专利名称：高速铁路无人值班变电站综合自动化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变电站综合自动化系统，尤其涉及一种先进可靠的无人值班变 电站综合自动化系统，主要应用于高速铁路牵引变电站，满足无人值班情况下，更加可靠的 工作，适应当前高铁大集中大调度管理的模式。
背景技术：
目前，铁路上应用最广的牵引变电站综合自动化系统为有人值班综合自动化系 统，也有的地方采用了无人值班有人值守综合自动化系统，在当前国家大力推进建设高速 铁路、客运专线、城际铁路的背景下，对技术的可靠性要求越来越高，技术的进步也要求实 行统一的调度值班，取代传统的有人值班运行管理模式，这就要求客运专线的变电站综合 自动化系统具有高度的可靠性。然而目前的铁路牵引变电站综合自动化系统由于技术方案不够科学、完善，还达 不到令人放心的真正无人值班，主要体现在一、间隔保护单元的信息功能不完善，不能记 忆并反应全部信息，本身出现故障不具有强大的自诊断功能；二、通信网络都采用单网配 置，一旦通信接口故障或通信介质故障即造成通信退出，且通信介质多采用普通屏蔽线或 五类线，存在干扰和其他不确定因素，影响通信质量；三、每个牵引变电站仍继续存在着大 而全的监控系统，占用大量的系统开销；四、当前的变电站综合自动化仅设置单通信管理机 或互为备用的通信管理机，在铁路系统内一般称作热备用，但仍存在主机发生故障而备机 启用时的切换时间的问题，切换时间在2-5秒内，调度主站仍然会在通信管理机切换时短 暂“失明”几秒，不能做到无缝切换(零秒切换)；五、常用的通信通道为音频通道、2M环形通 道，同样存在着传输速率受限，一处或几处的通信故障容易造成全网络瘫痪的问题。
发明内容为了克服现有的铁路系统变电站综合自动化系统存在的缺点和弊端，本实用新型 提供一种适用于高速铁路的无人值班变电站综合自动化系统设计，该系统能够很好的解决 目前存在铁路系统无人值班变电站的间隔保护单元自身功能不足、通信网络的冗余配置和 通信介质易受干扰的问题，最大限度地减少系统开销，解决双机切换时间较长和通信传输 速率受限的问题。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是通信管理机采用双机设 置，与站内各保护测控装置、站内监控系统共同接入站内局域网。通信管理机接入站内冗余配置的双光纤以太网络，同时以10M/100MbpS自适应以 太网接口接入调度光纤主干网。通信管理机采用双机并行工作机制，正常运行时，双机同时接收数据，只有主机转 发数据，当主机故障时，备机第一时间切换为主机工作。下面详细说明本实用新型的技术方案1、无人值班牵弓I变电所综合自动化系统结构[0010]本方案提出的RT21-SAS牵引变电所无人值班综合自动化系统采用分层分布式模 块化思想设计，系统分为三层站控层、通信处理层、间隔层。站控层、通信处理层与间隔层 之间通过通信网络相连。RT21-SAS牵引变电所综合自动化系统在设计中充分考虑了系统组态的灵活性，能 够实现不同的分层分布式变电站综合自动化系统模式。2、RT21_SAS牵引变电所综合自动化系统站控层RT21-SAS牵引变电所无人值班综合自动化系统的站控层采用分布式设计，完成站 内监控功能，全面提供变电站设备的状态监视、控制、信息记录与分析等功能。RT21-SAS牵引变电所无人值班综合自动化系统站控层设备在无人值班综合自动 化系统技术方案中指的是计算机监控系统。计算机监控系统，一般由一台PC机或多台PC机及打印机组成。变电站计算机监 控系统组态完成不同的功能配置，监控系统的信息可以直接从间隔层设备获得。在本实用新型方案设计中，计算机监控系统已较大程度的弱化取消现有技术中的控制台，而是以计算机设备直接安装于标准TG6屏柜上，不再 设专人监视监控界面；以调度值班为主，不再设置站内监控系统的操作功能，不再进行顺控操作，取消多 数的光字信号显示，取消报表作业，取消固定式的曲线图等，仅保留以主接线为主的遥控操 作，遥测数据显示等，弱化站内监控功能，减小系统开销。3、RT21_SAS牵引变电所综合自动化系统间隔层RT21-SAS牵引变电所无人值班综合自动化系统的间隔层设备采用集中组屏方式， 各间隔间通过光纤以太网互连，并同站控层设备通信，大大提高了系统的可靠性。RT21-SAS牵引变电所无人值班综合自动化系统间隔层设备包括NSR600T系列电铁微机保护测控装置和CAS200V系列通用测控装置。NSR600T系列电铁微机保护测控装置包括NSR611T电铁馈线保护测控装置、 NSR690T电铁变压器保护测控装置系列(含NSR691T电铁变压器差动保护测控装置、 NSR695T电铁变压器后备保护测控装置、NSR653T操作箱及非电量保护装置)、NSR621T电铁 电容器保护测控装置和NSR641T电铁备自投保护测控装置。CAS200V系列通用测控装置可根据对监控对象类型和数量的不同要求来灵活选用 各模件的类型和数量，通过组态软件定制系统参数便可轻而易举地配置成满足需要的测控装置。3. 1原理总述NSR600T系列保护测控装置的硬件平台以32位DSP和16位AD作为核心；DSP除 具有常规的高速计算功能外，还包含了大容量的程序FLASH、RAM、I/0接口、SCI、SPI、CAN等 资源，大大的简化了硬件的复杂程度，提高了硬件的可靠性。NSR600T系列保护测控装置的功能板件，按功能合理划分，采用了模块化、功能化、 通用化的设计思想，使功能板件的功能明确、便于互换。3.2自检(自诊断)功能装置的设计有完备的在线自检功能，自检定位可到芯片级，有自检提示和闭锁功 能，可循环存储1 个自检事件，并可掉电保持，在菜单中可以顺序查询已发生过的自检事件报文。在自检过程中，采用了冗余算法和自纠错手段保证自检程序的可靠性。自检内容 为 (I)RAM 自检 包括RAM上电自检、RAM上电地址线自检和RAM正常运行自检。RAM上电自检模块 在装置初始化时进行，通过对RAM进行读写操作，完成RAM所有存储空间的自检。RAM上电 地址线自检模块在装置初始化时进行，通过对RAM地址线对应的RAM存储空间进行读写操 作，完成对RAM地址线的自检。RAM正常运行自检模块在装置运行期间，完成对RAM的在线 自检。采用“试验田”的方法，对RAM某个区域进行读写，完成对RAM的正常运行时的自检。(2)程序 Flash 自检程序Flash自检模块在装置运行时，完成对程序Flash的在线自检。在装置初始 化时，通过在程序Flash的某存储区域写入特定数据，在装置运行时，从该存储区域读取 数据，通过比较写入的数据和读出的数据，以判断程序Flash是否出错，从而完成对程序 Flash的在线自检。(3 )模拟VCC和数字VCC自检模拟VCC自检模块和数字VCC自检模块在装置运行时，通过对模拟VCC和数字VCC 的电压监测，完成对模拟VCC和数字VCC电源的在线自检，同时也实现对AD回路的监测。(4)定值自检通过计算运行区定值的校验和，来完成对运行定值的自检。(5)参数自检通过计算参数的校验和，来实现对参数的在线自检。参数自检模块可完成通信参数、出口组态1参数、出口组态2参数、装置类型参数、 口令参数、遥测校正系数、遥控保持时间参数、TVTA参数、遥信去抖时间参数、遥信类型参 数、定值区参数、遥测变化率参数、扩展板类型参数、智能合间参数、保护遥控参数和自动打 印参数的自检。(6)自检告警方式根据自检的重要程度，自检出错时开出不同告警信号。对于RAM、程序Flash、模拟 VCC和数字VCC、定值、出口组态1参数和出口组态2参数等参数自检出错时，点告警灯，装 置故障继电器开出(GZ+、GZ-导通)，并闭锁保护，并产生相应的自检事件报文。其它参数自 检出错时，点告警灯，告警继电器开出(GJCOM、GJJ导通)，并产生相应的自检事件报文。3.3装置的硬件接口装置设计有两路可互换的RJ45/光纤以太网接口，可接入冗余配置的两路站内局 域网；装置设计有1路独立的硬对时接口，可适应1PPM、1PPS、^IG-B对时方式。4、通信处理层系统构成通信子系统由远动通信子系统、站内通讯网络及GPS时钟对时网络构成无人值班 牵引变电所自动化通信子系统。4. 1远动通信子系统远动通信子系统由微机通信管理机及远动通信接口构成，是变电所和远方调度系 统连接的枢纽。通过该子系统，将变电所的各种测量数据、设备运行状态、保护动作信号、各 断路器、隔离刀闸、全所智能化设备的动作和异常告警信息及其它一些相关信息传送至远方调度系统，同时接收调度系统下发的各种命令，根据命令内容回答调度系统的查询，将操 作命令分发到相应的智能操作单元(如保护测控装置等)，由智能操作单元根据变电所实 际系统运行状态执行相应的操作。通信管理机是本方案无人值班变电站综合自动化系统的信息中心，它通过提供不 同的通信介质和通信规约，对变电站内各种设备的信息进行采集处理，形成统一格式的信 息并通过数据通道传送牵引供电调度中心。NSC300通信管理机可实现单机和双机冗余两种 配置方式。a.通信管理机的工作运行方式在本实用新型的无人值班综合自动化系统中，配置双通信管理机工作，在当前高 铁调度主站一变电所设备的管理模式下，处在变电所与调度主站之间起着承上启下作用 的变电所通信管理机，占据绝对的重要性地位，因此，为了保证通信管理机正常工作，本方 案采用通信管理机双机并行工作方式，真正做到了无缝切换，即零秒切换。具体工作方式为，所内配置两台通信管理机，双机不是双机热备，而是双机同时都 在工作，称之为双机并行工作方式。正常工作时，两台通信管理机同时都在同步接收间隔层 设备发出的所有信息，同时同步接收调度主站下发的控制命令和对时信息，但只有主机向 调度端转发接收的间隔层数据信息，只有主机能够执行调度端的各种命令，备机不能执行 转发上传和执行调度命令。主机故障时，备机立即开放转发上传数据及等待执行调度命令 状态，真正做到了零秒切换的要求，最大限度地保证了调度主站与变电所的通信管理。主机 的确定是由上电顺序决定的，先上电的装置即为主机，后上电的管理机自动确认为备机，主 机与备机之间有两条数据同步通道，用来同步相互时间及实时确认相互的工作状态，以决 定是否切换备机为主机及能否切换。b.通信管理机与电力调度通信的接口 RT21-SAS无人值班牵引变电所综合自动化系统与调度中心系统的通信接口由通 信管理机提供。它一方面通过站内通信网络与智能设备接口来采集间隔层设备的信息，另 一方面将信息传送到远方调度中心(包括站级计算机监控系统)，同时接收远方调度中心的 控制、调节命令并分发到指定的间隔层单元。通信管理机还具有基于电话线Modem的远程 诊断与维护功能。通信管理机完全支持双机双网的工作模式。远动通信有多种方式可供选择传统的串行通信方式、基于电话线的MODEM传输 方式、基于微波、光纤通信的数字接口方式、以太网通信方式、双绞线、光纤方式。通信管理机通过10M/100M自适应光纤以太网接口接入调度通信通道，该通道为 IOM点对点光纤网络，传输速率更高，通道为全光纤网络，误码率更低，通信更可靠。4. 2站内通信网络通过网络通信媒介按照规定的组网模式将各保护测控装置、通信管理机及网络通 信设备的网络通信接口连接成一体，和变电所GPS对时网络一起构成变电所内局域网，其 他的智能设备(如直流电源微机监控装置等)通过通信管理机接入变电所内局域网。变电 所内所有智能设备(微机保护测控装置、通信管理机及其他智能设备等)的数据信息，均通 过该局域网进行传输，在所内局域网上实现数据共享。第三方智能电子设备接入的方式可 以有多种串口和以太网络方式。10/100Mbps自适应光纤以太网构成变电所内局域网，网络结构采用基于快速光纤以太网交换机的星形网络拓扑结构。间隔层的保护测控装置、综合测控装置等具备以太网 接口的设备直接接入间隔层以太网，其它的智能设备通过通信管理装置转接入间隔层以太 网。间隔层通信规约采用建立在TCP/IP协议之上的IEC 60870-5-103标准。局域网的通 信媒介选用光纤以太网，通信协议采用建立在TCP/IP协议之上的IEC 60870-5-103国际标 准通信规约。计算机监控系统与通信管理机之间通讯的网络方式为10M/100Mbps以太网， 应用层采用国际标准IEC60870-5-103的应用层。本技术方案中RT21-SAS间隔层设备与计算机监控系统及通信管理机之间采用双 光纤以太网配置，利用双以太网，可以实现双网冗余及动态流量平衡两种通讯方式，两种 通讯方式可以在线调整。既提高了网络的可靠性又可均衡分配双网的负载流量提高了网 络传输速率，同时采用光纤以太网也最大程度的减小了电磁干扰对通信可能造成的影响。 RT21-SAS间隔层设备与计算机监控系统及通信管理机之间的通讯符合TCP/IP协议的要 求，应用层采用国际标准IEC60870-5-103的应用层。RT21-SAS间隔层设备与计算机监控系 统及通信管理机之间的网络层及传输层通讯协议采用TCP/IP。传输层采用了 UDP/广播及 UDP/点对点两种协议，保证了实时性，能在同一时间将信息传递给所有的节点。4.3时钟对时网络由GPS全球卫星对时系统或远方调度系统为变电所自动化系统提供统一的时钟。 在高铁变电站无人值班综合自动化系统中，设置GPS对时标准时钟源，为变电站内全部智 能设备提供精确的全网络对时。本方案采用的对时方案为B码对时方式，站内微机保护测 控装置支持B码对时，GPS标准时钟源提供多个B码对时接口以一对一的方式对全所保护 测控装置进行精准对时。相比秒脉冲毫秒级的精度，B码对时的精度等级达到了微秒级。本实用新型的有益效果是该高速铁路牵引变电站无人值班综合自动化系统具有 自纠错功能；通信网络双网配置，通信介质采用更加可靠的光纤以太网，实现双网冗余及动 态流量平衡，并减少干扰和不确定性因素的影响；弱化站内监控功能，减少系统开销；采用 通信机双机并行工作机制而不是热备方式，减小了切换时间，真正实现网络无缝切换，提高 了通信管理的可靠性，通信信道采用10M/100M自适应的光纤通道点对点方式，提高数据转 发速度。真正实现高铁对无人值班变电站高可靠性工作的要求。
图1是本实用新型的高铁无人值班牵引变电所综合自动化系统图。图1中NSC300通信管理机以双机接入站内通信局域网，第三方智能设备电度表、 交直流屏通过接入NSC300通信管理机接入网络，NSR600T系列保护测控装置以光纤方式接 入站内通信局域网，站内监控计算机接入站内局域网，GPS标准时钟源提供多路独立的B码 对时口接入保护测控装置组成站内对时网络。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本 发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。图1所示的实例中，系统采用分层、分布式的结构，所有设备采用集中组屏方式， 屏柜采用标准TG6机柜，整个系统共设置7面屏柜，包括1号主变保护测控屏、2号主变保护测控屏，1号馈线保护测控屏，2号馈线保护测控屏，通信处理屏，监控设备屏，电度表屏。主 变保护测控屏配置NSR691T电铁差动保护装置、NSR695T电铁后备保护装置，非电量保护及 操作箱装置，NSR641T电铁备用自投装置。每面馈线保护测控屏配2台NSR611T电铁馈线 保护测控装置。NSC通信管理机2台及GPS标准时钟源安装于通信处理屏，在该屏柜另设两 台M光口光纤以太网交换机，监控系统采用研华工控机及17寸液晶显示器设置于监控设 备屏。各个屏柜的保护测控装置均有2路光纤接口，通过2路光纤跳线接入光纤以太网交 换机，NSC300通信管理机也分别以2路光纤接口接入2台交换机。另设一台调度通信管理 机，NSC300的调度通信接口接入该交换机，该交换机通过以太网方式接入光端机从而接入 调度主干网。监控设备屏的监控主机也通过两路以太网线接口接入通信处理盘交换机从而接 入站内局域网。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改 进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高速铁路无人值班变电站综合自动化系统，其特征是，通信管理机采用双机设 置，与站内各保护测控装置、内监控系统共同接入站内局域网。
2.根据权利要求1所述的高速铁路无人值班变电站综合自动化系统，其特征是，通信 管理机接入站内冗余配置的双光纤以太网络，同时以10M/100MbpS自适应以太网接口接入 调度光纤主干网。
3.根据权利要求1所述的高速铁路无人值班变电站综合自动化系统，其特征是，通信 管理机采用双机并行工作机制，正常运行时，双机同时接收数据，只有主机转发数据，当主 机故障时，备机第一时间切换为主机工作。
专利摘要本实用新型涉及变电站综合自动化系统，尤其涉及一种先进可靠的无人值班变电站综合自动化系统，通信管理机采用双机设置，与站内各保护测控装置、站内监控系统共同接入站内局域网，采用双通信管理机并行工作机制，真正做到了管理机的无缝切换，提高了调度通信的可靠性，通信介质采用更加可靠的光纤以太网，实现双网冗余及动态流量平衡，并减少干扰和不确定性因素的影响；弱化站内监控功能，减少系统开销；管理机采用10M/100Mbps自适应以太网接口直接接入星形调度主干网通道，提高了数据转发速率，适应和满足高速铁路对牵引变电站无人值班综合自动化系统高安全、高可靠性的要求。
文档编号H04L12/24GK201846137SQ20102061102
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者傅强, 石秋生, 贾浩 申请人:国电南瑞科技股份有限公司