变电站课程设计王硕

题 目：《变电站监控技术》课程设计 院 系：电气工程系 专 业：铁道电气化

年 级： 2011级

姓 名：王硕 指导教师：孟 军

西南交通大学峨眉校区 2014年11月20日

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课 程 设 计 任 务 书

专 业 电气工程及其自动化 姓 名 王硕 学 号 20116672 开题日期：2014年 9 月 2 日 完成日期：2014 年 月 日

题 目 《变电站监控技术》课程设计

一、设计的目的

变电站监控课程设计是配合“变电站监控技术”理论教学而设置的一门实践性课程，主要目的是通过该课程设计使学生了解变电站监控系统的整体构成及关键性技术，进一步巩固所学知识并能够合理利用。初步掌握变电站监控设计步骤和方法；了解变电站监控系统的整体构成，熟悉有关“规程”和“设计手册”的使用方法。

二、设计的内容及要求 (原始资料附后)

1. 主要设计原则和主要设计标准； 2. 根据原始资料确定系统应实现的功能，包括调度中心及RTU应实现的功能；

3. 变电站监控系统的系统构成及配置；

4. 调度中心：系统构成、系统网络结构、软硬件配置等； 5. RTU：变电站综合自动化系统构成、系统通信网络结构、软硬件配置等； 6.远程通信通道设计：通信通道方案选择及实现

7. 系统主要设计指标； 8. 附件：（1）主要工程数量表、（2）主要设备表；（3）系统容量要求表、（4）四遥对象概数表、（5）电力监控系统构成示意图。 10. 所有设计内容用A4纸打印成册，包括封面、前言、摘要、设计任务书、设计正文、附件、参考书目等；

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三、指导教师评语

四、成绩

指导教师 （签章）

年 月 日

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变电站监控课程设计原始资料

1.工程概况

某电气化铁路牵引供电系统，分别由A、B、C、D四个110/27.5KV牵引变电所供电。监控系统设电力调度中心一个，四个牵引变电所各设远程终端一个。

2.环境条件

2.1电力调度中心控制室和机房环境 环境温度：+5℃～40℃ 相对湿度：10%～90% 海拔高度≤1000m 大气压力：86～108kpa

振动：f<10Hz，振幅为0.3mm；10Hz＜f<150Hz时，加速度为0.1m/s2。 工作电源：两路独立的380/220V电源；波动范围：-15%～+10% 地震烈度：≤7度 接地电阻≤1Ω 2.2牵引变电所内环境 控制室温度：-5℃～+45℃ 开关柜温度：-10℃～+55℃

环境温度在-5℃～+40℃时，最大变化率10℃/h，设备应能满足技术规格书所规定的精度要求，环境温度在-10℃～+55℃时，设备应能正常工作，不误动、不拒动。

相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25℃）；有凝露的情况发生。

海拔高度≤1000m 地震烈度：≤7度

3.设计内容

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3.1主要设计原则

电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；

控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；

通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用通道，主备通道能实现手动及自动切换；

控制站具备与其它系统的通信接口能力； 系统设备选型立足国产化。 3.2主要设计标准

《远动系统和设备》（IEC870-88）

《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-02）

《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》（TB10117-98） 《铁路电力远动系统工程设计规范》（TB10064-2000） 3.3系统构成和基本配置

完成系统控制站、被控站及远动通道的构成及硬件配置设计，完成电力监控系统构成示意图。 3.4确定监控内容

根据变电所主接线图确定遥控、遥测、遥信对象，完成四遥对象概数表。 3.4 系统功能设计

确定系统实现的主要功能。

3.5 RTU各模块（分组完成模拟量输入模块、开关量输入模块、控制量输出模块）硬件电路设计及软件说明书

确定模块硬件方案（输入/输出路数、元器件选择、接口设计、电原理图），时间分辨率不大于10MS；

输入/输出信号列表、编码；

软件程序结构、程序框图、主要源程序设计； 软件说明。

4.附图：牵引变电所主接线图（由于主接线图为原始设计图纸，图形较大，不便打印，查看时可在计算机中放大）。 5.课程设计时间时度安排

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第1 周 查阅相关规范、文献资料，熟悉原始资料及设计任务，进行系统

构成和配置、系统功能设计

第2、3周 完成系统构成和配置、系统功能设计

第4、5周 确定所在分组设计模块的硬件方案，经审查后完成电原理图绘

制

第6周 整理文档，准备答辩

6．主要参考文献

[1].柳永智，刘晓川. 电力系统远动. 北京：中国电力出版社 [2].盛寿麟. 电力系统远动原理. 北京：中国电力出版社 [3].杨爵. 实用编码技术. 北京：中国铁道出版社 [4].胡道元. 计算机局域网. 北京：清华大学出版社 [5].曹志刚. 现代通信原理. 北京：清华大学出版社

[6].何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术. 京： 北京航空航天大学出版社

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前言 .................................................................................................................................................. 9 第1章 设计的原则及标准 ......................................................................................................... 10

1.1 主要设计原则 .................................................................................................................. 10 1.2 主要设计标准 .................................................................................................................. 10 第2章 变电站监控系统的系统构成及配置 ............................................................................. 11

2.1 系统构成 .......................................................................................................................... 11 2.2 系统配置 .......................................................................................................................... 11

2.2.1 控制站 ................................................................................................................... 11 2.2.2 被控站 ................................................................................................................... 14 2.2.3 通信通道构成与配置 ........................................................................................... 14

第3章RTU实现的功能及四遥简介 ........................................................................................... 15

3.1 RTU的主要功能 .............................................................................................................. 15 3.2 调度端功能 ...................................................................................................................... 16 3.3遥控功能 ........................................................................................................................... 16 3.4遥信功能 ........................................................................................................................... 16 3.5遥测功能 ........................................................................................................................... 17 3.6遥调 ................................................................................................................................... 17 第4章 系统功能设计 ................................................................................................................... 18

4.1遥控功能 ........................................................................................................................... 18 4.2遥信功能 ........................................................................................................................... 18 4.3遥测功能 ........................................................................................................................... 19 4.4遥调功能 ........................................................................................................................... 20 4.5主变电站谐波监测 ........................................................................................................... 20 4.6事件顺序记录及事故追忆功能 ....................................................................................... 20 4.7报表及统计功能 ............................................................................................................... 20 4.8画面显示功能 ................................................................................................................... 20 4.9数据库管理 ....................................................................................................................... 21 4.10打印功能 ......................................................................................................................... 21 4.11运行调度管理功能 ......................................................................................................... 21 4.12模拟显示功能 ................................................................................................................. 22 4.13培训功能 ......................................................................................................................... 22 4.14口令功能 ......................................................................................................................... 22 4.15汉化功能 ......................................................................................................................... 22 4.16容错能力、自诊断、自恢复功能 ................................................................................. 22 4.17通道状态监视、切换 ..................................................................................................... 22 4.18系统时钟同步功能 ......................................................................................................... 23 4.19视频安全监控功能 ......................................................................................................... 23 4.20系统维护、修改和扩展服务功能 ................................................................................. 23 第5章 主要技术指标 ................................................................................................................... 24

5.1变电所监控调度系统基本性能指标要求 ....................................................................... 24 5.2 全所综合自动化系统基本性能指标要求 ...................................................................... 24 5.3可靠性、可维护性、可扩展性 ....................................................................................... 25 第6章 RTU系统的构成及配置 .................................................................................................. 26

6.1系统的分层分布式结构： ............................................................................................... 26

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6.2RTU的基本硬件结构 ....................................................................................................... 27

6.2.1 模拟量输入模块 ................................................................................................. 28 6.2.2 开关量输入模块 ................................................................................................. 28

附： ................................................................................................................................................ 29

RTU: ........................................................................................................................................ 29 SCADA系统构成图 .............................................................................................................. 30 附录一：四遥对象概数表 ..................................................................................................... 31 附录二：主要设备表 ............................................................................................................. 32

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前言

变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠运行水平，降低运行维护成本，向用户提供高质量电能的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然的趋势。 另一方面，保护本身也需要自检查、故障滤波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。因此，以计算机控制、通信技术为基础的变电站综合自动化系统取代变电站二次设备已经成为必然趋势。目前， 基于以以太网技术的分层分布式变电站综合自动化系统取得了广泛应用。

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第1章 设计的原则及标准

1.1 主要设计原则

（1） 电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成； （2） 控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；

（3） 通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用道，

主备通道能实现手动及自动切换；

（4） 控制站具备与其它系统的通信接口能力；

（5） 系统设备选型立足国产化。

1.2 主要设计标准

《远动系统和设备》（IEC870-88）

《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-02）

《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》（TB10117-98） 《铁路电力远动系统工程设计规范》（TB10064-2000）

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第2章 变电站监控系统的系统构成及配置

2.1 系统构成

电力监控系统由设在控制中心主站的电力监控调度系统，设在沿线各变电所被控站的全所综合自动化系统及远动通道组成。

1、 监控主站：也称主控站。监控系统中对被控站进行远距离控制、监视和测量

的站，通常设在运营管理段的电力调度室内。

2、 被控站：也称子站，通常设在变、配电所内、地区主要负荷供电点处及铁路

沿线车站的集中供电点处。

3、 通信通道：主站与子站数据信号传输的单一通路或某一段频带。

2.2 系统配置

2.2.1 控制站

系统配置：通讯前置机、服务器、调度员工作站、系统维护工作站、维护打印机、报表打印机、画面拷贝机、Modem、GPS系统、UPS装置、模拟屏驱动器、模拟屏设备。采用分布式网络结构。各功能模块采用串行方式实现数据通信。

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（1）通信前置机（2台）

2套前置机并联运行，互为备用。前置机的功能：一是负责处理通讯和转换远程终端提交的各种命令，缓存作用；二是隔离主机，保证主机数据的安全性。 （2）服务器（2台）

系统配置两套国际通用、高性能的服务器计算机，冗余配置、对等工作方式，通过网络管理软件和网络适配器链接网上设备。两个主服务器定时进行工作状态的在线监测，在一台主服务器故障情况下进行自动切换，切换时间小于15秒。

主服务器的功能是：一是管理维护控制站局域网的全局配置文件，接受来自局域网内各其他接点的信息。二是遥控、遥测、遥调、遥信处理。三是保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局数据和对历史数据的管理，并对调度端客户机提供数据服务。四是完成调度文档管理、统计报表生成制作。五是定时任务管理。 （3）调度员工作站（2个）

两套调度员工作站通过网络适配器与计算机网络相连。两个调度员工作站并行运行。具备良好的人机界面和安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于3级。计算机设备为国际通用型工作站，模块及部件具有互换性，并装备外部存储设备、图形加速卡。主要技术数据：CPU字长：不小于32位，内存：不小于128MB,主频：不小于360MHz。 （4）系统维护工作站（1个）

系统维护工作站用于生成、维护、修改、管理系统的实时数据库、历史数据库及用户画面，并定义、修改系统运行参数及开发应用程序等，系统对数据库、用户画面和系统运行参数的修改、定义，可以在先随时进行，但不影响系统的正常运行，且实时库、历史库及画面的修改均采用无需编程的人机对话方式。

维护工作站可以与任意调度员工作站互换，成为调度员工作站设备的备用设备，以解决某些特殊情况。 （5）打印机（3台）

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拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于2分钟\\画面，拷贝清晰度不低于600DPI，拷贝噪声不大于54dB，缓冲区容量不低于512KB，画幅不小于A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。

系统配置三种功能的打印机，用于事件、报表、程序及后台管理数据的打印。数据打印机用于各种程序及参数的打印，报表打印机用于图表的打印，后台管理打印机用于事件及后台管理数据的打印。所有打印机均采用彩色喷墨打印机并可实现汉字打印。 （6）画面拷贝机（1台）

拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于2分钟\\画面，拷贝清晰度不低于600DPI，拷贝噪声不大于54dB，缓冲区容量不低于512KB，画幅不小于A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。

实时数据打印机、制表打印机、拷贝机均通过打印终端服务器与计算机网络相连，各打印机之间能互为备用。 （7）Modem（2台） 用于进行数据数模的转化。 （8）GPS系统（1套）

由于控制中心内部有多个系统需要精确的时钟系统来进行同步，所以电力监控系统在主站一级可以与其他系统公用一套GPS来接收卫星的精确对时。

（9）UPS装置（1套）

为了系统的可靠运行，不受外部电源停电时的影响，系统配置一套UPS装置，其容量满足当外部电源停电30分钟时，系统的正常运行。UPS设备前盘设置运行监视界面，可提供UPS的远距离监视信号，以满足调度员对UPS设备的监视。远距离监视信号的主要内容包括：UPS的工作状态、蓄电池的工作状态、输入电源的工作状态等。UPS装置满足外部输入电源的条件，工作噪声不大于55dB，且应具有一定的过负荷能力。 （10）模拟屏驱动器（1台）

通过与控制中心的大屏幕投影系统接口，进行模拟显示。 （11）模拟屏设备（1台）

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显示电力供电系统接线图及沿线各中继站供电示意图。

2.2.2 被控站

被控端设在沿线的主变电所，牵引降压变电所内，各被控站内采用当地综合自动化系统，完成所内的控制、保护、测量及系统监控终端的功能，各被控站通过所内综合自动化系统的通信处理单元实现，与控制中心的信息交换，即遥测，遥信信息的上传和下行遥控，遥调信息的接受和执行，以实现变电所的无人值守。

系统配置：信号盘、控制盘、站控层设备、网络电缆、接触网电动隔离开关测控单元、GPS装置及系统软件。

2.2.3 通信通道构成与配置

通信通道采用光纤双以太网传输。网络标准：IEEE802.3。网络协议：TCP/IP。

各系统内部采用串行数据通信，使用RS232标准接口。

光纤信道：光导纤维是一种新的传输媒质，它能传输光信号，有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲、半径小、不受电磁干扰等优点。

本系统通道结构为点对点，即采用铁路综合通用光纤网中的站与站间的专用通道，一主一备，两路通道间安置切换装置，可实现自动与手动切换功能，采用RS-232接口。通信传输模式选择主动上送传输模式。

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第3章RTU实现的功能及四遥简介

3.1 RTU的主要功能

(1)采集状态量并向远方发送，带有光电隔离，遥信变位优先传送； (2)采集数据量并向远方发送，带有光电隔离；

(3)直接采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方发送 ，可计算正反向电度；

(4)采集脉冲电度量并向远方发送，带有光电隔离； (6)接收并执行遥控及返校； (7)程序自恢复；

(8)设备自诊断(故障诊断到插件级)； (9)设备自调； (10)通道监视； (11)接收并执行遥调；

(12)接收并执行校时命令(包括GPS对时功能 选配)； (13)与两个及两个以上的主站通讯； (14)采集事件顺序记录并向远方发送； (15)提供多个数字接口及多个模拟接口 (16)可对每个接口特性进行远方/当地设置；

(17)提供若干种通信规约,每个接口可以根据远方/当地设置传输不同规约的数据；

(18)接受远方命令,选择发送各类信息； (19)可转发多个子站远动信息； (20)当地显示功能，当地接口有隔离器；

(21)支持与扩频、微波、卫星、载波等设备的通讯；

(22)选配及多规约同时运行，如DL451-91 CDT规约，同进应支持POLLING规约和其他国际标准规约（如DNP3.0、SC1801、101规约）； (23)可通过电信网和电力系统通道进行远方设置。

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3.2 调度端功能

调度端装设以微机为基础的主监控机，它监控所选定的远方终端装置(RTU，Remote Terminal Units)，它的主要功能有 1. 数据收集

调度端收集各RTU发送来的数据，在终端上显示有关数据。 2. 数据处理

对RTU送来的数据进行处理、运算、判断。 3. 控制与调节

实现人—机对话，形成命令与下发命令到RTU实现遥控操作。 4. 人—机联系

在调度端收集整理与处理RTU上送数据，显示有关数据，发送遥控、遥测命令校对命令。在人—机联系的另一方面就是制表打印，定点打印负荷、电能、日、月运行报表，召唤打印，操作报表打印，异常及事故打印，画面拷贝等。

3.3遥控功能

可以进行单个控制，程序控制，开关闭锁控制，手动模拟置位操作，遥控实验。

操作厂站各电压回路的断路器、投切补偿电容器和电抗器、发电机组的启停等。

3.4遥信功能

有正常运行状态的监视、事件预报和事故报警、多种显示和处理方式如在显示器和模拟屏上通过颜色的不同来实时显示牵引供电系统及其设备的

运行状态。系统还可以显示主接线、战场线路图上线条的带点状态，并进

行事件记录、操作记录、故障记录等，用于事后查询。

1、各被控站内的遥控开关、 2、自动装置的位置信号

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3、变电所内高压气调压开关的位置信号 4、主要电气设备的事故、故障信息 5、自动装置动作信号

6、所内及主要设备的安全监视信息

3.5遥测功能

实现各母线和馈线的电压电流的遥测和显示。

1、 220kV进线电流和电压 2、 27.5kV母线电压 3、 馈线电流

4、 主变压器的有功功率、无功功率、有功电度、温度 5、 自用电变压器的有功功率、无功功率、有功电度、温度

3.6遥调

对被控对象的运行设备参数进行远距离调节。如改变电压器分接头的位置等。

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第4章 系统功能设计

4.1遥控功能

1、单独遥控：改变某一遥控对象运行状态的控制。

2、程序遥控：将某些固定的倒闸作业序列控制定义在一个顺序控制中，以简化操作步骤。程控的执行可以具有手动一次启动、手动逐条启动、条件自动执行等方式。程控的编制应用表格定义方式，允许加入执行条件判断，在执行过程中若出现限制执行条件，则自动终止程控，并给出提示。执行过程中允许用户终止执行程控。

3、遥控试验：在变电所主接线画面上设置遥控试验对象，各RTU控制信号盘内设置模拟试验继电器，用于测试调度系统至变电所综合自动化系统之间通信信道的可靠性。

4、为了控制输出的安全性，系统应具有防止输出继电器接点粘接及多重选择措施，在上述措施下，执行命令应被屏蔽。⑴~⑶采用选择—执行两步操作方式，并给出执行中的提示。

5、模拟操作功能：可对开关进行不下位模拟对位操作。

6、闭锁、解锁操作：对遥控对象进行闭锁遥控操作，并可以进行批量闭锁遥控操作。解锁为闭锁的反操作。

7、其他安全操作：挂地线操作，当进行该操作后即可实现对相关对象的闭锁操作。

4.2遥信功能

1、 实时数据采集和实时监视。监视画面可采用单窗口或多窗口显示。遥控

开关状态的显示颜色为：合闸—红色，分闸—绿色。对牵引供电系统及供电设备非正常运行状态下信息内容的监视。当发生事故跳闸时，与所发生事故的RTU相对应的主接线画面自动弹出，显示器报警栏内站名闪光，同时记录故障内容于故障记录画面中，该站跳闸开关符号闪光，音

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响告警产生，等待操作员进行确认处理。当两个以上的被控站发生故障时，报警栏显示故障站名，或另设用于显示故障站名的专用画面，并按故障处理等级排序，紧急优先，同一等级的故障以先到控制中心的故障为优先。此外，在模拟显示设备上相应的被控站名及跳闸开关指示灯闪光，等待处理。操作员按复归键后停止闪烁积极音响报警；同时故障报警画面中显示的故障内容，经操作员确认后，若故障仍存在，则保留。确认与未确认的内容应有明显的区别。对异常运行状态提供报警提示功能，包括画面显示、文本信息和音响报警、并提供报警确认、打印、分类、归档、存贮等管理手段。

2、 报警条件：供电系统异常或故障，供电系统设备故障、调度系统设备故

障、通道或变电所自动化设备电源故障、RTU设备故障、保护及自动装置动作。

3、 报警处理：产生可视信号及音响提示；在显示设备上显示报警信息；修

改相关的显示页面；自动将信息加入数据库中，并打印信息；提供操作员确认手段；调度员可检索报警内容；提供操作员报警处理指导，并可通过软件增改提示内容。

4、 报警种类：类别在报警表上区别显示，类别不少于5级，打印机及显示

器可通过不同打印颜色及显示方式区别。 5、 音响报警：分轻重两种，音量可调。

4.3遥测功能

1、 遥测参数的采集：实时采集、实时监视。

2、 显示处理方式：在主接线图上，实时显示电流、电压及功率等测量参数。

设置专用图表画面用来显示遥测参数。电流、电压、功率等曲线图、电度量直方图，用不同颜色来区别。

3、 统计报表：显示电度量、模拟量极值及开关动作次数统计（区分操作与

事故）。电流、电压越限时间、复限时间及持续时间的记录表等。

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4.4遥调功能

主控系统可对主变电站内有载调压变压器分接头位置进行调节，遥调结果在监视器主画面上显示。

4.5主变电站谐波监测

谐波监测是为了保证电力系统的谐波在规定的范围内，是电能质量的重要指

标。因此，在变电站综合自动化系统中，需要监视谐波含量是否超过部颁标准，依照电力部门颁布的《电力系统谐波暂行规定》和GB/T14549—1993《公用电网谐波》两个标准，对谐波含量超标的地方应及时采取抑制措施，降低谐波含量

4.6事件顺序记录及事故追忆功能

1、 顺序记录功能：事件信息应带有时标，每条信息有一定描述及动态参数，

事件分辨率小于5ms。

2、 事故追忆不仅包含模拟量数值，还应有事故追忆阶段相关开关量的变

化内容。事故追忆可追忆到事故前1分钟到事故后2分钟内的所有模拟量值，系统能同时存贮10个以上的事故追忆报告，事故追忆的触发可以是开关的事故跳闸或人工触发。

4.7报表及统计功能

1、 定期报表；2、越∕复限统计报表事件记录； 3操作记录；4、报警记录；5、设备档案报表。

4.8画面显示功能

采用全图形、多窗口化显示风格，画面背景颜色多种可选，用户画面窗口能平滑缩放，系统图动态自动显示，配置各种图表显示。

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4.9数据库管理

1、 实时数据库应具有以下特点：面向对象的实时相关数据库特点、采用节

点机同步复制实时数据库、采用存贮器驻留数据区段的最佳访问方式、程序和数据严格分段、在线数据库再构时不会丢失现存数据、应具有保证数据库一致性的措施，保证系统的安全性。 2、 历史数据库应采用标准商用数据库

（1）所选的商用数据库应在数据库管理功能、数据完整性检查、数据库查询性能、数据安全性等方面十分出色。并具有良好的移植性。 （2）系统应提供大量的数据库在线监测、管理、统计、维护等工具。 （3）数据库管理软件可以快速访问常驻内村数据和硬盘数据，在并发操作下能满足实时响应的要求。

（4）具有良好的可扩展行和适应性，满足数据规模的不断扩充，及应用程序的修改。

（5）历史数据能定期或根据存储介质剩余容量的检测自动写入光盘中。

4.10打印功能

定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；事件顺序打印；越限打印；召唤打印；抄屏打印；事故追忆打印等。

4.11运行调度管理功能

1、 应提供调度员值班记录功能，可根据不同级别管理人员确定对记录的记

录、修改方式。

2、 可根据需要编制运行调度操作卡片。

3、 支持各种用电量、模拟量极值统计、设备运行时间累计等报表的生成、

统计、归档、打印。

4、 具有图纸、日常维护数据的录入功能。

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4.12模拟显示功能

系统配置一套模拟显示驱动器，通过与控制中心统一配置的大屏幕投影系统接口，提供对本系统宏观整体运行状况显示，并动态显示变电所开关位置带电状态，用于对供电系统宏观指挥调度监视。具体的接口及显示功能在设计联络时确定。

4.13培训功能

系统具有对操作人员、运行维护人员进行上岗培训功能，使其掌握电力监控系统的运行管理、操作、日常维护以及故障排除等业务。

4.14口令功能

对不同权限的运行管理人员进行不同的口令级别设置，以开放不同的系统资源；系统至少具备四级以上的口令级别：参观人员、操作员、应用软件维护工程师、系统软件编程工程师；系统具有调度员交班、接班登陆功能，口令具有功能范围及管辖范围的界定作用。

4.15汉化功能

用户界面应进行“汉化”处理.

4.16容错能力、自诊断、自恢复功能

主站设备自检标志达到设备级，被控站设备自检标志达到模块级。当系统外部断电恢复后，系统能够自动恢复正常运行。

4.17通道状态监视、切换

系统实现对通道的监视和报警。主用通道发生故障时可自动投入备用通道并具有手动切换的手段。

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4.18系统时钟同步功能

系统采用GPS提供的标准时钟源做为系统内的主时钟，系统具有时钟同步功能，使包括变电所全所综合自动化系统与控制中心的时钟保持同步。

4.19视频安全监控功能

系统具有远程视频信息采集和传输功能；系统具有对远程设备的监控功能 视频实时显示处理功能。

4.20系统维护、修改和扩展服务功能

系统提供对各种用户画面和数据库进行在线修改、编辑和定义。采用人机对话表格输入方式。包括数据库生成，画面生成，控制监视测量点参数的修改增加和删除，调度任务的生成和修改等。以及用户根据需要增加硬件和一些其他功能等。

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第5章 主要技术指标

5.1变电所监控调度系统基本性能指标要求

1、 主、备机切换时间≤15s（备机完全接管系统的时间） 2、 遥控命令传送时间≤1s 3、 遥信变位传送时间≤2s 4、 遥测精度±0.5%（不含变送器） 5、 画面响应时间≤1s 6、 遥控正确率≥99.99% 7、 遥信正确率≥99.99% 8、 站内事件分辨率≤5ms

9、 控制中心网络通信速率：10/100Mbps自适应 10、 通信传输率不小于9600bps至64Kbps 11、 平均无故障工作时间（MBTF）≥10000小时 12、 系统可用率不小于99.95%

5.2 全所综合自动化系统基本性能指标要求

1、 A/D转换精度不小于14位

2、 模拟量测量总误差≤0.5%（不含变送器误差） 3、 控制正确率≥99.99% 4、 信号正确率≥99.99% 5、 事件顺序记录分辨率≤5ms

6、 装置平均无故障工作时间：不小于30000小时 7、 远程通信速率不低于9600bps至64Kbps 8、 视频传输速率为2Mbps

9、 图形水平清晰度：彩色图像不应低于270线

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10、 图像画面的灰度不应低于8级

5.3可靠性、可维护性、可扩展性

1、可靠性

设备在设计时采用可靠性措施，这些措施通过利用如下的技术以降低系统故障概率和有关影响正常运行的随机性： 2、可维护性

设备设计成只需要最少的调整和预防性维护，以及运行维护。产品设计包括故障隔离及诊断措施，以减少设备修复时间，维护材料和人工成本。 3、可扩展性

设备采用模块化设计的原则，在产品设计时留有扩展能力，以适应远期扩展。在产品设计中已作相应考虑，以满足有关设备在扩展时的要求。

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第6章 RTU系统的构成及配置

开始

执行巡查任务初始化开中断中断服务程序1中断服务程序2??中断服务程序NRTU软件主程序框图

远动终端从系统设计思想上可以分为集中式、分层分布式、分散与集中结合式、完全分散式。在此次设计中，变电站采用分层分布式网络结构,以牵引变电所为核心,以功能为模块,将供电臂上联接的牵引供电设施纳入系统节点,充分体现分散控制,集中管理的结构模式。控制和保护系统既相互独立,有关信息又相互共享。

6.1系统的分层分布式结构：

1.站控层

站控层主要设在各变电所、分区所、开闭所等主控室内，主要由后台监控机、通信管理机、GPS接收器构成。

通信管理机是站控层的核心，它通过多种类型的标准通信接口和通信规则来沟通各职能单元、后台、远动中心间数据交换。一方面通行管理机与数据采集装

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置、保护装置进行通信，收集牵引变电所运行中各实时信息并传送到后台机和远动中心，以便对各变电所进行监视。另一方面接收好转发来自监控系统的各类操作命令对变电站进行遥控和遥调。通信管理机还通过RS232标准接口与GPS系统通信，使本装置和所有与之相连的保护、数据采集，后台监控都严格与GPS保持时钟同步，从而实现系统的同步采样、故障分析和动态监测。

后台监控机也称上位机，是牵引变电所自动化系统的管理中心，主要负责人机联系、信息汇总与处理、运行管理和优化控制等功能。后台监控机通常安装于牵引变电所主控室内，与通信管理机之间采用RS232/485串行通讯。 2.间隔层

主要包括线路保护装置、变压器保护装置、电容器保护装置、综合监控及单元测量装置、备用电自投及电压无功自动控制装置以及通信管理单元。各智能单元采用模块化结构，可根据工程的实际需要,灵活配置各间隔层的保护设备。各保护装置功能相对独立，凡是可以就地完成的功能决不依赖通信网。其后加速、谐波闭锁的三段距离保护、一次重合闸功能、PT断线检测和故障测距功能。 3. 设备层：

主要是室外高压电设备 ,如变压器等.

6.2RTU的基本硬件结构

RTU是以单板机/单片机为核心的微机系统，主要组成部分包括：

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(1)ROM：只读存储器，用来存放RTU的工作程序和某些固定参数。 (2)RAM：随机存储器，用于各种数据的暂存。

(3)模入模出：模拟量输入通道和输出通道，通过接口电路与总线相 连。 (4)开入开出：开关量的输入、输出通道。

(5)Modem：RTU数据按通信规约编码后，通过Modem送上通信信道，与调度中 心远程通信。 6.2.1 模拟量输入模块

ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器，具有8个模拟量输入通道，可对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换大约100us,没有内部时钟，必须由外部提供。 6.2.2 开关量输入模块 开关量构成：

(1)断路器的合闸或跳闸信号 (2)重要的隔离开关状态 (3)保护及自动装置状态

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附：

RTU:

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SCADA系统构成图

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附录一：四遥对象概数表

遥调量 主变有载分接开关调整 遥控量 220KV侧隔离开关、27.5KV侧断路器 变压器上的隔离开关、断路器 A相馈线断路器 A相馈线隔离开关、B相馈线断路器 B相馈线隔离开关、自用变压器隔离开关、自动重合闸投切 遥信量 27.5KV馈线保护信号、自用变压器系统监视信号 主变保护信号、所内事故预告信号 并联电容补偿装置信号、27.5KV侧母线保护信号 遥测量 220KV侧A相母线电压、220KV侧A相母线电流 220KV侧B相母线电压、220KV侧B相母线电流 220KV侧C相母线电压、220KV侧C相母线电流 主变压器的电压、电流、有功、无功、电度、温度 27.5KV侧A相母线电压、27.5KV侧A相母线电流 27.5KV侧B相母线电压、27.5KV侧B相母线电流 自用电变压器电压、电流、有功、无功、电度、温度、馈线电流 B牵引变电所 西南交通大学课程设计 第 32

附录二：主要设备表

设备 计算机网络 主（备）服务器 调度员工作站 实时打印机及制表打印机 模拟屏 通信前置机 系统维护站 模拟屏驱动器 打印机 拷贝机

套数 1 2 2 2 1 2 1 1 3 1

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