基于數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡選型探討

朱學科

摘 要

隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，新型技術在各個行業(yè)中的應用越來越廣泛，在我國變電站中，為了有效的提高變電站的工作效率，將變電站進行升級，成為數(shù)字化變電站，不僅可以有效的提高變電站的工作效率，還能讓我國變電站進入數(shù)字化的新時代。本文通過對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征及結構進行分析，從數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征和數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構展開討論，然后對變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的要求進行研究，最后對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡進行分析，提出解決該問題的嵌入式以太網(wǎng)的應用方案，希望能有效的提高我國變電站工作效率，進一步將我國變電站推進數(shù)字化的新時代。

【關鍵詞】通信網(wǎng)絡 數(shù)字化變電站 變電站自動化

變電站自動化系統(tǒng)是在計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的基礎上發(fā)展起來的，其不僅有計算機技術擁有的特點，還有著網(wǎng)絡通信技術擁有的特點。變電站自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)變電站提出了挑戰(zhàn)，在傳統(tǒng)變電站的基礎上進行改進和升級得到的。數(shù)字化變電站技術在我國得到了相對較廣泛的應用，然而其技術上的缺陷與局限性也是顯而易見的。此外，當今電力系統(tǒng)內(nèi)部構造日趨復雜化，電壓也隨之大幅升高，這就必然導致對電力系統(tǒng)的承載運行能力的要求大幅提升。當前技術更新?lián)Q代日新月新，如智能電氣設備技術、數(shù)字式互感器技術的日趨完善，高級計算機和網(wǎng)絡在變電站中的交叉運用等。這些技術的發(fā)展使數(shù)字化變電技術必然成為未來發(fā)展的重要方向之一。

1 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征及結構

1.1 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)主要有以下幾個特點：

（1）智能化的一次設備；

（2）網(wǎng)絡化的二次設備；

（3）自動化的運行管理系統(tǒng)。

智能化一次設備：簡單說來，智能開關設備就是指具備高性能的開關控制設備，其主要構成部分為傳感器和執(zhí)行器等電子設備，其不僅有開關功能，還具有信息的共享和檢測等功能。而把IEC應用在變電站內(nèi)通信工程上，為的是高效、便捷地利用網(wǎng)絡通信先進技術條件，致力于實現(xiàn)關于二次設備的信息互享、互操、靈活配置的目的。就目前專業(yè)領域內(nèi)對電子式傳感器的分類主要為兩個主要類別，即有源電子式互感器、無源電子式互感器。前者主要是靠電容分壓器感應被測量電壓，低輸出鐵芯線圈和Rogowski空芯線圈感應被測量的電流感應，在遠程傳輸中，是將電子模擬的信號轉化為數(shù)字信號，而終極再通過光纖完成對信號的傳遞。無源電子式互感器則分別靠磁光和電光效應和來誘導被測電流信號和被測電壓信息，并最終將信號通過光纖的形式進行傳達。

網(wǎng)絡化的二次設備：在數(shù)字化變電站中常用的二次設備有很多種，比如如繼電保護裝置、測量控制裝置等等，這些都是數(shù)字化變電站中不可缺少的設備，通過將這些裝置和設備標準化能夠有效的提高變電站的工作效率，并且保證工作人員的生命安全，所以說，加強對網(wǎng)絡化二次設備的標準勢在必行。

自動化的運行管理系統(tǒng)：數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的整個運行過程都是有電腦控制的，所有的操作都不需要人工操作，只需要對其進監(jiān)控，在變電站工作過程中發(fā)生故障的時候，系統(tǒng)會自動檢測到哪里有問題，而且會導出相應的故障報告，工作人員看到之后就會進行相應的檢測維修，這樣不僅可以有效的提高變電站的工作效率，還能對工作人員的生命安全做出一定的保障，因此，對變電站進行自動化系統(tǒng)管理很有必要，而且能有效的改變傳統(tǒng)變電站的工作管理模式。

1.2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構

數(shù)字化變電站的自動化系統(tǒng)結構包括變電站層、間隔層以及過程層三個層次。變電站層主要是對全網(wǎng)的用戶信息繼續(xù)收集，然后及時更新變電站的信息庫，并且能夠對間隔層和過程層傳輸命令，對間隔層和過程層的活動進行管理。間隔層是將變電站層傳輸?shù)闹噶钸M行收集，然后進行相應的處理，傳輸誒過程層，起承上啟下的作用；過程層就是進行實實在在的操作過程，所有的指令完成都在過程層中完成，所以說，為了保障數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的正常運行，就需要加強對過程層的建設和維護。

在本數(shù)字化變電站的設計中，以現(xiàn)有的35kV變電站為基礎，將35kV單個母線分為若干段，兩個進線路為一個主一個備；一條進線裝配一臺35kV直配變，同時需要添加有載調(diào)壓變壓器兩臺，一種作為一種備用的電源；有兩臺屬于集中無功補償部分，分別連接在10kV的兩條母線上；而10kV單母線分為若干段，每一段母線各出六路線。在這個變電站設計中，將保護、測控設計融為一身，兩條可以起到保護變壓器高、低壓側提供過流。在測控功能上，二次和五次諧波和差動以及制動電流等測量值，同時也具有故障記錄波、數(shù)據(jù)記錄等多種功能。兩條母線進線需要配置一臺線路以便于速斷和線路差動保護，讓過流完整輸入，最終起到保護裝置的作用。兩個屏分別設在兩臺主變器上面，兩個母聯(lián)和進線保護一個屏。在本文所論述的模型當中，35kV電氣主接線主要存在兩種配置方法，即組屏方式安裝模式分散安裝模式。歸納考慮各種技術利弊等因素，本方案采納的是前一種模式，這就要求兩段母線只要再有兩個多饋線保護裝置即可起到掩護這兩套各組的兩個屏。

間隔層之間的通信是變電站站網(wǎng)絡面對的主要處理任務，與此同時還要和人機工作站等交換信息，而且還需要和各級調(diào)度信息互換。但是，由于間隔層IED數(shù)量十分巨大，數(shù)據(jù)承載量也就隨之加大，所以其就有網(wǎng)絡擁堵的弊端，為了克服這一不利現(xiàn)象，變電站網(wǎng)絡就需要采用千兆雙光纖交換式以太環(huán)網(wǎng)絡結構，才能保證通信的質量和準確度。保護、測控以及電子式互感器之間的采樣值傳輸過程通常會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流，而這一過程需要有較高的準確性和及時性的要求。過程層組網(wǎng)一般遵循四種不同的組成規(guī)則，即為面向間隔、位置、單一總線功能原則。值得一提的是，面向間隔組網(wǎng)的方式非常便于后期的維護，此外其互操作性和互換性可以直接在間隔層面實現(xiàn)或在IED層面實現(xiàn)。endprint

2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的要求

通過上述對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結構進行分析，提出下面兩點對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的要求，希望能有效的促進我國數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的建設。在數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的建設過程中，需要建立起變電站層——間隔層——過程層的模式，然后通過計算機信息技術和網(wǎng)絡通信技術對其進行實時的監(jiān)控，保障該系統(tǒng)能夠正常運行，并且在運行過程中出現(xiàn)故障的時候，可以進行故障分析，并導出相應的故障分析，這樣可以更加便于工作人員進行系統(tǒng)的維修和維護，在一定的程度上提高了系統(tǒng)運行的效率。

對變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的要求主要有：

（1）對其功能有嚴格的要求，該自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡需要具備及時與主機進行信息交流的功能，將系統(tǒng)設備的工作狀態(tài)等及時反映給工作人員，這樣讓工作人員對系統(tǒng)有更好的掌握。

（2）性能要求，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡要可靠，而且具有一定的開放性，除此之外還需要有很好的實時性，這樣才能保證系統(tǒng)的正常運行。

3 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡

只有滿足上述要求，才能符合數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡的要求，能有效的保證變電站的正常運行，并對工作人員的生命安全做出一定的保障。數(shù)字化變電站使用信息采集技術和計算機信息技術對用戶的信息進行采集和分析，然后做出相應的數(shù)據(jù)分析圖，對變電站的工作有很大的幫助。但是，這一過程是很復雜的，但是為了提高系統(tǒng)運行的高效性，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)使用網(wǎng)絡通信技術，簽訂相應的協(xié)議，保障系統(tǒng)運行的效率。通常的現(xiàn)場總線技術已經(jīng)不能滿足數(shù)字化變電站自動化高速通信的技術要求，目前以太網(wǎng)異軍突起，已經(jīng)引入工業(yè)自動化過程控制領域，固化OSI七層協(xié)議，速率達到110MHZ的以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，為數(shù)字化變電站自動化協(xié)議的開發(fā)研究提供了物質基礎。所以說，加強數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信技術的應用勢在必行，通過網(wǎng)絡通信技術不僅可以有效的提高數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)運行的效率，還能在一定的程度上保障工作人員的工作安全，對數(shù)字化變電站的發(fā)展有很大的幫助。

4 結語

隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，新型技術在我國各大行業(yè)中都有越來越廣泛的應用。在我國數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的建設過程中，就需要通信網(wǎng)絡技術和計算機信息技術的應用。本文通過對我國數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征及結構進行分析，然后提出一些變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的要求，最后對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡進行分析，希望能夠對我國隨著變電站自動化系統(tǒng)的建設有所幫助，有效的提高數(shù)字化變電站的工作效率，并保證工作人員的生命安全，促進我國電力行業(yè)的快速發(fā)展。

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南瑞集團有限公司 江蘇省南京市 211116endprint