電氣化鐵路牽引供變電技術(shù)-第十章-綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

2024/12/29電氣化鐵路牽引供變電技術(shù)牽引供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制及繼電保護(hù)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣化鐵路牽引供變電系統(tǒng)、接觸網(wǎng)的故障保護(hù)、遠(yuǎn)程及當(dāng)?shù)乜刂啤⒄＜肮收闲畔⒈O(jiān)視、數(shù)據(jù)采集的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。她是為運(yùn)營(yíng)指揮調(diào)度人員、維護(hù)維修人員提供正常設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視、例行檢查檢修，進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)故障分析判斷及處理、運(yùn)營(yíng)決策的輔助綜合智能系統(tǒng)第一節(jié)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述牽引供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以分為四個(gè)子系統(tǒng)。1、人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)，為調(diào)度員提供完整的前銀華供電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，完成遠(yuǎn)方操作。2、信息處理子系統(tǒng)該子系統(tǒng)主要完成實(shí)時(shí)信息處理、存儲(chǔ)、打印等功能，并在調(diào)度員工作站以友好的人機(jī)界面顯示。第一節(jié)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述一、牽引供電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)

3、信息傳輸子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)主要有電力載波通信、數(shù)字微波通信、光纖通信等幾種通信方式。目前，光纖通信為主、數(shù)字微波通信為輔是電力通信主干網(wǎng)的發(fā)展方向。4、信息收集和執(zhí)行子系統(tǒng)該子系統(tǒng)的功能是在變電所收集各種表征電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，并根據(jù)傳動(dòng)協(xié)議向調(diào)度端提供各種監(jiān)視、分析和控制牽引供電系統(tǒng)所需的信息，系統(tǒng)的運(yùn)行化妝臺(tái)信息，以及溫度、濕度等。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本特征概括如下①綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的信息流是數(shù)字量信息，取代了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的模擬量信息。二各種功能的實(shí)現(xiàn)是在微機(jī)硬件支持下，由軟件和人機(jī)聯(lián)系設(shè)備、輸入和輸出電路等協(xié)調(diào)完成的。②在當(dāng)?shù)匦畔①Y源（模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等）綜合利用，減少并優(yōu)化監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)備的前提下，綜合自動(dòng)haul系統(tǒng)提供了人機(jī)對(duì)話、操作畫(huà)面監(jiān)視、只能話運(yùn)行管理、RTU等多種功能，并增強(qiáng)了變電所整體功能。③設(shè)備操作、故障狀態(tài)采用屏幕監(jiān)視，值班人員面對(duì)大屏幕顯示器進(jìn)行變電所所有設(shè)備的全面監(jiān)視與操作。④運(yùn)行管理智能化、自動(dòng)化。⑤綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工作的可靠性、經(jīng)卻行大大提高，依靠各種抗干擾和數(shù)字濾波技術(shù)、冗余技術(shù)，特備是在線檢查，自診斷技術(shù)，能及時(shí)診斷發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各組成丹云硬件或軟件的故障并想主控端報(bào)警。⑥經(jīng)濟(jì)上合理，能節(jié)省重復(fù)性硬件設(shè)備，節(jié)約大量空置電纜、縮小控制室建筑面積。⑦變電所的工作環(huán)境，如溫度、濕度、污染和震動(dòng)，特別是強(qiáng)電磁干擾對(duì)綜合自動(dòng)化多危機(jī)系統(tǒng)帶來(lái)多方面的影響和不利因素，必須采取有效的抗干擾、康溫度變化，抗震等措施。變電所綜合自動(dòng)化功能按其功能分類(lèi)可歸為控制與監(jiān)視功能、自動(dòng)控制功能、測(cè)量表計(jì)功能、繼電保護(hù)功能、與繼電保護(hù)有關(guān)功能、接口功能、系統(tǒng)功能等7種。1、微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能是變電所綜合鄒東華系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電所的制設(shè)備和輸電線路的全套保護(hù)：高壓輸電線路保護(hù)和后備保護(hù)；以及非電量保護(hù)；母線保護(hù)；低壓配電線路保護(hù)；無(wú)功補(bǔ)償裝置保護(hù)；所用電保護(hù)等。二、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能2、監(jiān)控子系統(tǒng)的功能監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)，取代針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤(pán)，（1）數(shù)據(jù)采集從數(shù)據(jù)來(lái)源劃分，變電所的數(shù)據(jù)由兩種：一種是變電所原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)直接來(lái)源于一次設(shè)備，另一種是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集。從數(shù)據(jù)物理特性劃分，變電所的數(shù)據(jù)由三種：模擬量、開(kāi)關(guān)量和電能量。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)歷與維護(hù)監(jiān)控子系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)并不斷更新來(lái)自I/O單元及通信接口的全部試試數(shù)據(jù)；簡(jiǎn)歷隸屬數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)。（3）時(shí)間順序記錄和故障錄波測(cè)距（4）故障記錄、錄波和測(cè)距功能（5）控制和操作功能；（6）安全監(jiān)視功能；（7）人機(jī)聯(lián)系功能；（8）打印功能。（9）數(shù)據(jù)處理和記錄功能（10）諧波的分析與監(jiān)視（11）報(bào)警處理（12）畫(huà)面生成及顯示（13）在線計(jì)算機(jī)指標(biāo)功能（14）電能量處理；（15）遠(yuǎn)動(dòng)功能。1、結(jié)構(gòu)形式把整套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按其不同的功能將間隔層按照對(duì)象劃分組裝成多個(gè)屏（柜），例如變壓器保護(hù)屏、饋線保護(hù)屏、直流屏等。這些控制保護(hù)屏一般都安裝在主控室中，又稱“分布集中式結(jié)構(gòu)”。2、分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①分層（級(jí)）分布式的配置系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多cpu系統(tǒng)。②繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立。③具有與系統(tǒng)控制中心通信功能。一、分層（級(jí)）分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式第二節(jié)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式④模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高。⑤室內(nèi)工作環(huán)境好，管理方便。3、分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)集中組屏便于設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和管理，可靠性也比較高，尤其適合于舊所改造。4、分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)安裝時(shí)需要的控制電纜相對(duì)較多，增加了電纜及輔助投資。1、結(jié)構(gòu)形式按每個(gè)電氣間隔（如一條饋線、一臺(tái)變壓器、一組電容器等）為對(duì)象，把控制、保護(hù)、測(cè)量等功能設(shè)計(jì)安裝在同一個(gè)危機(jī)裝置中，對(duì)于6-35kv的中低壓線路，可以將這個(gè)危機(jī)保護(hù)監(jiān)控裝置分散安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜上，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行信息交換；對(duì)于高壓線路后變壓器等重要設(shè)備的保護(hù)監(jiān)控裝置仍然采用集中組屏方式安裝在主控室內(nèi)。二、分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)越性①6-35kv的中低壓線路保護(hù)監(jiān)控采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝在開(kāi)關(guān)柜中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與主控室監(jiān)控機(jī)交換信息，可以節(jié)約控制電纜。②高壓線路、變壓器等重要設(shè)備的保護(hù)監(jiān)控采用集中組屏方式，安裝在主控室戶保護(hù)室中，使這些設(shè)備的保護(hù)監(jiān)控裝置處于比價(jià)好的工作環(huán)境中，可以提高供電的可靠性。③其他自動(dòng)裝置，如備用電源字頭裝置和電壓、無(wú)共綜合控制裝置采用集中組屏方式，安裝與主控室或保護(hù)室中。④電能計(jì)量采用集中組屏方式，安裝于主控室后保護(hù)室中。1、全分散式結(jié)構(gòu)形式將每個(gè)電氣間隔的保護(hù)、控制、測(cè)量功能設(shè)計(jì)安裝在同一個(gè)危機(jī)裝置中，并且分撒安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜中，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行信息交換。三、全分散式結(jié)構(gòu)形式2、全分散式結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性①簡(jiǎn)化了變電所二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。主控室內(nèi)減少了保護(hù)屏的數(shù)量，由于采用綜合自動(dòng)化西戎后，原常規(guī)的控制盤(pán)、中央信號(hào)屏和模擬屏可以取消。②較少了施工和設(shè)備安裝工程量③簡(jiǎn)化了變電所二次設(shè)備之間的互聯(lián)線，節(jié)省了大量連接電纜。④分層分散是結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)零活，檢修方便。I/O通道：在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置信息傳遞和變換的裝置，成為過(guò)程輸入輸出通道。人機(jī)接口：人魚(yú)計(jì)算機(jī)之間的鏈接裝置成為人機(jī)接口。有了過(guò)程通道與人機(jī)接口，才能將人、計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程組成有機(jī)的整體。第三節(jié)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程通道主要包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。①模擬量輸入通道：主要功能是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)經(jīng)檢驗(yàn)、變換和與處理，最終變換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。②模擬量輸出通道：它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)功率放大后送到執(zhí)行部件對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或裝置進(jìn)行控制。③數(shù)字量輸入通道：成開(kāi)關(guān)量輸入通道、凡是以點(diǎn)評(píng)高低和開(kāi)關(guān)通斷等兩位狀態(tài)表示的信號(hào)成為數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量。④數(shù)字量輸出通道：有的執(zhí)行部件只要求提供數(shù)字量，比如步進(jìn)電機(jī)、控制電機(jī)啟動(dòng)和報(bào)警信號(hào)等，這是應(yīng)采用數(shù)字量輸出通道。模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)組成一、模擬量輸入通道1、信號(hào)調(diào)理電路在控制系統(tǒng)中，對(duì)唄孔量的檢測(cè)往往采用各種類(lèi)型的檢測(cè)變送器，當(dāng)他們的輸出信號(hào)為0-10mA或4-20mA的電流信號(hào)是，一般是采用電阻分壓發(fā)吧現(xiàn)場(chǎng)傳送來(lái)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。無(wú)源I/U變換和有源I/U變換2、多路模擬開(kāi)關(guān)由于計(jì)算機(jī)的工作速度媛媛快魚(yú)北側(cè)參數(shù)的變化，因此一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可供幾十個(gè)檢測(cè)回路使用，但計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻只能接受衣蛾回路信號(hào)。所以必須通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多選一的操作，將多路輸入信號(hào)一次的切換到后級(jí)。3、前置放大器前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入小信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)。4、采樣保持器（1）采樣定理離散系統(tǒng)或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)是把連續(xù)變化的量編程離散量后在進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的采樣形式有周期采樣、多節(jié)采樣和隨機(jī)采樣。香農(nóng)定理：為了是采樣信號(hào)能玩?zhèn)髌鎻?fù)線原信號(hào)，采樣頻率f至少要為原信號(hào)最高有效頻率fmax的2倍。（2）采樣保持器①零階采樣保持器：零階采樣寶吃其實(shí)在兩次采樣的間隔時(shí)間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。②零階集成采樣保持器②零階集成采樣保持器5、A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器從原理上可分為逐位逼近式和雙積分式兩種（1）逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)模表達(dá)式（2）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)組成模擬量輸出通道一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和電壓/電流變換器組成。二、模擬量輸出通道1、D/A轉(zhuǎn)換器工作原理2、D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)（1）分辨率分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，它是對(duì)輸入變化敏感程度的描述，取決于數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值和理論值的接近程度。（3）偏移量誤差偏移量誤差是指輸入數(shù)字量時(shí)，輸出模擬量對(duì)于零的偏移值。（4）穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出模擬量達(dá)到中值誤差1/2LSB（最低有效位）時(shí)所需的時(shí)間。1、開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道結(jié)構(gòu)組成開(kāi)關(guān)量輸入輸出：CPU接口邏輯、輸入緩沖器和輸出鎖存器、輸入輸出電氣接口。（1）CPU接口邏輯三、開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路（1）CPU接口邏輯這部分電路一般是由數(shù)據(jù)線緩沖器/驅(qū)動(dòng)器、輸入輸出地址譯碼器、讀寫(xiě)等控制信號(hào)組成。（2）輸入緩沖器和輸出鎖存器輸入緩沖器是對(duì)外部輸入的信號(hào)其緩沖、加強(qiáng)以及宣統(tǒng)的作用，CPU通過(guò)讀緩沖器讀入數(shù)據(jù)。鎖存器的作用是厝村CPU送來(lái)的輸出數(shù)據(jù)，共外部設(shè)備使用。（3）阿虎如