02城市轨道交通供电综合自动化系统概述

项目二 城市轨道交通综合自动化系统概述主讲人：XXX学校：XXX城市轨道交通供电综合自动化技术城市轨道交通供电综合自动化系统概述学习要点 城市轨道交通供电综合自动化系统基本概念及发展 变电所综合自动化系统的体系结构和配置 变电所综合自动化系统研究的内容和特点 变电所综合自动化系统的功能 典型城市轨道交通自动化监控系统城市轨道交通供电综合自动化系统基本概念及发展本节导读 城市轨道交通供电系统复杂而特殊，其综合自动化系统为保证一次供电设备可靠工作提供了有效的监视、控制、保护等功能，同时提高了电气综合自动化水平，大大减少了电气专业维护和检修人员，有效提高了劳动生产率。本节内容从基础知识出发，简要介绍城市轨道交通供电综合自动化系统的基本概念和发展历程。一城市轨道交通供电综合自动化系统概述 一、城市轨道交通供电综合自动化的基本概念 城市轨道交通供电（以下简称城轨供电）综合自动化是将城轨供电系统的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全线路的主要设备和主变电所、牵引降压混合变电所、降压变电所等的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷，简化了二次接线。综合自动化是提高城轨供电系统安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向城市轨道交通车辆及车站等用户提供高质量电能的一项重要技术措施。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 二、发展城轨供电综合自动化的必要性 城轨供电系统作为整个城市轨道交通系统中的一个重要环节，担负着电能转换、分配、监测、控制和管理的任务。城轨供电系统继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在城市轨道交通线网调度统一指挥和协调下，城轨供电的综合自动化系统具体实施和保障城市轨道交通全系统的安全、稳定、可靠运行。因此，城轨供电综合自动化是城市轨道交通控制中心的一个重要组成部分。它应确保实现以下要求：城市轨道交通供电综合自动化系统概述 （1）检测供电系统故障，尽快隔离故障部分。（2）采集城轨供电系统运行实时信息，对城轨供电系统运行进行监视、计量和控制。（3）采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。（4）实现当地后备控制和紧急控制。（5）确保通信要求。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 因此，要求城轨供电综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电所内设备进行统一监测、管理、协调和控制。同时，又必须与控制中心进行实时、有效的信息交换、共享，提高控制中心安全稳定运行水平，提高经济效益，并为控制中心自动化的进一步发展留下空间。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少，相互之问协调困难，需要值班人员比较多的干预，难以适应城市轨道交通快速发展的控制要求。另外需要对设备进行定期的试验和维修，既便如此，仍然存在设备故障(异常运行)不能及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现由试验人员过失引起的故障。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 发展城轨供电综合自动化的必要性还体现以下几个方面：一是随着城市轨道交通规模不断扩大，新增大量的城市轨道交通变配电所，使得供电系统结构更加复杂，这就要求控制中心调度值班人员掌握、管理、控制的信息也大量增长，城轨供电故障处理和恢复却要求更为迅速和准确；二是现代工业技术的发展，特别是电子工业技术的发展，计算机技术的普遍应用，对城市轨道交通系统的可靠供电提出了更高的要求；三是市场经济的发展，使得整个社会对环保要求更高，这样也对城市轨道交通系统的建设、运行和管理提出许多的要求，如，要求城市轨道交通企业，降低成本，提高经济效益；要求城市轨道交通的各级变配电所减少占地面积。要解决上述问题，显然仅依靠各级调度运行值班人员是难以解决的。现代控制技术的发展，计算机技术、通信技术和电力电子技术的进步与发展，电网自动化系统的应用，为上述问题提供了解决的方案。这些技术的综合应用造就了城轨供电综合自动化系统的产生与发展。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 三、变电所综合自动化系统的发展过程 1由分立元件构成的自动装置阶段 20世纪70年代以前，由研究单位和制造厂家生产出的各种功能的自动装置，（如自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自动投入、直流电源和各种继电保护装置等），主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成，对提高变电所的自动化水平，保证系统安全运行，发挥了一定的作用。但这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供告警信息，有的甚至会影响供电系统安全。同时，分立元件的装置可靠性不高，维护工作量大，装置本身体积大，不经济。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 2以微处理器为核心的智能化自动装置阶段 随着我国改革开放的发展，微处理器技术开始引入我国，并逐步应用于各行各业。在变电所自动化方面，用大规模集成电路或微处理器代替了原来的继电器晶体管等分立元件组成的自动装置，利用微处理器的智能和计算能力，可以发展和应用新的算法，提高了测量的准确度和可靠性；能够扩充新的功能，尤其是装置本身的故障自诊断功能，对提高自动装置自身的可靠性和缩短维修时间是很有意义的；此外，由于采用了数字式，统一数字信号电平，缩小了体积等，其优越性是明显的。由于这些微机型的自动装置，只是硬件结构由微处理器及其接口电路代替，并扩展了一些简单的功能，虽然提高了变电所自动控制的能力和可靠性，但基本上还是维持着原有的功能和逻辑关系，在工作方式上多数仍然是各自独立运行，不能互相通信，不能共享资源，变电所设计和运行中存在的问题没有得到根本的解决。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 3变电所综合自动化系统的发展阶段 我国是从20世纪60年代开始研制变电所自动化技术。到70年代初，便先后研制出电气集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置。在80年代中期，由清华大学研制的35kV变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛变电站投入运行。与此同时南京自动化研究院也开发出了220kV梅河口变电站综合自动化系统。此外，国内许多高等校及科研单位也在这方面做了大量的工作，推出一些不同类型、功能各异的自动化系统。为国内的变电所自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作用。进入90年代，变电所综合自动化已成为热门话题，研究单位和产品如雨后春笋般的发展，具有代表性的公司和产品有：北京四方公司的CSC 2000系列综合自动化系统，南京南瑞集团公司的BSJ2200计算机监控系统，南京南瑞继电保护电气有限公司的RCS一9000系列综合自动化系统，上海惠安Power comm 2000变电站自动化监控系统，国电南自PS 6000系列综合自动化系统，许继电气公司的CBZ一8000系列综合自动化系统等。城市轨道交通供电综合自动化系统概述变电所综合自动化系统的体系结构和配置本节导读 通过本节介绍，可以从自动化系统的功能优势、体系结构、配置等角度对城市轨道交通供电综合自动化系统的构成有一个初步的了解。二城市轨道交通供电综合自动化系统概述 一、变电所综合自动化的功能优势 变电所综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电所二次系统的部分或全部功能。为达到这一目的，满足城市轨道交通系统运行对变电所的要求，变电所综合自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电所自动化基础。“通信控制管理”是桥梁，联系变电所内部各部分之间、变电所与控制中心之间使其相互交换数据。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 与变电所传统电磁式二次系统相比，在体系结构上，变电所综合自动化系统增添了“变电所主计算机系统”和“通信控制管理”两部分；在二次系统具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流模拟信号传递。数字化使变电所自动化系统与传统变电所二次系统相比，数据采集更精确、传递更方便、处理更灵活、运行维护更可靠、扩展更容易。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 变电所综合自动化系统结构体系较为典型的是：1.在低压无人值班变电所里，取消变电所主计算机系统或者简化变电所主计算机系统。2.在实际的系统中，更为常见的是将部分变电所自动化设备，如微机保护、RTU与变电所二次系统中电磁式设备（如模拟式指针仪表、中央信号系统）揉和在一起，组成一个系统运行。这样，既提高了变电所二次系统的自动化水平，改进了常规系统的性能，又需投入更多的物力和财力。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 二、变电所综合自动化的结构模式 变电所综合自动化系统的结构模式主要有集中式、分布式和分散分布式三种。1.集中式结构 集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其IO接口，集中采集变电所的模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 集中式系统的主要特点有：（1）能实时采集变电所各种模拟量、开关量，完成对变电所的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。（2）完成对变电所主要设备和进、出线的保护任务。（3）结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电所更为有利。（5）实用性好。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 集中式的主要缺点有：（1）每台计算机的功能较集中，若一台计算机出现故障，影响面大，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。（2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。（3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电所，软、硬件都必须另行设计，工作量大。（4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 2.分布式结构 该系统结构的最大特点是将变电所自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电所。城市轨道交通供电综合自动化系统概述 3.分布分散（层）式结构 分布分散式结构系统从逻辑上将变电所自动化系统划分为两层，即变电所层（所级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电所管理层、通信层和间隔层。该系统的主要特点是按照变电所的元件，断路器间隔进行设计。将变电所一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电所自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备