變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中內(nèi)部通信網(wǎng)研究

楊 娜

（商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中內(nèi)部通信網(wǎng)研究

楊 娜

（商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

變電站是我國當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分之一，而變電站在一定程度上也是地區(qū)性用電安全以及用電穩(wěn)定的有力保障。在電力系統(tǒng)以及電力設(shè)備運(yùn)行的過程當(dāng)中，它們之間的通信是非常關(guān)鍵的，傳統(tǒng)的老式通信結(jié)構(gòu)以及通信模式已經(jīng)不能再滿足當(dāng)前國家電網(wǎng)發(fā)展的需要，因此，就需要不斷地引進(jìn)新型的、更加科學(xué)、快速、準(zhǔn)確的通信系統(tǒng)，來保障變電站內(nèi)部的正常運(yùn)行。文章通過對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中內(nèi)部通信網(wǎng)的研究，發(fā)現(xiàn)了其特點(diǎn)以及優(yōu)越性，對(duì)其功能進(jìn)行了相關(guān)的分析，并為其未來的發(fā)展提出了幾點(diǎn)切實(shí)可行的建議。

變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；通信

計(jì)算機(jī)信息科學(xué)技術(shù)在快速發(fā)展的這幾十年里，帶動(dòng)了許多產(chǎn)業(yè)的誕生和發(fā)展，同時(shí)也讓已有行業(yè)的發(fā)展增添了更加有力的武器。本文中的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)就是在計(jì)算機(jī)信息科學(xué)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展中，經(jīng)過研究和改造，建立起來的一套較為科學(xué)的能夠滿足變電站內(nèi)部通信要求的通信系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)以及應(yīng)用，在很大程度上非常顯著地提升了變電站日常的運(yùn)作水平，也提升了變電站各項(xiàng)設(shè)備的功能性，而且這種自動(dòng)化系統(tǒng)自推出之日起，就得到了非常迅速的應(yīng)用和發(fā)展。自動(dòng)化系統(tǒng)改變了變電站傳統(tǒng)的二次設(shè)備的組態(tài)模式，在電網(wǎng)的運(yùn)行過程中大幅提升了其自動(dòng)化水平，不僅僅提升了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，而且還在變電站建設(shè)成本方面有所降低，達(dá)到一舉兩得的效用，因此，這種系統(tǒng)在電力系統(tǒng)以及電力部門的發(fā)展當(dāng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是由于目前很多變電站系統(tǒng)后臺(tái)的監(jiān)控設(shè)備、安穩(wěn)設(shè)備以及直流設(shè)備的通信協(xié)議出現(xiàn)了部分誤差，使得不同設(shè)備的相互銜接較為困難，而且穩(wěn)定性也受到了非常大的影響，在這樣的情況下，就造成了系統(tǒng)維護(hù)工作量的加大以及系統(tǒng)升級(jí)的困難。所以，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用就顯得十分重要了，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將控制、自動(dòng)裝置以及遠(yuǎn)動(dòng)的技術(shù)結(jié)合在一起，并且還實(shí)現(xiàn)了安全、維護(hù)、管理等方面的直接效益，對(duì)于變電站的發(fā)展是十分有利的。

將保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動(dòng)、自動(dòng)裝置、故障錄波等分散的技術(shù)集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理，可以給運(yùn)行、安全、設(shè)計(jì)、施工、檢修、維護(hù)、管理等諸多方面帶來直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的詳細(xì)分析

所謂的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，就是將變電站運(yùn)作過程當(dāng)中涉及的二次設(shè)備，比如信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等眾多裝置經(jīng)過科學(xué)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站主要的運(yùn)行設(shè)備、輸電線路等裝置的自動(dòng)監(jiān)視、檢測(cè)、控制、保護(hù)和綜合調(diào)度的功能?？偟膩碇v，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)就是將變電站的主要設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控、檢測(cè)以及保護(hù)、調(diào)度的系統(tǒng)，以保障變電站運(yùn)行效率的提升和安全性的提升。

整個(gè)變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)的核心就是利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、信息處理技術(shù)來代替以往人工進(jìn)行的各種操作，對(duì)變電站進(jìn)行更加全面、及時(shí)、高效的監(jiān)控和自動(dòng)管理，而且變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具備以下幾個(gè)特征。

1.1 綜合功能

從整體來講，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行了全面的監(jiān)控和管理，在滿足基本要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)變電站所要求功能的最優(yōu)化。

1.2 系統(tǒng)模塊化

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將不同功能的保護(hù)、監(jiān)控、控制以及各類裝置與計(jì)算機(jī)技術(shù)相連接，這樣一來，這幾個(gè)模塊的數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)的信息就能實(shí)現(xiàn)共享，而且模塊化的結(jié)構(gòu)還對(duì)工程的分布方式有很好的適應(yīng)性。

1.3 設(shè)備監(jiān)控可視化

采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)之后，工作人員可以通過監(jiān)控屏幕就及時(shí)了解變電站的各處設(shè)備以及輸送電線路的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)他們的實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。

2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分析

自從我國20世紀(jì)80年代末制造成功第一個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的就開始加速發(fā)展，而且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式也在不斷地進(jìn)步與完善，結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)由傳統(tǒng)的集中式發(fā)展為了當(dāng)前的分層分布形式，同時(shí)按照不同裝置的安裝差異，又可以分成不同的組合類型。

2.1 集中式的結(jié)構(gòu)

在這種集中式結(jié)構(gòu)當(dāng)中，是對(duì)變電站的開關(guān)量、數(shù)字量已經(jīng)運(yùn)行涉及的很多信息通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)系統(tǒng)的處理，來完成相應(yīng)的類似微機(jī)監(jiān)控、保護(hù)以及其他自動(dòng)化控制的工作。但是，集中式結(jié)構(gòu)是相對(duì)較為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，因此，其信息處理并非由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成全部工作，而是根據(jù)不同的功能劃分成不同的模塊系統(tǒng)來進(jìn)行工作。

2.2 分層結(jié)構(gòu)形式

分層分布結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用對(duì)象有所不同，這種結(jié)構(gòu)形式是將變電站運(yùn)行的電氣間隔元件作為研究對(duì)象來進(jìn)行開發(fā)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其元件相關(guān)生產(chǎn)和應(yīng)用的自動(dòng)化監(jiān)控。分層的結(jié)構(gòu)也是要經(jīng)過詳細(xì)考量的。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分層的機(jī)構(gòu)要將整個(gè)變電站的一、二次設(shè)備整體分成3層，分別為過程層、間隔層以及站控層。

過程層，主要包含的是變電站內(nèi)部設(shè)備中的一次設(shè)備，比如母線、變壓器、電容器、電壓互感器等，這些設(shè)備是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控目標(biāo)，而且過程層也是變電站內(nèi)一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合部分。

間隔層中的智能電子裝置（Intelligent Electronic Device，IED）通過電壓互感器、變送器以及繼電器等相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行過程層眾多設(shè)備的運(yùn)行信息，比如電流、電壓、功率等信息以及隔離開關(guān)、斷路器等相關(guān)設(shè)備的位置狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)過程層的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、控制及保護(hù)。

站控層是借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行與間隔層之間的信息互換與交流，進(jìn)而完成對(duì)變電站內(nèi)部全部一次設(shè)備的監(jiān)控、間隔層設(shè)備的監(jiān)控以及眾多設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理工作，而且站控層還能夠與調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)信息交流與互換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3 分布結(jié)構(gòu)形式

分布結(jié)構(gòu)形式指的就是變電站監(jiān)控系統(tǒng)在資源邏輯以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的主要分布形式，主要完成的工作是要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度來對(duì)功能方面的有關(guān)問題進(jìn)行處理。它主要是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行互聯(lián)，組成分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在組成的這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以獨(dú)立地完成自身應(yīng)該完成的工作，而在完成各自任務(wù)的同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)互相的協(xié)調(diào)與合作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面管理。

3 變電站綜合自動(dòng)化存在的問題以及未來發(fā)展方向研究

3.1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在問題分析

盡管變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體現(xiàn)出了非常大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是在不斷的應(yīng)用過程當(dāng)中，也發(fā)現(xiàn)了它的一些問題。而這些問題主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）很多設(shè)備的信息交互系統(tǒng)還是保持著電纜接線的模式，建設(shè)成本高且維護(hù)不便；（2）二次數(shù)據(jù)的采集會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的重復(fù)；（3）多套系統(tǒng)共同工作，設(shè)備與系統(tǒng)之間的互聯(lián)較為困難，相關(guān)的有用信息難以被綜合利用；（4）而如果某些設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大量的警告信息，不能實(shí)現(xiàn)有效故障確定，會(huì)影響工作人員的判斷，形成一定的危險(xiǎn)性。

另外一部分問題是變電站所用設(shè)備的問題，目前，很多變電設(shè)備生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，科學(xué)檢測(cè)不達(dá)標(biāo)，雖然一定時(shí)間內(nèi)能夠滿足使用需求，但是在后期的使用當(dāng)中就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備故障、壽命縮短、維護(hù)成本增高等不良現(xiàn)象。而不同產(chǎn)品之間的接口不同也造成了一定的設(shè)備障礙，尤其是IED裝置的接口問題，比如遠(yuǎn)程終端設(shè)備（Remote Terminal Unit，RTU）與通信裝置、電流接地裝置、故障錄波與通信控制器等[1]。不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備需要耗費(fèi)工作人員極大的精力去調(diào)試數(shù)據(jù)格式以及通信規(guī)約，這樣一來，就增大了工作量。而且當(dāng)前國內(nèi)的傳輸規(guī)約有很多種，比如IEC 60870-5-103，IEC 60870-5-101等，很多廠家以自己生產(chǎn)的產(chǎn)品為中心，造成不同廠家之間的設(shè)備互聯(lián)困難的現(xiàn)狀。

3.2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)未來發(fā)展分析

IED在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有所進(jìn)步，比如將間隔層的測(cè)控單元、保護(hù)裝置以及RTU在IED之間，采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線或者以太網(wǎng)接口。

其次也應(yīng)該將非常規(guī)互感器進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用，這種互感器電平較低，測(cè)量范圍較大，而且測(cè)量準(zhǔn)確與測(cè)量區(qū)間較大。這種互感器可以直接用于電子設(shè)備，省掉了中間環(huán)節(jié)，能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)調(diào)的數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化的需要。

而在IEC 61850的應(yīng)用方面，由于該標(biāo)準(zhǔn)以電力系統(tǒng)運(yùn)作過程的特點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此該標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足實(shí)時(shí)信息傳遞的需求，在不斷的應(yīng)用中體現(xiàn)出了其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，為電力自動(dòng)化系統(tǒng)制定了一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的格局，因此，此標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)成為電力系統(tǒng)運(yùn)行組件的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)[2]。在監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方面，可視化系統(tǒng)不僅為無人值班的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)方可視化與遠(yuǎn)端控制，因此，在未來的發(fā)展當(dāng)中，更高端的監(jiān)控產(chǎn)品的使用一定會(huì)為自動(dòng)化系統(tǒng)增添光彩。

[1]李蘭欣.基于IEC61850的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信體系的研究[D].北京：中國電力科學(xué)研究院，2003.

[2]徐禮葆.基于IEC61850的電子式電流互感器研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：華北電力大學(xué)，2003.

Research on internal communication network in substation automation system

Yang Na
（Shangqiu Institute of Technology, Shangqiu 476000, China）

The substation is an important part of China’s current development of the power system, as well as regional electricity safety and stable electricity use guarantee to some extent. In the process of equipment operation, the communication between them is very important. The traditional old-fashioned communication structure and communication mode can no longer meet the needs of the current national grid development, therefore, it is necessary to introduce more new, more scientific, faster, and more accurate communications system to guarantee the normal operation of the substation. Based on the research of the internal communication network in substation automation system, its characteristics and advantages are found, its function is analyzed and some practical suggestions are put forward on its future development.

substation; automation system; communication

楊娜（1984— ），女，河南柘城人，講師，碩士；研究方向：通信與信息系統(tǒng)。