电力系统远动原理及应用

第一节厂站端远动装置一、远动装置的功能 电力系统远动系统通常由主站 (调度端)、通道和若干子站 (厂站端)组成，如图3-l所示。 厂站端远动装置的主要功能 如下： ①采集各种微机保护、自动 装置信息。装置通过网络方式 与保护、测控装置及其他智能 装置通信。保护测控装置 和电度表等装置的遥信、遥 测、遥脉量以及其他通信信息 均直接可以送往远动装置。实 现对变电站电压、电流、有功 功率、无功功率、功率因数、 频率的测量，采集直流量并向 上级主站传送。

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②接受、执行主站命令。 接受远方主站发送的控制命令及返送校核，并下发给相关装 置执行。这些命令包括上装/下装定值、遥控、遥调、循检、 信号复位等。 ③远方命令记录和查询。装置记录所有来自所有控制源的 命令，包括遥控选择、遥控执行、遥调、修改定值选择、修 改定值执行、信号复归等。所有这些信息可以通过多种查询 条件进行检索和查看。 ④实现与管理远动通信、与集控中心通信。装置承担与调 度、集控中心计算机系统通信任务，可以连接多个主站，信 息可以根据各个主站的要求进行定制。本装置可以同时用作 保护信息子站和远动终端。

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⑤接收并执行对时命令。通过GPS可实现自动对时和统一 系统时间。装置可以外接独立的GPS装置。所有的CPU板的 对时精度可以保持高度一致。 ⑥信息的合成计算。根据用户需要，装置可以将多个采集 信息按照一定规则编辑、合成为一个信息，并将这些信息转 发到调度、集控站或后台监控系统。这样既降低总信息量， 又解决自动判断合理性问题，为用户提供安全的选择机制。 ⑦网络在线维护和监测。通过此功能调试人员能够方便地 维护、修改和监测本装置运行情况，可以监视运行打印信息， 监视网络和串日报文、数据库查看、人工置数、文件传输、 远程启动等。使得变电站改造或升级更加方便快捷，提高维 护和调试效率。

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⑧采集事件顺序记录并向上级主站传送。 ⑨支持大容量存储。装置可以支持大容量的存储，用于存 储波形文件、历史事件记录、远方命令等信息，并且可以通 过上传到调度，也可以通过调试工具进行条件检索和查看。 ⑩具有程序自恢复和设备自诊断功能。 11具有通道监视功能。 12具有接收和执行复归命令的功能。 13具有当地显示功能。 14调试功能。通过串行接口可以当地调试，通过以太网络 可当地/远方调试。 15具有

上电及软件自恢复功能；具有软、硬件Watchdog。 (看门狗)

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二、运动装置的技术要求 (1)可靠性高 远动装置在电力系统中是作为监控的设备，自然要求它具 有高度的可靠性。可靠性包括装置本身的可用性及信息传输 可靠性两个主要方面。可用性是指装置正常运行的能力，它 是用平均故障间隔时间来衡量。平均故障间隔时间是指远动 装置在两个故障间的平均正常工作时间。 远动装置在传输信息过程中，会因为干扰而出现差错， 传输可靠性是用信息的差错率来表示的，即差错率一信息出 现差错的数量/传输信息的总数量。 (2)实时性强 调度所要求电力系统的实时信息，特别是在电力系统故障时 要求迅速地获得故障信息，以便及时处理故障。实时性常用 “传输时延”来衡量，它是指从发送端事件发生到接收端正 确地收到该事件信息这一段时间间隔。

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三、厂站端的远动装置及发展 1.厂站端的运动装置的发展 在20世纪60~70年代，厂站端的远动装置主要使用的是远程终端 (RTU, Remote Terminal Unit)。硬件式远动装置主要体现为晶体管或集 成电路构成的无触点远动装置WYZ或者数字式综合远动型远动装置SZY, 均属于布线逻辑式远动装置，所有功能均由逻辑电路实现，现已经基本 淘汰。到了20世纪80年代后，软件式远动装置主要体现为基于微机原理 构成的远动装置(微机远动装置),功能由软件程序实现，具有功能强、 可扩充性好、结构简单、稳定可靠等优点，得到普及应用。 远动终端(RTU)是电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站 的一种具有四遥远动功能的自动化设备，是远离调度端对变电所现场信 息实现检测和控制的装置。RTU在电网调度自动化系统中具有重要的作 用。电网调度自动化系统结构可以描述为：调度端SCADA/EMS十远动 信道十厂站端 RTU。

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电网调度自动化系统又称作能量管理系统(EMS-Energy Management System),是以计算机技术为基础的现代电力 综合自动化系统，主要用于大区级电网和省、市级电网调度 中心，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息(包 括频率、发电机功率、线路功率、母线电压等),并对电网进 行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量 和改善电网运行的经济性。 一般EMS系统由硬件平台(HP AlphaServer服务器)、操作 系统平台(Tru64 Unix、Oracle/Sybase)、EMS/DMS支撑平 台(RTE、RTDB、MMI)、电力系统基本应用和电力高级应用 软件(PAS)等组成。 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 即数

据采集与监视控制系统，它是EMS的基础模块，主要完成数 据的收集、处理解释、存储和显示，并把这些实时信息传递 给其它应用模块。主要功能：信息处理控制、报警与处理、 事件顺序记录(SOE)、事故追忆反演(PDR)。

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现在发电厂、变电所中还有部分使用硬件式RTU作为厂 站端远动装置，但是随着发电厂、变电所综合自动化的发展 和普及，尤其变电站自动化技术的发展，远动装置的性能和 形式也在不断更新，它将逐渐被综合自动化系统归并。当厂 站端实现综合自动化后，由于是智能化装置，因此它不仅取 代了所有变送器，省去了控制电缆，还有控制保护、故障录 波、事件顺序记录、极值记录、远动等多种功能。取代了变 送器、RTU全部仪表、继电保护、远动、故障录波、事件记 录等大量常规设备，具有极高的性能价格比。所以厂站端就 不存在独立的RTU装置了，RTU只是厂站端综合自动化的一 个模块。

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近些年，随着网络技术的发展，变电站自动化技术从集中 式向分布式发展，变电站二次设备不再出现常规功能装置重 复的 I/O现场接口，能够通过网络真正实现数据共享、资源 共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。以太网技术 正被广泛引入变电站自动化系统过程层的采集、测量单元和 间隔层保护、控制单元中，构成基于网络控制的分布式变电 站自动化系统，系统的通信具有实时性、优先级、通信效率 高等特点。所以厂站端的远动装置功能逐渐利用网络技术， 通过逻辑的功能模块来实现，是远动装置的发展方向。

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下边分别说明这些远动装置的形式。 2.远方终端装置(RTU) (1)远方终端装置的信息 在RTU中，信息可以分为两大类。 ①上行信息。这类信息包括遥测量，如有功功率、无功功率、电流、 电压、频率等信息，以及模拟量越限(如电流量超越上限，电压量超越下限 等)时，RTU发送到调度中心的相应信息。 遥信量信息包括断路器、隔离开关的位置信息以及继电保护装置的动作情 况等一些状态量信息。由RTU发往调度中心的信息，称为上行信息。 ②下行信息。调度中心为了改变发电厂和变电站的运行方式，通过调 度自动化系统进行频率、有功功率和无功功率的调节，必须下达控制和调节 的命令。这种命令是自上而下发出的，故称为下行信息。下行信息主要包括 下述几种。 a.校时信息。实现整个系统时钟的统一。 b.查询信息。例如，要求RTU无条件地送一遍全部数据，选测某些遥 测量，检查某些断路器的运行状态等。 C.遥控命令

。下达的断路器分、合闸命令。 d.遥调命令。设置保护定值信息，设置主变压器分头位置命令等。

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(2)远方终端装置RTU的基本功能 对于RTU的基本功能。RTU没有规定一个完整的功能目录，可以根据实际 的现场需要添加各种各样的功能，但必须至少具有以下四种功能。 ①实时数据的采集、预处理和上传数据。RUT的基本功能就是独立完 成数据采集工作，将现场信息转换部分送来的信息，包括对遥测YC、遥信 YX量进行采集、滤波、整理和存储，有些量还要进行一定的系数处理，然 后按照一定的规约，将数据整理发送到调度端。 ②对事故和事件信息进行优先传送。该功能加强了调度自动化系统在 电网监视过程中对突发事件的快速反应能力。也就是说，不管RTU当前正 在处理什么工作，只要~旦发现系统有事故或事件发生，就应立即停止现行 工作，把事故或事件信息迅速发送到调度端。 ③接收调度端下发的命令并执行命令。该功能是调度自动化系统提供给电 网管理的又一技术措施。它主要是能够接收遥控操作命令，并执行命； 另外，还能接收调度端下发的各种召唤命令、对时命令、复归命令等， 对有些命令的执行还要将执行结果汇报给调度端。例如，断路器的分、合闸； 无功补偿设备的投入和切除，进行有功、无功的调节，有载调压等操作。

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④本地功能。RTU还要能够处理由键盘或其他装置发送的人 机对话信息，如通过本机键盘进行YC、YX量的观察，RTU 运行模式的设置，遥控YK、遥调YT的操作等。 (3)远方终端装置的硬件结构 自厂站端远动终端微机化以来，其结构发生明显变化。早 期的微机化远动终端多为单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。随着电力系统生产管理现代化的进程不 断加快，要求实现厂站自动化，厂站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的 限制。由于计算机工业的飞速发展，使得各类器件的性能价 格比不断提高，为远动终端采用多 CPUI作方式提供了必要 的物质基础。

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当然，不论是单CPU的还是多CPU的远动终端，其所要完成的功能 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、当地功能(键盘输入、显 示输出)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

如图3-2所示。图中，RTU的硬件结构主要由七大部分组成： 遥信、遥测、遥控、遥调、电能、键盘显示和通信。各部分均可带有 CPU,组成特定功能的智能模板。每一种功能模板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是通 过外部总线完成，外部总线可以是并行总线，也可以是串行总线。 主机是远动装置的核心，犹如一个人的大脑，它分析和处理各方面采集 过来的信息，把它们组合成一定的格式向主站发送，并且接收、解释和执行 主站发出的命令。主机处理遥测模块 A/D转换的数据，并把它存入内存。 如有遥信变位，则主机接收到遥信中断信号，用软件计算出变位的序号，更 新内存中的遥信状态存储。主机接到调度下达的遥控、遥调命令后，解释出 来送到各功能板执行命令。一般地，主机采用内部总线和外部总线相结合的 方式，从而保证可扩性，二者由硬件实现切换；

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ROM和RAM保证提供程序模块；采用可编程通信接口；采用中断控制器扩 充中断申请级；设计统一的中断管理程序，用软件手段提供程序中断申 请，它们具有与硬件中断一样的排队、识别、屏蔽等特点；采用定时器 提供工作时钟；通过并行口实现对数字量的输入与输出控制。 遥测模块在电力系统远动中，需要遥测多路模拟量。多路模拟开关对各 模拟量进行一个一个的采样，采样值经A/D转换后变成数字量，然后送入 并行接口供CPU进行处理。 遥信模块由遥信量输入回路、光电耦合器件、译码电路以及外围电路组 成。通过遥信量输入回路把一些位置信号的情况反映给CPU,使其确定开 关是在“1”状态还是在“0”状态。 遥控模块对于自动化系统来说是~个重要的操作，因此要求具有高度的 可靠性。遥控的操作过程如下：调度瑞先向执行端发出遥控对象和遥控性质 的命令，执行端收到并经CPU处理以后向调度端发出校核信号。调度端收到 执行端发来的校校信号后，与下发的命令进行比较，在校核无误的情况下， 再发出执行命令。执行端收到命令后，完成遥控操作，经过一定的延时后， 自动发出清除命令，为接收下一个遥控命令做好准备。可见，遥控操作包括 以下三个环节：发遥控对象和遥控性质命令，返送校核命令，发执行命令。

电力系统远动原理及应用 (4) RTU实例——GR90 RTU装置 GR90 RTU采用分层、分布式结构，可构成独立的分站控制机，具有 超大容量、多规约、多通信口等特点。 GR90 RTU可用不同规约与不同主 站

通信，主机的两条高速通信链路可连接31/63块1/O板，每块板有独立处 理器，通信速率达250KbPs。其精度为0.05%,SOE分辨率lins,不受点 数影响；GR90主要功能为状态输入、报警输入、脉冲累积输入、事件顺序 记录(SOE)、模拟量输入/输出、开关控制输出和可编程控制(PLC),可 以完成诸如自动发电控制(AGC)、变压器分接头调整、泵站阀门调节等特 殊应用功能。 功能特点如下。 ①GR90主CPU模块(GR90M)每一模块包括一个功能强大的32位 微处理机以及在VME板上的支持电路。主CPU包括一个GR90 M逻辑板、 ~个GR90 M串口接线板及一个维护诊断通信口。有两条高速通信链路连 接1/O板、7个串口连接各种IED。 ② GR90 A是GR90的模拟量输入模板，它是由 GR90 A接线端子板和 GR90 A逻辑板组成。直流模拟量输入模块(GR90A 32AI)每一模块由一 个专用的68MCll CPU连续不断地扫描所有32个变送器点的输入。模拟量值经过 缓冲送入主CPU模块。