1、第10章 電力監(jiān)控系統(tǒng),10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,一、電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能 城軌交通的電力監(jiān)控系統(tǒng)一般采用二級管理(車站級、控制中心級)或三級監(jiān)控(控制中心、車站級、現(xiàn)場級) 的結(jié)構(gòu)。整個電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心的主站監(jiān)控系統(tǒng)、各類變電所內(nèi)的綜合自動化子系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通信層構(gòu)成; 并在車輛段供電車間設(shè)置復(fù)示系統(tǒng), 用于實現(xiàn)運營維修人員對全線供電系統(tǒng)設(shè)備及電能耗的監(jiān)視和對設(shè)備的維修管理, 提高維護及維

2、修的質(zhì)量和效率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。,圖5-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,主站監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能實現(xiàn)對遙控對象的遙控。遙控種類分為：選點式、選站式、選線式三種；實現(xiàn)對供電系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視和故障報警；實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中主要運行參數(shù)的遙測；實現(xiàn)中文界面的屏幕、模擬盤或其他設(shè)備的顯示，以及運行和故障記錄信息的打印功能；實現(xiàn)電能統(tǒng)計等的日報、月報制表

3、打?。粚崿F(xiàn)系統(tǒng)自檢功能；以友好的人機界面實現(xiàn)系統(tǒng)的維護功能；實現(xiàn)主/備通道的切換功能。,2.子站設(shè)備（遠動終端）的基本功能遠動控制輸出；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集（包括數(shù)字量、模擬量、脈沖量等）；遠動數(shù)據(jù)傳輸；可脫離主站獨立運行。此外，子站設(shè)備（遠動終端）的通信規(guī)約應(yīng)對用戶完全開放。,3.變電所綜合自動化裝置應(yīng)有的基本功能保護、控制、信號、測量；電源自動轉(zhuǎn)接；必要的安全聯(lián)鎖；程序操作；裝置故障自檢；開放的通信接口。,當采用

4、主控單元對各變電所進行綜合自動化裝置管理時，除提供多重形式的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接口外，變電所間斷路器聯(lián)跳等功能通過綜合自動化主控單元與控制中心監(jiān)控主站的信息傳遞、交換共同來實現(xiàn)。重要設(shè)備之間除考慮二次回路硬線聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖外，由綜合自動化軟件實現(xiàn)邏輯判斷、計算、繼電器等功能，并通過下位監(jiān)控單元執(zhí)行操作。,10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,二、監(jiān)控的基本內(nèi)容監(jiān)控對象應(yīng)包括遙控對象、遙信對象和遙測對象三部分。,遙控遙控是指控制中心向地鐵

5、沿線各被控變電所中的開關(guān)電器設(shè)備發(fā)送“合閘”、“分閘”指令，實行遠距離控制操作。遙控對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：(1)．包括主變電所、開閉所、中心降壓所、牽引變電所、降壓變電所內(nèi)1kV及以上電壓等級的斷路器、負荷開關(guān)及系統(tǒng)用電動隔離開關(guān)；(2)．牽引變電所的直流快速斷路器、直流電源總隔離開關(guān)，降壓變電所的低壓進線斷路器、低壓母聯(lián)斷路器、三級負荷低壓總開關(guān)；(3)．接觸網(wǎng)電源隔離開關(guān)；(4)．有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓開關(guān)。,10.1 電力

6、監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,2.遙信遙信是指控制中心對地鐵沿線各變電所中被控對象（如開關(guān)電器）的工作狀態(tài)信號進行監(jiān)視。遙測對象應(yīng)包括下列基本內(nèi)容：(1)．遙信對象的位置信號，如開關(guān)電器設(shè)備所處的“分閘”、“合閘”位置信號；(2)．高中壓斷路器、直流快速斷路器的各種故障跳閘信號；(3)．變壓器、整流器的故障信號；(4)．交直流電源系統(tǒng)的故障信號；(5)．降壓變電所低壓進線斷路器、母聯(lián)斷路器的故障跳閘信號；(6)．鋼軌電位限制

7、裝置的動作信號；(7)．預(yù)告信號；(8)．斷路器手車位置信號；(9)．無人值班變電所的大門開啟信號；(10)．控制方式。,10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,3.遙測遙測是指控制中心對地鐵沿線各變電所中的工作狀態(tài)參數(shù)遠距離的測量。遙測對象應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)．主變電所進線電壓、電流、功率、電能；(2)．變電所中壓母線電壓、電流、功率、電能；(3)．牽引變電所直流母線電壓；(4)．牽引整流機組電流與電能、牽引饋線

8、電流、負極柜回流電流；(5)．變電所交直流操作電源的母線電壓。,10.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成及其功能,10.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,一、電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要設(shè)備電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件一般包括以下主要設(shè)備：計算機設(shè)備（主機）與計算機網(wǎng)絡(luò)；人機接口設(shè)備；打印機記錄設(shè)備和屏幕拷貝設(shè)備；通信處理設(shè)備,二、主站監(jiān)控系統(tǒng)主站監(jiān)控系統(tǒng)由局域網(wǎng)絡(luò)、主備服務(wù)器、主備操作員計算機、維護計算機、數(shù)據(jù)文檔計算機、信號系統(tǒng)用行調(diào)計算機、前置

9、通信機、打印機和模擬盤等設(shè)備構(gòu)成。主站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。,,圖5-2 主站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,10.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,1.局域網(wǎng)絡(luò)控制中心主站網(wǎng)絡(luò)訪問方式采用客戶機、服務(wù)器訪問方式、局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙以太網(wǎng)構(gòu)成，相互備用。正常情況下兩個網(wǎng)絡(luò)同時工作時，平衡網(wǎng)絡(luò)信息流量。網(wǎng)絡(luò)切換采取給予網(wǎng)絡(luò)口切換的策略，每臺服務(wù)器和客戶機保持同時監(jiān)視兩個網(wǎng)段上與其他通信節(jié)點的聯(lián)通狀況。當服務(wù)器或客戶機某一個網(wǎng)絡(luò)口（如網(wǎng)卡）故

10、障時，只改變本機器與其他節(jié)點的通信路徑，不會影響到其他節(jié)點間的通信。當兩個網(wǎng)段的其中之一故障時，網(wǎng)絡(luò)通信管理程序會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)口的聯(lián)通狀況，自動在另一個網(wǎng)段上形成通信鏈路。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介為光纖或雙絞線，通信速率為100Mb/s。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴展性，可方便地增加客戶機而不影響網(wǎng)絡(luò)性能。2.服務(wù)器控制中心主站配置兩套功能等價、性能相同的計算機用于整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)處理，并作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他計算機的共

11、享資源。系統(tǒng)正常工作時，一臺主用，另一臺備用。控制命令僅通過主服務(wù)器發(fā)出。主、備服務(wù)器均能接收來自被控站的各種上傳數(shù)據(jù)。當主服務(wù)器故障時，系統(tǒng)自動切換到另一臺備用服務(wù)器上，故障信息在打印機上打印，并在另一臺服務(wù)器系統(tǒng)故障畫面上顯示故障信息。,10.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,3.工作站計算機用于正確同步反應(yīng)服務(wù)器上的所有數(shù)據(jù)（包括圖像、警報、遙測量等），提供給調(diào)度員和維護員各一個工作的窗口，進行維護系統(tǒng)軟件、定義系統(tǒng)運行參數(shù)、定義系統(tǒng)

12、數(shù)據(jù)庫及編輯、修改、增擴人機界面等工作。4.前置通信機系統(tǒng)配置兩套功能等價的前置通信機，通過通信系統(tǒng)提供的通信通道實現(xiàn)與被控站設(shè)備的遠方通信，兩套前置通信機實現(xiàn)相互之間的熱備用（Hot Standby）。配置監(jiān)視兩前置通信機工作運行狀態(tài)的看門狗軟件。正常時，兩套前置通信機同時接收來自被控站的信息，但只有一個前置通信機與系統(tǒng)進行信息交換，當主用前置機發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動切換到備用前置通信機，故障信息記錄在系統(tǒng)報警報表中。前置通信機與各

13、被控站采用點對點通信方式，兩個串口對應(yīng)一個被控站，其中一個串口備用。通信前置機至通信設(shè)備室的每個變電所的通信電纜采用單獨回路。前置通信機采用經(jīng)驗成熟、性能先進、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，通信接口為串行RS-422，通信傳輸速率不低于9600b/s。,10.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,5.時鐘子系統(tǒng)該系統(tǒng)數(shù)字顯示時鐘與本系統(tǒng)計算機軟時鐘同步，此數(shù)字顯示時鐘鑲嵌在模擬盤中央上部，并可通過CRT操作鍵對其進行時間設(shè)定，顯示形式為：年：月：日：時：分：

14、秒。本系統(tǒng)主站定時與各變電所綜合自動化系統(tǒng)定時同步對時，每10~15min同步一次，同步間隔實踐可調(diào)。6.模擬盤為全面、系統(tǒng)、直觀地掌握供電系統(tǒng)的運行情況，在控制中心設(shè)置模擬盤。模擬盤顯示系統(tǒng)以彩色燈光（紅、綠）形式模擬供電設(shè)備的運行狀態(tài)，以光帶方式監(jiān)視接觸網(wǎng)線路的帶電狀態(tài)。模擬盤應(yīng)具有暗盤和亮盤兩種運行方式，其控制命令由操作員控制臺發(fā)出。在暗盤運行時，當被控站發(fā)生故障，模擬盤相應(yīng)站名燈、事故燈及相關(guān)開關(guān)燈閃爍，按閃光復(fù)位鍵后停閃。

15、,10.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,一、主控站系統(tǒng)的管理功能主控站系統(tǒng)的管理功能主要由五個子系統(tǒng)構(gòu)成：,數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)圖形管理子系統(tǒng)報表管理子系統(tǒng)安全管理子系統(tǒng),主控站系統(tǒng),,數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)為各種應(yīng)用功能模塊提供共享的數(shù)據(jù)平臺，提供開放式的數(shù)據(jù)庫接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的定義、創(chuàng)建、錄入、檢索和訪問。提供數(shù)據(jù)斷面的管理機制，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、拷貝和再利用

16、。數(shù)據(jù)庫的控制功能可完成對數(shù)據(jù)庫的安全性控制、完整性控制和數(shù)據(jù)共享時并發(fā)控制。具有故障恢復(fù)功能、安全保護功能以及網(wǎng)絡(luò)通信功能等?？刹捎蒙逃脭?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)。,2.圖形管理子系統(tǒng)具有風(fēng)格統(tǒng)一、友好方便的操作界面?？赏瓿蓤D元編輯、引用、畫面生成、調(diào)用、操作、管理等功能。允許用戶自定義圖元?？缮啥喾N類型畫面，有接線圖、地理圖、工況圖、棒圖、餅圖、曲線圖、儀表圖、其他圖。可在畫面上完成各種操作，有圖形縮放、應(yīng)用切換、調(diào)

17、度操作、任務(wù)啟動等。畫面顯示具有網(wǎng)絡(luò)動態(tài)著色功能。畫面打印可任選：行式打印、彩色打印、激光打印。具有以下技術(shù)特點：全圖形顯示，可漫游變焦、自動分層、隨意移動、多窗口技術(shù)、快速直接鼠標控制和多屏幕技術(shù)。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,3.報表管理子系統(tǒng)操作員可顯示器上以交互式定義報表格式或報表數(shù)據(jù)等?？芍贫ㄈ我庑问降臄?shù)據(jù)表格。表格可顯示實時及歷史數(shù)據(jù)內(nèi)容。表格在窗口中提供翻滾棒操作。表格內(nèi)各數(shù)據(jù)具有計算功能，用戶可在表

18、格內(nèi)自動加減運算；考慮通道質(zhì)量等因素，系統(tǒng)提供報表數(shù)據(jù)編輯修改功能。報表操作可完全在線進行，不影響系統(tǒng)運行。報表打印分成正常打印和異常打印，啟動方式為定時啟動、事件啟動和召喚啟動。全圖形為全漢化的人機界面。,4.網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)基于國標標準傳輸層協(xié)議（TCP/IP），實現(xiàn)網(wǎng)上工作站之間實時信息傳輸及這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息共享。所有工作站之間的信息交換功能實現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下均能實現(xiàn)完全鏡像信息，任一工作站的實時更新或操作定義，其他各站實

19、時同步變化，任一工作站的實時畫面可實時在任一監(jiān)視器上顯示；任一工作站故障或退出，不丟失信息也不影響系統(tǒng)功能?？梢灾С蛛p以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。可以通過網(wǎng)橋和管理網(wǎng)進行信息交換，實現(xiàn)信息共享。支持X.25協(xié)議的遠程分組交換網(wǎng)間通信，實現(xiàn)和遠方機器的網(wǎng)間連接。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,,5.安全管理子系統(tǒng)采用多級安全管理策略，在用戶一級采用口令和權(quán)限管理機制，給每個用戶分配一個用戶名和口令，并且每個用戶都賦予一定的操作權(quán)限，比如電調(diào)只

20、有對圖形的讀取、遙控、置數(shù)等權(quán)限，而沒有修改的權(quán)限，還可以定義該口令的有效時間，防止用戶忘記退出時被他人誤用；在系統(tǒng)一級，采用防火墻技術(shù)，防止黑客。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,二、變電所綜合自動化系統(tǒng)的主要功能變電所綜合自動化實現(xiàn)變電所各種設(shè)備的控制、保護、監(jiān)視、聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖、電流、電壓、功率、電度量的采集等功能。變電所間開關(guān)聯(lián)跳等功能通過綜合自動化主控單元與控制中心監(jiān)控主站的信息傳遞、交換共同來實現(xiàn)。重要設(shè)備之間除考慮二

21、次回路硬線聯(lián)動、聯(lián)鎖、閉鎖外，由綜合自動化軟件實現(xiàn)邏輯判斷、計算、繼電器等功能，并通過下位監(jiān)控單元執(zhí)行操作。利用下位監(jiān)控單元實現(xiàn)對0.4kV進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、三級負荷總開關(guān)的控制。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,1.現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)接口由于一般情況下變電所的二次監(jiān)控單元和保護單元采用的是不同廠商的設(shè)備，因而造成了下層智能設(shè)備使用不同的通信協(xié)議，因此采用具有多個支持多種介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的通信接口（RS-232、RS-422、RS-485、CANB

22、US、LONWORKS、以太網(wǎng)、MODBUS、PROFIBUS等）的主控單元對所有網(wǎng)絡(luò)進行管理，通過現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對各開關(guān)柜內(nèi)監(jiān)控單元和保護單元的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。主控單元與0.4kV下位監(jiān)控單元及公共部分I/O單元采用CANBUS現(xiàn)場總線互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)拓撲為總線型；主控單元與110kV交流、35（33）kV交流、10kV交流、1500V（750V）直流設(shè)備、所內(nèi)交直流裝置、變壓器溫控器上的智能設(shè)備的連接采用RS-485、LONWORKS、M

23、ODBUS、PROFIBUS、LONBUS等接口實現(xiàn)，傳輸介質(zhì)采用光纖/雙絞線。主控單元多采用CPU，不同設(shè)備或傳輸介質(zhì)采用不同的接口模塊，所有網(wǎng)絡(luò)接口模塊在主控單元內(nèi)采用CANBUS通信。除設(shè)置主控單元外，還設(shè)有I/O模塊單元，直接控制監(jiān)視不宜裝設(shè)下位監(jiān)控單元的開關(guān)設(shè)備，例如：接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)、所用電交流電源的自動投切裝置等。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,2.主控單元的功能主控單元接受控制中心主機或當?shù)鼐S護計算機的控制命令

24、，向控制中心主機或當?shù)鼐S護計算機傳送變電所操作、事故、預(yù)告等信息。除實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口外，還實現(xiàn)下述功能：實現(xiàn)直流饋線斷路器與接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)之間的軟聯(lián)鎖。主控單元通過網(wǎng)絡(luò)通信采集到直流饋線斷路器與接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)的位置狀態(tài)。在操作選擇、校核時，主控單元按操作對象預(yù)編程的聯(lián)鎖條件進行操作閉鎖的軟件判別，決定執(zhí)行或終止操作，從而實現(xiàn)直流饋線斷路器與接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)之間的軟聯(lián)鎖。實現(xiàn)電源自動投切功能。主控單元中固化有采用了可視化順控流程

25、方式編程的電源自動投切程序，可實現(xiàn)變電所35（33）kV高壓側(cè)電源，所用交流電源的自動投切功能。實現(xiàn)方式為：通過所內(nèi)控制信號盤、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)柜內(nèi)下位監(jiān)控單元（控制、保護設(shè)備）來實現(xiàn)，所有信號的傳遞均由所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)完成。,10.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成,【實踐操作】 書面練習(xí) 1.簡述電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能 2.簡述電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 3.試分析主控單元是如何實現(xiàn)直流饋線斷路器與接觸網(wǎng)電動隔離