基于数字化变电站自动化系统的网络选型探讨

朱学科

摘 要

随着我国科学技术的飞速发展，新型技术在各个行业中的应用越来越广泛，在我国变电站中，为了有效的提高变电站的工作效率，将变电站进行升级，成为数字化变电站，不仅可以有效的提高变电站的工作效率，还能让我国变电站进入数字化的新时代。本文通过对数字化变电站自动化系统的特征及结构进行分析，从数字化变电站自动化系统的特征和数字化变电站自动化系统的结构展开讨论，然后对变电站自动化系统通信网络的要求进行研究，最后对数字化变电站自动化系统的通信网络进行分析，提出解决该问题的嵌入式以太网的应用方案，希望能有效的提高我国变电站工作效率，进一步将我国变电站推进数字化的新时代。

【关键词】通信网络 数字化变电站 变电站自动化

变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的，其不仅有计算机技术拥有的特点，还有着网络通信技术拥有的特点。变电站自动化系统的出现，对传统变电站提出了挑战，在传统变电站的基础上进行改进和升级得到的。数字化变电站技术在我国得到了相对较广泛的应用，然而其技术上的缺陷与局限性也是显而易见的。此外，当今电力系统内部构造日趋复杂化，电压也随之大幅升高，这就必然导致对电力系统的承载运行能力的要求大幅提升。当前技术更新换代日新月新，如智能电气设备技术、数字式互感器技术的日趋完善，高级计算机和网络在变电站中的交叉运用等。这些技术的发展使数字化变电技术必然成为未来发展的重要方向之一。

1 数字化变电站自动化系统的特征及结构

1.1 数字化变电站自动化系统的特征

数字化变电站自动化系统主要有以下几个特点：

（1）智能化的一次设备；

（2）网络化的二次设备；

（3）自动化的运行管理系统。

智能化一次设备：简单说来，智能开关设备就是指具备高性能的开关控制设备，其主要构成部分为传感器和执行器等电子设备，其不仅有开关功能，还具有信息的共享和检测等功能。而把IEC应用在变电站内通信工程上，为的是高效、便捷地利用网络通信先进技术条件，致力于实现关于二次设备的信息互享、互操、灵活配置的目的。就目前专业领域内对电子式传感器的分类主要为两个主要类别，即有源电子式互感器、无源电子式互感器。前者主要是靠电容分压器感应被测量电压，低输出铁芯线圈和Rogowski空芯线圈感应被测量的电流感应，在远程传输中，是将电子模拟的信号转化为数字信号，而终极再通过光纤完成对信号的传递。无源电子式互感器则分别靠磁光和电光效应和来诱导被测电流信号和被测电压信息，并最终将信号通过光纤的形式进行传达。

网络化的二次设备：在数字化变电站中常用的二次设备有很多种，比如如继电保护装置、测量控制装置等等，这些都是数字化变电站中不可缺少的设备，通过将这些装置和设备标准化能够有效的提高变电站的工作效率，并且保证工作人员的生命安全，所以说，加强对网络化二次设备的标准势在必行。

自动化的运行管理系统：数字化变电站自动化系统的整个运行过程都是有电脑控制的，所有的操作都不需要人工操作，只需要对其进监控，在变电站工作过程中发生故障的时候，系统会自动检测到哪里有问题，而且会导出相应的故障报告，工作人员看到之后就会进行相应的检测维修，这样不仅可以有效的提高变电站的工作效率，还能对工作人员的生命安全做出一定的保障，因此，对变电站进行自动化系统管理很有必要，而且能有效的改变传统变电站的工作管理模式。

1.2 数字化变电站自动化系统的结构

数字化变电站的自动化系统结构包括变电站层、间隔层以及过程层三个层次。变电站层主要是对全网的用户信息继续收集，然后及时更新变电站的信息库，并且能够对间隔层和过程层传输命令，对间隔层和过程层的活动进行管理。间隔层是将变电站层传输的指令进行收集，然后进行相应的处理，传输诶过程层，起承上启下的作用；过程层就是进行实实在在的操作过程，所有的指令完成都在过程层中完成，所以说，为了保障数字化变电站自动化系统的正常运行，就需要加强对过程层的建设和维护。

在本数字化变电站的设计中，以现有的35kV变电站为基础，将35kV单个母线分为若干段，两个进线路为一个主一个备；一条进线装配一台35kV直配变，同时需要添加有载调压变压器两台，一种作为一种备用的电源；有两台属于集中无功补偿部分，分别连接在10kV的两条母线上；而10kV单母线分为若干段，每一段母线各出六路线。在这个变电站设计中，将保护、测控设计融为一身，两条可以起到保护变压器高、低压侧提供过流。在测控功能上，二次和五次谐波和差动以及制动电流等测量值，同时也具有故障记录波、数据记录等多种功能。两条母线进线需要配置一台线路以便于速断和线路差动保护，让过流完整输入，最终起到保护装置的作用。两个屏分别设在两台主变器上面，两个母联和进线保护一个屏。在本文所论述的模型当中，35kV电气主接线主要存在两种配置方法，即组屏方式安装模式分散安装模式。归纳考虑各种技术利弊等因素，本方案采納的是前一种模式，这就要求两段母线只要再有两个多馈线保护装置即可起到掩护这两套各组的两个屏。

间隔层之间的通信是变电站站网络面对的主要处理任务，与此同时还要和人机工作站等交换信息，而且还需要和各级调度信息互换。但是，由于间隔层IED数量十分巨大，数据承载量也就随之加大，所以其就有网络拥堵的弊端，为了克服这一不利现象，变电站网络就需要采用千兆双光纤交换式以太环网络结构，才能保证通信的质量和准确度。保护、测控以及电子式互感器之间的采样值传输过程通常会产生巨大的数据流，而这一过程需要有较高的准确性和及时性的要求。过程层组网一般遵循四种不同的组成规则，即为面向间隔、位置、单一总线功能原则。值得一提的是，面向间隔组网的方式非常便于后期的维护，此外其互操作性和互换性可以直接在间隔层面实现或在IED层面实现。endprint

2 数字化变电站自动化系统通信网络的要求

通过上述对数字化变电站自动化系统的结构进行分析，提出下面两点对数字化变电站自动化系统通信网络的要求，希望能有效的促进我国数字化变电站自动化系统的建设。在数字化变电站自动化系统通信网络的建设过程中，需要建立起变电站层——间隔层——过程层的模式，然后通过计算机信息技术和网络通信技术对其进行实时的监控，保障该系统能够正常运行，并且在运行过程中出现故障的时候，可以进行故障分析，并导出相应的故障分析，这样可以更加便于工作人员进行系统的维修和维护，在一定的程度上提高了系统运行的效率。

对变电站自动化系统通信网络的要求主要有：

（1）对其功能有严格的要求，该自动化系统通信网络需要具备及时与主机进行信息交流的功能，将系统设备的工作状态等及时反映给工作人员，这样让工作人员对系统有更好的掌握。

（2）性能要求，数字化变电站自动化系统通信网络要可靠，而且具有一定的开放性，除此之外还需要有很好的实时性，这样才能保证系统的正常运行。

3 数字化变电站自动化系统的通信网络

只有满足上述要求，才能符合数字化变电站通信网络的要求，能有效的保证变电站的正常运行，并对工作人员的生命安全做出一定的保障。数字化变电站使用信息采集技术和计算机信息技术对用户的信息进行采集和分析，然后做出相应的数据分析图，对变电站的工作有很大的帮助。但是，这一过程是很复杂的，但是为了提高系统运行的高效性，数字化变电站自动化系统使用网络通信技术，签订相应的协议，保障系统运行的效率。通常的现场总线技术已经不能满足数字化变电站自动化高速通信的技术要求，目前以太网异军突起，已经引入工业自动化过程控制领域，固化OSI七层协议，速率达到110MHZ的以太网控制与接口芯片已大量出现，为数字化变电站自动化协议的开发研究提供了物质基础。所以说，加强数字化变电站自动化系统的网络通信技术的应用势在必行，通过网络通信技术不仅可以有效的提高数字化变电站自动化系统运行的效率，还能在一定的程度上保障工作人员的工作安全，对数字化变电站的发展有很大的帮助。

4 结语

随着我国科学技术的飞速发展，新型技术在我国各大行业中都有越来越广泛的应用。在我国数字化变电站自动化系统的建设过程中，就需要通信网络技术和计算机信息技术的应用。本文通过对我国数字化变电站自动化系统的特征及结构进行分析，然后提出一些变电站自动化系统通信网络的要求，最后对数字化变电站自动化系统的通信网络进行分析，希望能够对我国随着变电站自动化系统的建设有所帮助，有效的提高数字化变电站的工作效率，并保证工作人员的生命安全，促进我国电力行业的快速发展。

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南瑞集团有限公司 江苏省南京市 211116endprint