12 第十二章 远动和通讯

第十二章 远动和通讯

第一节 远动系统配置

我厂装设远动装置（RTU）一套，完成远动信息的采集、处理及和调度端信息交换等任务，满足调度端信息采集内容、采集精度、实时性、可靠性以及对机组自动发电控制等要求。我厂调度自动化遥测信息，全部采用变送器之间采样方式。500kV继电器室设置一面变送器柜（采集500kV线路信息），两台发电机组与500kV高压启动/备用变＃1电子间设置一面变送器柜（采集两台发电机组与启动/备用变信息），用于远动模拟量信息的采集和开关量信息的转接。 一、远动装置的主要功能

1．数据采集、传输和处理：包括主变温度、电压、电流、有功及无功电度等，各遥测量的采集、传输和处理。

2．各遥信量的实时状态的采样及传送，以及开关变位的优先插入传送及事件记录的传送。 3．遥调命令的收发及重合闸动作闭锁。

4．故障诊断及故障录波：可快速诊断出故障类型及故障线路并可进行故障录波。

5．显示及键盘操作功能：LED显示器及当地键盘操作功能，便于就地监测及装置的调试，还可扩展当地显示，打印等功能。组成当地功能强的微机监控系统。

6．通讯方式：可实现Polling及CDT通讯方式，并可实现两种方式的自动转换。 具有一发多收及转发功能。

7．可与调度装置、通讯装置组成调度自动化系统，并可实现遥控操作，达到无人值班的要求。 二、远动信息

远动信息分别送至华北网调及山西省调。 三、遥测内容

发电机有功和无功；发电机有功功率和无功功率；发电机定子电流和出口电压；主变压器线路侧有功和无功；主变压器线路侧有功功率和无功功率；主变压器线路侧回路电流；厂用变压器高压侧有功功率和无功功率；厂用变压器高压侧回路电流；500kV线路频率、线路电压；起动/备用变压器高压侧有功功率、无功功率。 四、遥信内容

全厂事故总信号；发变组保护动作信号；各断路器双位置信号及隔离开关位置信号；500kV线路保护动作信号；500kV母线保护动作信号；500kV断路器保护动作信号。 五、遥调命令

自动发电控制（AGC）指令。

第二节 远动变送器

变送器是一种将被测电量参数（如电流、电压、功率、频率、功率因数等） 转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。由于输出的直流信号可与系统远动装置、电子计算机和测量显示仪表的输入匹配，组成自动化测量和监控系统，因而应用范围及为广泛。

1．交流电压变送器：是将被测量的交流电压变换成与之成线性比例的直流电压或直流电流。 2．交流电流变送器：是将被测量的交流电流变换成与之成线性比例的直流电压或直流电流。

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3．功率变送器：是将被测电路中的有功功率或无功功率变换成与之成线性的直流电压或直流电流。常见的功率变送器是利用乘法器原理构成的。

4．电能变送器是把功率变送器与线性积分器组合在一起，由积分器把功率变送器输出的直流电流变成受电流控制的脉冲串，累计脉冲数即表示测量时间间隔内的电能，从而实现交流电能的变送功能。

5．频率变送器主要由频率—电流变换电路和直流毫伏放大器组成。

6．功率总加器是将若干功率量的模拟信号进行总加的变送器，是利用加法器的原理构成的。

第三节 远动关口电度表屏

武乡电厂设有电能量计量系统主站一套，包括关口电度表、电量采集装置、显示终端、传输设备等。关口电度表采用**型电子式电度表，通过电量采集装置、传输设备等向华北网调C2000系统传送电量信息；向山西省调MV-90系统传送电量信息。武乡发电厂电能量计量关口点为：500kV线路侧（上网电量）和高压启动/备用变高压侧（下网电量），关口点电度表按1+1配置，0.2S级。另外为了满足厂内计量考核的需要，在发电机出口装设考核用关口电度表，1+0配置，0.2S级。

第四节 SDH光设备

为满足武乡发电厂新建工程传输电话、远动等生产调度信息及调度自动化、保护等各项信息和传输各类数据信号,满足综合信息传输和生产经营管理的发展需要,必须建设宽带、高速、可靠的传输电路来保证电网的安全可靠运行。武乡发电厂的信息通道按开设光纤通信方式进行设计。

光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。 一、光纤通信的优点

与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下： 1) 传输频带极宽，通信容量很大；

2) 由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； 3) 串扰小，信号传输质量高； 4) 光纤抗电磁干扰，保密性好；

5) 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； 6) 耐化学腐蚀；

7) 光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。 光纤通信同时具有以下缺点： 1) 光纤弯曲半径不宜过小；

2) 光纤的切断和连接操作技术复杂； 3) 分路、耦合麻烦。 二、光纤通信系统的组成

如图示，光纤通信系统由以下五个部分组成。

1) 光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合

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到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。

光发信机光纤电端机调制光检测中继器光纤判决再生光收信机光源光检测放大电端机光源

2) 光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。

3) 光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。

4) 中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

5) 光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的，且光纤的拉制长度也是有限度，。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

本厂光纤通信方案如下：

在本期武乡电厂至榆社500kV开闭站的500kV线路上架设一条24芯OPGW光缆,光缆长度约28km。

在本期武乡电厂至侯堡220kV变电站的220kV线路上架设一条24芯OPGW光缆,光缆长度约48km。

上述两条光纤电路建成后武乡发电厂具备从榆社开闭站和侯堡变两个方向而接入省中调、华北网调以及长治地调。

在武乡发电厂开列主干型SDH622M光设备和主干型SDH155M光设备各1套，分别从榆社开闭站、侯堡变两个方向接入已有的系统主干传输网。

为武乡发电厂至长治地调、至省中调各开列1对PCM设备，同时为武乡发电厂至华北网调开列2对PCM设备。为本期两回500kV线路和一回220kV线路保护各开列2对PCM设备。上述PCM设备共20台，通信用8台，保护用12台。

在武乡发电厂新设1套96芯光配线架、1套60系统数字配线架。

在武乡发电厂设1套数据网设备作为通信设备监控及其它数据通信业务接入设备。

第五节 PCM通讯接口装置

在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲\"0\"码和\"1\"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机

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产生。

下面是一个电端机的示意图。从发送端1输入的每一路视频、音频电信号，经过放大、低通，滤掉干扰信号，进行PCM编码，变为单极性二进码的数字信号，然后与发端时钟产生的同步码、信令码合成，经过码型变换变为适合于在长途线路中传输的码型，例如三阶高密度双极性码HDB3码。这样产生的各路码流，在统一时钟的控制下进行码速调整，做到系统同步，在复接单元复接成一路高速信号，由输出口2送入光端机。在电端机的接收部分，从来自光端机的高速电信号3中分离出同步信号，对分接和恢复单元进行定时控制，把高速电信号分接、恢复成低速信号，经过再生和码型变换，重新变为单极性二进码的数字信号，分离出信令信号和帧同步信号，控制收端时钟，使其与发端时钟同步。收端时钟还控制解码电路，完成数模变换，经过低通恢复成模拟信号，经放大后由4输出。

输入放大低 编通码合成码型变换码速调整定 时复接至光端机同步码发端时钟 产生信令码 控制同步码发端时钟 产生信令码 控制定时同步输出放大解低 通码码型变换再生恢复分接来自光端机

电端机示意图

第六节 光纤保护接口

光纤保护通讯接口装置的硬件由主CPU、通信控制SCC、开关命令输入、命令输出回路、光电变换接口以及人机界面、通讯、打印接口等组成。

开关命令输入主要是将外部保护输入的命令信号经光耦隔离变换成装置内部逻辑控制电位命令，输出回路主要是将所接收到命令信号变换成相应的接点输出，装置的核心是主CPU 和SCC 串行通信控制器及外围芯片电路，其命令的编码、解码命令的发送和接收均由此部分进行处理，光电变换接口主要是进行光纤传输信号和电信号之间的变换，装置间的通信采用Kb/s 或2048Kb/s 速

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率编码，SDLC 同步通信格式。

装置连续查询I/O 口的命令输入部分的开关量状态，并将其状态信息通过SCC传送至编码电路，编码成相应的数据码流，经过电/光变换后由光纤发送通道传送到对侧；同时，装置将光纤接收通道上的数据码流经光/电变换并解码后，通过SCC 传送给主CPU， 主CPU 再根据相应的数据输出开关量命令。

命令输入开关量输入电路人机界面与上位机通讯主接口打印命令输出开关量输出电路编码/译码光电变换光纤通道

光纤保护通讯接口装置原理框图

第七节 远动终端装置RTU

电力系统远动终端装置RTU是实现电力系统馈线自动化的核心设备，它能采集线路的电压、开关经历的负荷电流和有功功率、无功功率等模拟量，并及时将上述信息发给远方自控中心，以确保电力系统的稳定运行。远动装置在电力系统调度自动化中担负的任务是实现各层或各级调度的实时数据收集，形成多层次的实时数据网。对构成实时数据网的终端设备，除要求完成传统的遥测、遥信、遥控、遥调基本功能之外，还要求远方终端能同时向两个（或两个以上）调度所发送两种不同规约及不同内容的数据；要求对重要厂（所）实现事件顺序记录、事故追忆记录及动态数据记录。此外，终端设备应能与计算机接口，并能与数字量设备接口，如水位计、频率计等。上述这些要求，布线逻辑远动装置是无法满足的。由于微型计算机技术的迅速发展，出现了各种微机远动终端装置，即完成远动功能的微型计算机系统，如下图所示。它含有微型计算机的基本组成部分，即处理单元CPU、随机存贮器RAM、只读存贮器ROM、输入／输出接口I／O；同时含遥信输入DI、模拟量输入AI、脉冲量输入PI以及遥控、遥调输入单元和数字量输出单元、传输信息用调制解调器MODEM。这一系统称作微机型RTU。 一、远动信息

远动信息所包含的基本内容有：遥信、遥测、遥控和遥调信息。 1．遥信信息

遥信信息含发电厂中主要的断路器合闸或跳闸位置状态信号、隔离开关的合闸或分闸位置状态信号，重要继电保护与自动装置的动作信号以及一些运行状态信号。如厂（所）设备事故总信号、发电机组运行状态的变动信号、远动及通信设备的运行故障信号等。此外，也可用遥信信息传送测量参数的上、下越限告警信号，如频率越限、水位越限和其他设定值的越限信号。遥信对象只有“0”

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“1”两种状态，故在国际上习惯称为DI信号，即数字输入（digitalinput）。在远动装置内经编码后形成遥信码字。

2．遥测信息

在遥测信息中，功率测量必不可少。对发电厂中的发电机组、调相机组、变压器、线路出口等通过的有功与无功功率进行测量，可以获得电力系统的出力、潮流与负载情况；另外，对电流、母线电压、频率、厂用电和地区负荷、联络线交换电量、功角等的测量也属于遥测范围。

上述被测对象代表的是随时间连续变化的模拟量。这些模拟量一般是通过变送器把实时测量值变成直流电压或电流。在新型综合自动化系统中，己大多采用交流采样，送入远动装置，经标度变换的计算，进行编码，形成遥测码字送往调度中心。因为遥测信息大部分为模拟量，所以又称为AI（Analog Input）。

遥测与遥信信息在远动系统中又可概括定义为上行信息。它由厂（所）向调度中心传送或从下级调度中心向上级调度中心传送。

3．遥控信息

遥控信息的内容是：根据正常或事故时运行操作的需要，通过远程指令遥控厂（所）内的断路器、投切补偿电容和电抗器、发电机组的启停、自动装置的投退等。为了提高遥控的可靠性、避免误动作，遥控信息中的远程指令都必须附加返送校核功能，只有在核对无误后，才能执行远程指令的具体操作。

4．遥调信息

遥调对象一般是：变压器或补偿器的分接头，机组有功或无功成组调节器、自动装置以及相关闸门等。通过对遥调信息的执行，可以达到增减机组出力和调节系统运行电压的目的。

遥控和遥调信息在远动系统中称为下行信息。它们的传送方向与上行信息相反，即由调度中心向统调的厂（所）传送，上级调度向下级调度传送。

微机远动终端装置构成示意图

二、RTU的主要功能与要求

微机RTU的功能除包括以往常规远动装置的功能外（例如遥测、遥信、遥控、遥调基本功能），由于微机RTU的优越性，通常还具有以下功能。

1．遥信的变位传送

由于发电厂中有大量遥信信息（如断路器位置、隔离开关辅助触点位置、继电器触点位置等），而这些信息在一天中的变化次数不多。因而采用仅当状态变化时才发送遥信的方式，这样可有效地减轻通道负载。

2．遥测的变化率监视

当发电厂处于稳定运行状态时，绝大部分的遥测值不变或只是缓慢地变化。显然，既然遥测值不变，也就不必要传送到通道上去。通常，仅当两次扫描之间遥测值变化超过一定值时，才采用送

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遥测的方法，这种方法称为变化率监视。采用这种方法可以降低通道负载。据有关文献报导，用0.25％的变化率可以滤掉90％的通道负载，而0.25％的变化率已在测量误差的范围以内。

这种方式的缺点是在正常运行状态下虽然可以有效地减轻通道负载，但当电力系统发生扰动时－－即最需要高速传送信息时，通道的负载却最重。因此国外有些公司不采用变化率监视的方法，而是采用循环传送所有遥测值的方法。

为了防止扫描周期过长，可以采用多重扫描周期，即将遥测值按其重要性分为2、5、10s等几种周期来传递。

3．顺序事件记录

RTU可以自动记录状态变化的时间，并送到主机按时间顺序显示并记录，这种功能对于分析事故非常有用，时间的精度可达毫秒级。

现代化RTU的顺序事件记录的时间精度在一个厂内可以达到1～2ms，全电力系统分辩率可达3～10ms。

4．通道的监视和自动切换

为了保证实时信息迅速、准确地送到主站，不仅要有可靠的远动设备，还要有可靠的通道，重要的厂（所）应当考虑装设备用通道，一旦主通道失效，还可以利用备用通道向主站传送信息。

微机RTU可以经常监视通道的正常运行。如果主通道失效（当主站向某台RTU询问若干次以后没有回答时，就可以认为是通道失效），可以自动切换到备用通道上继续运行。

5．通道误码的统计和记录

利用计算机可以统计通道的偶然性错误（例如几次误码、几次RTU没有回答等），并定时打印，如果偶然性错误突然增加，即说明RTU或通道的某些模件可能不正常。根据我国有些电力系统运行经验，RTU及通道的误码率一般在每天（24h）5次以下。

6．自恢复和远方诊断

微机RTU的可用率通常很高，往往几年不出一次故障（因一般没有外部设备、程序存放在只读存储器里）。为了防止出错，通常在微机里装有自检程序，每隔1～2s自动检查一次。在发达国家中90％以上的变电所无人值班，所以RTU必须具有在断电后自动恢复的能力。既然RTU不需要经常的维护，那么一旦出了故障时在主站侧就应有能进行远方诊断的能力（假设通道无故障，RTU的微机CPU能工作），现代RTU可以自主站侧进行诊断故障，定位到插件。

7．事故追忆

事件顺序记录只能记录遥信改变状态的时间，为了便于分析事故，希望能把故障前一霎那和故障后一段时间的遥测值记录下来。微机RTU可以定时将部分重要遥测量记入RTU的缓存中，在缓存内保留lmin的记录值，定时更新。当发生故障时（例如继电保护动作），自动把故障前和故障后的遥测值与发生时间发送到主站侧打印并记录，这种功能使各台RTU占用大量内存容量作为缓存，而且在发生故障后加重通道的负载。

第八节 调度端接口

发电厂是电力系统中最重要的电源，特别是大容量机组电厂，机组的稳定、经济、可靠运行，对电力系统正常、灵活运行起着至关重要的作用，为此电力系统调度均采用调度自动化系统，将遍布各地的电厂、变电所信息传送至调度中心，以使调度人员统观全局，运筹全网，有效地指挥和控制电网安全、稳定和经济运行。

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实现电网调度自动化的作用主要有以下三个方面：

1) 对电网安全运行状态实现监控。电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的频率、电压、潮流、负荷与出力，主设备的位置状态及水、热能等方面的工况指标，使之符合规定，保证电能质量和用户按计划用电的要求。

2) 按照经济合同，对各电厂的出力曲线进行控制，对电网运行实现经济调度。 3) 对电网运行实现安全分析和事故处理。

信息的及时传送、监控手段的改善以及安全分析，可防止事故发生或及时处理事故，避免或减少事故造成的重大损失。

调度自动化系统主要由三部分组成，即厂（所）端数据采集与控制子系统、通信子系统；调度端数据收集、处理、统计分析与控制子系统。调度自动化系统的构成如下图所示。

厂（所）端子系统习惯的说法是远动系统。所谓远动（Telecontrol），就是运用通信技术传输信息，以监视控制远方运行的设备。该子系统包括远方终端RTU（Remote Terminal Unit）、测量用变送器、模拟量和状态量、脉冲量二次回路以及控制与调节执行元件。

通信子系统包括载波、微波、无线电台、有线电话、高频电缆、光纤以及卫星通信、程控交换机

等提供的数据信道。信道质量直接影响调度自动化系统的可信性和可靠性。

调度端子系统主要内容有：电子计算机、人机会话设备、各种外部设备、开发与维护设备和与之相适应的软件包等。

如上述，调度自动化系统是一个综合系统。从理论的角度来看，该系统的基本理论包含了自动控制论、转换技术、计算技术、编码理论、数据传输原理、网络控制以及信息论等。从物理学的角度来看，我们可用下表来初识调度自动化系统的构成所含内容。

调度自动化系统的构成和所含主要内容

序 号 1 系 统 部 件 运行环境 主 要 内 容 不停电电源（整流与逆变，蓄电池）、空调机房（调度端）、防雷接地、消防系统、抗干扰措施 计算机，入\\出外设、外存贮器、通信接口、开发与维护设备、人机会话设备、相应软件包 有线（载波、电缆、光纤）或无线（微波中继、卫星通信、无线电台）系统 微机运动及配套软件、测量用变送器、电缆、通信接口，控制或调整执行元件；专用或共用的二次回路；安装环境 调度自动化系统构成示意图

2 3 4 调度端子系统 通信子系统 厂（所）端子系统 调度数据网络设备

根据调度数据网总体设计方案，武乡发电厂作为山西省电力调度数据网络接入节点考虑，并以100兆方式接入榆社500kV开闭站。武乡发电厂配备调度数据网接入设备一套，包括路由器、交换机2台、5kVA交直流逆变电源等，确保调度数据网安全、可靠、稳定运行。并满足电厂端的远动、电能量计量、保护故障等信息与各级调度通信的要求。

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经济调度系统

为实现全省各发电厂能够按调度计划曲线发电，山西省中调装有一套经济调度主站系统，各直调电厂装有经济调度分站。在武乡发电厂配置了一套经济调度分站系统。该系统接收省中调经济调度主站下发的全厂发电计划曲线值，根据各机组的实际运行情况合理安排各机组的出力。

第九节 高端路由器

路由器（Router）是一种负责寻径的网络设备，它在互连网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。路由器用于连接多个逻辑上分开的网络。对用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间网络互连的必要设备。 路由器使用寻径协议来获得网络信息，采用基于“寻径矩阵”的寻径算法和准则来选择最优路径。按照OSI参考模型，路由器是一个网络层系统。路由器分为单协议路由器和多协议路由器。 Internet由各种各样的网络构成，路由器是其中非常重要的组成部分，整个Internet上的路由器不计其数。Intranet要并入Internet，兼作Internet服务，路由器是必不可少的组件，并且路由器的配置也比较复杂。

路由器的寻址和路由选择

在互连网上交换信息的一个基本要求是每个站都具有可达的唯一地址。像邮政编址类似，互连网地址也由几部分组成。在互连网上，通常要求使用网络地址、主机地址和计算机上运行的应用。 规定了地址之后，接下来便是如何选择路径到达报文的终点。路由选择涉及规定路由选择参数以及如何获得这些参数。

在互连网中使用的地址是32位的IP地址，该地址由网络号和主机号组成。IP地址分为下述3类：

A类地址使用7位来标识网络，24位用来规定网络上的主机；

B类地址使用14位来标识网络，16位用来标识主机； C类地址使用21位来标识网络，8位用来标识主机。

路由器在选择路径时常用的算法有两种：一是距离向量；二是链路状态。前一种由路由选择信息协议（RIP）使用，后一种由开放式最短路径优先协议（OSPF）使用。

现举例来说明路由器如何工作。假设由一个路由器连接了三个子网，子网地址（掩码）分别为1000、2000 和 3000，相互通信的两个站的地址分别是1400和2034。

假定编址为1400的站向2034发送报文。信源站首先将其网络地址掩码（1000）与终点网络地址掩码进行比较，因为两者不同，源站认识到报文接收者不在同一LAN上， 不能直接发送到接收者。于是该源站便从其路由选择表中把它所连接的路由器1的地址和该报文置于一个信封内，并将信封发给路由器1。

路由器1收到报文，丢掉信封，观察报文的终点地址，将其与它具有的3个网络地址掩码（1000，2000 和 3000）比较。由于与2000相同， 路由器便将报文直接发送给接收者。当然，这个例子是互连网络中最简单的一种，但基本原理是一样的。

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