关于数字化变电站通信网络体系的探讨（代荣霞）

关于数字化变电站通信网络体系的探讨

代荣霞 湖南电网公司

摘 要：随着通信技术、智能化技术和综合自动化技术的不断发展，，我们即将迎来数字化变电站自动化系统的蓬勃发展的时代，数字化变电站的建设已成为可能。本文就数字化变电站的技术特点及通信网络体系进行论述，指出了数字化变电站必将朝着数字化、智能化、自动化的趋势发展。

关键词：数字化变电站 通信网络体系 1数字化变电站简介

数字化变电站是由数字化一次设备(光电子互感器)和网络化、数字化二次设备(过程层、间隔层、站控层)构建，建立在IEC6l85O通信规范基础上，能够实现变电站内数字化电气设备间信息共享的现代化变电站。简单说就是“一次设备智能化，二次设备网络化”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化、信息传递实现网络化、通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台，这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。

2数字化变电站的特点 2.1智能化的一次设备

智能化的一次设备包括光电／电子式互感器、智能化断路器等。光电／电子式互感器的最大特点是可以输出低压模拟量和数字量信号，直接用于微机保护和电子式计量设备，适应电子系统数字化、智能化

和网络化的需要。由于其动态范围较宽， 因此能同时适用于测量和保护两种功能。光电／电子式互感器具有绝缘性能良好、抗电磁干扰能力强、测量频带宽、动态范围大等特点。

智能化断路器由微机、电力电子组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，实现按电压波形控制跳合闸角度，精确控制跳合闸时问， 减少暂态过电压幅值。通过检测电网中断路器开断前一瞬间的各种工作状态信息， 自动选择和调节与操动机构及灭弧室状态相适应的合理工作条件， 以改变现有断路器的单一分闸特性。在轻载时以较低的分闸速度开断，而在系统故障时又以较高的分闸速度开断等，这样就可获得开断时电气和机构性能上的最佳开断效果。断路器设备的信息由没备内微机直接处理，并独立执行当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。 2.2网络化的二次设备

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规继电器及控制回路的结构，利用IEC61850 GOOSE 通信机制实现网络化的跳、合闸功能和设备本体状态信息的网络化传输。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信。二是各种功能共用统一的信息

平台，二次设备不再出现常规功能装置重复的I／O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块，避免设备重复投入。间隔层的部分功能下放，比如取消了数据采集的AD部分、位置信号的开关量输入和跳闸出口，通过光纤网络数字化的采样值。与过去不同的是间隔层不再是独立的一个体系，而成为一个体系中的一个环节，间隔层对过程层设备和网络设备的依赖性太大了，可靠性很大程度上依赖于光纤通信网络的可靠性，一旦网络出现故障，全站所有保护控制功能都将失效，后果是非常严重的，所以对网络设备的可靠性要求很高。 3数字化变电站逻辑结构上的三个层次

数字化变电站系统的结构；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC6l850通信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信。其网络结构如图所示。

数字化变电站网络结构图

3.1过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：①电力运行实时

的电气量检溯，② 运行设备的状态参数检测；③操作控制执行与驱动。

(1)电力运行的实时电气量检测。与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。 (2)运行设备的状态参数在线检测与统计。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。

(3)操作控制的执行与驱动。操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等。在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。又例如对真空开关的同步操作要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。

3.2间隔层

间隔层设备的主要功能是：(1)汇总本间隔过程层实时数据信息；(2)实施对一次设备保护控制功能；(3)实施本间隔操作闭锁功能；(4)实施操作同期及其他控制功能；(5)对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；(6)承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。 3.3站控层

站控层的主要任务是：(1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；(2)按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；(3)接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；(5)具有(或备有)站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能；(6)具有对间隔层，过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功 能；(7) 具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。 4数字化变电站通信体系实施方法

1)变电站站内光纤网络化。变电站站内光纤网络化，站内一、二次设备之间实现全数字化光纤网通信。。

2)全站统一的标准化半台。逻辑结构上经过功能的组合化设计，利用先进的计算机技术、现代化通信技术和信号处理技术，现对全变电

站的主要设备和输配电线路的自动监视、自动控制与保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。

3)数字化／智能化一次设备，一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路，采用微处理器和光电技术设计，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程控制器代替。

4)减少二次控制和信号电缆。以光缆和少量通信电缆替代户外和控制室成捆的二次控制电缆和信号电缆。减少二次接线占地面积，降低变电站的总造价，降低运营成本。

5)系统数据实现就地采集。采用光纤实现数据信号的传输，信号采集精度高、可靠性强，数据信号源唯一，重复投资少，实现分层控制及分层数据传输．提高数据传输和应用的效率。 5数字化变电站的通信标准

数字化变电站的通信体系基于IEC61850标准。IEC61850提供了变电站自动化系统功能建模、数据建模、通信协议、通信系统的项目管理和一致性检测等一系列标准。按照IEC61850建设变电站的通信网络和系统，是建设数字化变电站的有效途径IEC61850的发布为建设数字化变电站提供了坚实的基础。

按照IEC61850标准，变电站的功能应分为站控层、间隔层和过程层。数字化变电站通信系统应有如图所示通信接口。

数字化变电站自动化系统通信接口

①站控层设备之间的通信接口；②站控层与间隔层设备的通信接口；③间隔层设备之间的通信接口；④ 间隔层与过程层设备的通信接口⑤站控层设备与远方控制中心的通信接口；⑥间隔层设备与远方保护的通信接口。其中通信接口③根据情况在通信接口②或④上实现，通信接口①和②在小规模的变电站可共用一个物理通信网络。通信接口①～④应按照IEC61850标准建设。为了能与现有的调度系统接口，通信接口⑤仍采用IEC60870～5-101或104规约，但远动通信接口设备应有能升级到压IEC61850的能力。通信接口⑥主要用于纵差保护、远跳装置等，由设备制造厂定义，应能在变电站间的通信系统上实现。 根据IEEE及EPRI的实验报告，现有的以太网通信技术完全能够满足变电站自动化的通信要求。以太网技术是主流的通信技术，具有极佳的经济性，并且仍在快速发展中，为变电站自动化系统提供了广阔的发展空间。 6结束语

数字化变电站自动化系统是一个系统工程，通信网络是数字化变电站系统的关键技术。随着计算机技术的曰新月异， 电力技术的不断

创新，可以预计在现有技术水平不断发展和运行经验不断总结的基础上，数字化变电站将以其在数字化、自动化、智能化、等方面的优势，成为未来变电站技术发展的必然趋势。

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