淺析綜自變電站中自動化通信及存在的問題

牛曉剛　王　煥

摘要：文章論述了一種變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法。通過對綜合自動化變電站的層次劃分和數(shù)據(jù)交流的分析研究，以及對站內(nèi)通信實際存在問題充分分析，建立了符合變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機間的網(wǎng)絡(luò)通訊。

關(guān)鍵詞：綜合自動化變電站；自動化通信；通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TM764文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0033-02

變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點。近年來，隨著我國電網(wǎng)高速發(fā)展及通信技術(shù)的應(yīng)用，綜合自動化變電站自動化系統(tǒng)通信復(fù)雜程度也大大的提高。分散分層分布式是變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向，這就對通信的可靠性提出了更高的要求，選擇一個可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是解決問題關(guān)鍵。90年代中期，國內(nèi)外曾掀起一場“現(xiàn)場總線熱”，但是由于技術(shù)上的原因以及采用設(shè)備總線時信息量大且傳輸較慢的特點，造成了現(xiàn)場總線存在多種標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了其發(fā)展。以太網(wǎng)經(jīng)過若干年的發(fā)展，技術(shù)上日臻成熟。隨著嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已十分便利地應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)。以太網(wǎng)具有高速、可靠、安全、靈活的特點，使其在變電站綜合自動化系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。

一、綜合自動化變電站通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

綜合自動化變電站的層次劃分與數(shù)據(jù)交流：根據(jù)IEC國際電工委員會電力系統(tǒng)控制與通信技術(shù)委員會的劃分，變電站內(nèi)的設(shè)備可劃分為如下三個層次：

1．設(shè)備層：包括各種一次設(shè)備，像開關(guān)、線路、電容、TA/TV等。

2．間隔層：各種二次設(shè)備，包括采集、測量、控制、保護、自動裝置、故障錄波等，它們大多能獨立完成某種功能，且具有與外部進行數(shù)據(jù)交換的能力。

3．管理層：對整個變電站進行安全監(jiān)視、控制、操作，并與變電站外部進行數(shù)據(jù)交換，如當(dāng)?shù)乇O(jiān)控微機、與控制中心通信的通信處理機等。

在間隔層和管理層之間，存在大量的數(shù)據(jù)交換，一方面，間隔層內(nèi)的各種智能設(shè)備需要把采集到的信息及時上傳至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)和通過通信處理機送到遠方控制中心，不僅數(shù)據(jù)量大，而且要求具有很高的實時性，像所內(nèi)的事件順序記錄需達到ms級，測量值及信號的刷新時間在3s之內(nèi)完成；另一方面，管理層的系統(tǒng)時鐘、控制與調(diào)節(jié)命令、運行參數(shù)的整定命令，也要快速下發(fā)至各智能設(shè)備。

間隔層的各智能設(shè)備之間，也存在著部分數(shù)據(jù)交換，但這種交換量不大，對實時性要求也不高。由于保護設(shè)備大都是獨立的設(shè)備，故與其他裝置的數(shù)據(jù)交換很少；其他智能設(shè)備，也存在一定量的數(shù)據(jù)交換。

基于以上情況，變電站自動化系統(tǒng)考慮了間隔層橫向按所內(nèi)一次設(shè)備進行分布式配置，有條件時，還可將間隔層設(shè)備安裝在開關(guān)柜上；各間隔設(shè)備相對獨立，僅通過所內(nèi)通信網(wǎng)互聯(lián)，并同管理層設(shè)備進行快速通信。

二、變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)在信息傳輸中存在的問題

1．綜合自動化廠站與主站間的數(shù)據(jù)交換速率慢。常規(guī)的綜合自動化變電站監(jiān)控系統(tǒng)接入調(diào)度自動化主站系統(tǒng)的方式有兩種：即模擬四線E/M（MODEM）方式和低速數(shù)據(jù)傳輸（如RS232、RS422/RS485等）方式，這兩種接入方式數(shù)據(jù)傳輸速率受監(jiān)控系統(tǒng)及光端機四線E/M板或低速數(shù)據(jù)接口板的綜合限制，通常較低（模擬通道最高1200bit/s，數(shù)據(jù)通道通常最高9600bit/s）。目前，很多綜自站都采用模擬通道，而且為減少誤碼率，都采用600bit/s的傳輸速率，隨著電網(wǎng)的不斷擴大，變電站監(jiān)控系統(tǒng)信息量越來越大，在低速傳輸方式下，信息的時延將會成為影響電網(wǎng)安全調(diào)度的一個主要因素。筆者認為利用現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)的以太網(wǎng)傳輸接口，在變電站加裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)變電站監(jiān)控系統(tǒng)信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。網(wǎng)絡(luò)化傳輸提高了遠動通道傳輸速率，增加了通道可靠性，且可方便地利用telnet等網(wǎng)絡(luò)命令進行自動化系統(tǒng)的遠程維護。

2．綜合自動化變電站內(nèi)智能裝置之間數(shù)據(jù)傳輸速率慢。在現(xiàn)有的自動化變電站內(nèi)，存在著不同廠家不同型號的諸多設(shè)備，它們與后臺監(jiān)控系統(tǒng)之間通過LON網(wǎng)、CAN網(wǎng)、串口、以太網(wǎng)、等方式，利用各自的傳輸規(guī)約進行著通信，在通訊過程中，經(jīng)過多種接口和傳輸規(guī)約的轉(zhuǎn)換，造成傳輸速率慢、丟失報文、遙控拒動等問題。筆者就遇到過這樣的問題，在一改造中采用四方華能的CSC2000綜自系統(tǒng)，新增的2號主變保護采用南自廠生產(chǎn)的PST1200保護裝置和PSR651測控裝置，該裝置以以太網(wǎng)方式進行通訊，為了將該裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)，采用了南自廠生產(chǎn)的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，將以太網(wǎng)通訊轉(zhuǎn)換為485通訊，然后經(jīng)過四方的CSF201裝置，將轉(zhuǎn)換后485方式通訊的保護信息及“四遙”信息又轉(zhuǎn)換成四方以太網(wǎng)規(guī)約，接入后臺監(jiān)控。經(jīng)過多次的規(guī)約轉(zhuǎn)換，以及裝置間的不兼容，數(shù)據(jù)傳輸速率慢，當(dāng)?shù)丶爸髡径诉b控命令無法執(zhí)行；并且存在保護報文及遙信信息丟失現(xiàn)象，無法滿足自動化規(guī)程的要求。

三、變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)的基本設(shè)計原則

通信在變電站綜合自動化占有重要的地位。其內(nèi)容包括當(dāng)?shù)夭杉刂茊卧c變電站監(jiān)控管理層之間的通信，變電站當(dāng)?shù)嘏c遠方調(diào)度中心之間的通信。系統(tǒng)通訊網(wǎng)架的設(shè)計是十分關(guān)鍵的，本文從以下方面考慮變電自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)的設(shè)計：

1．電力系統(tǒng)的連續(xù)性和重要性，通訊網(wǎng)的可靠性是第一位的。

2．系統(tǒng)通訊網(wǎng)應(yīng)能使通訊負荷合理分配，保證不出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象，保證通訊負荷不過載，應(yīng)采用分層分布式通訊結(jié)構(gòu)。此外應(yīng)對站內(nèi)通訊網(wǎng)的信息性能合理劃分，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征是要求實時的，還是沒有實時性要求以及實時性指標(biāo)的高低進行處理。另外系統(tǒng)通信網(wǎng)設(shè)計應(yīng)滿足組合靈活，可擴展性好，維修調(diào)試方便的要求。

3．應(yīng)盡量采用國際標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，技術(shù)上設(shè)計原則是兼容目前各種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，并考慮系統(tǒng)升級的方便。

4．應(yīng)考慮針對不同類型的變電站的實際情況和具體特點，系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是靈活多樣的且具有延續(xù)性。

5．系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和通信規(guī)約。

6．對于通信媒介的選用，設(shè)計原則是在技術(shù)要求上支持采用光纖，但實際工程中也考慮以屏蔽電纜為主要的通信媒介。

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