變電站光纖監(jiān)控系統(tǒng)的分析與技術(shù)研究

高鵬　郭仕杰

摘 要：文章首先簡要分析了光纖通信技術(shù)的主要特點，在此基礎(chǔ)上對基于光纖通信技術(shù)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)ψ冸娬颈O(jiān)控系統(tǒng)性能的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：變電站；監(jiān)控系統(tǒng)；光纖通信技術(shù)

中圖分類號：TN913.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2017）03-0047-02

Analysis and Research of Substation Optical Fiber Monitoring System

GAO Peng，GUO Shijie

（Inner Mongolia Electric Power Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Hohhot 010010，China）

Abstract： This paper first briefly analyzes the main characteristics of optical fiber communication technology， and on this basis discusses the design of substation monitoring system based on fiber communication technology. It is hoped that the research of this paper can help to improve the performance of substation monitoring system.

Keywords： substation； monitoring system； optical fiber communication technology

1 光纖通信技術(shù)的主要特點分析

光纖通信技術(shù)具備容量大、頻帶寬的技術(shù)優(yōu)勢，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，電纜被替代為光纖，能夠大幅度提升信號傳遞速率，降低傳輸損耗，其特點具體體現(xiàn)在以下方面。

1.1 信息傳播效率高

光纖通信技術(shù)在信號傳輸中，信號容量可增至微波的50倍以上。因單波光纖終端的接收設(shè)備會對信號頻率造成限制，所以難以充分發(fā)揮出光纖頻帶寬的優(yōu)勢。但是在波分復(fù)技術(shù)的支撐下，能夠滿足光纖通信的超大容量信息傳輸?shù)男枨?，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)超遠(yuǎn)距離傳遞。

1.2 光纖損耗低

光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本投入相對較少，光纖損耗也較低。石英光纖是最為常用的光纖材料，該材料與其他材質(zhì)相比，可降低光纖損耗，減少通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本支出。同時，由于石英光纖屬于玻璃材質(zhì)，是一種絕緣性能好的材料，所以在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中無需考慮電路接地問題，簡化施工工序。

1.3 抗干擾能力強

光纖通信采用的石英材料具備較強的耐腐蝕性，能夠抵抗電磁的干擾，確保信號安全傳輸?shù)浇邮辗剑剐盘杺鬏敳皇軓?fù)雜環(huán)境的影響。同時，光纖通信的保密性好，可免受串音的影響，避免信息被竊取。

2 基于光纖通信技術(shù)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

近年來，隨著我國電力體制改革的不斷深化，推動了電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，變配電系統(tǒng)隨之增多，在新建的變配電系統(tǒng)中，變電站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，由此使得該系統(tǒng)的功能日趨完善，其與變配電設(shè)備之間的結(jié)合也更加緊密，逐步成為變配電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分之一。由于變電站的現(xiàn)場環(huán)境相對比較惡劣，加之站內(nèi)智能設(shè)備較多，并且對通信具有高可靠性的需要，在構(gòu)建變電站監(jiān)控系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)采取有效的通信方式。由上文分析可知，光纖通信技術(shù)具有諸多優(yōu)點，鑒于此，可將之應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，下面就基于光纖通信技術(shù)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計展開論述。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文所提出的系統(tǒng)按照分層分布式的思路進行設(shè)計，由此可實現(xiàn)分散監(jiān)控、集中管理的目標(biāo)。在中心變電站內(nèi)設(shè)置一個監(jiān)控站主站，為使整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)，并對系統(tǒng)進行有效的保護，經(jīng)過研究后，決定采用光纖以太網(wǎng)作為通信方式。光纖調(diào)制解調(diào)器能夠?qū)崿F(xiàn)光信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，常規(guī)的光纖調(diào)制解調(diào)器自帶4個或8個以上的數(shù)據(jù)接口，可完成同步或異步信號的傳遞，其通信速率為2Mbps。通常情況下，變電站監(jiān)控系統(tǒng)所需的通信速率為19200bps，故此能夠滿足正常的通信需求，整個系統(tǒng)共分為以下三個層次。

（1）網(wǎng)絡(luò)層。該層中通信介質(zhì)為單模光纖，選用的光纖調(diào)制解調(diào)器具備自愈功能，由此構(gòu)成了一主一備的光纖通信環(huán)網(wǎng)，如果因為故障問題導(dǎo)致某一段站間的通信鏈路中斷，備用可在30ms內(nèi)啟動，并使系統(tǒng)通信恢復(fù)正常。當(dāng)鏈路恢復(fù)正常后，備用能夠自行切換至主設(shè)備。主設(shè)備與備用設(shè)備之間的切換全都是借助光纖調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn)，由此確保通信網(wǎng)絡(luò)的暢通。此外，光纖調(diào)制解調(diào)器還配備了一個以太網(wǎng)接口，可以和以太網(wǎng)設(shè)備之間進行實時通信。

（2）管理層。該層中配備了2臺計算機，一臺對系統(tǒng)進行監(jiān)控，另一臺作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，由此可實現(xiàn)如下管理功能：系統(tǒng)人機界面監(jiān)控與操作、數(shù)據(jù)庫報表查詢等。同時還配備了打印機，可對實時告警信息及報表進行打印。

（3）設(shè)備層。該層采用光纖調(diào)制解調(diào)器自帶的RS485接口，將站內(nèi)的智能設(shè)備與現(xiàn)場總線連接到一起，由此可使不同設(shè)備的通信協(xié)議以復(fù)用的方式轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，這樣便能夠與上位PC機進行信息交互。

2.2 數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)

（1）按照變電站內(nèi)智能設(shè)備的具體配置情況，為實現(xiàn)與下層設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，監(jiān)控系統(tǒng)在各個站需要對不同的通信協(xié)議進行處理。由于本系統(tǒng)中采用工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備相對較多，如斷路器、配電控制單元等等，因不同的通信協(xié)議無法使用同一條現(xiàn)場總線，所以本系統(tǒng)與光通信共用8個接口的光纖調(diào)制解調(diào)器，工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議支持6條總線，溫度控制儀器和直流屏分別有一個串口與現(xiàn)場總線進行連接。對于同一條RS485總線而言，為便于系統(tǒng)訪問，需要對不同設(shè)備設(shè)定不同的通信地址，在充分考慮變電站監(jiān)控過程對數(shù)據(jù)實時性要求的基礎(chǔ)上，對總線的速率進行確定，最低不得低于9600bit/s。

（2）光纖調(diào)制解調(diào)器可以將不同速率及通信協(xié)議的現(xiàn)場總線信號以復(fù)用的方式進行換換，進而形成統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，這樣便可以在網(wǎng)絡(luò)層中完成數(shù)據(jù)交換。與以太網(wǎng)的傳輸速率相比，設(shè)備層現(xiàn)場總線的傳輸速率僅僅占用了較小的一部分，由此確保系統(tǒng)對數(shù)據(jù)刷新實時性的要求，不僅如此，以該方式進行通信，使得現(xiàn)場總線的速率提升空間大幅度增加，可以使設(shè)備發(fā)揮出自身的潛力。TCP/IP協(xié)議具有開放性的特點，對于監(jiān)控計算機而言，其為計算機擴展了多個串口，可對處于下層的現(xiàn)場總線進行實時監(jiān)控。

（3）對于低壓開關(guān)而言，它的三遙功能可引至二次回路端子排上的常開與常閉觸點信號，并通過MC對其進行實時監(jiān)控，由此可確保遠(yuǎn)程三遙功能的實現(xiàn)，由于MC的通信接口為RS485信號，故此可直接與光纖調(diào)制解調(diào)器進行連接。

2.3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計要點

根據(jù)變電站光纖監(jiān)控系統(tǒng)的功能，其軟件可分為監(jiān)控與數(shù)據(jù)庫兩個部分，具體的設(shè)計要點如下。

（1）監(jiān)控部分的設(shè)計。該系統(tǒng)的監(jiān)控部分主要包括如下程序：后臺監(jiān)控、人機界面監(jiān)控以及通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。監(jiān)控軟件采用微軟公司的WIN7操作系統(tǒng)，并以InTouch作為開發(fā)工具，對相應(yīng)的程序進行二次開發(fā)。本系統(tǒng)的監(jiān)控界面采用的是導(dǎo)航模式，其中除了包含圖形之外還有文字，具體分為以下三個部分：中壓配網(wǎng)、低壓系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)以及告警信息記錄。在監(jiān)控界面上，以不同顏色對不同電壓等級的母線進行顯示，操作人員可以直觀、清楚地從屏幕上看到線路的具體情況，同時還能對下層設(shè)備的電力參數(shù)進行實時顯示。

（2）數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。為與系統(tǒng)的監(jiān)控部分相兼容，數(shù)據(jù)庫計算機也采用微軟公司的WIN7操作系統(tǒng)，并以SQL Server對數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。之所以選用該數(shù)據(jù)庫軟件是因為其能夠?qū)θ我鈺r間及設(shè)備進行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢，并生成Excel報表，可以滿足不同管理人員的使用需要。同時，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)，可生成相應(yīng)曲線，根據(jù)曲線能夠?qū)τ秒娳厔葸M行分析。此外，所有告警信息全部存儲在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并以語音的方式提醒管理人員。

3 結(jié) 論

綜上所述，光纖通信技術(shù)具備諸多優(yōu)點，在變電站監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建中，可對光纖通信技術(shù)進行合理應(yīng)用，由此除了能夠確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膶崟r性和可靠性之外，還能提高信息傳輸?shù)陌踩?，對于變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能的發(fā)揮具有重要的現(xiàn)實意義。

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作者簡介：高鵬（1983—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特土左旗人，本科，通信科副科長，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)通信；郭仕杰（1983—），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士研究生，三級項目經(jīng)理，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)自動化。