專利名稱：高速鐵路無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及變電站綜合自動化系統(tǒng)，尤其涉及一種先進可靠的無人值班變 電站綜合自動化系統(tǒng)，主要應用于高速鐵路牽引變電站，滿足無人值班情況下，更加可靠的 工作，適應當前高鐵大集中大調度管理的模式。
背景技術：
目前，鐵路上應用最廣的牽引變電站綜合自動化系統(tǒng)為有人值班綜合自動化系 統(tǒng)，也有的地方采用了無人值班有人值守綜合自動化系統(tǒng)，在當前國家大力推進建設高速 鐵路、客運專線、城際鐵路的背景下，對技術的可靠性要求越來越高，技術的進步也要求實 行統(tǒng)一的調度值班，取代傳統(tǒng)的有人值班運行管理模式，這就要求客運專線的變電站綜合 自動化系統(tǒng)具有高度的可靠性。然而目前的鐵路牽引變電站綜合自動化系統(tǒng)由于技術方案不夠科學、完善，還達 不到令人放心的真正無人值班，主要體現在一、間隔保護單元的信息功能不完善，不能記 憶并反應全部信息，本身出現故障不具有強大的自診斷功能；二、通信網絡都采用單網配 置，一旦通信接口故障或通信介質故障即造成通信退出，且通信介質多采用普通屏蔽線或 五類線，存在干擾和其他不確定因素，影響通信質量；三、每個牽引變電站仍繼續(xù)存在著大 而全的監(jiān)控系統(tǒng)，占用大量的系統(tǒng)開銷；四、當前的變電站綜合自動化僅設置單通信管理機 或互為備用的通信管理機，在鐵路系統(tǒng)內一般稱作熱備用，但仍存在主機發(fā)生故障而備機 啟用時的切換時間的問題，切換時間在2-5秒內，調度主站仍然會在通信管理機切換時短 暫“失明”幾秒，不能做到無縫切換(零秒切換)；五、常用的通信通道為音頻通道、2M環(huán)形通 道，同樣存在著傳輸速率受限，一處或幾處的通信故障容易造成全網絡癱瘓的問題。
發(fā)明內容為了克服現有的鐵路系統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的缺點和弊端，本實用新型 提供一種適用于高速鐵路的無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)能夠很好的解決 目前存在鐵路系統(tǒng)無人值班變電站的間隔保護單元自身功能不足、通信網絡的冗余配置和 通信介質易受干擾的問題，最大限度地減少系統(tǒng)開銷，解決雙機切換時間較長和通信傳輸 速率受限的問題。為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是通信管理機采用雙機設 置，與站內各保護測控裝置、站內監(jiān)控系統(tǒng)共同接入站內局域網。通信管理機接入站內冗余配置的雙光纖以太網絡，同時以10M/100MbpS自適應以 太網接口接入調度光纖主干網。通信管理機采用雙機并行工作機制，正常運行時，雙機同時接收數據，只有主機轉 發(fā)數據，當主機故障時，備機第一時間切換為主機工作。下面詳細說明本實用新型的技術方案1、無人值班牽弓I變電所綜合自動化系統(tǒng)結構[0010]本方案提出的RT21-SAS牽引變電所無人值班綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式模 塊化思想設計，系統(tǒng)分為三層站控層、通信處理層、間隔層。站控層、通信處理層與間隔層 之間通過通信網絡相連。RT21-SAS牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)在設計中充分考慮了系統(tǒng)組態(tài)的靈活性，能 夠實現不同的分層分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)模式。2、RT21_SAS牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)站控層RT21-SAS牽引變電所無人值班綜合自動化系統(tǒng)的站控層采用分布式設計，完成站 內監(jiān)控功能，全面提供變電站設備的狀態(tài)監(jiān)視、控制、信息記錄與分析等功能。RT21-SAS牽引變電所無人值班綜合自動化系統(tǒng)站控層設備在無人值班綜合自動 化系統(tǒng)技術方案中指的是計算機監(jiān)控系統(tǒng)。計算機監(jiān)控系統(tǒng)，一般由一臺PC機或多臺PC機及打印機組成。變電站計算機監(jiān) 控系統(tǒng)組態(tài)完成不同的功能配置，監(jiān)控系統(tǒng)的信息可以直接從間隔層設備獲得。在本實用新型方案設計中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)已較大程度的弱化取消現有技術中的控制臺，而是以計算機設備直接安裝于標準TG6屏柜上，不再 設專人監(jiān)視監(jiān)控界面；以調度值班為主，不再設置站內監(jiān)控系統(tǒng)的操作功能，不再進行順控操作，取消多 數的光字信號顯示，取消報表作業(yè)，取消固定式的曲線圖等，僅保留以主接線為主的遙控操 作，遙測數據顯示等，弱化站內監(jiān)控功能，減小系統(tǒng)開銷。3、RT21_SAS牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)間隔層RT21-SAS牽引變電所無人值班綜合自動化系統(tǒng)的間隔層設備采用集中組屏方式， 各間隔間通過光纖以太網互連，并同站控層設備通信，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。RT21-SAS牽引變電所無人值班綜合自動化系統(tǒng)間隔層設備包括NSR600T系列電鐵微機保護測控裝置和CAS200V系列通用測控裝置。NSR600T系列電鐵微機保護測控裝置包括NSR611T電鐵饋線保護測控裝置、 NSR690T電鐵變壓器保護測控裝置系列(含NSR691T電鐵變壓器差動保護測控裝置、 NSR695T電鐵變壓器后備保護測控裝置、NSR653T操作箱及非電量保護裝置)、NSR621T電鐵 電容器保護測控裝置和NSR641T電鐵備自投保護測控裝置。CAS200V系列通用測控裝置可根據對監(jiān)控對象類型和數量的不同要求來靈活選用 各模件的類型和數量，通過組態(tài)軟件定制系統(tǒng)參數便可輕而易舉地配置成滿足需要的測控裝置。3. 1原理總述NSR600T系列保護測控裝置的硬件平臺以32位DSP和16位AD作為核心；DSP除 具有常規(guī)的高速計算功能外，還包含了大容量的程序FLASH、RAM、I/0接口、SCI、SPI、CAN等 資源，大大的簡化了硬件的復雜程度，提高了硬件的可靠性。NSR600T系列保護測控裝置的功能板件，按功能合理劃分，采用了模塊化、功能化、 通用化的設計思想，使功能板件的功能明確、便于互換。3.2自檢(自診斷)功能裝置的設計有完備的在線自檢功能，自檢定位可到芯片級，有自檢提示和閉鎖功 能，可循環(huán)存儲1 個自檢事件，并可掉電保持，在菜單中可以順序查詢已發(fā)生過的自檢事件報文。在自檢過程中，采用了冗余算法和自糾錯手段保證自檢程序的可靠性。自檢內容 為 (I)RAM 自檢 包括RAM上電自檢、RAM上電地址線自檢和RAM正常運行自檢。RAM上電自檢模塊 在裝置初始化時進行，通過對RAM進行讀寫操作，完成RAM所有存儲空間的自檢。RAM上電 地址線自檢模塊在裝置初始化時進行，通過對RAM地址線對應的RAM存儲空間進行讀寫操 作，完成對RAM地址線的自檢。RAM正常運行自檢模塊在裝置運行期間，完成對RAM的在線 自檢。采用“試驗田”的方法，對RAM某個區(qū)域進行讀寫，完成對RAM的正常運行時的自檢。(2)程序 Flash 自檢程序Flash自檢模塊在裝置運行時，完成對程序Flash的在線自檢。在裝置初始 化時，通過在程序Flash的某存儲區(qū)域寫入特定數據，在裝置運行時，從該存儲區(qū)域讀取 數據，通過比較寫入的數據和讀出的數據，以判斷程序Flash是否出錯，從而完成對程序 Flash的在線自檢。(3 )模擬VCC和數字VCC自檢模擬VCC自檢模塊和數字VCC自檢模塊在裝置運行時，通過對模擬VCC和數字VCC 的電壓監(jiān)測，完成對模擬VCC和數字VCC電源的在線自檢，同時也實現對AD回路的監(jiān)測。(4)定值自檢通過計算運行區(qū)定值的校驗和，來完成對運行定值的自檢。(5)參數自檢通過計算參數的校驗和，來實現對參數的在線自檢。參數自檢模塊可完成通信參數、出口組態(tài)1參數、出口組態(tài)2參數、裝置類型參數、 口令參數、遙測校正系數、遙控保持時間參數、TVTA參數、遙信去抖時間參數、遙信類型參 數、定值區(qū)參數、遙測變化率參數、擴展板類型參數、智能合間參數、保護遙控參數和自動打 印參數的自檢。(6)自檢告警方式根據自檢的重要程度，自檢出錯時開出不同告警信號。對于RAM、程序Flash、模擬 VCC和數字VCC、定值、出口組態(tài)1參數和出口組態(tài)2參數等參數自檢出錯時，點告警燈，裝 置故障繼電器開出(GZ+、GZ-導通)，并閉鎖保護，并產生相應的自檢事件報文。其它參數自 檢出錯時，點告警燈，告警繼電器開出(GJCOM、GJJ導通)，并產生相應的自檢事件報文。3.3裝置的硬件接口裝置設計有兩路可互換的RJ45/光纖以太網接口，可接入冗余配置的兩路站內局 域網；裝置設計有1路獨立的硬對時接口，可適應1PPM、1PPS、^IG-B對時方式。4、通信處理層系統(tǒng)構成通信子系統(tǒng)由遠動通信子系統(tǒng)、站內通訊網絡及GPS時鐘對時網絡構成無人值班 牽引變電所自動化通信子系統(tǒng)。4. 1遠動通信子系統(tǒng)遠動通信子系統(tǒng)由微機通信管理機及遠動通信接口構成，是變電所和遠方調度系 統(tǒng)連接的樞紐。通過該子系統(tǒng)，將變電所的各種測量數據、設備運行狀態(tài)、保護動作信號、各 斷路器、隔離刀閘、全所智能化設備的動作和異常告警信息及其它一些相關信息傳送至遠方調度系統(tǒng)，同時接收調度系統(tǒng)下發(fā)的各種命令，根據命令內容回答調度系統(tǒng)的查詢，將操 作命令分發(fā)到相應的智能操作單元(如保護測控裝置等)，由智能操作單元根據變電所實 際系統(tǒng)運行狀態(tài)執(zhí)行相應的操作。通信管理機是本方案無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)的信息中心，它通過提供不 同的通信介質和通信規(guī)約，對變電站內各種設備的信息進行采集處理，形成統(tǒng)一格式的信 息并通過數據通道傳送牽引供電調度中心。NSC300通信管理機可實現單機和雙機冗余兩種 配置方式。a.通信管理機的工作運行方式在本實用新型的無人值班綜合自動化系統(tǒng)中，配置雙通信管理機工作，在當前高 鐵調度主站一變電所設備的管理模式下，處在變電所與調度主站之間起著承上啟下作用 的變電所通信管理機，占據絕對的重要性地位，因此，為了保證通信管理機正常工作，本方 案采用通信管理機雙機并行工作方式，真正做到了無縫切換，即零秒切換。具體工作方式為，所內配置兩臺通信管理機，雙機不是雙機熱備，而是雙機同時都 在工作，稱之為雙機并行工作方式。正常工作時，兩臺通信管理機同時都在同步接收間隔層 設備發(fā)出的所有信息，同時同步接收調度主站下發(fā)的控制命令和對時信息，但只有主機向 調度端轉發(fā)接收的間隔層數據信息，只有主機能夠執(zhí)行調度端的各種命令，備機不能執(zhí)行 轉發(fā)上傳和執(zhí)行調度命令。主機故障時，備機立即開放轉發(fā)上傳數據及等待執(zhí)行調度命令 狀態(tài)，真正做到了零秒切換的要求，最大限度地保證了調度主站與變電所的通信管理。主機 的確定是由上電順序決定的，先上電的裝置即為主機，后上電的管理機自動確認為備機，主 機與備機之間有兩條數據同步通道，用來同步相互時間及實時確認相互的工作狀態(tài)，以決 定是否切換備機為主機及能否切換。b.通信管理機與電力調度通信的接口 RT21-SAS無人值班牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)與調度中心系統(tǒng)的通信接口由通 信管理機提供。它一方面通過站內通信網絡與智能設備接口來采集間隔層設備的信息，另 一方面將信息傳送到遠方調度中心(包括站級計算機監(jiān)控系統(tǒng))，同時接收遠方調度中心的 控制、調節(jié)命令并分發(fā)到指定的間隔層單元。通信管理機還具有基于電話線Modem的遠程 診斷與維護功能。通信管理機完全支持雙機雙網的工作模式。遠動通信有多種方式可供選擇傳統(tǒng)的串行通信方式、基于電話線的MODEM傳輸 方式、基于微波、光纖通信的數字接口方式、以太網通信方式、雙絞線、光纖方式。通信管理機通過10M/100M自適應光纖以太網接口接入調度通信通道，該通道為 IOM點對點光纖網絡，傳輸速率更高，通道為全光纖網絡，誤碼率更低，通信更可靠。4. 2站內通信網絡通過網絡通信媒介按照規(guī)定的組網模式將各保護測控裝置、通信管理機及網絡通 信設備的網絡通信接口連接成一體，和變電所GPS對時網絡一起構成變電所內局域網，其 他的智能設備(如直流電源微機監(jiān)控裝置等)通過通信管理機接入變電所內局域網。變電 所內所有智能設備(微機保護測控裝置、通信管理機及其他智能設備等)的數據信息，均通 過該局域網進行傳輸，在所內局域網上實現數據共享。第三方智能電子設備接入的方式可 以有多種串口和以太網絡方式。10/100Mbps自適應光纖以太網構成變電所內局域網，網絡結構采用基于快速光纖以太網交換機的星形網絡拓撲結構。間隔層的保護測控裝置、綜合測控裝置等具備以太網 接口的設備直接接入間隔層以太網，其它的智能設備通過通信管理裝置轉接入間隔層以太 網。間隔層通信規(guī)約采用建立在TCP/IP協議之上的IEC 60870-5-103標準。局域網的通 信媒介選用光纖以太網，通信協議采用建立在TCP/IP協議之上的IEC 60870-5-103國際標 準通信規(guī)約。計算機監(jiān)控系統(tǒng)與通信管理機之間通訊的網絡方式為10M/100Mbps以太網， 應用層采用國際標準IEC60870-5-103的應用層。本技術方案中RT21-SAS間隔層設備與計算機監(jiān)控系統(tǒng)及通信管理機之間采用雙 光纖以太網配置，利用雙以太網，可以實現雙網冗余及動態(tài)流量平衡兩種通訊方式，兩種 通訊方式可以在線調整。既提高了網絡的可靠性又可均衡分配雙網的負載流量提高了網 絡傳輸速率，同時采用光纖以太網也最大程度的減小了電磁干擾對通信可能造成的影響。 RT21-SAS間隔層設備與計算機監(jiān)控系統(tǒng)及通信管理機之間的通訊符合TCP/IP協議的要 求，應用層采用國際標準IEC60870-5-103的應用層。RT21-SAS間隔層設備與計算機監(jiān)控系 統(tǒng)及通信管理機之間的網絡層及傳輸層通訊協議采用TCP/IP。傳輸層采用了 UDP/廣播及 UDP/點對點兩種協議，保證了實時性，能在同一時間將信息傳遞給所有的節(jié)點。4.3時鐘對時網絡由GPS全球衛(wèi)星對時系統(tǒng)或遠方調度系統(tǒng)為變電所自動化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘。 在高鐵變電站無人值班綜合自動化系統(tǒng)中，設置GPS對時標準時鐘源，為變電站內全部智 能設備提供精確的全網絡對時。本方案采用的對時方案為B碼對時方式，站內微機保護測 控裝置支持B碼對時，GPS標準時鐘源提供多個B碼對時接口以一對一的方式對全所保護 測控裝置進行精準對時。相比秒脈沖毫秒級的精度，B碼對時的精度等級達到了微秒級。本實用新型的有益效果是該高速鐵路牽引變電站無人值班綜合自動化系統(tǒng)具有 自糾錯功能；通信網絡雙網配置，通信介質采用更加可靠的光纖以太網，實現雙網冗余及動 態(tài)流量平衡，并減少干擾和不確定性因素的影響；弱化站內監(jiān)控功能，減少系統(tǒng)開銷；采用 通信機雙機并行工作機制而不是熱備方式，減小了切換時間，真正實現網絡無縫切換，提高 了通信管理的可靠性，通信信道采用10M/100M自適應的光纖通道點對點方式，提高數據轉 發(fā)速度。真正實現高鐵對無人值班變電站高可靠性工作的要求。
圖1是本實用新型的高鐵無人值班牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)圖。圖1中NSC300通信管理機以雙機接入站內通信局域網，第三方智能設備電度表、 交直流屏通過接入NSC300通信管理機接入網絡，NSR600T系列保護測控裝置以光纖方式接 入站內通信局域網，站內監(jiān)控計算機接入站內局域網，GPS標準時鐘源提供多路獨立的B碼 對時口接入保護測控裝置組成站內對時網絡。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本 發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。圖1所示的實例中，系統(tǒng)采用分層、分布式的結構，所有設備采用集中組屏方式， 屏柜采用標準TG6機柜，整個系統(tǒng)共設置7面屏柜，包括1號主變保護測控屏、2號主變保護測控屏，1號饋線保護測控屏，2號饋線保護測控屏，通信處理屏，監(jiān)控設備屏，電度表屏。主 變保護測控屏配置NSR691T電鐵差動保護裝置、NSR695T電鐵后備保護裝置，非電量保護及 操作箱裝置，NSR641T電鐵備用自投裝置。每面饋線保護測控屏配2臺NSR611T電鐵饋線 保護測控裝置。NSC通信管理機2臺及GPS標準時鐘源安裝于通信處理屏，在該屏柜另設兩 臺M光口光纖以太網交換機，監(jiān)控系統(tǒng)采用研華工控機及17寸液晶顯示器設置于監(jiān)控設 備屏。各個屏柜的保護測控裝置均有2路光纖接口，通過2路光纖跳線接入光纖以太網交 換機，NSC300通信管理機也分別以2路光纖接口接入2臺交換機。另設一臺調度通信管理 機，NSC300的調度通信接口接入該交換機，該交換機通過以太網方式接入光端機從而接入 調度主干網。監(jiān)控設備屏的監(jiān)控主機也通過兩路以太網線接口接入通信處理盤交換機從而接 入站內局域網。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改 進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種高速鐵路無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)，其特征是，通信管理機采用雙機設 置，與站內各保護測控裝置、內監(jiān)控系統(tǒng)共同接入站內局域網。
2.根據權利要求1所述的高速鐵路無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)，其特征是，通信 管理機接入站內冗余配置的雙光纖以太網絡，同時以10M/100MbpS自適應以太網接口接入 調度光纖主干網。
3.根據權利要求1所述的高速鐵路無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)，其特征是，通信 管理機采用雙機并行工作機制，正常運行時，雙機同時接收數據，只有主機轉發(fā)數據，當主 機故障時，備機第一時間切換為主機工作。
專利摘要本實用新型涉及變電站綜合自動化系統(tǒng)，尤其涉及一種先進可靠的無人值班變電站綜合自動化系統(tǒng)，通信管理機采用雙機設置，與站內各保護測控裝置、站內監(jiān)控系統(tǒng)共同接入站內局域網，采用雙通信管理機并行工作機制，真正做到了管理機的無縫切換，提高了調度通信的可靠性，通信介質采用更加可靠的光纖以太網，實現雙網冗余及動態(tài)流量平衡，并減少干擾和不確定性因素的影響；弱化站內監(jiān)控功能，減少系統(tǒng)開銷；管理機采用10M/100Mbps自適應以太網接口直接接入星形調度主干網通道，提高了數據轉發(fā)速率，適應和滿足高速鐵路對牽引變電站無人值班綜合自動化系統(tǒng)高安全、高可靠性的要求。
文檔編號H04L12/24GK201846137SQ20102061102
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者傅強, 石秋生, 賈浩 申請人:國電南瑞科技股份有限公司