网 数）x127（节点数）=32385
8
三、综合自动化系统的主要功能 ⒈监控子系统
◆数据采集功能 ◆事件顺序记录功能 ◆故障记录、故障录波和测距功能 ◆操作控制功能 ◆安全监视功能 ⒉继电保护子系统 ◆故障记录功能 ◆统一时钟对时功能 ◆存储多套整定值 ◆当地、远方修改整定值 ◆故障自诊断、自闭锁和自恢复功能 ⒊通信子系统 ◆所内通信功能 ◆与调度端通信功能
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⑵ CAN总线网络
当地监控系统 信息管理系统
调度中心
GPS
CAN A CAN B
微机通信 管理装置
间隔层保护测控装置 16
E thern et
C 7 8 9 101112
A 12 3456
7x 8x 9x 10x 11x 12x 1x 2x 3x A 4x 5x 6x
7x 8x 9x 10x 11x 12x 1x 2x 3x B 4x 5x 6x
每帧有效字节数为8个，传输时间短，受干扰的概率低，当节点严重 错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点和总线的联系，使总线上其 他节点的通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。存在的问题是对大容 量的综合自动化监控信息，必须进行多包传输才能完成
◆ CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个 。
13
⑵光纤双环自愈LON现场总线网络 ①远动管理机 ◆收集间隔层装置的信息，并上 送调度系统； ◆转发调度系统的控制命令等 ② MIS管理机 主要功能：收集间隔层装置的信 息，将这些信息实时上送到牵引 供电运营管理系统 ③通信管理机 ◆采用双机热备的方式进行 工作 ◆收集间隔层信息并上送到 工具软件 变电站层 ◆将变电站层的命令发送到 间隔层装置 ④间隔层采用光纤双环自愈环网，某一 节点的损坏不会影响其他节点的通信， 同时相邻节点会给出报警信息
彩显 键盘
微机（当地监控系统） 鼠标
数据采集及控制部件
微机保护管理单元
保护 部件
⒉传统自动化系统的缺陷
交直流采样 开关量采集 电能表脉冲采集
YC
YX
YM
组成：继电保护+RTU的模式
◆安全性、可靠性不高
◆占地面积大，增加了投资
◆维护工作量大，设备可靠性差
⒊综合自动系统的发展趋势
基于IEC61850的全数字化综合自动化系统，主要特点：