电力系统监控方案.docx
《电力系统监控方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统监控方案.docx（85页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力系统监控方案
电力系统监控方案
MicroSCADA监控系统满足标书提出的所有国标、国际标准及相关标准，并可以按照较高标准执行。
所有合同设备的设计、制造、检查、试验及特性除本技术协议中规定的特别标准外，都遵照适用的最新版IEC标准和中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）。
国家标准
GB4208-1993
《外壳防护等级》
GB/T13702-1992
《计算机软件分类与带码》
GB/T15532-1995
《计算机软件单元测试》
GB6126
《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》
GB7261
《继电器和继电保护装置基本试验方法》
GB2423-95
《电工电子产品环境试验规程》
GB11287-89
《继电器，继电保护装置振荡（正弦）试验》
GB/T14537-93
《量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验》
GB/T14598.9-1995
《辐射电磁场干扰试验》
GB/T14598.10-1996
《（或IEC255-22-4）快速瞬变干扰试验》
GB/T14598.13-1998
《量度继电器和保护装置的电气干扰试验第1部分1MHz脉冲群干扰试验》
GB/T17626-1998
《电磁兼容试验和测量》
GB/T14285-2006
《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB50062-1992
《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范〉
GB4858-84
《电气继电器的绝缘试验》
GB2887-89
《计算机场地技术条件》
GB9813
《微型数字电子计算机通用技术条件》
GB/T13729
《远动终端通用技术条件》
GB/T13730
《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》
行业标准
DL/T634-1997
《基本远动任务配套标准》
DL/T667-1999
《继电保护信息接口配套标准》
DLGJ107-92
《220KV变电站微机监测系统设计技术规定》
DL478-92
《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》
DL5002-91
《地区电网调度自动化设计技术规程》
DL476-92
《电力系统实时数据通信应用层协议》
DL5003-91
《电力系统调度自动化设计技术规程》
DL/T630
《交流采样远动终端技术条件》
DL/T5149-2001
《220-500kV变电所计算机监控系统设计技术规程》
DL/T5226-2005
《火力发电厂电力网络计算机监控系统设计技术规定》
国际标准
IEC60870-1
《远动设备及系统总则一般原理和指导性规范》
IEC60870-2
《远动设备及系统工作条件环境条件和电源》
IEC60870-3
《远动设备及系统接口（电气特性）》
IEC60870-4
《远动设备及系统性能要求》
IEC60870-5
《远动设备及系统传输规约》
IEC870-5-102
《电力系统中传输电能脉冲计数量配套标准》
IEC870-5-104
《远动网络传输规约》
IEC870-5-106
《与ISO标准和ITU-T建议兼容的远动协议》
IEC255-22-1
《3级高频干扰试验：
2.5kV（1MHz/400kHz）》
IEC61000-4-2
《静电放电抗扰度试验：
4级》
IEC61000-4-3
《辐射电磁场抗扰度试验：
4级》
IEC61000-4-4
《快速瞬变电脉冲群抗扰度试验：
4级》
IEC61000-4-5
《冲击（浪涌）抗扰度试验》
IEC61000-4-6
《电磁场感应的传导骚扰抗扰度试验》
IEC61000-4-8
《工频磁场的抗扰度试验》
电安生[1994]191
《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》
结构及保护配置
系统各层次的主要功能介绍，与其他外部系统的接口与通信等。
系统概览
变电站自动化系统的配置是间隔导向的系统架构，控制、保护和数据采集设备的设置以间隔（间隔可能连接到电力出线或变压器）为导向，这些设备可被视为一个个起协调和连接作用的功能装置（IED）。
为了满足可靠性，安全性和容错性的要求，这些功能又分别由几个独立的硬件模块来实现。
间隔层设备通常是集中安装在一个或多个屏柜内，并把这些屏柜布置在变电站内的控制室或配电室内，有时也将这些间隔层设备屏放置在开关站内一个间隔排列里。
类似电力线或变压器的对象通常是每个间隔都安装一个间隔层设备来完成对该间隔的控制和监视。
但有时，可用一个间隔层设备控制一串开关组合，如一个半断路器的排列（两条电力线有一个共用的断路器）。
当然选择每个断路器都安装一个IED也是可行的。
在独立性要求较低的变电站内，多个间隔的功能可以集成在一个IED内完成。
间隔层设备IED通常涵盖如控制、数据采集、间隔层联锁、同期和无压检测、自动重合闸、断路器失灵保护、零序电压监视和故障录波等功能，这是不违反独立性的要求的。
默认情况下，各个功能单元如保护功能单元、控制功能单元都是通过串行模式（光纤口）连接到同一局域网。
从站控层的角度看，所有这些功能单元都是间隔层设备。
通过良好的模块化技术的应用，也可以将保护功能和控制功能集成在同一IED内。
站控层和间隔层的设备间的通讯通过局域网以串行通讯实现，同时必须满足国际标准化组织（ISO）提出的开放式系统互联协议（OSI）。
站控层配置一个人机接口，一个站级IED和一个去远方调度中心的通信网关。
通过人机接口，操作员可以访问站控层和间隔层的IED。
变电站自动化系统的结构可灵活配置，下图展示了典型的配置方案：
图一IEC61850-8-1并列冗余网络协议（PRP）结构的典型配置方案图
PRP冗余网络技术
背景
IEC61850标准目前已经成为变电站自动化应用的基础，它首先允许对来自不同厂家的变电站保护、测量和控制设备进行工程化配置和基于站级总线和过程级总线的以太网络进行互操作控制。
该网络结构主要适用于需要高可用性的变电站。
互操作控制要求变电站内所有的设备必须具有相同的冗余网络概念。
IEC61850标准定义了完全满足变电站自动化要求的冗余网络，包括站级总线和过程层总线。
它基于IEC62439-3标准定义的两种补充协议：
并列冗余网络协议（PRP）和高可靠性无缝环网（HSR）协议。
当一条网络链路或者交换机出现问题时，应当无缝地切换到另一组网络，同时支持符合IEEE1588的时钟同步，从而增加了网络时钟系统的稳定性。
由ABB与其他厂家共同参与制定的PRP与HSR都将成为IEC61850标准第二版的一部分。
IEC61850标准通过分层定义以太网络结构，即间隔层的站级总线和过程层总线，取代了传统的复杂总线和连接结构。
为实现互操作控制，IEC61850标准第二版详细地定义了这些总线的底层协议。
特别是针对实时系统的两个不可或缺的网络特征作出了详细描述：
时钟同步与网络冗余。
时钟同步可以采用SNTP（简单网络时钟协议）[9]或者更精确的IEEE1588对时协议[8]，而网络冗余是目前IEC61850发展的一个主要障碍。
事实上，由于缺乏一个普遍被认可的网络冗余解决方案，它已经开始威胁到整个系统互操作性的实现，因为厂家采用了不同的冗余网络方案，由于接口的不兼容，从而降低了变电站的建设的有效性。
现在，IEC61850标准第二版包含了由IEC62439-3定义的两种冗余协议，该协议由IEC42639-3标准定义，适用于各种大小和结构的变电站内的站级总线和过程层总线：
并列冗余网络协议（PRP）和高可靠性无缝环网（HSR）。
两种协议均要求每个节点都有2个独立的以太网接口用于一个网络连接。
协议依赖于所有传输信息的复制，当链路或交换机发生故障时，实现无缝切换，从而满足变电站自动化中各种苛刻的实时性需求。
PRP（IEC62439-3章节4）指每台装置都同时连接到具有相似拓扑结构的两个当地局域网。
HSR（IEC62439-3章节5）通过双向传输的环网实现了PRP的原理，从而实现了更经济的冗余。
为实现该效果，每台装置都相当于一个交换机，将数据从本侧端口传递到下台装置的对应端口。
图二高可靠性无缝冗余协议（HSR）环网
图三并列冗余网络协议（PRP）冗余站级总线
变电站内时钟同步的要求
系统在出现故障时依然能够保持运行的时间称之为宽限时间，所以网络在出现故障并恢复的时间要小于系统的宽限时间。
在系统部件发生故障时，网络恢复所需的时间也包含了被检修设备再植入的时间。
当站级总线只传输命令信息时，百毫秒级的延时是可以被接受的。
虽然看起来好像不会正好在一个控制序列发出时发生故障（极小几率的），但是，如果传输的是联锁、跳闸和预约闭锁命令时，系统也只能接受小于4ms的延时。
对于过程层总线而言，因为其传输的是来自测量单元的实时数据，需要一种非常清晰明确的对时模式。
TC57WG10定义了系统各种工况下网络恢复的时间（参见下表）：
通讯描述
总线
恢复时间
SCADA到IED，客户端-服务器端
站级总线
400ms
IED到IED联闭锁信号
站级总线
4ms
IED到IED反向闭锁信号
站级总线
4ms
母线保护联跳
站级总线
0ms
SV（采样值）
过程总线
0ms
高度可靠的网络拓扑结构
IEC62439是根据IECSC65C委员会第15工作组（高可靠性自动化网络）制订的一个通用性的标准，因为它仅考虑哪些不依存于某一规约的网络冗余方案，所以它适用于所有的工业以太网络。
它通过以下两种冗余方式来提高自动化网络的可靠性：
网络冗余和节点冗余。
网络冗余：
网络提供冗余的连接和交换设备，IED设备至交换机则采用非冗余方式连接。
这种方案的可靠性比较低，因为网络中仅仅只有一部分实现了冗余功能，但是它在费用开销方面比较节省。
这种冗余方案有一定的设备接入延时。
这种方案的典型应用就是办公网络接入协议RSTP（IEEEE802.1D）。
一些支持RSTP协议的交换机厂家承诺在某些网络结构应用时所容许的恢复时间低于几秒钟，RSTP标准所提供的最短恢复时间是２秒钟。
目前，IEC62439CDV所定义的高可靠性无缝环网（HSR），针对如图二所示的简单环网采用PRP原则，对不同方向数据流设置为不同的虚拟网络，它所提供的网络切换时间是0秒。
节点冗余：
设备的节点通过它本身的两个端口连接到两个不同的网络中，从而实现它的冗余功能（参见图四），每个节点能够独立的选择它所要连接的网络。
这种方案支持任何网络拓扑结构；冗余网络可以是任何结构形式。
这种冗余结构费用是常规网络的一倍，但是比起非冗余结构的网络，它的可靠性也大大增加了，而在这种结构中仅有节点本身是非冗余的。
IEC62439定义了一种并列冗余网络协议（PRP）的解决方案。
这种方案要求两个网络同时并列运行，从而实现网络的无延时切换。
它适用于对实时时间有严格要求的应用。
图四非冗余的站级总线
图五节点冗余
IEC62439-3定义了另外一种基于HSR的节点冗余解决方案，该方案要求所有的网络节点必须是“可交换型终端节点”。
该方案的运行模式与PRP是一样的。
a）PRP运行原理
每个PRP节点（DANP或者称之为PRP双重接入节点）接入到两个独立的、不同网络拓扑结构的系统中。
两个网络完全独立，在故障情况下也不会相互干扰。
正常情况下，两个网络并列运行，从而实现0秒恢复时间，并且，连续的冗余结构监控也可以保证网络不会出现潜在的故障。
非PRP节点（SAN或者称之为单点接入节点）仅仅接入到其中一个网络（或者所有的SAN节点都接入到同一个网络）或者通过“冗余匣子”接入到两个网络当中，“冗余匣子”类似于DANP节点设备（比如ABB的RTU560）。
b）PRP与HSR的主要特性
PRP和HSR为基于IEC61850的变电站提供了真正的冗余方案：
完全满足IEC61850对变电站自动化的所有要求
可以用于各种拓扑结构的网络中，如环网、树状网络等
应用透明
可承受各种单一网络部件的故障
实现0秒切换时间，使之适用于对实时性要求极其苛刻的过程层
不依赖于高层协议
遵循RSTP协议
PRP运行同一网络中存在不支持冗余的网络节点
采用技术成熟的网络组件（工具、控制器、交换机和网络等）
已通过高电压等级的变电站应用验证
PRP独一无二的特性
当系统中发生两点或多点故障时，比HSR更可靠
最好的可靠性，PRP的物理架构和网络是完全冗余的
系统构成-站控层
采用MicroSCADAPro技术产品就可以搭建MicroSCADAPro系统，它一般包含一台计算机或多台互联且互相交换数据的计算机，同时包含一个或多个基础系统、通信单元、运行人员工作站、过程层单元或其他外围设备，通过这些组件的灵活搭配布置可组成不同类型的MicroSCADAPro系统。
集中式或分布式系统
无论是集中式还是分布式系统都使用MicroSCADAPro系统服务器及组件构成。
集中式系统中可选择性地安装其中一些系统组件（如通信系统和工作站等）。
分布式系统一般安装SYS600作为通信前置机或工作站。
单机或冗余系统
冗余系统一般配置2套基础系统，1个通信单元和/或2套作用冗余的局域网，而单机系统的这些系统组件一般只布置一个。
冗余系统的目的是双重化一些系统组件以提高系统的可靠性。
大部分系统中，组件的可靠性是非常重要的。
冗余系统的意义在于，当系统中的某个组件发生故障时，冗余组件在确认另一基础系统发生故障后，立即取代它的功能，从而保证系统继续正常运行。
站控层计算机
MicroSCADAPro的运行环境就是常规的标准经济型个人计算机的硬件平台和操作系统。
MicroSCADAPro系统服务器支持的操作系统有：
MicrosoftWindows2000专业版
MicrosoftWindows2000服务器版
MicrosoftWindowsXP专业版
MicrosoftWindowsServer2003标准版
MicroSCADAPro工作站支持的操作系统有：
MicrosoftWindowsNT4.0SP3或最新版
MicrosoftWindowsXP专业版
MicrosoftWindows2000
SYS600系统服务器硬件要求：
CPU：
3.0GHz
2GB内存,≥100GB硬盘
MicrosoftWindowsServer2003标准版
SYS600系统服务器/工作站硬件要求：
CPU：
3.0GHz
1GB内存,≥80GB硬盘
MicrosoftWindowsXP专业版
SYS600系统服务器/工作站/前置机硬件要求：
CPU：
3.0GHz
1GB内存,≥80GB硬盘
MicrosoftWindowsXP专业版
工作站/前置机硬件要求：
CPU：
3.0GHz
512MB内存,≥80GB硬盘
MicrosoftWindowsXP专业版
监视器和工作站
操作员工作站
操作员工作站是操作员控制和监视过程层的计算机（显示画面和对话），可以集成在SYS600系统服务器中或由一台连接到基础系统计算机的单独计算机实现。
笔记本电脑也可以做为工作站使用，通过拨号线将其连接到控制系统。
工作站计算机还可接入到局域网中。
做为工作站用的计算机也可同时做后备通信网关用。
工作站的主要配置包含一台计算机、一个操作系统、工作站程序、人系统接口（HSI）和打印机。
MicroSCADAProHSI由一个显示器、键盘和鼠标组成。
工作站程序
用于过程层控制和监视的一系列程序都是工作站程序，支持MicroSCADAPro通知窗口（显示系统信息）和MicroSCADAPro监视器启动键（用于打开MicroSCADAPro监视器）。
MicroSCADAPro监视器
MicroSCADAPro监视器用于在屏幕上监视和控制MicroSCADAPro的应用程序，是运行人员和基础系统电脑交互作用的接口。
MicroSCADAPro监视器通常与SYS600相连，通过另一台计算机的显示器显示通常存储在SYS600系统服务器上的画面和对话框。
该监视器可经由局域网在操作员工作站或办公室电脑上远程运行，或是在便携式工作站上远程运行。
SYS600系统服务器的基础功能（如过程层通信和报表）不需要打开MicroSCADAPro监视器即可启动运行。
工作站程序
工作站的概念是基于微软的终端服务器概念，因此系统服务器必须运行在带服务器功能的微软操作系统上。
工作站以远程桌面的方式连接到系统服务器，如在系统服务器上安装了CitrixMetaframe（AccessEssentials），也可通过网页方式访问系统服务器，这时还可以网页方式浏览MicroSCADAPro的图片和画面。
图三增加附属程序后可通过网页形式访问服务器
交换机
站控层局域网：
普通交换机，非网管型交换机（H3C）
IEC61850局域网：
网管型交换机，ABB的AFS670和AFS675。
拓扑结构：
集中式环形或分散式环形，支持多重化网络。
集中式环形
图四集中式环形拓扑结构
分散式环形
图五分散式环形拓扑结构
打印机
一个基础系统可以直接连接或通过局域网经打印服务器连接最多20台打印机。
打印机可以是各种类型，如透明打印机、点阵打印机和激光打印机等。
除此之外，MicroSCADAPro还可以连接到操作系统中定义的打印机。
每个打印机都有一个独一无二的编号，可以被指定为特定的作用，如打印报警和事件、打印硬拷贝文件和打印历史报表等。
也可以更改某个打印机去代替另一台打印机的工作。
可以选择手动打印或自动打印，打印格式也是可定义的，主要的打印类型有日志、硬拷贝和文件等。
日志一般都是设定为由过程层事件触发打印，且可指定都多台打印机同时打印。
局域网
局域网是将计算机和其他数据交换设备接入网络的一个通信系统。
局域网允许用户交流和共享资源如硬盘资料或打印机等。
通常局域网有一定的地域限制，如一个楼层内、一栋建筑内或一个变电站内。
它是用户网络，不需要租用线路，当然有时局域网也会通过网关连接到PSTN或其他私人网络。
正是因为局域网只局限在一个小的地域空间内，使用同轴电缆或非屏蔽双绞线就可以得到很高的通信速率和低丢包率。
相对广域网，局域网具有更高的可靠性和稳定性，易于安装和扩建，容易保持统一的标准接口。
局域网的基础
一般来说，计算机网络的基本构成是主机、节点、外围设备和链路等。
主机就是计算机设备，如工作站和个人电脑。
节点就是路由设备，如网络集线器、交换机和路由器。
远方访问设备也可视为一个节点。
主机和节点间的链路主要是电缆和网络适配器等。
电缆
同轴电缆是局域网的传统传输媒介，因为其传输容量大。
但目前非屏蔽双绞线（UTP）也成为接线的一个选择，UTP满足EIA的五类线规格要求，在距离约为250米时，其传送信号最快速率可达155Mbps。
同轴电缆和UTP都适用于一个普通建筑内的同层网络连接，而光缆可用于长距离信号传输，也可做为连接WAN（广域网）的主通道。
网络适配器
局域网适配器将网络线传来的高功率串行数据流转换为PC内需要的低功率并行数据流。
所选型号的适配器应支持网络的媒体访问控制（MAC）方案，如CSMA/CD和令牌环（Token-ring）技术。
当然网络适配器应与PC内部数据总线和网络操作系统兼容。
PC内部总线的通用标准为PCI，操作系统的通用标准为ODI。
交换机
在一个典型网络中，每个节点都根据各自的MAC方案共享传输通道，连接的节点越多，每个节点分到的传输时间就越少。
而交换机可隔离并缓存每个节点的数据，从而使各节点都可专享电缆通道。
使用交换机可提高繁忙网络的性能。
局域网交换机有两种类型：
分段交换机和分帧交换机。
网络管理员可采用分段交换机将局域网划分为多个网段，以减少每个网段内的域冲突和数据冲突，从而提高了每个节点的数据吞吐量。
采用分段交换机的难点是如何将局域网合理分段。
分帧交换机的作用是在源节点和目的节点间提供一个虚拟的链路，通过该虚拟链路实现节点间数据传输时可利用局域网的全部带宽。
分帧交换机的设计有两个不相上下的方法：
一个是“存储转发”交换机，它在接收到整帧数据后再转发，这种交换机可以监测数据中的错误，如发现错误就停止转发，从而可减少一些不必要的信息流量。
另一个设计方法是“直通”交换机，它在交换机解码目的地址后立即将数据从一个节点传输给目的节点。
直通交换机可减少数据传输过程中的延时。
路由器
路由器是连接局域网和广域网的通信服务器，并由其转发数据信息到目的地。
局域网中传输的数据都是遵从局域网内的通信协议规定的数据格式，如CSMA/CD，令牌环和令牌总线等，路由器可读取这些数据包，并将其从原始数据格式转换为广域网中数据控制和传输所用的新格式，如IPX/SPX，TCP/IP和AppleTalk文件协议等。
路由器能支持的协议越多，其价格也越贵。
网络拓扑结构
拓扑结构指的是网内所有物理设备的配置结构。
拓扑结构描述了网络内数据的访问协议，并定义了网络设计和执行的原则。
目前主要有三种常用的网络拓扑结构：
星形、环形和总线结构。
环形拓扑结构的网络一般采用令牌环访问协议，而总线拓扑结构的网络一般采用令牌环或CSMA/CD访问协议。
电话调制解调器
现在的电话有很多功能，但是其中很多功能在PCM600*1.5工具中是不需要的，比如下列功能：
回拨
密码操作
数据加密
高速转换
错误控制
错误修正
数据缓存
为保证PCM600*1.5及其更新版本的应用，建议不要采用这些功能。
如果必须采用这种类型的调制解调器，建议关闭其中的这些功能。
控制用调制解调器的设定中AT（Attention）是通用命令。
但有些调制解调器支持DIP开关切换而设定为不支持AT命令。
必须确认AT命令设定是否已关闭。
所有电话调制解调器应在当地采购，以确保满足当地电话网络操作员的要求。
而PCM600*1.5或更新版本的对调制解调器的要求是它们必须与Hayes的型号兼容。
建议的配置方案请参考PCM600的手册。
c）IED功能
控制与监视
一次设备控制
变电站内一个间隔连接的可能是电力出线、变压器、电抗器或电容器。
间隔层的各种开关设备可由运行人员直接操作或按顺序控制功能间接操作，也可选择自动操作。
站控层HSI、控制中心和就地HMI遵循先选择后操作的原则发来的命令都经由一次设备控制功能来执行。
在结合其他各方面的条件（如联锁、检同期、操作模式和其他外部条件）做出评估判别后，给出是否执行该命令的决定。
变电站自动化系统是个多层次的控制系统，因此需要良好的设计来避免各层次的冲突。
最底层（最接近过程层）的控制权限应是最高的。
图八概要性地描述了系统中一次设备控制功能接收如下几个地方的命令：
控制中心、站控层HSI和就地控制盘（通过I/O）。
当采用就地控制盘操作时，在备用模式可旁路其他开关设备控制功能直接对开关设备进行操作，此时备用控制盘直接与一次设备以硬接线方式相连。
监视功能
系统连续监视所有的一次设备，如断路器，隔离刀和接地刀的状态，如监视到任何位置状态的变化，将立即在一次接线图上反应出来，并产生事件列表，可根据需要打印该事件。
如果是非正常命令引起的事件，还将触发相应的报警信号。
每个一次设备的位置状态都由两个开关量反应，正常状态下两个开关量信号是相反的。
当检测到超过预设定的时间后，仍然存在两个信号同时为合或分的情况时，就发出
升级会员 