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0 前 言 變電站對電力的生產和分配起到了舉足輕重的作用 學習和了解變電站的結構和 運行對電力資源的可持續(xù)發(fā)展墊下了基礎 隨著經濟的快速發(fā)展 我國電力需求迅速 增長 由于產業(yè)結構調整和居民生活水平的提高 第三產業(yè)和居民生活用電比重上升 制冷制熱負荷大幅度增加 使得電網規(guī)模不斷擴大 高電壓 大機組 長距離輸電 電網互聯的趨勢 使電網結構越來越復雜 常規(guī)變電站的二次部分主要由四大類裝置 組成 繼電保護 故障錄波 就地監(jiān)控和遠動 在微機化以前 這些裝置不僅功能不 同 實現的原理和技術也完全不同 因而長期以來形成了不同的專業(yè)和相應的技術管 理部門 近年來 開始采用微機型繼電保護裝置 微機型故障錄波器 微機監(jiān)控和微 機遠動裝置 這些裝置盡管功能不一樣 其硬件配置卻大體相同 除微機系統本身以 外 無非是對各種模擬量的數據采集以及 I O 回路 并且裝置所采集的量和要控制的 對象還有許多是共同的 因而顯得設備重復 互聯復雜 人們自然提出這樣一個問題 是否應該從全局出發(fā)來考慮全微機化的變電站二次部分的優(yōu)化設計 提高變電站的可 控性 更多的采用遠方集中控制 操作 反事故措施等 提高勞動生產率 減少人為 誤操作的可能 提高運行可靠性 這就是變電站綜合自動化的來歷 變電站的綜合自動化由電腦繼電保護和監(jiān)控系統組成 最明顯的特征有以下四個 方面 1 功能綜合化 2 結構電腦化 3 操作監(jiān)視屏幕化 4 運行管理智能化 變電站的總體結構采用分布式結構 引入計算機局域網 LAN 技術 將站內所有的智 能化裝置 IED 連接起來 變電站綜合自動化應該改變常規(guī)的保護裝置不能與外界通 信的缺陷 取代常規(guī)的測量系統 如變送器 錄波器 指針式儀表等 改變常規(guī)的操 作機構 如操作盤 模擬盤 手動同期及手控無功補償等裝置 取代常規(guī)的告警 報 警裝置 如中央信號系統 光字牌等 取代常規(guī)的電磁式 機械式防誤閉鎖設備 取 代常規(guī)的遠動裝置等 計算機技術 通信技術 信息技術驚人的發(fā)展 為變電站綜合自動化開辟了廣闊 的前景 變電站綜合自動化系統能夠大大地提高整個電網運行的安全性和經濟效益已經 形成共識 其目標應實現變電站的小型化 無人化的高可靠性 綜合自動化技術始終追 隨著計算機技術的發(fā)展而發(fā)展 計算機和通信技術發(fā)展中的任何一種新技術都很快會在 變電站綜合自動化中找到它的位置 1 目 錄 摘 要 Abstract 第 1 章 負荷統計及主接線的設計說明 1 1 負荷統計 1 2 電氣主接線 第 2 章 負荷統計及變壓器選擇 2 1 負荷統計 2 2 主變壓器選擇 2 3 主變壓器參數計算 2 3 1 阻抗計算 2 3 2 分接頭選擇 2 3 3 無功補償計算 第 3 章 短路電流計算 3 1 各支路最大負荷電流 3 2 短路點的選擇及短路電流計算結果表 第 4 章 主要電氣設備選擇 4 1 高壓斷路器 4 1 1 220KV 電壓級 4 1 2 110KV 電壓級 4 1 3 10KV 電壓級 4 2 隔離開關 4 2 1 220KV 電壓級 4 2 2 110KV 電壓級 4 2 3 10KV 電壓級 4 3 互感器的選擇 4 3 1 電流互感器參數的選擇 4 3 2 電壓互感器參數的選擇 第 5 章 主變壓器繼電保護 5 1 定時限過電流保護 5 2 電流速斷保護 5 3 瓦斯保護 2 第 6 章 變電站綜合自動化 6 1 綜合自動化的特點 6 2 綜合自動化的結構形式 6 3 綜合自動化的主要功能 第七章 變電站監(jiān)控系統 7 1 系統的構成 7 2 系統的通信傳輸 7 2 1 上層星形通信網 7 2 2 中層 CAN 總線通信網 7 2 3 底層 RS 485 總線通信網 7 3 系統的工作過程及功能 7 4 系統的特點 7 5 系統主站軟件的構成 7 5 1 系統主站軟件流程 7 5 2 系統工作流程 7 5 3 系統點名流程 7 5 4 抄表命令流程 7 5 5 設置命令流程 7 5 6 廣播凍結命令流程 7 6 系統運行 7 6 1 登陸管理 7 6 2 主界面 7 6 3 菜單功能說明 致 謝 附錄 A 電氣一次接線原理圖 3 220KV變電站 摘 要 電力生產過程有別于其他工業(yè)生產過程的一個重要特點 就是它的生產 輸送 變換 分配 消費的幾個環(huán)節(jié)是在同一個時間內同步瞬間完成 電力生產過程要求供需嚴 格動態(tài)平衡 一旦失去平衡生產過程就要受到破壞 甚至造成系統瓦解 無法維持正常生 產 隨著經濟的快速發(fā)展 全國乃至全世界凸現缺電局面 如何進一步優(yōu)化調度 加強電 力資源的優(yōu)化配置 最大限度滿足電力需求成為人們探討的問題之一 又隨著計算機技術 通信技術 信息技術驚人的發(fā)展 變電站綜合自動化技術進一步優(yōu)化 整個電網運行的安 全性和經濟效益得到大幅提升 這項技術將引起電力行業(yè)有關部門的重視 成為變電站設 計核心技術之一 本次 220KV 變電站的設計包括一次和二次部分 主要對變壓器臺數和容量 主接 線方案 高壓開關設備 二次接線方案及繼電保護的確定 對變電站負荷 無功補償 短路電流的計算 變電站綜合自動化技術是二次部分設計的重點 主要對遠程監(jiān)測系 統的構成 工作過程 通信傳輸等方面的設計 包括電 力 遠 程 監(jiān) 測 技 術 的 研 究 現 狀 的 分 析 闡 述 了 系 統 中 普 通 存 在 的 弊 端 詳 細 地 闡 述 了 系 統 的 構 成 簡 要 地 介 紹 了 系 統 的 工 作 過 程 主 要 功 能 和 特 點 介 紹 了 Visual Basic 開 發(fā) 工 具 的 特 點 論 述 了 基 于 VB 的 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 主 站 軟 件 的 模 塊 設 計 思 想 和 主 要 流 程 并 對 登 錄 管 理 界 面 主 界 面 和 各 菜 單 項 進 行 了 說 明 關 鍵 詞 220KV 變 電 站 綜 合 自 動 化 設 計 4 220KV TRANSFORMER SUBSTATION ABSTACT The produce of electric power is different from other industrial produce whose process of product transfer change distribute and consume is completed at the same time The produce of electric power must keep balance or it can t function normally or even be destroyed As the development of economy the problem of being shot of electricity is becoming more and more serious It s a big problem how to optimize the disposition of electric resource and meet the electric power requirement With the development of computer technology communication technology and information technology the comprehensive automation system technology develop faster and faster The security and economic profits of the whole electric power network are greatly improved The technology will be attached importance by electrical department and become key point of the transformr substation design This paper is design the 220KV transformer substation which include two parts of electrical devides The first part mainly choose the capacity and specification of the transformer and all kinds of devides It also calculate the burden passive compensation and the shot circuited current Comprehensive automation system technology is the key point of the second part It mainly include the development of electric power remote monitoring system technology Then systemically demonstrates the parts of the system The working principles of system s communication channels and the main function of the system are briefly introduced Finally this paper summarily introduces the peculiarities of Visual Basic instrument Keywords 220KV transformer substation Comprehensive automation system design 5 第 1 章 負荷統計及電氣主接線 1 1 負荷統計如下 單位 KW 序 號 用電單位 現狀負荷 2005 年統計負荷 2010 年統計負荷 1U 大平甲線 16800 18800 24800 2U 大平乙線 14500 15500 20500 3U 大紅甲線 13700 14700 18700 4U 大紅乙線 12000 13000 18000 1S 水 廠 4200 4600 5800 2S 礦冶廠 2960 3060 3560 3S 化肥廠 3300 3600 5000 4S 建材廠 1850 1950 2450 5S 農藥廠 4500 4600 5850 6S 制藥廠 7400 8100 9300 7S 炭素廠 1840 2040 3800 8S 醫(yī) 院 1320 1420 2620 9S 火車站 4280 4880 5980 10S 棉紡廠 2240 2440 3640 合計 90890 98690 130000 1 2 電氣主接線 220KV 采用雙母線帶簡易旁路 110KV 采用雙母線接線 10KV 采用雙母線接線 6 第 2 章 負荷統計及變壓器選擇 2 1 負荷統計 現狀負荷統計為 90890KW 2005 年統計負荷為 98690KW 2010 年統計負為 130000KW 2 2 主變壓器選擇 主變參數 型號 SFPSZ8 90000 220 額定電壓 220 121 11KV 額定容量 90000 90000 90000KVA P K 1 2 395 P K 1 3 414 P K 3 2 280 最大負荷 110KV Smax 15 j8 10KV Smax 5 j2 最小負荷 110KV Smin 8 j2 10KV Smin 2 j1 高壓側的電壓為 V 1max 231KV V1min 220KV 要求中壓側電壓不超過 110 121KV 范圍 低壓側電壓不超過 10 10 8KV 范圍 2 3 主變壓器參數計算 2 3 1 阻抗值計算 P K 1 2 P K 1 2 S 1N S2N 3 395KW 同理 P K 1 3 414KW P K 2 3 280KW P K1 1 2 P K 1 2 P K 1 3 P K 2 3 1 2 395 414 280 264 5KW 同理 P K2 130 5 KW P K3 149 5KW 7 VK1 1 2 V K 1 2 V K 1 3 V K 2 3 14 75 KV 同理 VK2 0 5KV VK3 8 25KV RT1 P K1VN2 1000SN2 264 5 200 200 1000 90 90 1 58 同理 RT2 0 78 RT3 0 89 XT1 V N2VK1VN2 100SN 14 75 220 220 100 90 79 32 XT2 2 69 XT3 44 39 2 3 2 選擇分接頭 最大 最小負荷時的電壓損耗 V 1max P 1R1 Q 1X1 V1max 2 99 KV V 2max P 2R2 Q 2X2 V2max 0 04KV V 3max P 3R3 Q 3X3 V3max 1 67 KV V 1min P 1R1 Q 1X1 V1min 0 76 KV V 2min P 2R2 Q 2X2 V2min 0 004 KV V 3min P 3R3 Q 3X3 V3min 0 43 KV 最大 最小負荷時 各繞組歸算至高壓母線電壓 最大負荷時 V 1max 225 KV V2max 224 996 KV V3max 224 566 KV 最小負荷時 V 1min 220 KV V2min 217 01 KV V3min 215 34 KV 選擇高壓側分頭電壓 Vf1max V 3maxVN3 V3max 224 566 10 5 10 8 218 3KV Vf1min V 3minVN3 V3min 215 34 10 5 10 226KV Vf1 V f1max V f1min 2 222 15 8 于是可選 220 2 5 的分接頭 其中 V 225 5 KV 校驗低壓母線實際電壓 V 3max V 3maxVN3 Vf1 224 566 10 5 225 5 10 03 10KV V 3min V 3minVN3 Vf1 215 34 10 5 225 5 10 4 10 8 KV V 3max 10 03 10 10 100 0 3 5 可見所選分頭符合低壓母線的調壓要求 選中壓側分接頭電壓 計算中壓側分接頭電壓為 Vf2max V 2maxVf1 V2max 121 222 15 224 996 119 5 KV Vf2min V 2minVf1 V2min 110 222 15 217 01 112 6 KV Vf2 Vf 2minVf2min 2 116 05KV 于是可選 110 6 的分接頭 其中電壓 V 116 6 KV 校驗中壓側母線電壓 V 2max V 2maxVf2 Vf1 224 996 116 6 222 15 118 09110KV V 2 max 113 9 110 110 100 3 5 1 5 校驗合格S 110KV 級 110 1 2 1 0 82 200 899 8 6 35 整定為 7AopI 110 1 3330 200 7 2 4 1 5 校驗合格 10KV 級 10 1 2 1 0 85 1200 1732 12 2 整定為 13AopI 10 1 23910 1200 13 1 53 1 5 校驗合格S 5 2電流速斷保護 變壓器的電流速斷保護的速斷電流按下式整定 max kiwrelqbIKI 式中 ukmax kKI 為變壓器的電壓比 u 電流速斷保護的靈敏度按下式校驗 1 5qbIkwpKS2 5 3瓦斯保護 瓦斯保護裝置接線由信號回路和跳閘回路組成 變壓器內部發(fā)生輕微故障時 繼 電器觸點閉合 發(fā)出瞬時 輕瓦斯動作 信號 變壓器內部發(fā)生嚴重故障時 油箱內 產生大量氣體 強烈的油流沖擊擋板 繼電器觸點閉合 發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖 跳開 變壓器各側斷路器 變壓器嚴重漏油使油面降低時 繼電器動作 同樣發(fā)出 輕瓦斯 動作 信號 20 第 6章 變電站綜合自動化 6 1 綜合自動化概述及其特點 現代變電站綜合自動化是二次設備完全用計算機實現對一次設備的安全運行監(jiān)視 與記錄 安全操作監(jiān)視 系統故障記錄 故障分析 繼電保護等多方面自動化的綜合 其結構可以是一個功能一套設備 也可以是一體的或多機一體分層分布的 從某種角 度上可以說 變電站的綜合自動化由計算機繼電保護和監(jiān)控系統兩大部分組成 變電站綜合自動化最明顯的特征有以下四個方面 1 功能綜合化 變電站綜合自動化技術是從建立在計算機硬件技術 數據通信技 術 模塊化軟件技術的基礎上發(fā)展起來的 它綜合了變電站內除交直流以外的全部二 次設備 計算機保護代替了電磁式保護 監(jiān)控裝置綜合了儀表屏 操作屏 模擬屏 變送器 遠動裝置 有載調壓無功補償 中央信號系統和光字牌 計算機保護和監(jiān)控 系統一起還綜合了故障錄波和故障測距 小信號接地等裝置 2 結構電腦化 分布式 多 CPU 綜合自動化系統內各主要插件全是計算機化的 采用分布式結構 網絡總線連接 計算機保護 數據采集 監(jiān)視控制等環(huán)節(jié)的 CPU 群 構成了一個有機整體 以實現各種功能 一個系統往往有幾個甚至幾十個電腦同時并 行運行 3 操作監(jiān)視屏幕化 不管有人值班還是無人值班 操作人員不是在變電站內就是 在遠方調度室或操作中心內面對屏幕顯示器進行變電站的全方位監(jiān)視與操作 常規(guī)方 式下的指針儀表讀數被屏幕數據所代替 常規(guī)龐大的模擬屏被 CRT 屏幕上的實時接線 畫面所取代 常規(guī)在操作屏上進行的跳合閘操作被計算機鍵盤或鼠標操作所取代 常 規(guī)光字牌報警被 CRT 屏幕畫面閃光和文字提示所取代 簡而言之 面對計算機的彩色 可以窺視若大變電站內的瞬變萬化 4 運行管理智能化 變電站綜合自動化另一個特征是運行管理智能化 智能化不 僅表現在常規(guī)的自動化功能上 如自動報警 自動報報表 電壓無功自動調節(jié) 小信 21 號接地自動選線 事故判別與處理等方面 還表現在能夠在線自診斷并不斷將自診斷 的結果送向遠方的主控端 這是區(qū)別常規(guī)二次系統的重要特征 簡言之 常規(guī)二次系 統只能檢測一次設備 而對自己本身的故障診斷困難 必須更多的靠維護人員去檢查 發(fā)現 綜合自動化系統不僅檢測一次設備還時刻檢查自己是否有故障 這就充分體現 了其智能化 6 2變電站綜合自動化的結構形式 歸納起來 變電站綜合自動化系統的結構模式有集中式 分布分散式和分布式結 構集中式組屏三種類型 集中式的一般采用功能較強的計算機擴展其 I O 及外圍接口 集中采集信息 集 中處理與計算 有的甚至將保護功能也做在一起 如下圖所示 這種方式提出得較早 主要受條件限制 當時計算機技術 網絡通信技術還沒有發(fā)展 這種方式可靠性差 功能也有限 很難推廣應用 打印機 調度所 控制操作中心 入 出 控制回路 變電站集中式綜合自動化系統結構圖 隨著計算機特別是單片機技術 網絡技術特別是位總線技術的問世 用于變電站 所控制的分布式結構裝置與系統相繼出現 一般按回路進行設計 將數據采集 控制 單元和計算機保護單元就地裝在開關柜內或其他一次設備附近就地安裝 相互之間有 網絡電纜或光纜連接起來 構成一個分布分散式的綜合自動化系統 如下圖所示 這 種系統最大的優(yōu)點就是節(jié)省電纜 并避免了電纜傳送信息的電磁干擾 其次是最大限 度地壓縮了二次設備的占地面積 這種模式在高壓變電站應用可能更為適合 人機聯系 I O 接口 主計算機 22 另一種形式是分布式結構集中式組屏 這種方式在中低壓變電站用得最多 這種 系統具有分布式結構全部的優(yōu)點 系統便于擴充 便于維護 一個環(huán)節(jié)故障不影響其 他部件的正常運行 考慮到中低壓變電站的一次設備都比較集中 有不少是組合式設 備 分布面不廣 所用信號電纜不長 因而采取集中組屏方式 比分散式就地安裝多 不了多少電纜 優(yōu)點在于集中組屏后便于設計 安裝與維護管理 打印機或 調度所 控制操作中心 其它接口 光纜或電纜 TV TA 操作 TV TA 操作 TV TA 保護 TV TA 保護 狀態(tài)信號 回路 狀態(tài)信號 回路 狀態(tài)信號 出口 狀態(tài) 出口 油溫 分布分散式綜合自動化系統結構 6 3變電站綜合自動化系統的主要功能 變電站綜合自動化主要包括安全監(jiān)控 計算機保護 開關操作 電壓無功控制 遠動 低頻減載以及自診斷等功能 1 監(jiān)控系統功能 監(jiān)控系統功能包括數據采集 安全監(jiān)視 事件順序記錄 電能計算 控制操作 與計算機保護裝置通信等 人機聯系 主控機 或雙機 線路開關柜 保護與控制 單 元 饋線開關柜 保護與監(jiān)控 單 元 變壓器保護 單 元 單元 電容器保護 23 1 數據采集與顯示 采集變電站電力運行實時數據和設備運行狀態(tài)并通過當地或 遠方的顯示器將運行工況以數據和畫面兩種方式反映給運行人員 其中 工頻模擬量 采用計算機交流采樣 狀態(tài)觸點方式接入監(jiān)控系統 2 安全監(jiān)視 對采集的模擬量 狀態(tài)量及保護信息進行自動監(jiān)視 當有被測量越 限 保護動作 非正常狀態(tài)變化 設備異常時 能及時在當地或遠方發(fā)出音響或語音 報警 推出報警畫面 顯示異常區(qū)域 為運行人員提供處理故障所需的全部信息 事 故信息還可存貯和打印記錄 供事后分析故障原因用 3 事件順序記錄 變電站發(fā)生故障時 對異常狀態(tài)變化的時間順序進行自動記錄 存貯 遠傳 時間順序記錄分析率一般小于 5ms 高壓變電站可提高到小于 1ms 4 電能計算 系統可實現對采集的電能量分時統計 旁路代送時可自動實現電量 的累加 5 控制操作 系統可實現對斷路器 隔離開關的開 合控制和變壓器分接頭的調 整控制 具有防誤操作措施 為防止系統故障時無法操作被控設備 在設計上應保留 人工直接跳合閘手段 6 與保護裝置通信 交換數據 向保護裝置發(fā)出對時 召喚數據命令 傳送新的 保護定值 保護裝置向監(jiān)控系統報告保護動作參數 動作時間 動作性質 動作值 動作名稱等 響應召喚命令回報當前保護定值以及修改定值的返校信息等 2 計算機保護功能 1 變壓器保護 利用二次諧波制動的電流差動保護 過電流保護 重瓦斯保護等 2 進線線路保護 一般按用戶要求配置 3 饋電線路保護 一般有電流速斷保護 定 反時限過電流保護 三相自動重合 閘功能 4 母線保護 5 電容器保護 包括過壓保護和欠壓保護 過電流保護 電流差動保護 6 用戶提出的其他合理的保護配置 3 電壓和無功綜合控制 以保證電壓合格和優(yōu)化無功補償為控制目標 實現對有災調壓變壓器分接頭和并 聯補償電容器組的綜合調節(jié)和控制 既可提高供電質量 又具有節(jié)能的功效 同時具 有自動統計電壓合格率的功能 4 遠動功能 綜合自動化系統具有很強的遠動功能 不僅具有實現常規(guī)的遙測 遙信遙控遙調 24 事件記錄遠傳功能 而且還具有保護定值遠方監(jiān)視與修改 故障錄波與測距的遠方傳 輸功能 一般綜合自動化具有多個遠方接口功能 必要時還可服從主站端的通信規(guī)約 進行非常規(guī)的數據通信 5 系統在線自診斷功能 系統的在線自診斷功能 能自診斷到各設備的插件級 第 7章 變電站監(jiān)控系統 7 1 變電站監(jiān)控系統系 統 的 構 成 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 采 用 電 話 線 CAN 總 線 以 及 RS 485 總 線 幾 種 通 信 信 道 由 于 系 統 監(jiān) 測 居 民 小 區(qū) 住 戶 的 用 電 信 息 因 此 采 用 電 話 線 撥 號 的 方 式 能 夠 及 時 方 便 地 進 行 系 統 的 遠 程 監(jiān) 測 管 理 而 參 數 信 息 在 電 話 線 上 的 順 利 傳 輸 是 通 過 MODEM 的 調 制 和 解 調 功 能 完 成 的 為 了 節(jié) 約 MODEM 資 源 同 時 滿 足 系 統 集 中 器 通 信 距 離 和 通 信 速 率 的 要 求 集 中 器 的 設 計 采 用 了 CAN 總 線 通 信 方 式 在 這 種 通 信 方 式 下 主 集 中 器 與 從 集 中 器 都 是 CAN 的 節(jié) 點 其 中 主 集 中 器 直 接 與 MODEM 相 連 通 過 CAN 與 各 從 集 中 器 進 行 通 信 由 于 CAN 總 線 的 開 支 較 大 因 此 系 統 從 集 中 器 的 下 行 信 道 便 采 用 了 RS 485 總 線 系 統 的 構 成 如 下 圖 所 示 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 是 一 個 三 級 分 布 式 通 信 系 統 主 要 由 主 站 集 中 器 采 集 單 元 通 信 信 道 采 集 終 端 等 六 部 分 組 成 1 主 站 Master station 主 站 是 指 通 過 信 道 對 集 中 器 中 的 信 息 采 集 并 進 行 處 理 和 管 理 的 設 備 主 站 是 公 用 配 電 變 壓 器 遠 程 集 中 抄 表 系 統 的 核 心 完 成 低 壓 配 電 變 壓 器 實 時 監(jiān) 測 和 低 壓 用 戶 遠 程 抄 表 后 的 信 息 分 析 與 處 理 完 成 監(jiān) 測 信 息 輸 出 報 警 控 制 等 功 能 管 理 系 統 設 備 自 動 生 成 各 種 運 行 分 析 報 表 記 錄 觀 測 與 處 理 信 息 系 通 過 主 站 計 算 機 操 作 用 電 管 理 人 員 可 以 隨 時 獲 取 所 需 要 的 各 種 數 據 和 信 息 計 算 機 主 站 是 系 統 最 主 要 的 人 機 界 面 2 集 中 器 Concentrator 25 集 中 器 是 低 壓 電 網 電 能 管 理 系 統 的 中 心 管 理 設 備 和 控 制 設 備 負 責 系 統 命 令 的 傳 送 數 據 通 訊 網 絡 管 理 事 件 記 錄 等 功 能 在 本 系 統 中 集 中 器 分 為 主 集 中 器 和 從 集 中 器 主 從 集 中 器 在 結 構 和 功 能 上 沒 有 本 質 區(qū) 別 均 帶 有 RS 485 總 線 以 構 成 底 層 通 信 系 統 只 是 主 集 中 器 比 從 集 中 器 多 了 MODEM 通 信 功 能 PSTN電 話 網數 據 庫 威 勝電 子 表 MODEM RS 485 A 總 線 電 話 線 集中器 MODEM集中器 MODEM集中器 集中器 集中器 集中器 主 站 管 理 中 心 采 集終 端 采 集 單 元溫 度 傳感 器 有 功 模 塊 無 功 模 塊 采 集終 端 居 民用 戶 表 威 勝電 子 表 威 勝電 子 表變壓器 居 民用 戶 表 居 民用 戶 表 居 民用 戶 表居 民用 戶 表居 民用 戶 表 居 民用 戶 表 集中器 RS 485 B 總 線 變 壓 器 臺 區(qū) CAN 總 線 低 壓高 壓 電 話 線 圖 2 1 基于 CAN 總線的電力遠程監(jiān) 測系統 26 3 采 集 單 元 Acquisition unit 采 集 單 元 是 指 用 于 實 時 采 集 臺 區(qū) 變 壓 器 電 能 質 量 參 數 如 電 壓 電 流 功 率 因 數 變 壓 器 油 溫 等 的 設 備 采 集 單 元 帶 有 RS 485 通 信 接 口 集 中 器 可 隨 時 對 其 進 行 數 據 的 采 集 和 命 令 的 發(fā) 布 采 集 單 元 完 成 了 對 臺 區(qū) 變 壓 器 的 實 時 監(jiān) 測 4 采 集 模 塊 Acquisition module 采 集 模 塊 是 指 用 于 采 集 單 個 用 戶 電 能 表 電 能 量 信 息 并 將 它 處 理 后 通 過 信 道 將 數 據 傳 送 到 系 統 上 一 級 設 備 中 級 器 或 集 中 器 的 專 用 模 塊 在 本 系 統 中 采 集 模 塊 分 為 無 功 模 塊 和 有 功 模 塊 分 別 監(jiān) 測 臺 區(qū) 的 總 無 功 電 量 和 總 有 功 電 量 5 采 集 終 端 Acquisition Terminal 采 集 終 端 是 指 用 于 采 集 多 個 客 戶 電 能 表 能 量 信 息 并 經 處 理 后 通 過 信 道 將 數 據 傳 送 到 系 統 上 一 級 中 級 器 或 集 中 器 的 設 備 在 本 系 統 中 采 集 終 端 安 裝 在 居 民 區(qū) 通 過 導 線 連 接 若 干 個 1 16 個 居 民 用 戶 表 脈 沖 表 進 行 脈 沖 數 累 加 和 存 儲 采 集 終 端 的 核 心 是 單 片 機 具 有 一 個 與 集 中 器 相 連 接 的 RS 485 通 信 接 口 6 通 信 信 道 Channel 通 信 信 道 信 號 傳 輸 的 媒 體 如 無 線 電 電 力 線 電 話 線 等 如 圖 2 1 所 示 以 通 信 信 道 的 不 同 可 將 該 系 統 分 為 上 層 星 型 通 信 網 中 層 CAN 總 線 通 信 網 和 底 層 RS 485 總 線 通 信 網 7 2 系 統 的 通 信 傳 輸 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 是 一 個 三 級 分 布 式 通 信 系 統 包 括 1 主 站 與 主 集 中 器 之 間 的 MODEM 通 信 2 主 集 中 器 與 從 集 中 器 之 間 的 CAN 總 線 通 信 3 集 中 器 與 威 勝 全 電 子 式 多 功 能 三 相 交 流 電 能 表 之 間 的 RS 485 A 總 線 通 信 或 集 中 器 與 采 集 單 元 采 集 模 塊 采 集 終 端 之 間 的 RS 485 B 總 線 通 信 2 7 2 1 上 層 星 型 通 信 網 27 基 于 VB 的 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 是 以 安 裝 在 電 力 局 管 理 中 心 的 系 統 工 作 站 為 中 心 通 過 PSTN 電 話 網 以 分 散 的 形 式 與 帶 MODEM 的 集 中 器 在 本 論 文 中 稱 為 主 集 中 器 進 行 通 信 7 2 2 中 層 CAN 總 線 通 信 網 主 集 中 器 與 從 集 中 器 通 過 CAN 總 線 相 連 主 從 集 中 器 在 結 構 和 功 能 上 沒 有 本 質 區(qū) 別 均 帶 有 RS 485 總 線 以 構 成 底 層 通 信 系 統 只 是 主 集 中 器 比 從 集 中 器 多 了 MODEM 通 信 功 能 CAN 總 線 上 的 節(jié) 點 經 上 電 初 始 化 后 具 有 不 同 的 節(jié) 點 地 址 并 可 動 態(tài) 改 變 地 址 主 集 中 器 收 到 上 層 的 命 令 或 數 據 后 先 判 斷 此 命 令 或 數 據 是 不 是 發(fā) 給 自 己 的 如 果 是 主 集 中 器 將 命 令 或 數 據 下 傳 給 其 本 身 的 RS 485 總 線 或 進 行 其 它 相 關 操 作 如 果 不 是 主 集 中 器 則 把 收 到 的 命 令 或 數 據 通 過 CAN 總 線 傳 送 給 總 線 上 的 其 它 節(jié) 點 從 集 中 器 從 集 中 器 收 到 CAN 總 線 的 命 令 或 數 據 后 再 將 其 下 傳 到 底 層 的 RS 485 總 線 或 進 行 其 它 相 關 操 作 7 2 3 底 層 RS 485 總 線 通 信 網 底 層 RS 485 總 線 通 信 網 由 兩 條 獨 立 的 總 線 構 成 即 RS 485 A 總 線 和 RS 485 B 總 線 以 適 應 不 同 的 總 線 協 議 要 求 RS 485 A 總 線 接 口 是 為 適 應 威 勝 全 電 子 式 多 功 能 三 相 交 流 電 能 表 的 數 據 通 信 協 議 而 建 立 的 通 信 接 口 連 接 在 總 線 上 的 威 勝 電 子 表 具 有 不 同 的 地 址 且 地 址 可 動 態(tài) 改 變 RS 485 B 總 線 接 口 實 現 了 采 集 單 元 采 集 模 塊 采 集 終 端 的 互 連 采 集 單 元 采 集 模 塊 和 采 集 終 端 都 有 不 同 的 地 址 以 實 現 多 機 通 信 RS 485 A 總 線 和 RS 485 B 總 線 構 成 了 兩 套 獨 立 的 主 從 式 通 信 系 統 通 信 的 發(fā) 起 者 和 結 束 者 都 是 主 集 中 器 或 從 集 中 器 通 信 時 集 中 器 把 收 到 的 命 令 或 數 據 含 地 址 信 息 發(fā) 送 到 總 線 上 總 線 上 的 485 從 機 進 入 通 信 中 斷 后 先 進 行 地 址 判 別 若 收 到 的 地 址 信 息 與 本 機 地 址 相 同 則 進 行 相 關 的 操 作 若 不 相 同 則 退 出 中 斷 7 3 系 統 的 工 作 過 程 和 功 能 從 圖 2 1 已 經 知 道 系 統 主 要 由 主 站 電 話 線 集 中 器 RS 485 總 線 采 集 器 帶 485 總 線 接 口 的 電 度 表 及 脈 沖 電 度 表 等 幾 個 部 分 組 成 系 統 初 次 上 電 時 應 先 進 行 系 統 的 配 置 狀 態(tài) 檢 查 主 站 計 算 機 發(fā) 送 點 名 命 令 查 詢 從 集 中 器 CAN 節(jié) 點 個 數 采 集 模 塊 個 數 和 采 集 終 端 個 數 并 根 據 集 中 器 安 置 情 況 和 采 集 終 端 安 裝 情 況 自 動 生 成 系 統 網 絡 拓 撲 圖 然 后 系 統 即 可 依 據 主 站 命 令 進 入 28 正 常 的 監(jiān) 測 管 理 狀 態(tài) 基 于 VB 的 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 具 有 配 電 變 壓 器 運 行 參 數 遠 程 監(jiān) 測 電 能 質 量 參 數 分 析 低 壓 用 戶 用 電 參 數 遠 程 監(jiān) 測 系 統 故 障 自 檢 測 量 參 數 分 析 測 量 參 數 記 錄 數 據 顯 示 與 打 印 曲 線 顯 示 與 打 印 系 統 保 密 病 毒 防 護 報 表 生 成 歷 史 數 據 查 詢 知 識 查 詢 分 時 計 費 欠 費 斷 電 等 多 種 功 能 7 4 系 統 的 特 點 1 系 統 在 國 內 同 類 產 品 中 首 次 采 用 高 性 能 16 位 單 片 機 作 為 集 中 器 具 有 良 好 的 系 統 性 能 2 采 集 器 可 根 據 現 場 需 要 連 接 1 16 戶 居 民 的 電 能 表 3 每 個 采 集 器 均 設 有 一 路 電 壓 實 時 檢 測 終 端 4 由 于 采 用 有 線 信 道 為 實 現 用 戶 電 能 表 網 絡 化 管 理 以 及 一 戶 一 表 抄 表 到 戶 制 度 提 供 了 高 效 科 學 的 手 段 系 統 的 誤 碼 率 低 于 10 7 5 系 統 軟 硬 件 設 計 采 用 模 塊 化 多 冗 余 設 計 既 可 保 證 設 備 工 作 的 可 靠 性 又 能 使 系 統 易 于 擴 充 和 軟 件 升 級 6 多 種 通 信 接 口 可 滿 足 市 話 網 CAN 總 線 RS 485 專 用 線 等 多 種 通 信 方 式 實 現 數 據 的 傳 輸 滿 足 電 力 管 理 部 門 對 不 同 信 道 的 要 求 7 系 統 計 費 計 時 精 度 高 無 脈 沖 丟 失 產 生 對 電 能 計 量 不 會 附 加 任 何 誤 差 8 抄 表 速 度 可 達 400 戶 min 9 系 統 設 計 考 慮 了 后 續(xù) 發(fā) 展 要 求 便 于 與 臺 區(qū) 變 壓 器 遠 程 監(jiān) 測 系 統 變 電 站 遠 程 監(jiān) 測 系 統 融 合 組 建 電 力 遠 程 監(jiān) 測 綜 合 管 理 專 家 系 統 2 7 5 系 統 軟 件 流 程 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 的 主 機 軟 件 采 用 Visual Basic 開 發(fā) 軟 件 設 計 遵 循 模 塊 設 計 思 想 采 用 結 構 化 程 序 設 計 方 案 具 有 較 好 的 模 塊 性 可 移 植 性 和 修 改 性 Visual Basic 繼 承 了 Basic 簡 便 易 學 的 優(yōu) 點 同 時 具 有 友 好 的 可 視 化 編 程 界 面 編 程 方 便 效 率 高 并 且 支 持 一 套 出 色 的 數 據 庫 訪 問 技 術 成 為 目 前 最 流 行 的 數 據 庫 應 用 軟 件 變 成 工 具 之 一 有 利 于 在 短 時 期 內 實 現 一 個 完 整 的 功 能 強 大 的 并 且 29 易 于 操 作 的 應 用 軟 件 7 5 1 系 統 的 主 站 軟 件 流 程 本 系 統 主 站 采 用 的 是 模 塊 化 的 設 計 方 法 模 塊 化 就 是 把 一 個 完 整 的 程 序 分 若 干 個 小 塊 其 中 每 個 小 塊 完 成 一 個 子 功 能 而 把 這 小 塊 集 合 起 來 組 成 一 個 整 體 就 可 以 實 現 系 統 的 整 體 功 能 電 力 遠 程 監(jiān) 測 系 統 是 一 個 復 雜 的 大 型 系 統 利 用 模 塊 化 的 思 想 設 計 系 統 軟 件 可 以 使 程 序 容 易 設 計 閱 讀 和 理 解 軟 件 結 構 非 常 清 晰 基 于 模 塊 化 的 程 序 設 計 方 法 本 系 統 工 作 流 程 主 要 有 系 統 工 作 流 程 系 統 點 名 流 程 抄 表 命 令 流 程 設 置 命 令 流 程 廣 播 命 令 流 程 7 5 2 系 統 工 作 流 程 系統主站的工作流程圖 LinkNum 1 初始化各參數 LinkNum 0 通過 MODEM 撥某電話 連接表 站 撥號成功否 開 始 Y N 廣播凍結命 令嗎 點名從集中器 終端數命令 抄收凍結時刻 總電量命令 設置 表底 數等 參數 廣播 凍結 時間 查詢從 集中器 數 采集 終端數 抄收凍結時刻總電量 N N N Y Y Y 抄收電量 等參數 N N Y Y 發(fā)送命令 設置命令 LinkNum 3 N 抄表命令 Y 報錯 命 令出 錯 報錯 電話 無法 接通 返回主界面 30 系 統 初 次 上 電 時 應 先 進 行 系 統 的 配 置 狀 態(tài) 檢 查 主 站 計 算 機 發(fā) 送 點 名 命 令 查 詢 從 集 中 器 CAN 節(jié) 點 個 數 以 及 采 集 終 端 個 數 然 后 系 統 即 可 依 據 主 站 命 令 進 入 正 常 的 監(jiān) 測 管 理 狀 態(tài) 系 統 主 站 的 工 作 流 程 如 上 圖 所 示 其 通 信 信 道 是 主 集 中 器 上 行 信 道 公 用 電 話 線 網 絡 主 站 計 算 機 先 通 過 MODEM 撥 通 某 用 戶 電 話 建 立 該 用 戶 與 表 站 變 壓 器 臺 區(qū) 之 間 的 連 接 當 連 接 建 立 之 后 主 站 即 可 發(fā) 送 命 令 集 中 器 則 進 行 命 令 的 判 斷 并 轉 入 相 應 的 處 理 工 作 主 站 命 令 主 要 可 分 為 點 名 命 令 抄 表 命 令 設 置 命 令 設 置 時 區(qū) 時 段 設 置 時 間 參 數 設 置 電 表 底 數 等 廣 播 凍 結 命 令 等 7 5 3 系 統 點 名 流 程 系統點名命令一般在系統初次上電時才被執(zhí)行 電力遠程監(jiān)測管理系統的 CAN 節(jié) 點個數為 1 110 個 因此系統主站必須事先知道該系統從集中器的個數及其地址 以 便主站計算機統攬全局 統一管理 類似的 采集終端下掛用戶電表 系統采集終端 的個數也為 1 64 個 而每個采集終端最多可掛 16 個用戶電表 因此 系統主站必須 也事先知道系統采集終端的個數及其地址 才可完成對具體用戶電表的抄收和設置等 工作 系統主站發(fā)送的點名命令格式為 0BBH CANADD 0AAH cmnd Byteh Bytel adrh adrl chkxor chksum 0BBH 主 站 發(fā) 送 命 令 的 起 始 碼 即 命 令 頭 CANADD 系 統 中 CAN 節(jié) 點 的 地 址 cmnd 抄 表 命 令 號 0AAH 主 從 集 中 器 之 間 及 從 集 中 器 與 各 表 計 之 間 進 行 通 信 的 命 令 起 始 碼 Byteh Bytel 所 要 抄 收 的 數 據 字 節(jié) 數 其 中 Byteh 為 字 節(jié) 高 8 位 Bytel 為 低 8 位 所 抄 收 的 數 據 總 長 度 Byteh 256 Bytel 個 字 節(jié) 31 adrh adrl 分別表示抄收對象的表型和表號 chkxor chksum 異或校驗 和校驗 系統點名流程圖如下 返回主界面 系統點名流程 報錯 表站無法接通 LinkNum 3 查詢從集中器以及采集終端個數 點名完成否 Y N Y 撥號成功否 撥號 連接表站 發(fā)送點名命令 開始 LinkNum 1 初始化各參數 LinkNum 0 Y N N 32 7 5 4 抄表命令流程 抄 表 工 作 包 括 主 站 抄 收 采 集 模 塊 即 臺 變 有 功 表 和 無 功 表 采 集 單 元 采 集 終 端 的 數 據 并 將 這 些 數 據 進 行 儲 存 分 析 處 理 和 顯 示 等 在 抄 表 命 令 里 其 中 1 主 站 所 要 抄 收 的 參 數 有 總 電 量 上 本 月 電 量 上 本 月 最 大 需 量 模 式 時 間 參 數 時 區(qū) 時 段 瞬 時 值 檢 測 缺 相 檢 測 末 端 電 壓 異 常 停 電 記 錄 實 時 電 壓 昨 天 前 天 曲 線 等 2 主 站 發(fā) 送 的 抄 表 命 令 格 式 與 3 1 2節(jié) 中 系 統 點 名 命 令 格 式 相 同 只 是 cmnd 命 令 號 不 同 主 從 集 中 器 的 工 作 也 不 同 抄 表 命 令 流 程 圖 如 圖 7 5 4 所 示 7 5 5 設 置 命 令 流 程 采 集 終 端 等 對 象 的 參 數 進 行 設 置 的 命 令 這 些 參 數 包 括 電 表 底 數 時 區(qū) 時 段 時 間 參 數 表 號 電 表 密 碼 欠 費 斷 電 對 時 命 令 費 率 廣 播 結 算 命 令 等 主 站 發(fā) 送 的 設 置 命 令 格 式 為 0BBH CANADD 0AAH cmnd Byteh Bytel adrh adrl 設 置 數 據 1 設 置 數 據 2 設 置 數 據 n chkxor chksum 式 中 所 要 設 置 的 參 數 長 度 n Byteh 256 Bytel 個 字 節(jié) 設 置 命 令 流 程 圖 如 圖 7 5 5 所 示 7 5 6 廣 播 凍 結 命 令 流 程 廣 播 凍 結 命 令 的 流 程 圖 如 圖 7 5 6 所 示 廣 播 凍 結 命 令 包 括 廣 播 凍 結 時 間 命 令 以 及 抄 收 凍 結 時 刻 總 電 量 命 令 其 中 廣 播 凍 結 命 令 的 主 要 功 能 是 主 站 設 定 凍 結 時 間 并 將 該 時 間 廣 播 給 各 集 中 器 而 抄 收 凍 結 時 刻 總 電 量 命 令 則 是 指 主 站 計 算 機 抄 收 各 集 中 器 凍 結 時 刻 的 總 電 量 等 參 數 主 站 計 算 機 首 先 通 過 MODEM 發(fā) 送 一 組 時 間 信 息 給 各 采 集 單 元 模 塊 終 端 等 對 象 這 些 對 象 則 在 該 時 刻 即 凍 結 時 間 抄 收 各 自 的 電 量 數 據 并 將 讀 數 儲 存 起 來 接 著 當 主 站 發(fā) 送 抄 收 凍 結 時 刻 總 電 量 命 令 時 集 中 器 再 將 這 些 電 量 讀 數 傳 送 給 主 站 計 算 機 在 圖 7 5 6 中 1 主 站 發(fā) 送 的 廣 播 凍 結 時 間 命 令 格 式 為 33 0BBH CANADD 0AAH cmnd Byteh Bytel adrh adrl 年 月 日 時 分 chkxor chksum 其 中 年 月 日 時 分 均 為 一 個 字 節(jié) 即 Byteh 0 Bytel 5 adrh adrl 0 2 主 站 發(fā) 送 的 抄 收 凍 結 時 刻 總 電 量 命 令 格 式 為 0BBH CANADD 0AAH cmnd Byteh Bytel adrh adrl chkxor chksum 其 中 Byteh Bytel 0 adrh adrl 0 給 系 統 設 定 凍 結 功 能 主 要 是 為 了 了 解 用 戶 電 表 某 個 確 定 時 刻 的 電 量 讀 數 以 便 掌 握 用 戶 瞬 時 的 用 電 情 況 返回主界面 圖 7 5 4 主站抄表命令流程 撥號 連接表站 選擇抄收對象及抄收內容 撥號成功 開 始 初始化各參數 變量 LinkNum 0 N 處理數據 并將結果存入數據庫 顯示抄收結果 報錯 電 話線無法接通 從串口接收數據 存 入數組中 數據接收完 LinkNum 1 LinkNum 3 Y N N Y 還有其它抄表命 令嗎 N 發(fā)送一個抄表命令 Y Y 34 返回主界面 圖 7 5 5 主站設置命令流程 發(fā)送設置命令 設置成功否 LinkNum 1 LinkNum 3 報錯 表站 無法接通 Y Y 選擇設置對象 還有其它設置命 令嗎 撥號成功否 Y N 撥號 連接表站 輸入或選擇設置數據及內容 開始 初始化各參數 LinkNum 0 N Y N N 報警出 錯 35 返回主界面 圖 7 5 6 廣播凍結命令流程 Y 是廣播凍結 時間命令 N 廣播凍結時間 報錯 表站 無法接通 處理 儲存所抄 收的數據 抄收凍結時刻 總電量 凍結時間大 于當前時間 嗎 N Y 報錯 LinkNum 1 LinkNum 3 Y Y N N 設定凍結時間 撥號成功否 初始化各參數 變量 LinkNum 0 開 始 撥號 連接表站 發(fā)送廣播凍結命令 36 7 6 系 統 運 行 7 6 1 登 錄 管 理 主 站 軟 件 啟 動 后 會 提 示 用 戶 輸 入 密 碼 只 有 正 確 的 密 碼 才 能 運 行 主 站 軟 件 連 續(xù) 三 次 輸 入 錯 誤 的 密 碼 主 站 軟 件 會 退 出 運 行 用 戶 分 為 普 通 用 戶 和 系 統 管 理 員 分 別 有 不 同 的 操 作 權 限 系 統 管 理 員 能 管 理 和 設 定 普 通 用 戶 的 操 作 權 限 7 6 2 主 界 面 用 戶 登 錄 后 顯 示 主 站 軟 件 運 行 的 主 界 面 主 界 面 與 視 窗 操 作 系 統 下 的 應 用 軟 件 保 持 風 格 的 一 致 使 用 戶 能 夠 在 較 短 的 時 間 內 學 會 主 站 軟 件 的 使 用 事 件 觸 發(fā) 機 制 是 可 視 化 編 程 的 一 大 特 點 即 程 序 的 功 能 通 過 點 擊 菜 單 按 鈕 等 觸 發(fā) 方 式 組 織 在 一 起 這 就 決 定 了 主 站 軟 件 的 結 構 是 把 各 個 功 能 分 類 組 織 在 相 應 的 菜 單 項 之 下 用 戶 根 據 需 要 對 系 統 進 行 設 置 執(zhí) 行 相 應 的 操 作 在 快 捷 菜 單 中 設 置 了 一 些 常 用 菜 單 選 項 方 便 用 戶 使 用 4 7 6 3 菜 單 功 能 說 明 點 擊 菜 單 項 后 會 出 現 菜 單 選 項 選 擇 其 中 的 選 項 會 打 開 執(zhí) 行 相 應 功 能 的 窗 口 各 菜 單 項 的 說 明 如 下 1 抄 表 系 統 抄 表 系 統 選 擇 菜 單 包 括 抄 表 瀏 覽 器 基 礎 數 椐 抄 表 設 置 重 新 登 陸 修 改 密 碼 退 出 系 統 等 功 能 抄表瀏覽器中的電表資源瀏覽器選項能實現對系統抄表 形為管理 包括手動抄表和自動抄表 抄表瀏覽器中的遠程監(jiān)測選項能實現對