20108236 舟 变电所课程设计1

题目：《变电站监控技术》课程设计院系：电气工程系专业：铁道电气化年级：2010级姓名：指导教师：孟军西南交通大学峨眉校区2013年10月25日课程设计任务书专业电气工程及其自动化姓名学号2010开题日期：2013年9月25日完成日期：2012年10月25日题目《变电站监控技术》课程设计一、设计的目的变电站监控课程设计是配合“变电站监控技术”理论教学而设置的一门实践性课程，主要目的是通过该课程设计使学生了解变电站监控系统的整体构成及关键性技术，进一步巩固所学知识并能够合理利用。初步掌握变电站监控设计步骤和方法；了解变电站监控系统的整体构成，熟悉有关“规程”和“设计手册”的使用方法。二、设计的内容及要求(原始资料附后)1.主要设计原则和主要设计标准；2.根据原始资料确定系统应实现的功能，包括调度中心及RTU应实现的功能3.变电站监控系统的系统构成及配置；4.调度中心：系统构成、系统网络结构、软硬件配置等；5.RTU：系统构成、系统通信网络结构、软硬件配置等；6.远程通信通道设计：通信通道方案选择及实现7.系统主要设计指标；8.附件：（1）主要工程数量表、（2）主要设备表；（3）系统容量要求表、（4）四遥对象概数表、（5）电力监控系统构成示意图、（6）、各模块硬件电路原理图10.所有设计内容用A4纸打印成册，包括封面、前言、摘要、设计任务书、设计正文、附件、参考书目等；三、指导教师评语四、成绩指导教师（签章）年月日变电站监控课程设计原始资料1.工程概况某电气化铁路牵引供电系统，分别由A、B、C、D四个110/27.5KV牵引变电所供电。监控系统设电力调度中心一个，四个牵引变电所各设远程终端一个。2.环境条件2.1电力调度中心控制室和机房环境环境温度：+5℃～40℃相对湿度：10%～90%海拔高度≤1000m大气压力：86～108kpa振动：f10Hz，振幅为0.3mm；10Hz＜f150Hz时，加速度为0.1m/s2。工作电源：两路独立的380/220V电源；波动范围：-15%～+10%地震烈度：≤7度接地电阻≤1Ω2.2牵引变电所内环境控制室温度：-5℃～+45℃开关柜温度：-10℃～+55℃环境温度在-5℃～+40℃时，最大变化率10℃/h，设备应能满足技术规格书所规定的精度要求，环境温度在-10℃～+55℃时，设备应能正常工作，不误动、不拒动。相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25℃）；有凝露的情况发生。海拔高度≤1000m地震烈度：≤7度3.设计内容3.1主要设计原则电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用通道，主备通道能实现手动及自动切换；控制站具备与其它系统的通信接口能力；系统设备选型立足国产化。3.2主要设计标准《远动系统和设备》（IEC870-88）《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-02）《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》（TB10117-98）《铁路电力远动系统工程设计规范》（TB10064-2000）3.3系统构成和基本配置完成系统控制站、被控站及远动通道的构成及硬件配置设计，完成电力监控系统构成示意图。3.4确定监控内容根据变电所主接线图确定遥控、遥测、遥信对象，完成四遥对象概数表。3.4系统功能设计确定系统实现的主要功能。3.5RTU各模块（分组完成模拟量输入模块、开关量输入模块、控制量输出模块）硬件电路设计及软件说明书确定模块硬件方案（输入/输出路数、元器件选择、接口设计、电原理图），时间分辨率不大于10MS；输入/输出信号列表、编码；软件程序结构、程序框图、主要源程序设计；软件说明。4.附图：牵引变电所主接线图（由于主接线图为原始设计图纸，图形较大，不便打印，查看时可在计算机中放大）。5.课程设计时间时度安排第1周查阅相关规范、文献资料，熟悉原始资料及设计任务，进行系统构成和配置、系统功能设计第2、3周完成系统构成和配置、系统功能设计第4、5周确定所在分组设计模块的硬件方案，经审查后完成电原理图绘制第6周整理文档，准备答辩6．主要参考文献[1].柳永智，刘晓川.电力系统远动.北京：中国电力出版社[2].盛寿麟.电力系统远动原理.北京：中国电力出版社[3].杨爵.实用编码技术.北京：中国铁道出版社[4].胡道元.计算机局域网.北京：清华大学出版社[5].曹志刚.现代通信原理.北京：清华大学出版社[6].何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空航天大学出版社摘要：SCADA是指对物体或各种过程进行远距离测量和控制的综合技术。SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。变电所的综合自动化已经成为有关方面的研究课题，我国东方电子等公司已经推出相应的产品，但在铁道电气化上还处于研究阶段。本文使用了关于SCADA,RTU等相关知识对变电所监控系统进行设计。一、主要设计原则与标准1.1主要设计原则（1）电力监控系统由控制站、远动通道及被控站组成；（2）控制站采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；（3）通道采用铁路综合通用光纤网中的专用通道，并设置主用和备用道，主备通道能实现手动及自动切换；（4）控制站具备与其它系统的通信接口能力；（5）系统设备选型立足国产化。1.2SCADA系统的主要设计原则1.2.1可靠性系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。为提高系统可靠性，需要从硬件、软件等方面着手。首先要选用高性能的上、下位机和通信设备，保证在恶劣的工业环境下仍能正常运行。其次是设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，比如报警、事故预测、事故处理等。1.2.2先进性先进的SCADA系统不仅具有很高的性能，满足生产过程所提出的各种要求和性能指标，而且对于生产过程的优化运行和实施其他综合自动化措施都是有好处的。1.2.3实时性SCADA系统的实时性，表现在对内部和外部事件能快速、及时的响应，并做出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。1.2.4易扩展性系统组态灵活,模块标准化,功能模块可动态增减。1.2.5可操作性与可维护性系统应支持多种通信规则，使用方便，操作控制应简单明了，系统连接简单，充分利用计算机、通信技术,尽量减少电气连接。1.3主要设计标准（1）《远动系统和设备》（IEC870-88）（2）《远动终端通用技术条件》（GB/T13729-02）（3）《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》（TB10117-98）（4）《铁路电力远动系统工程设计规范》（TB10064-2000）二、系统构成和基本配置2.1系统构成变电站监控系统由控制站、远动通道及被控站三部分组成。（1）控制站：也称主控站。采用计算机型电力集中监控装置，1：N结构；控制站具备与其它系统的通信接口能力；监控系统中对被控站进行远距离控制、监视和测量的站，通常设在运营管理段的电力调度室内。（2）被控站：也称子站，通常设在变、配电所内、地区主要负荷供电点处及铁路沿线车站的集中供电点处。主要用于完成对被控站内的远动数据的采集，信息的发送，接受和控制命令的执行。（3）远动通道：主站与子站数据信号传输的单一通路或某一段频带。图1.1简明系统构成图2.2基本配置2.2.1控制站系统配置：通讯前置机、服务器、调度员工作站、系统维护工作站、维护打印机、报表打印机、画面拷贝机、Modem、GPS系统、UPS装置、模拟屏驱动器、模拟屏设备。采用分布式网络结构。各功能模块采用串行方式实现数据通信。（1）通信前置机（2台）2套前置机并联运行，互为备用。前置机的功能：一是负责处理通讯和转换远程终端提交的各种命令，缓存作用；二是隔离主机，保证主机数据的安全性。（2）服务器（2台）系统配置两套国际通用、高性能的服务器计算机，冗余配置、对等工作方式，通过网络管理软件和网络适配器链接网上设备。两个主服务器定时进行工作状态的在线监测，在一台主服务器故障情况下进行自动切换，切换时间小于15秒。主服务器的功能是：一是管理维护控制站局域网的全局配置文件，接受来自局域网内各其他接点的信息。二是遥控、遥测、遥调、遥信处理。三是保存并维护有关SCADA系统运行所需的全局数据和对历史数据的管理，并对调度端客户机提供数据服务。四是完成调度文档管理、统计报表生成制作。五是定时任务管理。（3）调度员工作站（2个）两套调度员工作站通过网络适配器与计算机网络相连。两个调度员工作站并行运行。具备良好的人机界面和安全操作口令设置功能，操作口令级别不小于3级。计算机设备为国际通用型工作站，模块及部件具有互换性，并装备外部存储设备、图形加速卡。主要技术数据：CPU字长：不小于32位，内存：不小于128MB,主频：不小于360MHz。（4）系统维护工作站（1个）系统维护工作站用于生成、维护、修改、管理系统的实时数据库、历史数据库及用户画面，并定义、修改系统运行参数及开发应用程序等，系统对数据库、用户画面和系统运行参数的修改、定义，可以在先随时进行，但不影响系统的正常运行，且实时库、历史库及画面的修改均采用无需编程的人机对话方式。维护工作站可以与任意调度员工作站互换，成为调度员工作站设备的备用设备，以解决某些特殊情况。（5）打印机（3台）拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于2分钟\画面，拷贝清晰度不低于600DPI，拷贝噪声不大于54dB，缓冲区容量不低于512KB，画幅不小于A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。系统配置三种功能的打印机，用于事件、报表、程序及后台管理数据的打印。数据打印机用于各种程序及参数的打印，报表打印机用于图表的打印，后台管理打印机用于事件及后台管理数据的打印。所有打印机均采用彩色喷墨打印机并可实现汉字打印。（6）画面拷贝机（1台）拷贝机为高性能，低噪声彩色激光或喷墨拷贝机。拷贝速度不低于2分钟\画面，拷贝清晰度不低于600DPI，拷贝噪声不大于54dB，缓冲区容量不低于512KB，画幅不小于A4。拷贝机的工作方式采用假脱机方式。实时数据打印机、制表打印机、拷贝机均通过打印终端服务器与计算机网络相连，各打印机之间能互为备用。（7）Modem（2台）用于进行数据数模的转化。（8）GPS系统（1套）由于控制中心内部有多个系统需要精确的时钟系统来进行同步，所以电力监控系统在主站一级可以与其他系统公用一套GPS来接收卫星的精确对时。（9）UPS装置（1套）为了系统的可靠运行，不受外部电源停电时的影响，系统配置一套UPS装置，其容量满足当外部电源停电30分钟时，系统的正常运行。UPS设备前盘设置运行监视界面，可提供UPS的远距离监视信号，以满足调度员对UPS设备的监视。远距离监视信号的主要内容包括：UPS的工作状态、蓄电池的工作状态、输入电源的工作状态等。UPS装置满足外部输入电源的条件，工作噪声不大于55dB，且应具有一定的过负荷能力。（10）模拟屏驱动器（1台）通过与控制中心的大屏幕投影系统接口，进行模拟显示。（11）模拟屏设备（1台）显示电力供电系统接线图及沿线各中继站供电示意图。2.2.2被控站被空站即远动终端，设在沿线的各牵引变电所内，被控站通过所内综合自动化系统的通信处理单元实现与控制中心的信息交换。系统配置：信号盘、控制盘、站控层设备、网络电缆、接触网电动隔离开关测控单元、GPS装置及系统软件。电气化牵引变电所综合自动化系统采用分层分布式网络结构,以牵引变电所为核心,以功能为模块,将供电臂上联接的牵引供电设施纳入系统节点,充分体现分散控制,集中