基于數字化變電站自動化系統的網絡選型探討

朱學科

摘 要

隨著我國科學技術的飛速發展，新型技術在各個行業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字化的新時代。本文通過對數字化變電站自動化系統的特征及結構進行分析，從數字化變電站自動化系統的特征和數字化變電站自動化系統的結構展開討論，然后對變電站自動化系統通信網絡的要求進行研究，最后對數字化變電站自動化系統的通信網絡進行分析，提出解決該問題的嵌入式以太網的應用方案，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字化的新時代。

【關鍵詞】通信網絡 數字化變電站 變電站自動化

變電站自動化系統是在計算機技術和網絡通信技術的基礎上發展起來的，其不僅有計算機技術擁有的特點，還有著網絡通信技術擁有的特點。變電站自動化系統的出現，對傳統變電站提出了挑戰，在傳統變電站的基礎上進行改進和升級得到的。數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，當今電力系統內部構造日趨復雜化，電壓也隨之大幅升高，這就必然導致對電力系統的承載運行能力的要求大幅提升。當前技術更新換代日新月新，如智能電氣設備技術、數字式互感器技術的日趨完善，高級計算機和網絡在變電站中的交叉運用等。這些技術的發展使數字化變電技術必然成為未來發展的重要方向之一。

1 數字化變電站自動化系統的特征及結構

1.1 數字化變電站自動化系統的特征

數字化變電站自動化系統主要有以下幾個特點：

（1）智能化的一次設備；

（2）網絡化的二次設備；

（3）自動化的運行管理系統。

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應用在變電站內通信工程上，為的是高效、便捷地利用網絡通信先進技術條件，致力于實現關于二次設備的信息互享、互操、靈活配置的目的。就目前專業領域內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。

網絡化的二次設備：在數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，加強對網絡化二次設備的標準勢在必行。

自動化的運行管理系統：數字化變電站自動化系統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，只需要對其進監控，在變電站工作過程中發生故障的時候，系統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管理很有必要，而且能有效的改變傳統變電站的工作管理模式。

1.2 數字化變電站自動化系統的結構

數字化變電站的自動化系統結構包括變電站層、間隔層以及過程層三個層次。變電站層主要是對全網的用戶信息繼續收集，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的指令進行收集，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，為了保障數字化變電站自動化系統的正常運行，就需要加強對過程層的建設和維護。

在本數字化變電站的設計中，以現有的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、數據記錄等多種功能。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度信息互換。但是，由于間隔層IED數量十分巨大，數據承載量也就隨之加大，所以其就有網絡擁堵的弊端，為了克服這一不利現象，變電站網絡就需要采用千兆雙光纖交換式以太環網絡結構，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生巨大的數據流，而這一過程需要有較高的準確性和及時性的要求。過程層組網一般遵循四種不同的組成規則，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或在IED層面實現。endprint

2 數字化變電站自動化系統通信網絡的要求

通過上述對數字化變電站自動化系統的結構進行分析，提出下面兩點對數字化變電站自動化系統通信網絡的要求，希望能有效的促進我國數字化變電站自動化系統的建設。在數字化變電站自動化系統通信網絡的建設過程中，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絡通信技術對其進行實時的監控，保障該系統能夠正常運行，并且在運行過程中出現故障的時候，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的維修和維護，在一定的程度上提高了系統運行的效率。

對變電站自動化系統通信網絡的要求主要有：

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

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

3 數字化變電站自動化系統的通信網絡

只有滿足上述要求，才能符合數字化變電站通信網絡的要求，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，然后做出相應的數據分析圖，對變電站的工作有很大的幫助。但是，這一過程是很復雜的，但是為了提高系統運行的高效性，數字化變電站自動化系統使用網絡通信技術，簽訂相應的協議，保障系統運行的效率。通常的現場總線技術已經不能滿足數字化變電站自動化高速通信的技術要求，目前以太網異軍突起，已經引入工業自動化過程控制領域，固化OSI七層協議，速率達到110MHZ的以太網控制與接口芯片已大量出現，為數字化變電站自動化協議的開發研究提供了物質基礎。所以說，加強數字化變電站自動化系統的網絡通信技術的應用勢在必行，通過網絡通信技術不僅可以有效的提高數字化變電站自動化系統運行的效率，還能在一定的程度上保障工作人員的工作安全，對數字化變電站的發展有很大的幫助。

4 結語

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

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作者單位

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