[科普中国]-变电站自动控制

简介

远动系统是电网调度自动化系统的重要组成部分，通过远动系统可以使电网调度中心及时获取厂站的运行信息；同时调度中心通过远动系统把遥控、遥调命令传送到发电厂和变电站，实施电网的安全、优质、经济运行。常规的远动系统是指独立完成远动信号的采集、处理、发送和接收的一套电气装置，包括遥测变送器、遥信转接柜、独立的远动终端装置（RTU）以及点对点的远动通道等1。

电力系统远动的主要任务是将表征电力系统运行状态和各发电厂以及变电所的有关实时信息采集到调度控制中心；把调度控制中心的命令发往发电厂和变电所，对设备进行控制和调节。遥测、遥信、遥调和遥控是远动系统要完成的基本任务。随着科学技术，尤其是信息技术和控制的进步，远动系统功能根据电力系统调度自动化的实际需要还在不断的扩展2。

系统构成远动系统中最基本的是数据采集和监控(SCADA)系统，主要实现数据采集、信息显示、监视控制、告警处理、事件顺序记录及事故追忆等功能。远动系统的通常结构如图1所示。

数据采集单元数据采集单元通过远程通信与变电站或发电厂的现场装置相连接，接收从现场上传的数据。

前置机前置机是缓冲和处理输入和输出数据的处理机。它接收RTU送来的实时远动信息，经译码后还原出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，并可以按要求打印输出。这些信息还要向主计算机传送，供其他工作站对系统运行情况进行分析、计算和评价。另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以向前置机输入遥控、遥调或者其他命令，前置机按规约组装出遥控信息字、遥调信息字或者其他命令信息字，并向RTU传送。具体说来，前置机需要完成如下的工作：

（1）数据通讯：通过串行通信或者网络通信方式连接远方现场的下位机，完成数据采集和命令下发，通过局域网与SCADA节点连接，接收控制命令和上送工程数据。

（2）规约处理：从下位机(RTU等)接收数据经过协议解包处理变成工程量后，打包送往SCADA节点。从SCADA节点发来的控制命令信息也要经过协议解析后打包下发到相应监控单元(RTU等)。

（3）通讯管理：包括与RTU，变电站综合自动化系统及SCADA节点间的通讯原码显示、通道状态监视、误码率统计与报告。

（4）实时信息监视：画面显示接入前置机系统的每一RTU的全部遥测、遥信、遥脉测点设置信息、实时值和测点类型。

（5）系统调试与测试：系统可下发各类测试指令测试RTU，上送各类模拟数据测试SCADA节点。

（6）系统时间同步：系统获取GPS提供的精确时间，对RTU和SCADA节点的进行统一对时。

工作站工作站可以包括数据处理工作站、图形工作站、GIS工作站等，负责对收到的数据进行处理、保存，以适当的形式，如图形、声音的，将采集到的数据显示给用户，以达到监视的目的。当操作人员在工作站发出遥控指令时，工作站将控制信息、发到前置机，经前置机转换后发到现场装置2。

远动信息采集方式随着变电站和发电厂升压站监控系统的建立和完善，常规独立 RTU 的远动功能已经融入了站内自动化系统，电网的远动系统是涵盖了整个站内自动化系统的一个大系统。远动信息的采集将由集中采集向就地分布式采集的方向发展，并应用 CANbus，Lon Works，Profibus 等现场总线和 Ethernet 局域网技术。

当采用厂站监控系统实现远动功能时，其系统的设计和选型必须保证电网调度自动化的功能要求和对远动数据的实时性、可靠性、正确性和准确性的要求。

与厂站监控系统合用数据采集装置方式厂站远动与站内监控系统合用一套数据采集装置（见图 2）。按照远动装置的功能和性能要求，配置满足厂站规模要求的大容量的数据采集装置。该数据采集装置可采用集中组屏的方式，也可以采用分布式布置的方式。调度中心所需的远动数据由数据采集装置直接发送。远动规约在满足相应主站通信协议的前提下，应积极采用国际标准的远动通信协议 IEC60870-5-101、变电站通信网络和系统协议IEC61850。

该模式不仅兼顾了远动和厂站自动化的数据采集和控制功能，避免了设备的重复投资，而且保证了远动信息实时性和可靠性的要求。可在新建的变电站和参加电网 AGC 的火电厂自动化系统中积极采用。

采用厂站监控系统前置通信单元方式厂站监控系统的所有数据采集装置或间隔级的I / O单元通过串行接口或现场总线等控制链路与监控系统的前置通信单元通信，调度中心所需的远动数据由前置通信单元汇总后用远动通信协议直接向调度中心发送（见图 3）。远动规约可采用相应调度中心主站的通信协议，推荐采用 IEC60870-5-101 和IEC61850 协议。该模式适应于厂站改造工程。

采用站控层通信工作站方式厂站监控系统间隔层的数据采集装置负责采集站内监控及远动所需的信息，并向站控层的局域网上传送，通信工作站负责汇总调度中心所需的远动信息，并按照部颁 DL 476-92《电力系统实时数据通信应用层协议》或 IEC6l850 协议，经路由器或数据网络的 IP 设备送至调度中心（见图 4）。

该模式尤其要注重远动信息传输环节中时延的控制，按照远动信息直采直收的原则，远动数据不能经过站控主机的处理，而应组织从测控单元经过通信工作站到调度中心的直达数据链路，保证远动信息传输的实时性。同理，调度中心对厂站的控制和调节命令亦通过此链路发送至站内监控系统执行。此方式适用于水电站的自动化监控系统。

保护、控制、测量、信号一体化方式“十五”期间可在 35 k V 及以下的低压变电站中推行保护、控制、测量、信号（“四合一”）的一体化方式。此方式可大大简化二次回路，节省保护屏、控制屏、仪表屏和中央信号屏的设备费用及大量的二次电缆，减少变电站的占地面积。一体化方式的“四合一”装置可采用多 CPU 配置，分别管理保护、控制以及与调度中心的通信。与调度中心的通信接口可采用串行接口方式，也可以采用局域网络接口方式1。

远动信息传输模式常规远动模式对尚未建立电力数据网络的电网，远动信息的传输仍按常规的远动通道方式组织，并根据被调厂站在电网中的重要程度，确定通道是否采用主备方式。

调度中心对直接调度的厂站采用直接组织远动通道的方式，其他相关调度中心所需该厂站的远动信息可通过调度中心之间的数据交换获取。

对具备数字微波或光纤通道的厂站，应积极利用现有通道进行点对点的计算机数据通信，做好国际标准的远动通信协议和计算机数据通信协议的应用开发工作，以便于数据网络建成后可立即实现远动数据的网络传输。

数据网串行接口通信模式厂站 RTU 按就近入网方式直接接入 SPDnet 数据网络接入层设备的串行接口，然后，通过数据网络建立一条透明的逻辑通道，再接入调度端的远动前置机，该模式对 RTU 和调度主站端的前置机都不需做任何改动，仍采用原有的串行接口和原有的通信协议（见图 5）。

该模式的优点是，原有的 RTU 硬件设备和通信协议不变，远动通道只需组织到就近的网络节点，而不必直接组织到两个调度中心主站。缺点是，主站前置机仍需较多的串行口与厂站 RTU 进行一对一方式的通信，而厂站端如一发多收也要占用多个串行接口，同时，要求数据网络接入层的设备提供RS-232 / RS-422接口。该模式适用于主站和厂站均不能改动的情况。

网络接口通信模式该模式要求厂站的 RTU 具有以太网接口，支持TCP / IP 协议，并支持 IEC60870-5-104 或 IEC61850协议，直接接入厂站端数据网络边缘交换机的局域网端口。该模式适用于新建厂站的分布式自动化系统（见图6 TCP/ IP 模式）。

对于大部分已投运的厂站，可在 RTU 上加装TCP / IP 协议转换器再接入 SPDnet，以使原有的通信协议和 RTU 的结构保持不变，但要求各主站端配置支持 TCP/ IP 协议的网络通信前置系统和相应的应用层协议（见图 7 协议转换器模式）。

通过远动信息的网络传输，可使各相关主站同时共享厂站的实时信息，从根本上解决困扰远动领域多年的远动信息一发多收和信息转发的问题，使电网安全分析应用软件的运算数据基于同一时间断面，以提高计算结果的准确性1。