电气化铁道供电Word文档格式.docx
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2.1远动系统的功能
远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统,他包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能.构成远动系统的设备包括厂站端远动装置,调度端远动装置和远动信道.
远动系统的核心是数据采集与监视控制系统。
在电力系统中，远动系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。
作为电力行业的专用自动化系统，远动系统有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。
它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。
远动系统在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。
在铁道电气化系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的远动系统产品，同时我国也从国外引进了大量的远动系统产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。
在远动系统中，主要的执行装置是RTU（RemoteTerminalUnit），RTU是一种远端测控单元装置，负责对现场信号进行监测和控制。
与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，但是在运算和编程能力上比较差。
由于RTU对环境的适应能力，使得RTU产品在远动系统中得到了大量的应用。
随着微机综合保护装置的越来越广泛的应用，越来越多的微机综合保护装置应用到了远动系统中，微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；
针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传远动系统主机，方便的实现电网自动化。
远动系统配置基本模式
1.点对点配置
主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置
2.多路点对点配置
控制中心或主站,通过各自的传输链路相连接的一种配置.
3.多点星型配置
控制中心或主站与多个子站之间相连接的一种配置
4.多点共线配置
控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连接的一种配置
5.多点环形配置
所有站之间的通信链路形成环路,控制中心或主站可以通过两条不同的路径于每一子站通信.
分层分布式综合自动化系统“四遥”一般集保护、测量、控制于一体，有完善的SCADA功能，其结构如图1所示:
图1分布式系统结构示意图
本系统中由测控装置、线路保护装置、变压器保护装置采集站内信息,通过LON网送往前置机,前置机分别通过高速局域网和RS-232送往操作员站和调度中心，同时前置机又可接收操作员站和调度中心下发的控制命令和对时命令。
由此可见，该系统是通过前置机与调度中心进行直接联系的，该前置机采用AMX实时多任务操作系统（RealTimeOperatingSystem），它可以调度一切可利用的资源完成实时监视和控制任务，提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限制和要求。
其远动上行和远动下行任务软件流程图如图2、3所示。
图2运行上行任务软件流程图
图3远动下行任务流程图
随着电力系统运行水平和管理水平的提高，越来越多的新建变电站和老站需要上微机综合自动化系统以达到无人值守的目的，远动在系统中的重要性越来越突出。
随着现代通信技术的发展和在电力系统中的应用，远动技术将向着高速率、大容量的方向发展，工业电视监视技术和远动技术的结合，将使传统的“四遥”变为包括“遥视”在内的“五遥”更好地为电力生产和管理服务。
为了保证整个安全监控系统的可靠性，在远方站和主站端分别采用不停电电源，以及主站端采用双机备用切换系统。
为保证信息传输的可靠性，需采用双通道备用。
为适应电力系统调度管理中采用分层控制的方式，远动信息网也采用分层式结构，以保证有效地传输信息，减少设备和通道投资。
2.2远动系统的结构和组成
微机远动系统由三大部分组成：
调度所的远动设备，为调度端设备，或称主站设备；
变电所端的远动设备RTU（即远方终端设备），为执行端设备，或称子站信道，主要是调制解调器等传输系统。
图1.1远动系统原理框图
图4给出了远动系统原理框图。
1、调度端
调度端能实现计算机远动系统最主要的人-机界面部分的主要调度操作，调度端接收RTU送来的实时远动信息，经过译码后还原处被测量的实际大小值和被监控对象的实际状态，显示在调度室的CRT上和调度模拟屏上，也可以按要求进行打印输出。
另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以输入遥控和遥调命令，调度端按规约组装出遥控信息字和遥调信息字向RTU传送。
根据调度端的设备配置，可分为单机调度端、多机调度端、双机备用调度端和网络调度端。
2、执行端
执行端是位于远距离调度端对现场实现监测和控制的装置。
它接收和处理现场信息经转换后送来的模拟量、脉冲量和开关量，并将上述信息经过转换后的各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字，向调度端传送。
RTU还可以接受调度端送来的遥控信息字合遥调信息字，经译码后还原处遥控对象为每一空置执行机构回路提供继电器的1-2对常开或常闭节点；
为每一调节执行机构回路提供继电器的1-2对常闭节点；
为每一调节执行机构回路输出控制信号，输出信号为可调直流电压、可调脉冲或可调脉冲宽度有三种形式中的任一种。
随着微型计算机技术的发展，在RTU中采用多CPU的分布式处理技术，使各功能模块化，有利于提高RTU的各项性能指标。
3、通信信道
在计算机远动系统中用于传送远动数据的通信信道称之远动信道。
远动信道的质量是确保计算机远动系统可靠运行的重要前提，计算机远动系统的调度端与各远动终端RTU通常构成1：
N的集散监控与调度，通信信道则担负调度端与各远动终端RTU间数据传送的重任。
在一个计算机远动系统中，调度端和各远动终端的质量再好，如果信道不过关，这样的远动系统则毫无用处。
在调度所的控制端要将遥控、遥调命令送到被控端去执行，遥控或遥调命令经编码编成数字信号。
在远动系统中传送的信号，在传输过程中会受到各种干扰，可能使信号发生差错。
为提高传输的可靠性，对遥控、遥调的数字信息要进行抗干扰编码，以减小由于干扰而引起的差错。
由于数字脉冲信号一般不适宜直接传输，例如利用电话线路作为信号传输的通道时，线路的电感、电容会使脉冲信号产生很大的衰减和变形，所以要用通信设备部分的调制器把数字脉冲信号变成适合于传输的信号，如变成正弦信号传输。
这样，控制端就把经过调制后的遥控、遥调信号发送出去，送到被控端接收。
接收端首先用通信设备中的解调器正弦信号还原成原来的数字信号，再经抗干扰译码进行检错，检查信号在传输过程中是否因干扰的影响而发生错码。
检查出错误的码组就拒绝执行，正确时则遥控、遥调译码后分别执行。
四遥功能即遥信（YX）,遥测（YC）,遥控（YK）和遥调（YT）的概念
四遥功能：
四遥功能即遥信（YX）,遥测（YC）,遥控（YK）和遥调（YT）.
遥信：
要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。
通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU的YX模块。
遥信功能通常用于测量下列信号,开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号。
自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号;
事故总信号及装置主电源停电信号等。
遥测是指用远程通信技术传送被测量的测量值，又称远程测量。
遥信是指对状态量（如开关的位置，装置的投入或退出）进行远程监视，又称远程信号。
遥控是指对于只有两个确定状态的运行设备进行操作的远程命令，又称远程控制，遥调是指对于具有两个以上状态的运行设备发出的远程命令，又称远程调节。
"
四遥"
是远动装置的四项基本功能，但作为具体的远动装置，并非都具有四遥功能，有的只有遥测和遥信；
有的则兼有遥控、遥调功能，应视需要而定。
遥控：
采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99.99%.所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。
遥调：
采用无源接点方式,要求其正确率大于99.99%.遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制具有分级升降功能的场合。
4、远动规约
由于电力生产的特点，发电厂、变电所和调度所之间的信息交换只能经过通道实现。
信息传送一般是串行方式和网络方式。
因此，要使发送出去的信息到对方后，能够识别、接收和处理，就要对传送的信息的格式作严格的规定，这就是远动规约的一个内容。
这些规定包括传送的方式是同步传送还是异步传送，帧同步字，抗干扰的措施，位同步方式，帧结构，信息传输过程。
远动规约的另一方面内容，是规定实现数据收集、监视、控制的信息传输的具体步骤。
例如，将信息按其重要性程度和更新周期，分成不同类别或不同循环周期传送；
确定实现遥信变位传送、实现遥控返送校核以提高遥控的可靠性的方式，实现发（耗）电量的冻结、传送,实现系统对时、实现全部数据或某个数据的收集,以及远方站远动设备本身的状态监视的方式等。
远动规约的制定，有助于各个制造厂制造的远方终端设备可以接入同一个安全监控系统。
尤其在调度端（主站端）采用微型机或小型机作为安全监控系统的前置机的情况下，更需要统一规约，使不同型号的设备能接入同一个安全监控系统。
它还有助于制造设备的工厂提高工艺质量，提高设备的可靠性，因而提高整个安全监控系统的可靠性。
远动规约分为循环式远动规约和问答式远动规约。
在中国这两种规约并存。
1、循环式规约。
规约中的帧结构具有帧同步字、控制字、帧类别和信息字。
其中帧同步字是用作一帧的开头，要求帧同步字具有较好的自相关特性，以便对方比较容易捕捉，检出帧同步。
还要求帧同步具有较小的假同步概率，防止假同步发生。
控制字是指明帧的类别，共有多少字节，以及发送信息的源地址、目的地址等。
循环式规约要求循环往复不停顿地传送信息。
传送信息的内容在受到干扰而拒受以后，在下一帧还可以传送，丢失的信息还可以得到补救，保护性措施可以降低要求，也可以适用于单工或双工通道，但不能用于半双工通道。
可以采用位同步和波形的积分检出等提高通道传输质量的措施。
此种通信规约传输信息的有效率较低。
2、问答式规约。
其主要特点是以主站端为主，主站端向远方站询问召唤某一类别信息，远方站即将此种类别信息作回答。
主站端正确接受此类别信息后，才开始下一轮新的询问，否则还继续向远方站询问召唤此类信息。
问答式规约为了减少传输的信息量，采用变位传送遥信、死区变化传送遥测量等压缩传送信息的方法。
问答式远动规约的另一个特点是通道结构可以简化，在一个通信链路上，可以连接好几个远方站，这样可以使通道投资减少，提高通道的备用性。
问答式远动可以适用双工、半双工通道。
对远动规约要求传输的信息有相应抗干扰措施，一般对于遥信、遥测的抗干扰编码的信号距离为4,残余差错率≤10-14。
2.3远动系统的在电力系统中的应用
随着计算机技术的发展，远动装置由传统的布线逻辑式远动装置向微计算机型远动系统过渡。
在厂、站端的设备大都采用了8位微型机作为远动装置，在调度端则采用16位或32位小型机作为前置机，收集多个厂、站的远动信息，进行预处理后再送给主计算机。
其中一种比较流行的方案是，在调度端以16位微型计算机或小型机构成多机系统，既作远动功能用，又作调度自动化的主机用。
在厂、站端采用的远动装置逐步微型机化，多功能及智能化。
在功能方面已从传统的遥测、遥信、遥控及遥调功能扩展到更多的数据采集和处理功能，例如故障时的事件分析记录等。
智能化远动装置具有某种判断的功能，判断遥信变位，并优先传送；
遥测的越死区传送，即遥测发生变化时，变化量超过一定范围时的传送；
以及根据厂、站端的实际运行情况，对调度端发送的命令进行校验等。
调度自动化系统从设备内容上分为厂站端部分和主站端部分。
厂站端部分的设备早期主要是由RTU和变送器等常规设备组成，完成的功能是采集变电站的主要遥测、遥信信息和执行遥控命令，专业上主要是由远动专业来完成的。
随着数字式保护设备的发展，保护设备中的数据采集单元和控制单元从功能上逐步具备了常规远动设备的功能，于是各保护装置采用数据总线连接起来的变电站自动化系统开始登上舞台，称之为“综合自动化系统”。
对于调度自动化系统来讲，它可分为远动系统和计算机系统，从它们实现的基本功能上定义，称为SCADA系统，主要完成“四遥”功能（遥测、遥信、遥控、遥调），再加上高级应用功能如安全分析、状态估计、潮流计算分析、最优无功电压控制、自动发电控制、经济调度等功能，构成了一个完整的能量管理系统（EnergyManagementSystem）。
由于调度自动化系统是为调度控制中心提供实时数据，实现对远方运行设备的监视和控制，因此它是电力系统中重要的组成部分。
3.电力远动系统中执行端的设计
3.1执行端的功能
RTU是被控制端得远动设备，它实际上也是一个微机，用来完成遥控接收、输出执行、遥测、遥信量的数据采集及发送的功能。
下面位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DL451-91CDT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。
3.2电力远动系统中执行端硬件结构的设计
自远动终端微机化以来，其结构发生明显变化。
早期的微机远动终端多为单CPU，即所有的数据处理由一个CPU完成，各种功能的扩展（如遥信采集、遥测采集）通过输入/输出口实现。
随着现代化生产管理进程的不断加快，要求实现远动终端自动化，远动终端需要监控的信息量不断增大，实时性要求不断提高，因此单CPU的远动终端受到了扩展能力、数据处理能力、实时性、设置的灵活性等诸多因素的限制。
随着计算机技术的不断发展，为远动终端的多CPU工作方式提供了必要的物质基础。
无论是单CPU还是多CPU的远动终端，其所要完成的基本功能都是一致的。
远动终端除要完成“四遥“（遥信、遥测、遥控、遥调）功能以外，还应完成电能（脉冲量）采集、远程通信以及当地功能等。
远动终端的硬件结构通常是按RTU所需完成的功能进行设计，框图如下：
图3.1RTU结构原框图（电力P178）
上图中，各功能部分均可带有CPU，组成特定功能的智能模块。
每一种功能模块所处理的信息量是一定的，当信息量较大时可用多块功能模板。
各模板之间的数据交换通过数据总线完成，外部总线可以是并行总线，也可以是串行总线。
3.3电力远动系统中执行端软件结构的设计
图3.2RTU软件结构框图
有两种基本类型的RTU——“单板RTU”和“模块RTU”。
“单板RTU”在一个版子中集中了所有的I/O接口“模块RTU”有一个单独的CPU模块，同时也可以有其他的附加模块，通常这些附加模块是通过加入一个通用的“backplane”来实现的（象在PC机的主板上插入附加板卡一样）。
RTU的软件功能
下面的功能是所有RTU都需要的。
在一些RTU中有些功能可能混合，并没有把它们区分开的必要。
1．实时操作系统。
它可能是一个特殊的RTOS，或是一段在对输入的循环扫描和对通讯端口循环监控开始时有效的代码。
2．连接到SCADA监控中心的通讯系统的驱动。
3．连接现场设备的I/O系统设备的驱动。
4．SCADA的应用软件。
如对输入、现场过程和储存数据的扫描；
对从通讯网络传过来的SCADA监控中心命令的响应。
5．用户在RTU上对应用设定的一些方法。
可能是一些简单的参数设置，启用或禁用特别的I/O口，或者提供一套完整的用户编程环境。
6．诊断系统
7．一些RTU有文件系统支持文件下载。
所支持的下载文件包括用户程序和设定文件。
4电力系统中遥测量的采集和处理
4.1遥测量的采集
遥测量包括电压、电流和功率等物理量，采集遥测量时，它是用电量变送器转换成直流模拟电压，再接入远动装置。
这些模拟量为第一类，另外有些物理量，如水电厂中水库的水位，主变分头位置,它是数字量，可直接用数字方式提供给远动装置，这是第二类。
第三类是脉冲量，主要是脉冲电度表测得的。
转盘式脉冲电度表发出的脉冲数与转的圈数成正比，远动装置把脉冲数累计下来就可折算成电度。
这三种量都是遥测量，但各有特点。
模数转换器芯片大多用于单极性输入电压，也可以将芯片做成适用于双极性输入电压。
例如可以先对输入电压的极性进行判别，确定符号位，然后对数值部分进行转换。
转换结果最高位是符号位，通常以“0”表示正极性，以“1”表示负极性；
其余是数值部分。
这种转换的结果实际上是以原码方式来表示带符号的数。
遥测采集过程一般由以下几个单元组成：
一、12位A／D转换器AD574A
AD574A是美国模拟器件公司（AnalogDevices）生产的12位逐次逼近型快速A／D转换器。
它由模拟芯片和数字芯片混合集成，其中模拟芯片就是该公司生产的A／D565A型快速12位单片集成D／A转换器芯片。
数字芯片则包括高性能比较器、逐次比较逻辑寄存器、时钟电路、逻辑控制电路以及三态输出数据锁存器等。
二、采样保持电路
采样保持电路的工作原理：
把采样时刻得到的模拟量的瞬时幅度完整地记录下来，并按需要准确地保持一段时间称为采样保持。
通过采样保持可将连续时间信号变换成离散时间信号序列，从而完成对信号在时间上离散化的任务。
采样保持电路每隔TS时间就测量一次输入模拟信号在该时刻的瞬时值，然后将该瞬时值存放在保持电路里面以待A/D转换器使用。
在A/D转换器进行转换期间，采样保持电路的输出应保持不变。
三、模拟量多路开关
厂站端远动装置要采集的模拟量远不止一个。
为了公用一套模数转换器件，通常都采用模拟量多路开关。
多路模拟开关用来轮流接入一路模拟量，以进行A／D转换。
由电量变送器送来的各个模拟量在多路开关的控制下分时地逐一经模数转换器转换成数字量再进入CPU。
逐次逼近式的模数转换器转换速度是比较快的，例如低速的ADCl210完成一次转换约需要100µ
s，中速的AD574A仅需25μs。
由电量变送器送来的模拟量其变化速度一般是比较缓慢的，在进行一次模数转换期间，模拟量几乎没有什么变化。
四、标度变换
远动中的遥测量有电压、电流、功率等等，情况各不相同，但对调度工作人员而言，需要知道的是实际物理量的大小。
在遥测值达到额定值时，测量值在经过电压、电流互感器，电量变送器和模数转换后最终得到的满量程值都是全1码，就像用指针式表计测量电压时，110KV或220KV电压经电压互感器引到电压表，满量程的电压在电压表上的反映都是满量程的偏转角，对110KV、220KV来说都一样。
为了使指针式电压表能指示相应的电压，需要在测量110KV或220KV的电压表满量程处，分别标上与110KV或220KV相对应的标尺。
同样是电压表满量程的偏转角，可以用不同的标尺，指示出不同的电压值，这即称为标度变换。
标度变换的过程也就是乘系数的过程。
在采用常规变送器时，由于变送器输出电压最大值为直流5V，变送器输出整定的意义更大。
当有功、无功输入最大额定值时，变送器输出应该为直流5V，在负荷较轻时，变送器输出则很小，为保证变送器输出处于精度较高的线性范围，我们可以把被测值的满刻度量程值缩小。
而对于电压这样的被测值，一般将满刻度量程值放大。
在实际应用中，有时我们也会遇见实际数值超过额定值的情况。
如[例1]中，CT变比为600/5，当线路实际电流超过600时，远动系统传输的数据就会“溢出”，主站接收的数据会从…599，600突变为0或最大值，当实际电流继续增大时，数据出现为0，1，2…，或错误数据，即发生高位数据“溢出”。
这种现象的发生，一方面会造成一二次设备的损坏，另一方面会造成遥测数据的不准确，另外由于输入电压超出了远动设备中A/D转换等部件的设计范围，会造成装置损坏故障。
五、越限处理
遥
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