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1、第1章 緒 論 企業(yè)變電站直接為生產(chǎn)提供電源，是電力系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。變電站綜合自動化是將變電站的繼電保護、控制、測量、信號和遠動等綜合為一體的多微機自動化系統(tǒng)。變電站實現(xiàn)綜合自動化，由計算機完成運行監(jiān)視、控制、保護、正常操作和順序事件記錄等功能,由通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交換,近年來已成為提高變電站自動化水平的發(fā)展方向。企業(yè)變電站能否正確運行關系到整個企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全問題。因此對企業(yè)變電站進行監(jiān)控和保護具有十分重要的意義。 1.1 變電站綜合自動化概論 1.1.1變電站綜合自動化基本概念 變電站綜合自動化系統(tǒng)是一項多專業(yè)性綜合技術，是電網(wǎng)運行管理中的一次變革。它是將變電站的二次設備（包

2、括控制、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等）利用計算機技術、現(xiàn)代通信技術，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設計，對變電站執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。 變電站綜合自動化可以收集較齊全的數(shù)據(jù)和信息，加上計算機高速計算能力和判斷能力，可以方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設備的運行及操作。變電站綜合自動化具有功能綜合化；設備、操作、監(jiān)視微機化（包括信息數(shù)字化內(nèi)容）；結構分布分層化；通信網(wǎng)絡光纜化及運行管理智能化的特征。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大監(jiān)控范圍及變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行提供了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控支持，在其基礎上可以實現(xiàn)高水平的無人值班變電站的管理。 同時，變電站綜合自動

3、化是電網(wǎng)調(diào)度自動化不可分離的十分重要的基礎自動化，只有通過廠站自動化裝置和系統(tǒng)向調(diào)度自動化系統(tǒng)提供完整可靠的信息，調(diào)度控制中心才可能了解和掌握電力系統(tǒng)實時運行狀態(tài)及廠站設備工況，才能對其控制做出決策；同樣，要實現(xiàn)調(diào)度控制中心的遠方控制操作，也只有依靠變電站自動化裝置才能完成或執(zhí)行操作命令的任務?？梢哉f，一個完整、先進的、可靠的變電站綜合自動化，是實現(xiàn)一個高水平的電網(wǎng)調(diào)度自動化的基礎。 1.1.2變電站綜合自動化研究現(xiàn)狀 供配電綜合自動化是將供配電系統(tǒng)二次設備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和運動裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號

4、處理技術，實現(xiàn)對整個供配電系統(tǒng)的主要設備和輸、配線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護。 國外供配電綜合自動化系統(tǒng)的研究工作始于70年代，最早是用微機型遠動裝置代替布線邏輯型的遠動裝置；同時供配電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能在擴大，供電網(wǎng)的監(jiān)控功能正以綜合自動化為目標迅速發(fā)展。80年代以后，研究供配電綜合自動化系統(tǒng)的國家和大公司越來越多，如較大規(guī)模的德國西門子公司研制生產(chǎn)的LSA678系統(tǒng)；ABB公司的SCS100、SCS200供配電系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)。我國供配電系統(tǒng)微機保護及綜合自動化的研究始于80年代中期，但真正意義上的綜合自動化系統(tǒng)的研究還剛起步，并且在實際的工程中還存在很多問題，主要表現(xiàn)在：

5、缺乏統(tǒng)一化、全局化的系統(tǒng)設計，以一種“拼湊”功能的方式構成系統(tǒng)，致使整個系統(tǒng)的性能指標不高，部分功能及系統(tǒng)指標無法實現(xiàn)；功能重復建設，增加了投資且使現(xiàn)場造成復雜性，影響系統(tǒng)的可靠性；工程設計缺乏規(guī)范性的要求，從而導致各系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)時間長，對將來的維護及運行都帶來了極大的不便，進而影響了變電站自動化系統(tǒng)的投入率。實現(xiàn)供配電綜合自動化系統(tǒng)的關鍵技術包括變電站綜合自動化硬件系統(tǒng)的組織結構，現(xiàn)場電氣模擬展示平臺的實現(xiàn)，系統(tǒng)安全體系及后臺監(jiān)控，數(shù)據(jù)庫體系的構架，異構系統(tǒng)間的互連與實時數(shù)據(jù)交換，對外信息交換與共享等方面。 對于系統(tǒng)硬件的組織結構，現(xiàn)在普遍趨于采用分層分布式結構，該結構一般采用工業(yè)現(xiàn)場總線R

6、S-485及CAN工業(yè)局域網(wǎng)，對工業(yè)現(xiàn)場、執(zhí)行機構實現(xiàn)分級控制管理，使數(shù)據(jù)采集與機械控制實現(xiàn)集散控制集中管理，真正做到控制過程的實時在線，完成柔性化管理。并且分層分布式系統(tǒng)有很好的兼容性、可靠性和可觀測性，且互換性強，容易優(yōu)化。 現(xiàn)場電氣模擬展示平臺集中反映供電系統(tǒng)現(xiàn)場運行工況，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的遠程監(jiān)視。包括對現(xiàn)場一次側(cè)、二次側(cè)的電氣物理狀態(tài)的展示，對變電站的模擬量、開關量、脈沖量等信號集中展現(xiàn)，對實時運行參數(shù)、潮流分布圖、各種波形曲線、各種報警與故障數(shù)據(jù)等方面信息的顯示。電氣模擬展示平臺實現(xiàn)的核心技術在于如何實現(xiàn)供電系統(tǒng)的可視化，目前有兩種常用的實現(xiàn)方法，一種是采用C/C++、Delphi

7、等工具來開發(fā)繪圖系統(tǒng)，將電力系統(tǒng)的常用元件做成相應的控件來繪圖，另一種則是利用現(xiàn)在通用的各種CAD和CAM軟件采用面向?qū)ο蟮姆椒?，從這些通用軟件所提供的各種基類中派生出繪制圖形所需要的自定義類，用這些自定義類生成實例對象來繪制圖紙。 如何保證供電系統(tǒng)的安全是供電自動化系統(tǒng)研制過程中所關心的最重要的問題之一。這包括系統(tǒng)安全體系及后臺監(jiān)控是如何實現(xiàn)，現(xiàn)在的供電系統(tǒng)主要是運用源于人、技術、管理等因素所形成的預警能力、保護能力、檢測能力、反應能力和恢復能力，保證網(wǎng)絡基礎設施、網(wǎng)絡邊界、計算環(huán)境和支撐性基礎設施，在信息和系統(tǒng)生命周期全過程的各個狀態(tài)下提供適當?shù)陌踩δ?，從而保障各項工作的效率和效益，?/p>

8、進信息化的可持續(xù)健康發(fā)展。 供電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫關系到整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸、交換與存儲。優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫體系，對提高整個系統(tǒng)的工作效率，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起到至關重要的作用。電力自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構以往由實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫兩部分構成，現(xiàn)在出現(xiàn)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫以其存儲速度上的優(yōu)勢也逐漸被應用到電力自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲體中，與實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫配合使用。 電力系統(tǒng)并非是一個純粹的電氣元素的物理組合，它必然與機械、熱工等系統(tǒng)有著密切的關系。因此，供電自動化系統(tǒng)必須考慮到與這些不同性質(zhì)系統(tǒng)間的信息交互。而這就得依靠實現(xiàn)異構系統(tǒng)間的互連與實時數(shù)據(jù)交換來完成，其關鍵在于如何使異構系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)表示標

9、準化。目前，異構系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)表示標準化由IEC頒布的61970 CIM/CIS國際標準來實現(xiàn)，該標準定義了能量管理系統(tǒng)應用程序接口(EMS API)，定義了EMS、DMS、PTMS、PAR、RDS等系統(tǒng)的公用的數(shù)據(jù)模型和標準的組件接口規(guī)范，該規(guī)范采用面向?qū)ο蟮年P系模型，為各個應用系統(tǒng)之間公用數(shù)據(jù)的存取和訪問提供了統(tǒng)一的國際標準，從而為分布式系統(tǒng)平臺之上建立可互操作的應用軟件模塊奠定了基礎。 供配電綜合自動化系統(tǒng)還應保證對外信息交換與共享的通暢。在系統(tǒng)安全允許范圍內(nèi)，利用網(wǎng)絡平臺為用戶提供遠程數(shù)據(jù)服務，實施動態(tài)寬泛的數(shù)據(jù)交換與共享，并且開放系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對二次數(shù)據(jù)資源的充分利用，在更

10、寬范圍、更高層次實現(xiàn)企業(yè)信息集成是現(xiàn)在電力自動化系統(tǒng)設計是所追求的一大功能目標。 我國現(xiàn)階段電力自動化水平還遠遠不能滿足實際需要，因此我們必須考慮電力系統(tǒng)自動化今后的發(fā)展趨勢。根據(jù)對國內(nèi)外有關此方面材料介紹及調(diào)查所掌握的情況，供配電系統(tǒng)自動化今后是向綜合化方向發(fā)展。國內(nèi)己有相當多的生產(chǎn)廠家已著手做這方而的工作，而且普遍認為這是適合我國國情的發(fā)展方向，是提高供配電系統(tǒng)自動化水平的有效途徑。 1.1.3變電站綜合自動化發(fā)展趨勢 微機實時技術、計算機網(wǎng)絡通訊技術在電力系統(tǒng)變電站中的應用為變電站控制自動化、管理信息化、實時信息共享、提高變電站的安全性、可靠性開辟了新途徑。利用微機實時技術對變電站

11、的模擬量、開關量、脈沖量等信號集中監(jiān)視，將保護、監(jiān)視、控制、遠動等功能統(tǒng)一協(xié)調(diào)，建立高性能監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)成為變電站綜合自動化的發(fā)展趨勢。供配電綜合自動化技術的發(fā)展方向主要從以下幾個方面展開： (1) 系統(tǒng)從集中控制、功能分散型向分散（層）網(wǎng)絡型發(fā)展。 傳統(tǒng)的遠動及站級監(jiān)控系統(tǒng)，故障錄波等設備和系統(tǒng)是按功能分散考慮的。現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是從一個功能模塊管理多個電氣單元或間隔單元，向一個模塊管理一個電氣單元或間隔單元，實現(xiàn)地理位置高度分散的方向發(fā)展。這樣，自動化系統(tǒng)故障時對電網(wǎng)可能造成的影響大大減小，自動化設備的獨立性、適應性更強。 (2) 控制與保護的實現(xiàn)由專用設備發(fā)展到通用平臺。 傳統(tǒng)方式

12、中，每個控制或保護功能都為專用設備，種類也多。現(xiàn)在計算機技術的發(fā)展使設備的功能僅由軟件決定，硬件因I/O所要求的數(shù)量而異。開發(fā)通用、標準、靈活的硬件和軟件平臺，能夠適用于所有保護和控制，使得系統(tǒng)具有開放性和數(shù)據(jù)一致性的特點，并且遵循國際標準，便于不同廠家相互接口和維護操作。 (3) 控制的方式從傳統(tǒng)控制向綜合智能化方向發(fā)展。 傳統(tǒng)控制正朝著綜合智能控制發(fā)展，主要表現(xiàn)為電氣設備的小型化已向機電一體化方向發(fā)展以及控制和保護的整體化。將控制、保護系統(tǒng)與一次設備就近安裝在一起，并且向著智能型裝置發(fā)展。采用光纖通信，計算機CRT顯示或大屏幕顯示逐漸取代傳統(tǒng)的模擬屏，使得調(diào)度（控制）中心對電網(wǎng)調(diào)度管理

13、的控制性能增強，并且操作更方便、更可靠。 (4) 系統(tǒng)信息交換、共享范圍逐步擴大。 電力自動化系統(tǒng)并非一個孤立系統(tǒng)，需要與其他系統(tǒng)相互交換信息、共享數(shù)據(jù)，因此，隨著整個電力系統(tǒng)不斷擴容必定會使得系統(tǒng)信息交換、共享范圍逐步擴大。目前，各種網(wǎng)絡技術、信息交換技術逐步在電力企業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用，并已取得相當?shù)某晒?，如何使信息資源得到更為充分地利用已成為整個電力行業(yè)發(fā)展所關心的重要問題。 (5) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲體系不斷優(yōu)化。 自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲體系關系到整個供電系統(tǒng)信息交互的安全，進而影響整個電力系統(tǒng)運行安全。因此，如何建立一個優(yōu)良的電力信息存儲體系也得到整個電力技術行業(yè)的廣泛關注，國內(nèi)

14、外現(xiàn)在有很多專業(yè)公司及技術機構對此進行了相關研究，同時也推出了自己的產(chǎn)品。 (6) 電力自動化系統(tǒng)安全體系不斷升級。 安全體系是整個電力自動化系統(tǒng)運行的保障。隨著對電力信息訪問越來越公開化以及Intranet/Internet接入，強大的安全管理機制就顯得越發(fā)的重要。因此，業(yè)界對電力自動化系統(tǒng)的安全問題也是十分關注。目前，相關的研究工作也正在行業(yè)內(nèi)不斷展開。 1.2 課題的背景及來源 企業(yè)變電站作為整個電網(wǎng)中一個節(jié)點，擔負著電能傳輸、分配的監(jiān)測、控制和管理的任務。變電站繼電保護、監(jiān)控自動化是保證上述任務完成的基礎。在電網(wǎng)統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，電網(wǎng)各節(jié)點（如變電站、電廠）具體實施和保障電網(wǎng)

15、的安全、穩(wěn)定、可靠運行。因此，變電站自動化是電網(wǎng)自動系統(tǒng)的一個重要組成部分。作為變電站自動化系統(tǒng)，他應確保實現(xiàn)以下要求： （1）檢測電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。（2）采集變電站運行實時信息，對變電站進行監(jiān)控、計量和控制。（3）采集一次設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護一次設備參考。（4）實現(xiàn)當?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5）確保通信要求。 因此，要求變電站綜合自動化系統(tǒng)運行高效、實時、可靠，對變電站內(nèi)設備進行統(tǒng)一的監(jiān)測、管理、協(xié)調(diào)和控制。同時，又必須與電網(wǎng)系統(tǒng)進行實時、有效的信息交換、共享，優(yōu)化電網(wǎng)操作，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，提高經(jīng)濟效益，并為電網(wǎng)自動化的進一步發(fā)展留下空間。 傳統(tǒng)變電站中，其自動化系統(tǒng)存

16、在諸多缺點，難以滿足上述要求。例如： （1）傳統(tǒng)二次設備、繼電保護、自動和遠動裝置等大多采取電磁型或小規(guī)模集成電路，缺乏自檢和自診斷能力，其結構復雜，可靠性低。 （2）二次設備主要依靠大量電纜，通過觸點、模擬信號來交換信息，信息量小、靈活性差、可靠性低。 （3）由于上述兩個原因，傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多，電壓互感器、電流互感器負擔重，二次設備冗余配置多。 （4）遠動功能不夠完善，提供給調(diào)度控制中心的信息量少、精度差，且變電站內(nèi)自動控制和調(diào)節(jié)手段不全，缺乏協(xié)調(diào)和配合力量，難以滿足電網(wǎng)實時監(jiān)測和控制的要求。 （5）電磁式或小規(guī)模集成電路調(diào)試和維護工作量大，自動化程度低，不能遠方修

17、改保護及自動裝置的定值和檢查其工作狀態(tài)。有些設備易受環(huán)境的影響，如晶體管型二次設備，其工作點會受到環(huán)境溫度的影響。 傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)中，各設備按設備功能配置，彼此之間相關性甚少，相互之間協(xié)調(diào)困難，需要值班人員比較多的干預，難于適應現(xiàn)代化電網(wǎng)的控制要求。另外需要對設備進行定期的試驗和維修，既便如此，仍然存在設備故障不能及時發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，甚至這種定期檢修也可能引起新的問題，發(fā)生和出現(xiàn)有試驗人員過失引起的故障。 發(fā)展變電站綜合自動化的必要性還體現(xiàn)以下幾個方面：一、隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結構日趨復雜，這樣要求各級電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息也大量增長，電網(wǎng)故

18、障處理和恢復卻要求更為迅速和準確；二、現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，特別是電子工業(yè)技術的發(fā)展，計算機技術的普遍應用，對電網(wǎng)可靠供電提出了更高的要求；三、市場經(jīng)濟的發(fā)展，使得整個社會對環(huán)保要求提高，這樣也對電網(wǎng)的建設、運行和管理提出許多要求?，F(xiàn)代控制技術的發(fā)展，計算機技術、通信技術和電力電子技術的進步與發(fā)展，電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應用，為上述問題提供了解決的方案。這些技術的綜合應用造就了變電站綜合自動化系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展。 本課題研究對象來自韶關冶煉廠供電配電系統(tǒng)改造項目。該廠由于工藝要擴展至30萬噸，原有的繼電保護都傳統(tǒng)電磁式繼電器組成，通訊和整個系統(tǒng)管理在硬件上還處于比較落后狀態(tài)，為了適應擴產(chǎn)的需要，對韶關

19、冶煉廠供電配電系統(tǒng)進行技術改造。韶關冶煉廠供電配電系統(tǒng)的中高壓部分包括110kV站，一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室、韶冶電站，我們負責110kV站的綜合自動化系統(tǒng)建設，并把一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室、韶冶電站的實時運行數(shù)據(jù)集成到110kV站中便于管理操作人員的管理?；诂F(xiàn)代計算機技術，網(wǎng)絡通通信技術，微機技術的發(fā)展，和實驗室長期在企業(yè)供配電系統(tǒng)方面的研究，我們?yōu)樯仃P冶煉廠建成一個智能化的供配電平臺。 1.3 論文的主要研究內(nèi)容 本文首先分析了整個系統(tǒng)的需求，及各項功能指標，然后結合企業(yè)變電站綜合自動化目前的發(fā)展情況，在確保穩(wěn)定、可靠、保證完成時間的情況下

20、設計了一套分層分布式的變電站綜合自動化系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)各個功能要求并投入現(xiàn)場運行。 作者的主要工作包括： 一、查閱大量的資料文獻，對我國供配電綜合自動化系統(tǒng)特點及現(xiàn)狀進行了分析，剖析了國內(nèi)外已有的供配電綜合自動化系統(tǒng)的技術特點和方法?，F(xiàn)場調(diào)研，充分了解韶關冶煉廠110kV目前狀況，及現(xiàn)場需求。結合韶關冶煉廠110kV的需求和目前的變電站綜合自動化的發(fā)展趨勢提出了設計方案和技術路線，并進行了可行性論證。 二、系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構設計，根據(jù)系統(tǒng)的要求，考慮到目前的韶關冶煉廠110kV站的情況，采用了目前流行的分層分布式設計方案。對于該設計方案進行詳細的邏輯分析，層次功能分析，與網(wǎng)絡拓撲分析，最終

21、建成整個網(wǎng)絡。 三、進行系統(tǒng)軟件結構設計，軟件結構上采用模塊化設計，對以下六個關鍵軟件部分進行詳細分析及功能開發(fā)。 （1）基于多線程的數(shù)據(jù)采集技術 （2）基于網(wǎng)絡的多通道數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng) （3）高性能多層數(shù)據(jù)庫體系 （4）智能化電氣模擬圖展示平臺軟件 （5）系統(tǒng)安全體系及后臺監(jiān)控軟件 （6）基于web模式的對外信息交換與共享平臺 四、建成整個綜合自動化系統(tǒng)平臺，進行實驗室、現(xiàn)場安裝調(diào)試。 第2章 系統(tǒng)設計總體方案 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程與集成電路技術、微計算機技術、通信技術和網(wǎng)絡技術密切相關。

22、隨著這些高科技的不斷發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的體系結構也不斷發(fā)生變化，其性能和功能以及可靠性等也不斷提高。從國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，其結構形式有集中式、集中分布式、分層分布式結構。 2.1 集中式結構 集中式一般采用功能較強的計算機并擴展I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)字量等信息，集中進行計算機和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和自動控制等功能。集中式結構也并非指只由一臺計算機完成保護、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結構的微機保護、微機監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的，只是每臺微型計算機承擔的任務多些。例如監(jiān)控機要擔負數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器操作、人機

23、聯(lián)系等多項任務；擔負微機保護的計算，可能一臺微機要負責多回路低壓線路的保護等。集中式結構如圖2.1所示 圖2.1集中式系統(tǒng)結構框圖 集中式系統(tǒng)的主要特點有：（1）能實時采集變電站各種模擬量、開關量，完成對變電站的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。（2）完成對變電站主要設備和進、出線的保護任務。（3）結構緊湊、體積小，可大大減少占地面積。（4）造價低，尤其是對35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。（5）實用性好。 集中式的缺點有：（1）每臺計算機的功能較集中，若一臺計算機出故障，影響面大，因此，必須采用雙機并聯(lián)運行的結構才能提高可靠性。（2）軟件復雜，修改工作量大，系統(tǒng)

24、調(diào)試煩瑣。（3）組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設計，工作量大。（4）集中式保護與長期以來采用一對一的常規(guī)保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調(diào)試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護邏輯比較簡單的情況。集中式結構存在諸方面的不足，因此隨著微機技術的發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的結構必須不斷變革。 2.2 分布式結構 該系統(tǒng)結構的最大特點是將變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設計，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊之間采用網(wǎng)絡技術或串行方式實現(xiàn)

25、數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡系統(tǒng)較好得解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。分布式結構方便系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層兩種系統(tǒng)組態(tài)結構，較多地使用于中、低壓變電站。分布式結構如圖2.2所示。 圖2.2 分布式系統(tǒng)結構框圖 2.3 分層分布式結構 分層分布式結構系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。 分層分布式結構的特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集保護和控制等功能由一個或幾

26、個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術的發(fā)展趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息地電磁干擾，且具有很高地可靠性，比較好地實現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現(xiàn)場工作可一次性地在設備制造廠家完成。分層分布式結構如2.3框圖所示。 分層分布式結構地主要優(yōu)點有：（1）間隔層控制單元地自動化、標準化使系統(tǒng)適用率較高。（2）包含間隔層功能的單元直接定位在變電站的間隔上。（3）邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。（4）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（5）簡化

27、了變電站二次設備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（6）分層分布式結構可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。 圖2.3 分層分布式系統(tǒng)結構圖 2.4 分層分布式變電站綜合自動化工程應用 結合韶關冶煉廠110kV變電站的實際情況和變電站綜合自動化系統(tǒng)的各種結構形式的優(yōu)缺點，我們采用分層分布式結構，充分利用其優(yōu)點來滿足系統(tǒng)的要求。 2.4.1 系統(tǒng)分析 目前韶關冶煉廠供電系統(tǒng)的中高壓部分包括110kV站，一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室、韶冶電站。其繼電保護裝置都是采用傳統(tǒng)的電磁式繼電器組成，通訊和整個系統(tǒng)信息化管理水平上處于比較落后狀態(tài)。如果工藝擴產(chǎn)至30萬噸的能力

28、，整個供電系統(tǒng)的繼電保護、通訊和管理系統(tǒng)將不能適應生產(chǎn)的需要，因此必須對供電系統(tǒng)進行改造，以適應生產(chǎn)的需要，并且提高變電站的自動化水平，信息化管理水平。 2.4.1.1 系統(tǒng)需求分析 按照設計要求，智能監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式體系結構，本工程的整個系統(tǒng)分為三層：站控層、過程層、間隔層。本工程的目的是建設自動化的韶冶供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須具有以下功能： （1） 數(shù)據(jù)采集和處理，定時采集系統(tǒng)生產(chǎn)過程輸入信號（包括開關量、模擬量、脈沖量），經(jīng)濾波，檢出事故、故障、狀態(tài)變位信號和模擬量參數(shù)變化，實時地更新數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。將繼電保護、自動裝置的動作和斷路器的跳合閘動作順序記錄，事件

29、分辨率須小于2ms。電氣和非電氣模擬量可設置限值，當測量值越限時發(fā)出報警。當某些事件產(chǎn)生時，啟動相關的事故追憶記錄，輸出事故前后一段時間內(nèi)的模擬量值，追憶數(shù)據(jù)的測點和周期可定義。接收脈沖電度表輸出的信號，進行電度表讀數(shù)累計，再根據(jù)峰、平、谷時段分時累計。 （2）控制操作，各單元柜（控制箱）安裝有就地/遠方切換開關及跳合閘操縱按鈕，可就地操作，也可經(jīng)后臺機鼠標或鍵盤執(zhí)行對站內(nèi)斷路器的控制，執(zhí)行某單元斷路器的送/停電，倒閘操作等各種順序操作，在控制操作中實現(xiàn)安全操作閉鎖功能。 （3）微機保護，整個微機保護系統(tǒng)包括主變壓器保護、電動機、線路保護、電容器保護、電壓切換裝置、母聯(lián)保護等組成，構成完整

30、的變電站成套保護。 （4）人機接口，人機接口監(jiān)視器、鼠標和功能鍵提供靈活的人機交換聯(lián)系，能提供正常的運行顯示、調(diào)用各種數(shù)據(jù)、報表及運行狀態(tài)圖、參數(shù)圖等畫面。 （5）事故報警，在系統(tǒng)發(fā)生事故或運行設備工作異常時，能自動投入音響報警，進入事故畫面，畫面上相應塊閃光報警，指出事件的性質(zhì)和異常參數(shù)值。 （6）技術統(tǒng)計和制表打印。根據(jù)運行要求進行電流、電壓、功率、電度量的整點抄表、累計，設備的運行工況、時間統(tǒng)計以及合格率、負荷率等技術統(tǒng)計，能定時打印各事故、測量、計量報表、分時報表、班報表、日報表、月報表、年報表等。如每日打印8小時日志，每月最后一天打印當月報表，每年最后一天打印當年報表，還可打

31、印諸如：重合閘次數(shù)、成功率、斷路器動作次數(shù)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 （7）與監(jiān)控中心對時、通訊，一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室、韶冶電站能與監(jiān)控中心進行對時、通訊。完成事件記錄（SOE）、遙信、遙測、遙控等功能。 （8）顯示功能，能實時刷新全站主接線圖，含斷路器狀態(tài)及隔離開關狀態(tài)；實時刷新單回路接線圖及運行參數(shù)；顯示各種曲線，如負荷曲線、電壓棒圖、電流棒圖等；測量表格和計量表格和相應的測量值和計量值，并實時刷新；優(yōu)先顯示事故發(fā)生時間，所屬設備及事故性質(zhì)；各種調(diào)試、編輯等功能畫面；顯示本站概況、運行規(guī)程、操作指導模擬等內(nèi)容，顯示時鐘、日歷、周波和安全運行天數(shù)。 （9）系統(tǒng)自診斷，分布式

32、單元機箱和計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能，并能報警。保護單元自診斷出錯時閉鎖保護，同時報警。上層單元對下層單元通過通訊進行互檢。 （10）與其它智能設備的通訊，對變電站內(nèi)其它智能設備進行通訊，并能在監(jiān)視器上實時的顯示其數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。 （11）開列操作票，根據(jù)調(diào)度中心提供的典型操作票，可進行操作票的編輯、打印。 （12）應用系統(tǒng)維護及人員培訓，可提供在線、離線軟件，用于維護監(jiān)控系統(tǒng)和人員培訓。 2.4.1.2 系統(tǒng)建設內(nèi)容分析 韶關冶煉廠110KV站綜合自動化系統(tǒng)的目的是建設自動化的韶冶供電系統(tǒng)，將韶冶供電系統(tǒng)拓展為一個開放式的系統(tǒng)，不斷提高韶冶供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、信息化水平，并進一

33、步保障韶關冶煉廠供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行，降低運行維護成本。 韶關治煉廠110kV站綜合自動化將提供一套完整的變電所智能化監(jiān)控系統(tǒng)，它完成對變電所內(nèi)主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護，以及與上級系統(tǒng)通信等綜合性的自動化功能，實現(xiàn)高、中、低壓設備智能化監(jiān)控的集成。監(jiān)控系統(tǒng)遵照“分層分布、面向?qū)ο蟆钡脑O計原則，立足于“實用化、簡易化、智能化”的目標，采用實用簡易的中文圖形人機界面，開展各類業(yè)務支撐應用；實現(xiàn)微電子控制技術、網(wǎng)絡通訊技術與電力設備的緊密結合；通過高速的分層數(shù)據(jù)庫存儲與信息交換技術集成各類數(shù)據(jù)資源，使用可擴展方法庫來支持各個不同等級用戶的分別分類應用；利用網(wǎng)絡功能

34、實施動態(tài)寬泛的數(shù)據(jù)交換，并且開放系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對二次數(shù)據(jù)資源的充分利用，在更寬范圍、更高層次實現(xiàn)企業(yè)信息集成。韶冶供電配電綜合自動化系統(tǒng)包括中央管理層、站級管理層、間隔層三個層次的建設內(nèi)容，系統(tǒng)主體建設內(nèi)容如下： ◆ 硬件平臺 硬件平臺是整個系統(tǒng)的基礎性平臺，硬件平臺的建設本著安全、可靠、開放、實用的原則，實現(xiàn)韶冶供配電系統(tǒng)電氣設備的高精度模擬量和開關量的采集與系統(tǒng)運行的遠程實時監(jiān)控，執(zhí)行相應的監(jiān)視、測量、控制、保護一體化功能。整個變電站系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)平臺主要包括智能電力儀表單元、微機保護裝置、工業(yè)計算機及其網(wǎng)絡系統(tǒng)、模擬屏、GPS授時系統(tǒng)、其他外設等部分。 智能電力儀表單元進

35、行高速精確的模擬量和開關量的電氣參數(shù)采集，并且可以實現(xiàn)全面有效的自診斷功能，出現(xiàn)故障可以及時報警，報告故障類型及故障點，這將給系統(tǒng)維護帶來極大的方便。在系統(tǒng)采用流行的現(xiàn)場總線技術后，各個智能單元均具有獨立運行的能力，它并不完全依賴于上位機的運行，即使在上位機故障或失效的情況下，各個智能單元仍可以獨立運行并執(zhí)行預定的功能，甚至可以通過現(xiàn)場總線網(wǎng)互相傳送信息，以完成各種協(xié)調(diào)功能。可與不同廠家的控制模塊掛在同一總線上，并能通過相應的網(wǎng)關設備連接入以太網(wǎng)，便于計算機編程，輕松構建計算機測控系統(tǒng)。 微機綜合保護器采用在國內(nèi)有成功應用范例的知名品牌，每臺裝置都具有兩個或以上通訊接口和開放的通訊協(xié)議。繼保

36、裝置在功能上具有獨立的事件記錄和故障錄波功能，并且具有設備運行時間統(tǒng)計功能和跳閘次數(shù)統(tǒng)計功能；在保護上有完善的自檢監(jiān)測功能，當保護裝置故障或損壞時，保護被閉鎖的同時保護監(jiān)測裝置發(fā)出告警信號。整個微機綜合保護系統(tǒng)采用標準化、模塊化設計，不同型號保護裝置的附件具有靈活的互換性，具備保護、控制、測量、遙信信號的采集和通訊功能，可以與監(jiān)控計算機及通信網(wǎng)絡組成完善的電力監(jiān)控系統(tǒng)。 工業(yè)計算機及其網(wǎng)絡系統(tǒng)是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡結構。中心管理層監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩臺通訊服務器、工程師站、操作員站、綜合管理站、以太網(wǎng)交換機、GPS授時系統(tǒng)、模擬屏等構成。服務器為可靠性較高的工業(yè)計算

37、機，服務器從各個站級管理單元獲取設備現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡適配器與與局域網(wǎng)相聯(lián)；工程師站和操作員站采用可靠性較高的品牌計算機完成系統(tǒng)的各種監(jiān)視和控制功能，通過以太網(wǎng)從通訊服務器獲取系統(tǒng)和裝置的數(shù)據(jù)；以太網(wǎng)交換機作為中心管理層監(jiān)控網(wǎng)絡的核心交換機，應具有極高的抗干擾能力和工作可靠性并且具有自診斷和自恢復能力，因此系統(tǒng)采用了知名的品牌工業(yè)級以太網(wǎng)交換機；此外，中央管理層還配有圖像監(jiān)控系統(tǒng)、操作票專家系統(tǒng)、兩臺激光網(wǎng)絡打印機用來滿足系統(tǒng)的需求。 為了提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、可擴展性和可維護性，系統(tǒng)對關鍵性硬件設備進行了冗余配置。系統(tǒng)的通訊服務器和核心層網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)最關鍵的部分，一旦出現(xiàn)故障，整個系

38、統(tǒng)將癱瘓，該部分的可靠性、可擴展性和可維護性決定著整個微機監(jiān)控系統(tǒng)的性能，因此采用雙服務器配置。當設備出現(xiàn)故障時系統(tǒng)將自動啟用備用設備，雙服務器熱備用方式將極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和可維護性。 ◆ 網(wǎng)絡平臺 監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡選用通用性局域網(wǎng)絡，采用國際標準化網(wǎng)絡協(xié)議，具有較強的容錯能力和較高的可靠性。系統(tǒng)通過建設中心管理層、間隔層、站級管理層相應的網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)各層網(wǎng)絡的互聯(lián)互通與各種實時數(shù)據(jù)、歷史資料、交換數(shù)據(jù)的高速可靠傳遞，實現(xiàn)110KV站、一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室、韶冶電站等主要節(jié)點之間的網(wǎng)絡互訪與資源共享，實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)、語音信號的寬帶傳輸，采用軟硬件技

39、術相結合的手段充分保障通信的可靠性、安全性、可擴展性。 韶關治煉廠110kV站微機保護系統(tǒng)中心管理層采用以太網(wǎng)結構，間隔層與站級管理層采用流行現(xiàn)場總線，通過網(wǎng)關與中心管理層連接。采用光纖連接一系統(tǒng)中配、韶冶電站、二系統(tǒng)硫酸配、第二配電室。上下網(wǎng)絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡通信的可靠性。 為了構建一個負載均衡、路由高效的網(wǎng)絡，進一步提高網(wǎng)絡性能，滿足視頻、數(shù)據(jù)、語音信息快速可靠傳輸?shù)男枰?，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)采用分層結構實現(xiàn)，從連接方式看可分為標準的三層網(wǎng)絡拓撲結構：核心層、匯聚層和接入層。核心層和匯聚層采用先進的千兆網(wǎng)絡交換設備作為骨干網(wǎng)絡組成設備，來集成交換式局域網(wǎng)

40、以及主機系統(tǒng)。在核心層和匯聚層之間還安裝有中心交換機柜。這些工業(yè)級交換機采用模塊化的結構，可以提供用戶化定制、優(yōu)先級隊列服務和網(wǎng)絡安全控制功能，不僅能傳送海量數(shù)據(jù)和控制信息，更具有硬件冗余和軟件可伸縮性特點。接入層采用10M/100M自適應網(wǎng)絡，根據(jù)不同的需求安裝相應的交換設備、物理隔離設備以及安全檢測裝置。整個網(wǎng)絡平臺在設計時充分考慮了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)量和信息量的爆炸性增長，通過采用各種軟硬件技術進一步提高了網(wǎng)絡傳輸性能和安全性，并且能夠提供基于Intranet的相關門戶服務。 ◆ 軟件平臺 智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用分層結構設計，依照設計說明書的各項功能要求，提供多種形式的操作界面以及符合行業(yè)標準和

41、設計要求的多種功能軟件模塊，建設一個涵蓋數(shù)據(jù)采集與處理、微機保護、故障與事故報警與記錄、各項控制操作、操作票專家系統(tǒng)、智能化人機接口等多項功能在內(nèi)的高度可靠、配置靈活、可擴展的綜合性業(yè)務應用軟件支撐平臺，建立以各類測量數(shù)據(jù)和二次數(shù)據(jù)為基礎的數(shù)據(jù)中心，通過基于Intranet網(wǎng)絡建立廠級信息系統(tǒng)，開展多種信息應用，實現(xiàn)業(yè)務操作在大范圍、深層次的自動化與智能化。 圖2.4 軟件結構圖 軟件結構以硬件平臺和網(wǎng)絡平臺為依托，以滿足智能監(jiān)控系統(tǒng)安全、可靠、高效、開放、靈活的性能要求為目的，采用層次化的結構設計。軟件平臺共分為五層（如圖2.4）：接入層、處理層、存儲層、應用層、和對外服務層。接入層完

42、成包括110KV站、一系統(tǒng)中央配電室、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配電室的站級管理前置機和韶冶電站在內(nèi)的完整可靠的數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換與傳輸功能；處理層進行各種數(shù)字信息的解析以及參數(shù)檢測與狀態(tài)獲取、多通道數(shù)據(jù)發(fā)布等后臺服務；存儲層利用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫三層數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)系統(tǒng)信息資源的高速海量存儲與實時訪問；應用層提供智能的人機界面，多種形式的靈活的展示界面，安全可靠的遙控操作與預演，事故追憶，技術統(tǒng)計及報表打印等十幾種功能，是整個軟件平臺的核心；對外服務層提供該智能監(jiān)控系統(tǒng)與Intranet的信息交互服務，是內(nèi)外網(wǎng)絡的樞紐。 軟件平臺作為一個開放式結構的系統(tǒng)平臺，真正體現(xiàn)了開放性體系、分層、

43、分布式結構的系統(tǒng)設計，能充分滿足韶關冶煉廠110kV站供電系統(tǒng)微機保護工程未來的需求，代表著目前先進的電力自動化應用軟件開發(fā)技術，具有預防、避免事故發(fā)生；完善、強化企業(yè)內(nèi)部考核；減少設備停電和檢修時間；實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享等優(yōu)點，為現(xiàn)代化管理提供了堅實可靠的基礎。 2.4.1.3 系統(tǒng)建設重點分析 1、微機保護：本系統(tǒng)的微機保護系統(tǒng)包括變壓器保護、電動機保護、線路保護、電容器保護、電壓切換裝置、母聯(lián)保護等。微機保護單元是整個系統(tǒng)的關鍵，該部分涉及到整個系統(tǒng)的安全運行，突發(fā)事件的應急處理，自動保護等一些關系到供電系統(tǒng)安全、可靠的功能，所以對于整個系統(tǒng)來說尤為重要。 2、數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)中的所有數(shù)

44、據(jù)來自對電力儀表、微機保護設備和其他設備的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)可靠性的基礎，沒有精確的數(shù)據(jù)采集，整個系統(tǒng)就失去了意義。 3、系統(tǒng)網(wǎng)絡通訊平臺的建設：系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺是一切網(wǎng)絡通訊的基礎，設計一個可靠的、先進的、信息通暢的網(wǎng)絡拓撲結構尤為重要，在設計網(wǎng)絡拓撲和設備選型時還應考慮到設備采用技術的先進性、穩(wěn)定性，網(wǎng)絡拓撲的可擴展性構建一個高效、穩(wěn)定、安全、可靠的系統(tǒng)通訊平臺。 4、數(shù)據(jù)處理：在這個單元中包括數(shù)據(jù)的報警與故障邏輯判斷，數(shù)據(jù)的解析，數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)的展現(xiàn)等過程。在采集到數(shù)據(jù)后必須進行數(shù)據(jù)的報警與故障邏輯判斷，這里涉及到數(shù)據(jù)的實時性和大規(guī)模性問題。數(shù)據(jù)量大，且系統(tǒng)長的時間運行，要求數(shù)據(jù)

45、存儲容量大、速度快、穩(wěn)定性好。對于要用于網(wǎng)絡交互的數(shù)據(jù)我們必須設定其傳輸格式，從而方便網(wǎng)絡傳輸，這里涉及到如何使得如此多的實時數(shù)據(jù)在最短的時間內(nèi)得到解析，發(fā)布到所需要用的地方。 5、報表制作：報表關系到企業(yè)生產(chǎn)的全過程，它的準確性必須得到保證，而報表所要處理的數(shù)據(jù)量大，生產(chǎn)的情況復雜。由于報表種類繁多，不同的報表具有不同的報表內(nèi)容，報表模板的制作相當麻煩?？紤]到在以后的生產(chǎn)中，對于報表不同的需要，必須開發(fā)出自適應的報表來解決這個問題。 2.4.2 系統(tǒng)總體設計 韶關冶煉廠110kV站供電系統(tǒng)微機保護工程將提供一套完整的變電站智能化監(jiān)控系統(tǒng)，它完成對變電站內(nèi)主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視、

46、測量、控制、保護，以及與上級系統(tǒng)通信等綜合性的自動化功能，實現(xiàn)高、中、低壓設備智能化監(jiān)控的集成。監(jiān)控系統(tǒng)遵照“分層分布、面向?qū)ο蟆钡脑O計原則，立足于“實用化、簡易化、智能化”的目標，采用實用簡易的中文圖形人機界面，開展各類業(yè)務支撐應用；實現(xiàn)微電子控制技術、網(wǎng)絡通訊技術與電力系統(tǒng)的緊密結合；通過高速的分層數(shù)據(jù)庫存儲與信息交換技術集成各類數(shù)據(jù)資源，使用可擴展方法庫來支持各個不同等級用戶的分別分類應用；利用網(wǎng)絡功能實施動態(tài)寬泛的數(shù)據(jù)交換，并且開放系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對二次數(shù)據(jù)資源的充分利用，利用Intranet技術在更寬范圍、更高層次實現(xiàn)企業(yè)信息集成。結合《韶關冶煉廠110KV站供電系統(tǒng)微機保護

47、工程招標文件》的內(nèi)容與韶關冶煉廠供配電系統(tǒng)現(xiàn)場實際情況，韶關冶煉廠110kV站供電系統(tǒng)微機保護工程包括中心管理層、站級管理層、間隔層三個層次的建設內(nèi)容。 2.4.2.1 系統(tǒng)總體架構 如圖2.5所示，整個系統(tǒng)分為三層結構：中心管理層，站級管理層，間隔層。中心管理層與站級管理層均采用雙以太網(wǎng)結構模式實現(xiàn)故障時動態(tài)切換；兩臺通訊服務器相互熱備；還配有操作員站、工程師站、綜合管理站、圖象監(jiān)控系統(tǒng)、模擬屏、操作票專家系統(tǒng)、門戶服務器、GPS授時系統(tǒng)、2臺網(wǎng)絡打印機等。中心管理層通過網(wǎng)關與站級管理層、間隔層連接，利用光纖連接一系統(tǒng)中配、電站、二系統(tǒng)硫酸配、第二配電室。 中心管理層的主要任務包括通過

48、高速網(wǎng)絡匯總?cè)緦崟r數(shù)據(jù)信息并不斷實時刷新，按既定規(guī)約將有關數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度、控制中心，接收調(diào)度、控制中心控制命令并轉(zhuǎn)發(fā)站級管理層、間隔層執(zhí)行，在線編程控制全站操作閉鎖，站內(nèi)監(jiān)控、人機聯(lián)系（顯示、操作、打印、報警、多媒體等），對站級管理層、間隔層設備在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)，對變電站故障自動分析與操作培訓。 79 圖2.5 韶關冶煉廠110 kV站綜合自動化系統(tǒng)總體架構圖 站級管理層由前置機、核心交換機、網(wǎng)關設備、總線控制器、連接設備組成 高速以太網(wǎng)。實現(xiàn)站級管理層、間隔層實時信息的匯總；一次設備保護控制，站級管理層操作閉鎖，數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算、控制命令發(fā)出優(yōu)先級別控

49、制；與間隔層、中心管理層高速、可靠的數(shù)據(jù)交換，來聯(lián)系中心管理層和間隔層之間的數(shù)據(jù)通路，實現(xiàn)韶冶供電系統(tǒng)與外界的數(shù)據(jù)交互。 間隔層是一次設備和二次設備的結合層，由微機保護裝置、智能電力儀表組成電氣參量測量和保護單元。實現(xiàn)電力運行的實時電氣參量檢測，運行設備的狀態(tài)量檢測、操作控制、執(zhí)行部分、微機保護。 該系統(tǒng)遵照“分層分布、面向?qū)ο蟆钡脑O計原則，立足于“實用化、簡易化、智能化”的目標，把系統(tǒng)分為三層結構：中央管理層、站級管理層、間隔層。 中央管理層的主要功能是：1．通過兩級高速網(wǎng)絡匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫，按既定規(guī)約將有關數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心。2．接收

50、調(diào)度或控制中有關控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行。3．具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能。4．具有（或備有）站內(nèi)人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能。5．具有對站級管理層、間隔層諸設備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能。6．具有（或備有）變電站自動分析和操作培訓功能。 站級管理層的主要功能是：1．匯總本間隔過程實時數(shù)據(jù)信息。2．實施對一次設備保護控制功能。3．實施本間隔層操作閉鎖功能。4．實施操作同期及其他控制功能。5．對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制。6．承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡通信功能。必要時，上下

51、網(wǎng)絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡通信的可靠性。 間隔層的主要功能是：1．電力運行實時的電氣量檢測。2．運行設備的狀態(tài)參數(shù)據(jù)檢測。3．操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。 2.4.2.2 各層次間關系 現(xiàn)場的數(shù)據(jù)是由位于間隔層上的設備采集得到的，間隔層是整個系統(tǒng)的最底層，也是整個系統(tǒng)的基礎。間隔層上包括所有的采集設備及執(zhí)行機構，負責對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集并響應、執(zhí)行中央管理層及站級管理層所發(fā)布的控制策略，間隔層上的微機保護單元能在系統(tǒng)發(fā)生故障時進行有效、快速的保護，把系統(tǒng)故障控制在最小的范圍內(nèi)。 站級管理層屬于間隔層的上層，主要由前置系統(tǒng)和網(wǎng)絡交換系統(tǒng)構成。在前置系統(tǒng)中可以對間隔層

52、的現(xiàn)場設備設定控制策略、采集策略、實時發(fā)布、存儲采集數(shù)據(jù)，發(fā)布控制命令。前置系統(tǒng)的另外具有中介功能，接收中央管理層發(fā)布過來的控制命令，通過邏輯判斷后對間隔層的設備發(fā)布控制命令，是中央管理層和間隔層的高速、可靠的數(shù)據(jù)交換通路。 中心管理層是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，通過核心交換機與站級管理層、間隔層進行數(shù)據(jù)交換。中央管理層的主要功能包括通過高速網(wǎng)絡匯總?cè)緦崟r數(shù)據(jù)信息并不斷實時刷新，按既定規(guī)約將有關數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度、控制中心，接收調(diào)度、控制中心控制命令并轉(zhuǎn)發(fā)站級管理層、間隔層執(zhí)行，在線編程控制全站操作閉鎖，站內(nèi)監(jiān)控、人機聯(lián)系（顯示、操作、打印、報警、多媒體等），對站級管理層、間隔層設備在線維護、在線

53、組態(tài)、在線修改參數(shù)，對變電站故障自動分析與操作培訓。 2.4.2.3 間隔層 間隔層是一次設備和二次設備的結合面，用來實現(xiàn)電力運行實時的電氣量檢測，運行設備的的狀態(tài)量檢測、操作控制、執(zhí)行部分、微機保護。間隔層設備主要包括繼電保護裝置，智能電力儀表測控裝置，遙視裝置。本供電系統(tǒng)涉及的微機保護裝置包括母線保護、變壓器保護、線路保護、電動機保護、電容器保護，通過這些保護裝置來保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高整個系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)所使用的微機綜合保護器采用標準化、模塊化設計，不同型號保護裝置的附件具用靈活的互換性，具備完善的保護、控制（開關就地及遙控合閘、分等操作）、測量（各種電氣量的測量、

54、記錄和顯示）、遙信信號采集和通訊功能，可以與監(jiān)控前置機及通信網(wǎng)絡組成完善的電力監(jiān)控系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的需求，微機綜合保護器還必須具備以下功能：本體窗口全為漢字化大屏幕液晶顯示，顯示信息可由用戶通過專用調(diào)試軟件組態(tài)和修改；具有兩個或以上通訊接口，裝置前面板通訊接口為調(diào)試用便攜計算機輸入端口，后面RS485通訊端口用于組網(wǎng)通訊；具有開放的通訊協(xié)議；裝置具有獨立的事件記錄和故障錄波功能，故障錄波時間不小于18秒；具有斷路器累計分析電流值，設備運行時間統(tǒng)計功能，跳閘次數(shù)統(tǒng)計功能；配備專用中文調(diào)試整定軟件；保護裝置有完善地自檢監(jiān)測功能，當保護裝置故障或損壞時，保護應被閉鎖，保護監(jiān)測同時發(fā)出告警信號。 韶關

55、冶煉廠110kV站供電系統(tǒng)微機保護工程所涉及的智能電力儀表測控裝置主要是根據(jù)現(xiàn)場測量電量的需要選擇智能電力儀表，來完成現(xiàn)場參數(shù)，電量的精確采集，為整個系統(tǒng)實現(xiàn)綜合自動化奠定基礎。韶關冶煉廠110KV站供電系統(tǒng)微機保護工程所采用的電力參數(shù)測量儀采用標準化、模塊化設計，不同型號測量裝置的附件具用靈活的可互換性。在功能上具備完善的保護、控制（開關就地及遙控合閘、分等操作）、測量（各種電氣量的測量、記錄和顯示）、遙信信號采集和通訊功能，可以與監(jiān)控前置機及通信網(wǎng)絡組成完善的電力監(jiān)控系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的特殊需求智能電力儀表還必須具備以下功能：電力參數(shù)測量儀窗口大屏幕液晶顯示器，直觀界面上具有帶自導功能的菜單；

56、電力參數(shù)測量儀應具有國家計量認可的證明，可同時測量相電壓、線電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、有功/無功電度（四象限）、需用量及最大量等全部電氣參數(shù)。其中功率和電能精度0.5%，電流和電壓0.1%，每個周波的采樣數(shù)為128個點，真實有效值達到63次諧波；電力參數(shù)測量儀通過擴展至少具有13路開關量輸入、5路繼電器輸出；電力參數(shù)測量儀具有開放的通訊協(xié)議；電力參數(shù)測量儀具有電能質(zhì)量分析功能，如電流和電壓諧波失真分析等功能，必須能夠測量31次單次諧波，帶2個數(shù)據(jù)記錄功能，有帶時間標示的事件記錄功能，內(nèi)存80Kb；電力參數(shù)測量儀應有完善地自檢監(jiān)測功能；安裝要求：10KV及6KV配

57、電室內(nèi)電力參數(shù)測量儀根據(jù)設計要求安裝于6KV和10KV配電間隔上，并具有足夠的電氣安全距離。 本供電系統(tǒng)所用到的遙視裝置主要用于站內(nèi)遙視，遙視系統(tǒng)可多畫面顯示變電站內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域，通過視頻偵測式報警、紅外、溫度等報警偵測設備，在緊急情況發(fā)生時，觸發(fā)相應的報警設備，如燈光、警鈴等，并自動將圖像和聲音發(fā)送給遠程的控制中心，監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡調(diào)看和監(jiān)聽變電站的任意一個或一組圖像，并能實現(xiàn)對講。變電站的監(jiān)控中心可動態(tài)顯示網(wǎng)上連接的所有變電站監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控中心可虛擬的看到監(jiān)控現(xiàn)場的油位、開關、刀閘等監(jiān)控點。保證供電系統(tǒng)不受到人為或其他不可預知的破壞。具體安裝遙視裝置的地點根據(jù)現(xiàn)場需要提供。 間隔層的所

58、有硬件設備采用當前國內(nèi)外同類產(chǎn)品中經(jīng)過驗證的較先進的設備，在國內(nèi)各同類項目中有典型應用的成熟產(chǎn)品，以高可靠性的硬件設備來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠性。 2.4.2.4 站級管理層 站級管理層是聯(lián)系中心管理層與間隔層的中間層，主要起到數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)交換、操作邏輯判斷、操作命令下達的的功能。由多個主控單元構成，每個主控單元的串行通訊接口用于連接間隔層的總線型鏈路，上行網(wǎng)絡接口分別接入中心管理層的以太網(wǎng)交換機。間隔層通過流行的現(xiàn)場總線連接到網(wǎng)關設備/總線控制器，然后匯總到站級管理層的前置機上，前置機對間隔層中的設備進行數(shù)據(jù)采集，邏輯判斷，執(zhí)行中央管理層下達的操作命令。一系統(tǒng)中配、二配、二系統(tǒng)硫酸

59、配的數(shù)據(jù)信息通過這三個系統(tǒng)留下的對外接口連接到前置系統(tǒng)上，用光纖送到站級管理層的網(wǎng)絡交換機上，來實現(xiàn)這三個系統(tǒng)與站內(nèi)數(shù)據(jù)的共享。韶冶電站的數(shù)據(jù)由電站門戶機提供數(shù)據(jù)通過光纖送到站級管理層的網(wǎng)絡交換機，來實現(xiàn)韶冶電站數(shù)據(jù)與站內(nèi)數(shù)據(jù)的共享。設計成前置機系統(tǒng)的優(yōu)勢：減少上層服務器的負荷，提高采集效率，減少輪詢周期；有利于對全部設備進行分類、優(yōu)化管理、減少耦合；減輕網(wǎng)絡負荷，防止網(wǎng)絡阻塞；構成一個集散系統(tǒng)，有利于系統(tǒng)的建設，便于擴充，在維護或維修時減少對對整個系統(tǒng)的影響。站內(nèi)前置機上包括以下功能模塊：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、遙控邏輯判斷、系統(tǒng)自診斷、數(shù)據(jù)通訊。用于一系統(tǒng)中配、第二配電室、二系統(tǒng)硫酸配數(shù)據(jù)交換

60、（具體方式見4.3.4 站間的數(shù)據(jù)通訊及功能調(diào)用）的前置機主要起到命令下達、數(shù)據(jù)匯總、信息編輯的功能。 數(shù)據(jù)采集：對于每臺前置機上的設備按系統(tǒng)需求設定相應的采集周期，對間隔層上的設備進行數(shù)據(jù)采集。對于繼保裝置的數(shù)據(jù)，前置機是以接收的方式接收從繼保裝置發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，然后按系統(tǒng)的要求進行處理。對于總線上的電力儀表的數(shù)據(jù)采集，在前置機上采用“輪叫輪詢”技術共享總線，達到數(shù)據(jù)采集的優(yōu)化設置。 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理包括報警邏輯判斷、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)實時發(fā)布三大方面，由于涉及到的間隔層的設備比較多，為了達到高效準確的報警判斷在這里我們引入報警緩沖池，來進行報警邏輯數(shù)據(jù)的判斷。數(shù)據(jù)存儲涉及到大量的數(shù)據(jù)存儲

61、，必須保證存儲的快速性，安全性，在這里我們采用了多層數(shù)據(jù)庫內(nèi)存數(shù)據(jù)庫（前置系統(tǒng)）、實時數(shù)據(jù)庫（前置系統(tǒng)）、歷史數(shù)據(jù)庫（工業(yè)級服務器）、對外服務數(shù)據(jù)庫（門戶服務器/Web Server）來滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的各種需求。多層數(shù)據(jù)庫體系結構的優(yōu)勢：符合多種類型數(shù)據(jù)不同采集策略的需要；更好的滿足數(shù)據(jù)實時處理的要求，提高響應速度，最終為了保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行；更好適應大容量數(shù)據(jù)存儲的需要；適合對外服務的需要，保障數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的安全。數(shù)據(jù)實時發(fā)布用來發(fā)布需要實時展現(xiàn)的數(shù)據(jù)，這里按系統(tǒng)需要制定了特定的通訊協(xié)議對實時展現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行再加工使得需要實時展現(xiàn)的數(shù)據(jù)能快捷、安全、可靠的到達目的地。 遙控邏輯判斷模塊對于

62、中央管理層下達的遙控命令按照系統(tǒng)對遙控程序的要求進行邏輯判斷，然后對執(zhí)行機構下達遙控指令。 系統(tǒng)自診斷是分布式單元機箱和計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能，并能報警，保護單元自診斷出錯時閉鎖保護，同時報警，上層單元對于下層單元通過通訊進行互檢。 數(shù)據(jù)通訊：數(shù)據(jù)通訊是站級管理層的一個建設重點，這里包括實時數(shù)據(jù)的通訊，報警信息通訊，控制命令的發(fā)送，其他信息通訊。 2.4.2.5 中心管理層 中心管理層是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它采用國際標準化的網(wǎng)絡協(xié)議，網(wǎng)絡具有相當?shù)目煽啃院腿蒎e能力。中心管理層與間隔層采用千兆以太網(wǎng)相連，主要實現(xiàn)的功能包括：通過高速網(wǎng)絡匯總?cè)緦崟r數(shù)據(jù)信息并不斷實時刷新，按既定

63、規(guī)約將有關數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度、控制中心，接收調(diào)度、控制中心控制命令并轉(zhuǎn)發(fā)站級管理層、間隔層執(zhí)行，并且在線編程控制全站操作閉鎖，站內(nèi)監(jiān)控、人機聯(lián)系（顯示、操作、打印、報警、多媒體等），對站級管理層、間隔層設備在線維護、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)，對變電站故障自動分析與操作培訓。中央管理層網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)的核心和樞紐，核心層網(wǎng)絡的安全性、可靠性和可維護性將決定著整個系統(tǒng)的性能。同時，系統(tǒng)的通訊服務器擔負著全站所有數(shù)據(jù)信息的匯總、處理和發(fā)送的功能，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基礎，因此通訊服務器采用冗余配置，雙服務器互為熱備以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。 通訊服務器選用具有高可靠性的工業(yè)計算機，服務器通過網(wǎng)絡適配器與局

64、域網(wǎng)相聯(lián)，通過各個站級管理前端機獲取設備現(xiàn)場數(shù)據(jù)。采集系統(tǒng)生產(chǎn)過程的開關量、模擬量、脈沖量，經(jīng)濾波、檢出事故、故障、狀態(tài)變位信號和模擬量參數(shù)變化，實時地更新實時數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)運行提供實時狀態(tài)數(shù)據(jù)。記錄繼電保護、自動裝置的動作和斷路器的跳合閘動作順序，事件分辨率小于2ms?？稍O置電氣和非電氣模擬量的極限值，當測量值越限時發(fā)出聲光報警。當某些事件產(chǎn)生時，啟動相關的事故追憶記錄，輸出事故前后一段時間內(nèi)的模擬量值，追憶數(shù)據(jù)的測點和周期可定義。接收脈沖電度表輸出的信號，進行電度表讀數(shù)累計，再根據(jù)峰、平、谷時段分時累計。通訊服務器通過中心管理層網(wǎng)絡根據(jù)操作員站、工程師站、綜合管理站、門戶服務器的不同需

65、求采用不同的策略發(fā)送監(jiān)控系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)信息。 操作員站采用可靠性較高的品牌計算機，通過以太網(wǎng)從通訊服務器獲得系統(tǒng)數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能，提供各種監(jiān)控和管理界面。監(jiān)控軟件涵蓋了方便快捷的人機接口、功能強大的接線圖動態(tài)展示、形式多樣的數(shù)據(jù)展現(xiàn)、大型復雜統(tǒng)計報表、基于智能化的自然語言查詢、控制操作、基于網(wǎng)絡的報警和事件管理、完善的安全管理和后臺服務、與電站“監(jiān)視系統(tǒng)”的信息融合等數(shù)十個多種形式的符合行業(yè)規(guī)范的軟件功能模塊，整個系統(tǒng)運行可靠性不再分散于各級用戶之間，而集中于網(wǎng)絡中心數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，任意客戶工作站的突然損壞，不影響整個系統(tǒng)其他部分的工作性能，而且恢復非常簡單。整個軟件的設計充分

66、保證了業(yè)務應用的完整性以及功能通用與專用的一致性。 工程師站采用可靠性較高的品牌計算機，與操作員站一起構成監(jiān)控系統(tǒng)的主要操作平臺。工程師站通過中心管理層以太網(wǎng)從通訊服務器獲取系統(tǒng)和裝置數(shù)據(jù)。工程師站除了具備操作員站的基本功能以外還具備一些高級功能包括監(jiān)控系統(tǒng)的界面修改、裝置參數(shù)的配置并且提供各種系統(tǒng)管理界面。具體實現(xiàn)功能包括：對一次接線圖顯示界面的修改，更新，對報警參數(shù)的添加、刪除，對報警極限值的設定，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理，通信網(wǎng)絡的通道參數(shù)綜合管理，對間隔層設備的在線維護、在線修改參數(shù)和對變電站故障自動分析。 操作票專家系統(tǒng)通過讀取實時運行數(shù)據(jù)，自動檢查操作的閉鎖邏輯等有關規(guī)定，生成正確的操作票。本系統(tǒng)提供了五個功能：1．自動開票功能，用戶填寫好操作設備和操作任務后，就能夠推理匹配出正確的操作術語，自動生成操作票。 2．手工開票功能，如果有部分操作票通過自動開票功能不能獲得令人滿意的出票結果，則還可以利用操作票手工生成系統(tǒng)進行填寫。其智能化的人機界面能夠方便快捷的完成操作票的修改、添加、刪除等工作，得到令人滿意的操作票。3． 圖形開票功能，操作人員在圖形界面環(huán)境中點擊相應設備，進