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1、电力系统调度自动化,第二章 远动装置的功能模块,远动终端（RTU）的功能和结构,1,遥测量的采集和处理,2,遥信量的采集和处理,3,遥信变位及遥测量越限比较,4,遥控与遥调,5,RTU实例,7,故障检测与故障诊断,6,第一节 远动终端（RTU）的功能和结构,遥测、遥信、遥控、遥调数字量计数脉冲事件顺序记录转发电力系统统一时钟适合规约的数据远传,显示报表打印本机键盘、显示器,一、RTU的功能,远方功能,当地功能,自检、自调自恢复,其他功能,第一节 远动终端（RTU）的功能和结构,二、RTU的结构,从功能上，RTU主要是采集发电厂或变电站的遥测量、遥信量、数字值和计数值，经适当处理后及时向调度中心
2、发送，形成对电网的监视。同时RTU接收并执行调度中心发送到所在厂站的命令，形成对电网运行的控制。,第一节 远动终端（RTU）的功能和结构,二、RTU的结构,单CPU结构多CPU结构,多CPU结构RTU基本框图,第二节 遥测量的采集和处理,遥测量分位模拟量、数字量和脉冲量三种。,P、Q、U、I油温电压形式表达的水库水位,数字式水位计输出的水库水位,电能表脉冲,一、概述,交流采样,第二节 遥测量的采集和处理,电量变送器是将一种电量变换为供测量用的一种电量仪器。,交流电流、交流电压变送器有功功率、无功功率变送器有功电能、无功电能变送器频率变送器功率因数变送器直流电流、直流电压变送器微机变送器,直流采
3、样和交流采样的区别？,直流采样,第二节 遥测量的采集和处理,正弦电路功率计算,电压、电流瞬时值表达式,有功功率P、无功功率Q、视在功率S表达式,第二节 遥测量的采集和处理,三相有功功率测量,三表法,两表法,第二节 遥测量的采集和处理,三相无功功率测量,三表法,两表法（当三相电路完全对称时）,因为,所以,第二节 遥测量的采集和处理,二、模/数转换原理与常用芯片,逐位比较式A/D转换,逐位比较式A/D变换是把待转换的直流模拟电压与一组呈二进制关系的标准电压一位一位由高至低逐位进行比较，决定每位是去码（为0）还是留码（为1），从而实现模拟电压到二进制数码的转换。,第二节 遥测量的采集和处理,二、模/
4、数转换原理与常用芯片,双积分式A/D转换,第二节 遥测量的采集和处理,二、模/数转换原理与常用芯片,双积分式A/D转换,Ui0,Ui0,第二节 遥测量的采集和处理,二、模/数转换原理与常用芯片,电荷平衡式U/f转换,在一个周期T中，输入电压ui和R一直处于充电状态，恒流源IR只持续t0时间的反充电过程。,第二节 遥测量的采集和处理,三、模拟遥测量输入电路,基于逐次逼近式A/D变换的模拟量输入电路,第二节 遥测量的采集和处理,三、模拟遥测量输入电路,基于U/f转换的模拟量输入电路,第二节 遥测量的采集和处理,典型模拟量采集电路,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,模拟式滤波数字滤波,在
5、计算机中用一定的计算方法对输入信号的量化数据进行数学处理，减少干扰在有用信号的比重，提高信号的真实性,输入到遥测量采集系统的模拟直流电压来自各类变送器和传感器，有用的信号长混杂有各种频率的信号。在遥测量采集的输入端通常采用RC低通滤波器，用来抑制某些干扰信号。,滤波,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,标度变换：把A/D转换数字量转换成具有不同量纲的数值，以便于工作人员进行监视和管理。,设遥测量的实际值为S，A/D转换后的值为D，则标度变换系数K=S/D。,例如：,各个遥测量都有对应的标度变换系数。,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,标度变换系数（两个字节）存放如图所示：
6、,当一个遥测量经A/D转换后，相应从遥测系数区取出相应的标度变换系数K与之相乘，再把乘积右移N位。若需要显示，则在二-十进制转换后，根据F1F2标上的小数点完成标度变换。,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,二-十进制转换：二-十进制代码称为BCD码,整数位处理,小数位处理,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,死区计算,死区计算式对连续变化的模拟量规定一个较小的变化范围，当模拟量在这个范围变化时，认为模拟量没有变化，此期间模拟量的值用原值表示，这个规定的范围称为死区。,第二节 遥测量的采集和处理,四、遥测量的处理,死区计算,在我国问答式远动规约中，死区以压缩因子的形式来表示
7、，用压缩因子来规定模拟量的变化范围。数据区有8个字节，每个字节存放一种压缩因子，用二进制表示，其值从0255任意设定，代表模拟量变化的绝对值。由主站向RTU发送的I/O模块工作方式与参数报文确定。,第三节 遥信量的采集和处理,一、遥信量的采集,遥信信息通常由电力设备的辅助触点提供，辅助触点的开合直接反映出该设备的工作状态。,无源触点,有源触点（事故跳闸音响回路）,控制开关,辅助触点,第三节 遥信量的采集和处理,一、遥信量的采集,遥信信息的隔离措施,继电器隔离,光电隔离,第三节 遥信量的采集和处理,一、遥信量的采集,一个实用的遥信取样电路,目前在遥信对象状态的采集方面也有采取双触点遥信的处理方法
8、，称“双点遥信”。遥信量由两个状态信号表示，分别来自开关的合闸触点、分闸触点。“01”、“10”为有效代码；“00”、“11”为无效代码,第三节 遥信量的采集和处理,二、遥信量的输入电路,接收遥信量的输入回路可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。,典型扩展电路如右：,锁存器,8选1多路开关,第三节 遥信量的采集和处理,一般采用FPGA、CPLD逻辑器件。典型电路如右：,第三节 遥信量的采集和处理,三、提高遥信信息可靠性措施,硬件方面：继电器隔离、光耦隔离软件方面：连续多次读取（消抖）,对于TTL电平，00.8V为低电平，25V为高电平，0.82V的电平不定。,第四
9、节 遥信变位及遥测量越限比较,一、遥信量变位的检测,定时扫查模式,变位触发模式,现在基本上都是采用1ms中断定时采集模式,第四节 遥信变位及遥测量越限比较,二、事件顺序记录,事件指的是运行设备状态的变化，如开关所的闭合或断开状态的变化，保护所的正常或告警状态的变化。事件顺序记录是指开关或继电保护动作时，按动作的时间先后顺序进行的记录。事件分辨率是指能正确区分事件发生顺序的最小时间间隔。站内分辨率和站间分辨率（或称系统分辨率）是事件顺序记录的主要技术指标。站内（或站间）分辨率是指站内（或站间）发生两个事件能分辨出来的最小时间间隔。规约中要求，站内分辨率应小于10ms，系统分辨率应小于20ms。,
10、第四节 遥信变位及遥测量越限比较,四、事故追忆,要实现事故追忆功能，就必须在内存中开辟一足够大的实时数据缓冲区，一般不对所有的遥测量，可以事先定义好每一事故对应的需存储的遥测量集这样既减少了存储容量，有提高了事故的分析效率。事故追忆功能应该在发生事故时启动。,三、遥测量越限比较,越限比较功能通常设在调度端，每一个遥测量都要设定对应的上限值和下限值。,例如：频率的变化不能超过500.2Hz，电压的变化不能超过额定电压的5%。,第五节 遥控与遥调,一、遥控,远动规约中的遥控命令,第一步,第二步,第三步,第四步,主站（调度端）向子站（RTU）发送遥控命令,子站向主站返送返校信息,根据实际情况，主站向
11、子站下达遥控执行或遥控撤销命令,如果是遥控执行则RTU改变遥控输出状态，如果是遥控撤销则遥控输出状态不变,第五节 遥控与遥调,一、遥控,远动规约中的遥控命令,遥控过程,遥控命令的控制字格式,第五节 遥控与遥调,一、遥控,远动规约中的遥控命令,遥控选择（下行）,遥控返校（上行）,遥控执行（下行）,遥控撤销（下行）,第五节 遥控与遥调,遥控输出接口电路,遥控输出框图,遥控输出继电器接线,第五节 遥控与遥调,二、遥调,远动规约中的遥调命令,在部颁循环式远动规约中，涉及遥调的有升降命令和设定命令两类。,升降选择（下行）,升降返校（上行）,升降执行（下行）,升降撤销（下行）,升降命令,第五节 遥控与遥调
12、,二、遥调,远动规约中的遥调命令,设定命令：控制字格式与遥控相同帧类别为57H。只有一个下行帧，无返校、执行、撤销命令帧。功能码为E8H，设定操作为C3H，对象号是二进制码，设定点的数值为12位二进制数，无系数，负数以2的补码表示。,第五节 遥控与遥调,遥调输出接口框图,励磁自动调节装置频率和有功功率自动调节装置有载调压变压器的分接头调节装置,第六节 故障检测与故障诊断,一、CPU的故障检测,CPU的电路相当复杂，从功能来检查比从电路检查更为适宜。指令执行是否正确可以用其他的指令完成同一功能来比较。对于功能不易相互比较的指令可以将指令执行的结果与预定的值比较。,RTU出现故障是不可避免的，故障
13、往往由于强电（如雷电）的侵入、器件的老化、潮湿、人为损坏等原因引起。故障分系统级、部件级、器件级。,第六节 故障检测与故障诊断,二、存储器的故障检测,RAM的故障检测,故障类型,电源或控制线故障某些存储单元固定为1或0地址译码器故障有的数据线固定为1或0有的地址线固定为1或0,RAM检查流程,第六节 故障检测与故障诊断,二、存储器的故障检测,ROM的故障检测,故障类型与RAM类似。,ROM检查流程,第六节 故障检测与故障诊断,三、串行通信口的故障检测,正常情况：继电器不动作，TxD和RxD信号通过各自的动断触点连通，系统正常通信。通信自检：继电器动作，两个动合触点将TxD和RxD短接，正常通信
14、中断，通信自检程序做自发、自收操作。,第六节 故障检测与故障诊断,四、模拟量采集及模/数转换的故障检测,多路开关内部译码器故障多路开关始终导通、始终断开元件特性变坏标准电源、控制逻辑、数模网络、数码寄存器故障,故障类型,标准电压检测反码识别,解决方案,第七节 RTU实例,多微机系统：由多台微机通过共享总线、数据链路或共享存储器等连接起来的系统。,一、多微机系统,共享总线方式,输入-输出链接方式,多端口存储器方式,远动装置采用多微机结构可以按实际需要组织远动装置的功能，各微机之间可以按主-从方式、按层次划分或按功能划分。,常见分层结构,直接接收,分层接收,第七节 RTU实例,GM7-A型智能监控
15、装置,二、箱式变电所远动监控终端(RTU）,第七节 RTU实例,GM7-A型智能监控装置适用范围,新一代的分布式、模块化的数据采集与监控终端 集远方终端设备（RTU）、馈线自动化终端（FTU）和信号电源监控装置(STU)功能于一身 适应于各类箱式变电站、10/0.4KV低压变电所、低压信号电源、开关站、环网柜等的监控客运专线10KV配电自动化系统的一体化解决方案,第七节 RTU实例,装置尺寸:19标准宽度、6U标准高度 482.6mm280mm265mm监控容量：标配：监控48路（24个开关）遥控、128路遥信和75路遥测 可扩展：可级联扩展,第七节 RTU实例,GM7-A的一种典型配置:1块
16、主处理器模板，1块电源管理模板，5块遥测采集模板：75路遥测对象 1块遥控控制模板：24路遥控对象 2块遥信采集模板：128路遥信对象 GM7-A的部分模板的配置类型可根据现场需求和容量的不同，存在多种不同配置。,第七节 RTU实例,GM7-A型智能监控装置的电气结构,第七节 RTU实例,装置系统构成图,第七节 RTU实例,GM7-A型智能监控装置特点,灵活的容量配置模板在线热插拔冗余的交直流电源先进的以太环网技术可靠的全光纤通信详实的故障录波准确的越限报警和相序报警精确的时钟同步超强的电磁防护完善的维护工具,第七节 RTU实例,冗余的交直流电源,电能质量的技术性指标(供电是否合格的角度提出的
17、):电压偏差；频率偏差；谐波含量；电压波动和闪变；三相电压不平衡度。,第七节 RTU实例,精确的时钟同步,1.美国：全球定位系统(Global Positioning System)，本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统,经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，是美国独霸全球战略的重要组成。全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)(2)空间部分：24个卫星(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。2.俄罗斯：GLONASS系统 精度1015m,2003年服役10周年3.欧盟：伽利略卫星定位系统 精
18、度1m(1999-2010)4.中国的北斗星定位系统 精度10m(2000-2020),用户不是被动接收卫星的信号来计算自己的位置，而要发射一串时间脉冲给邻近的卫星，卫星接收后再发射信号给地面的主控站，主控站负责来计算往返于卫星、主站、用户之间的信号代码。最后将计算得到的定位信息传送到用户终端。,第七节 RTU实例,超强的电磁防护,1）高频干扰试验：频率1Mhz，高频干扰脉冲400次、秒，进行20-30秒试验，无元件损坏，装置运行正常。2）静电放电抗扰度试验满足GB/T17626.2、IEC61000-4-2的4级标准3）辐射电磁的抗扰度试验满足GB/T17626.3、IEC61000-4-3
19、的4级标准4）快速瞬变脉冲群抗扰度试验满足GB/T17626.4、IEC61000-4-4的4级标准5）雷电冲击浪涌抗扰度试验满足GB/T17626.5、IEC61000-4-5的4级标准6）电磁场感应的传导骚扰抗扰度试验满足GB/T17626.6、IEC61000-4-6的3级标准7）工频磁场的抗扰度试验满足GB/T17626.8、IEC61000-4-8的4级标准8）电压突降和中断满足GB/T15153.1-1998的2级标准,第七节 RTU实例,快速瞬变脉冲群抗扰度试验,切断大电流电路时产生的火花放电。其瞬变电流很大，会产生很强的电磁。它在本质上与雷电相同，只是影响区域较小,在大功率电机
20、、变压器以及输电线等工频设备附近会产生磁场，它并不以电磁波的形式向外辐射，但在近场区会产生严重磁场干扰。,工频磁场的抗扰度试验,第七节 RTU实例,雷电冲击浪涌抗扰度试验,1.雷电除了可能对电气设备、飞机、建筑物等直接造成危害外，还会在广泛的区域产生从几千Hz到几百MHz的极宽频率范围内的严重电磁干扰。雷电的电磁污染对短波通信的干扰极为严重。2.雷电对电子信息设备的损坏，主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。它可以通过各种引线把感应浪涌电压波引入电子信息设备内部，破坏其芯片和接口。3.一般监控设备非常注重供电的持续性，因此防雷工作不能忽视。性能比较优秀的设备本身就自带有防雷保护功能，在电源进来的线路上，就有用来吸收高压突波的线路设计。,第七节 RTU实例,电磁辐射容易超标的地方,（1）电脑0.6-1.5米的距离内（2）居室中电视机、音响等家电比较集中的地方（3）工、科、医的电气设备及VDT周围（4）广播电视发射塔周围（5）各种微波塔周围（6）雷达周围（7）高压变电线路及设备周围。（8）电气化轨道周围,第七节 RTU实例,装置的安装,第七节 RTU实例,第七节 RTU实例,箱变RTU安装在箱变内共同发往现场,第七节 RTU实例,第七节 RTU实例,本章习题,1.简述直流采样和交流采样的区别。2.简述死区的定义和作用。,本章结束!,
