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 南京国电南自RS-6000综合自动化系统概述

1 适用范围

RS-6000综合自动化系统是在总结国内外同类产品                                                                                                                                                                                              它的优点，充分考虑用户需求并结合发电厂、变电站现状及未来发展而开发研制的新一代系列化产品，涵盖了220KV以下电压等级的输配电线路保护、主设备保护和测量控制系统，提供了220KV以下变电站综合自动化和各种容量的发电厂电气自动化的完整解决方案。

2 技术特点

RS-6000系列保护测控装置采用了目前继电保护领域全球最为先进的32位双CPU硬件平台，嵌入式RTOS系统构筑了强大的软件平台，基于TCP/IP协议的嵌入式以太网通信构建了全球最为可靠快速的网络系统，图形化逻辑编程技术的应用避免了人为的软件错误，装置超强抗干扰能力远远高于国家标准，根本上杜绝了误动拒动的可能。

2.1装置高端配置：

• 配备两套Motorola32位CPU微处理器，速度快、可靠性高、资源丰富、扩展余地大。
• 配备高达1M大容量RAM及FLASH，存储处理庞大的数据，可对50次故障全过程进行录波。
• 配备基于TCP/IP协议的高速工业以太网接口，支持即插即用，支持光纤通讯，装置和监控计算机直接通信组网，为建立企业级自动化系统提供了最先进的基础平台。装置同时配备两个RS485接口。
• 配备16位的保护用A/D转换，每周波采样24点，精度高、速度快，满足各种保护精度要求。
• 配备DSP数字信号处理器，由纯硬件的方式实现全部测量功能，实现了内置电度表功能，达到计量级标准。
• 一路4～20mA电流输出，代替变送器，电流电压功率灵活选择。
• 配备大屏幕液晶显示器，全汉化操作、显示，不需说明书即能完成操作；
• 配备完善的LED灯光指示，装置状态及故障信息有液晶报告和LED灯光两种明确指示，运行人员一目了然。
• 配置故障分析帮助软件，能够重现故障过程，给事故分析极大方便。
• 装置具有自校验功能，保护和测量精度免调校。
• 基于RTOS系统结构的软件watchdog（看门狗）和完善的硬件watchdog保证了装置的稳定性，CPU故障时自动闭锁出口。
• 完善的自检功能，故障定位到芯片，装置无故障指示，即可正常运行，长期免校验。
• 装置采用背插式结构，实现了强弱电分离，内置完善的抗干扰组件，大大提高了装置的抗干扰性能，所有强电回路可以直接接入装置。
• 装置采用全封闭结构，低功耗SMT工艺，适用于电力系统及化工、煤矿等特殊行业。
• 操作回路内置完善可靠的防跳跃回路，不再需要开关柜内机械防跳回路，简化了外部接线；
• 跳合闸电流0.5～5A自适应，对开关柜没有特殊要求。
• 对于交流操作电源的场合，装置通过内部24V电源进行开关位置监视，并配有完善的操作回路，彻底解决交流操作问题。

2.2抗干扰设计

本产品系列在总体设计及各模块设计上均充分考虑了可靠性的要求，在程序执行、信号指示、通信等方面均给予了详尽的考虑。在装置任何端子上实施4kV瞬变干扰脉冲，在装置任何部位实施15kV空间静电放电干扰或8kV接触静电放电干扰，保护不拒动、不误动，抗干扰能力远高于国家标准要求；装置强调了超低功耗设计，整机不出现功率元件，从根本上解决了同类产品因长期运行发热导致误动拒动的现象，装置在绝缘、震动、潮湿等各个方面性能指标也大大超过国家标准，远远领先国内同类产品。装置组屏或安装于开关柜上时，不需安装任何另外的交、直流输入抗干扰模件，可适用于任何恶劣的运行环境。

2.3系统特点

2.3.1 完整的自动化解决方案

从方案设计开始始终贯彻的设计思想：以高性能的子系统构筑优异的综合自动化系统,避免以往采用拼凑式构成的自动化系统从单元设备通信网络到监控系统等诸方面给整个系统带来的限制，以减少工程设计、生产、运行、维护以及系统扩展等各个环节的协调工作量，从而使系统构成的方式更加清晰，使系统信息的获得更加快捷，使系统维护的工作更加简单，使系统扩展更加方便。

2.3.2 全以太网无瓶颈的快速响应系统

从间隔层的单元设备即采用以太网的通信方式，加之单元设备内部采用了高效率的平衡式通信方式，使得RS-6000 在信息的采集传输响应等各个环节都较以往的分布式系统有了质的飞跃。

嵌入式以太网的应用无疑是飞跃式的。在以太网出现之前无论是RS-232C、EIA-422/485 都无法避免通信系统繁琐、通信速度缓慢的缺陷，这使得在以往的自动化系统中通信问题始终没有一个理想的解决方案，现场总线的应用部分地缓解自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网及其嵌入式应用使这一问题的解决变得豁然开朗，因为以太网通信速度比此前的任何一种通信方式提高了几个数量级，RS-6000综合自动化系统在此方面又领先了一步，它将以太网的嵌入式应用直接延伸至单元设备中，配合设备内部的平衡式通信，使得整个系统的通信非常快捷。

2.3.3 开放性设计思想

RS-6000的开放性极大地提高了它与其他设备之间的可互操作性，在单元设备的接口设计中除了上述以太网通信接口外，还提供了与现有通信方式(RS-232C EIA422/485 或现场总线)的兼容性设计，使用开放式的TCP/IP 协议可方便地与广域网相联。

2.3.4 高性能硬件平台带来强大的功能

a) 单元设备的通用性和可继承性使得产品的使用和维护变得更为简单可靠。

b) 单元设备在诸如模数转换回路的精度和动态范围测量回路的精度和稳定性等性能得以提高。

c) 单元设备可以记录完整的过程信息并将此信息保存在非易失性存储器中，实现了过程的全息再现，为系统的运行和分析提供了有力的保障。

2.4通信网络

综合自动化系统要求站内设备的信息可充分共享，并通过远动通信接口实现与外部系统的信息共享，构建一个快速稳定可靠和富有弹性的通信网络是综合自动化系统的基本要求，也是整个电力系统运行管理自动化的根本前提。

RS-6000 的通信子系统由站内通信网络、远动通信接口以及与其他智能设备接口等三个部分组成。

2.4.1 站内通信网络

站内数据流通信要求自动化系统完成的功能分为7组:

1. 远动功能
2. 自动控制功能
3. 测量表计功能
4. 继电保护功能
5. 与继电保护相关功能
6. 接口功能
7. 系统功能

上述各组功能对通信均有各自不同要求，其中1、2、4、6 需较高的实时性，2、3、5需较高的数据吞吐能力，对站内通信网络的设计提出了很高的要求：

A) 通信技术的发展过程及趋势

早期的自动化系统中由于当时技术条件的限制广泛采用简单串行通信技术来实现，通信网络在实践中暴露出以下问题：

1. 通信速率低，一般不超过9.6kbps，在需实时传输大量数据时力不从心；
2. 在采用星型拓扑结构时系统站点和功能的扩展困难；
3. 若使用总线式拓扑结构由于不能实现平衡传输只能运行polling 规约传输；
4. 不能在通信网中设置一个以上的主机，因而不能享有多主机技术带来的各种优越性能；
5. 由于性能低下要实现完整的功能通信网的规模和复杂性令人生畏。

现场总线是专为小数据量工业控制领域的通信设计的廉价网络，当作为厂站自动化的主干网时，总体性能随节点数的增长迅速下降，由于强调专用性而牺牲了通用性，长期缺乏统一的国际标准，在通信节点多、通信数据量大时不得不忍受其以下不足：

1. 通信节点超过一定数量后响应速率迅速下降到不能接受的水平，不能适应大型综自对通信的要求；
2. 有限的带宽使录波等大量数据的传输延迟大到不能令人满意；
3. 总线型拓扑结构在网络的任一点故障时均可能导致整个系统崩溃且难以诊断故障点；
4. 由于标准的不统一，许多网络设备和软件需专门设计，很难使自动化的通信网络标准开放。

以太网具备压倒性的优势成为自动化系统中通信技术发展的趋势，经过二十年的发展，以其优越的综合性能成为网络连接的标准，在全球占有90%以上的份额，并大量使用于工业控制领域。

站内使用以太网的优越性：

1. 网络的通信带宽

以太网的带宽高达10Mbps 以上，100M 以太网也已广泛使用，以太网的一个冲突域中可支持1024 个节点，节点数小于100 时，10M 的以太网即使负载达到50%（500kB/s）响应时间也小于0.01 秒。由于用交换式集线器能把一个以太网分为数个冲突域，可以把节点数大于100 的变电站分为若干个节点数小于100 的子网来保证响应速率，完全能满足实时性的要求。

2. 网络的通信媒介

通信介质可使用同轴电缆、双绞线、光纤等，并能在一个网络中混合使用，可根据需要灵活选用。

3. 网络的拓扑结构

网络拓扑结构可为总线型或星型，同样也可两者混用，基于集线器的星型拓扑结构和结构化布线技术使以太网的可靠性达到很高的标准，任何节点的故障因被集线器隔离而不会扩散。集线器是高可靠设备，MTBF 大于20 年，不会降低网络的可靠性。集线器的运用使网络的性能提高，站点扩展可通过集线器的升级或堆叠来完成，灵活方便。

4. 网络的资源支持

以太网作为真正的开放型系统，由于全球大量的使用，数不清的网络工具和网络设备及高层规约对以太网提供了充分支持，而且每天都有巨大的人力和物力资源用于以太网的研究，我们可不断从以太网的技术进步中收获喜悦。

B) RS-6000 以太网通信网络的实现

RS-6000 仍采用分层分布的体系，变电站层使用100M 以太网，间隔层使用10M 以太网，均采用基于集线器的星型拓扑结构，传输介质根据需要选择双绞线或光纤，间隔层的保护装置直接接入间隔层以太网，其它分布布置的智能设备通过规约转换器转接入间隔层以太网，根据设备所属间隔和物理位置连接到适当的间隔层集线器，然后再将所有间隔层集线器接入厂站层集线器，所有的站级设备均直接接到厂站层集线器。

对于站点较多的站，厂站层集线器选用交换型集线器将间隔层分成若干子网，限制每个冲突域的站点数量不致过多，以确保系统响应速率。

与以太网在底层网络技术占有的统治地位一样，TCP/IP 协议在全世界范围内从局域网到广域网都得到了极其广泛的应用，使用TCP/IP 协议保证了不同厂家异构网络的互联，网络十分健壮，实践表明，它可在参数变化极大、子网服务质量较差的广域网如Internet 上工作得相当稳定可靠，用在通信质量较好的局域网上自然更加得心应手。TCP/IP 与以太网技术的结合为RS-6000 的应用层通信规约提供了一个高速、灵活、可靠和开放的平台。

2.4.2 远动通信接口

由于电力信息分层管理的需要，RS-6000 站内网上流通的各种数据还需要根据使用者需要传递至各级调度系统，即实现传统意义上的远动功能。

RS-6000综合自动化系统利用专门的通信服务器完成自动化系统(运行TCP/IP 的10M 以太网)和各种外部网络的互连，可以收集站内所有智能装置的信息，使用各种标准通信规约以一对多的方式进行发送，并对各上位机下达的各种控制命令进行分析后发往对应的设备，正确执行。

RS-660 通信服务器在软件上兼容多种厂商/国家/国际的远动通信规约，也能在较短时间内实现使用者特殊的规约，远动接口能为全站统一提供高精度的卫星时钟，并能在没有GPS 的时候采用来自某个主站的信道时间统一全站时钟。

2.4.3 其它智能设备接口

RS-6000综合自动化系统采用了开放式设计思想，不同厂家的智能设备完全可以通过RS-660通信服务器方便地将不提供以太网的微机化设备连接进RS-6000综合自动化系统的站内骨干网。智能设备被虚拟为一个以太网节点。

2.5 RS-6000保护与控制系统

RS-6000 保护与控制系统实现了统一硬件平台、统一软件平台、统一操作界面、统一信息处理的设计思想。

2.5.1 先进性

RS-6000 的设计者们总结了十几年微机继电保护与控制系统的设计制造和工程应用的经验，广泛吸取了国内外同类产品的应用经验和信息技术发展的最新成果，并对新技术的应用作了一系列带有前瞻性和探索性的工作，使产品在技术上具有一系列的先进性，主要表现在以下新原理新技术的应用：

1. 背插式结构的电磁兼容方案
2. 嵌入式实时多任务系统
3. 图形化的逻辑可编程技术
4. 过程的全息再现技术
5. TCP/IP 的嵌入式应用
6. 嵌入式WEB Sever 技术

2.5.2 高性能的通用硬件平台

RS-6000自动化系统的保护与控制子系统各单元设备本着高起点大资源的设计理念，率先采用了先进的32 位微处理器，改变了紧凑型系统设计在功能改进和功能扩展时捉襟见肘的局面，实现了诸多先进技术的嵌入式应用(如实时多任务操作系统和TCP/IP 等)，并且为功能扩展预留了足够的资源。

2.5.3 易维护易升级的通用软件平台

受惠于高起点大资源的硬件平台，软件平台采用了C 语言编程，完全的模块化设计可以实现从一个硬件平台向更先进硬件平台的轻松移植，所做的工作不过是再编译一次程序和详尽的试验验证，保证了产品保护原理保护逻辑和保护功能的完美继承性。

2.5.4 人性化设计

1. 采用全汉化液晶显示器，显示信息多
2. 事件和定值全部采用汉字显示或打印，摒弃了字符表述方式
3. 录波数据以波形方式输出，包括模拟量和重要开关量可由突变量或开关变位启动
4. 定值以汉字表格方式输出，控制字既可按十六进制整定也可以按功能设置
5. 在采样回路中选用高精度高稳定的器件保证正常运行的高精度，避免因环境改变或长期运行而造成采样累积误差增大
6. 产品中无可调节元件，无需在现场调整采样精度，大大提高运行稳定性
7. 全汉化WINDOWS 界面的调试和分析软件，不但能完成人机对话的功能，还能对保护录波数据分析
8. 完善的自检功能满足状态检修的要求

2.5.5 运行过程的全息再现反演

应该说保护和控制设备动作过程的再现和电力系统故障反演是每一个运行管理人员和保护开发人员共同的心愿，同时对于事后事故分析杜绝原因不明的事故也是至关重要的。RS-6000自动化系统每个单元设备都具有运行过程的全息再现反演功能，除提供一次系统电压、电流、二次接线的开入信息外，装置动作时刻的采样值、装置内各保护/控制元件的动作状态都一览无遗，系统故障情况、装置动作正确与否及原因的分析不再困难。录波数据在每个设备中可记录8至50个，记录的事件数不少于1000 条，且存储的信息在掉电后不会丢失。

2.5.6 单元设备直接接入以太网

TCP/IP 技术的嵌入式应用实现了以太网直达间隔层每个单元设备，单元设备直接通过以太网交换机接入以太网而不需任何外部转换设备，凡由多个微处理器模件构成的设备，其内部全部采用平衡式快速网络通信，极大程度地消除了内部通信瓶颈，真正实现了全以太网无瓶颈快速响应系统。

2.5.7 可靠性

困扰电力工作者已久的电磁兼容问题在RS-6000自动化系统放到了首先考虑的地位，始终如一贯彻在系统设计中，并在其保护与控制子系统中得到了彻底的解决：

在RS-6000 的电气设计中，元器件的选择、核心控制回路、输入与输出回路、乃至结构设计等方方面面，对电磁兼容性都给予了细致的考虑，在采样数据传输、程序执行、信号指示、通信等方面尤其注重。经试验，在装置任何端子上实施4KV瞬变干扰脉冲，在装置任何部位实施15KV空间放电干扰或8KV接触静电放电干扰，装置未出现数据传输错误，未出现CPU复位，未出现异常信号或异常液晶信息显示，装置不拒动，不误动，高于国家标准要求。所有这些努力使RS-6000单元设备无需外加任何抗干扰措施的情况下，顺利通过了全部最高等级的国家标准测试。全部的试验结果表明，RS-6000的电磁兼容性能大大高于国家标准的要求或国内同类产品相应的性能指标，从根本上为全部单元设备彻底下放扫清了***的障碍。

由于本系列保护测控装置在抗干扰能力上有充分考虑，故在使用本系列装置时不需要安装另外的交、直流抗干扰模件。