淺談網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化變電站的應(yīng)用

摘 要:智能變電站是電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，智能化的應(yīng)用已經(jīng)在變電站建設(shè)與改造中廣泛應(yīng)用。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)變電站智能化、智能化的基礎(chǔ)，如何完成智能化變電站中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的合理應(yīng)用和正常運(yùn)行的安全維護(hù)，是智能化變電站大范圍應(yīng)用的核心問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞:智能化變電站 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用維護(hù)

中圖分類號(hào):TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0143-01

由于網(wǎng)絡(luò)安全的原因，無(wú)人值班變電站的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)常會(huì)引起各種問(wèn)題，例如，開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)、保護(hù)定值整定參數(shù)的錯(cuò)誤更改、自動(dòng)化信息紊亂，等。這些問(wèn)題將會(huì)嚴(yán)重威脅電網(wǎng)和變電站的安全運(yùn)行，甚至引發(fā)災(zāi)難性的事故。目前，國(guó)家加大電力數(shù)據(jù)專用網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)程，尤其在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和智能變電站綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)化領(lǐng)域，因此，變電站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題變得尤為重要。

智能變電站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全包括硬件設(shè)備的安全、軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、口令密鑰的保管，以及重要的電力運(yùn)行信息和系統(tǒng)配置信息不因偶然的或惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露。在規(guī)劃、設(shè)計(jì)變電站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能及其運(yùn)行的可靠性是著重關(guān)注的問(wèn)題，而網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題常被忽視。

1 變電站智能化系統(tǒng)的特征

變電站一次設(shè)備的智能化:一次設(shè)備中采用光電和微處理器技術(shù)設(shè)計(jì)受控制和監(jiān)測(cè)的操作驅(qū)動(dòng)與信號(hào)回路，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，統(tǒng)一站內(nèi)通信規(guī)約，以光纖取代控制光纜，以光電數(shù)字信號(hào)取代強(qiáng)電模擬信號(hào)。

二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化:基于模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的微處理技術(shù)設(shè)計(jì)制造二次設(shè)備，包括測(cè)量控制設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、遠(yuǎn)程控制設(shè)備、防誤/閉鎖設(shè)備、電壓無(wú)功控制設(shè)備、故障錄波設(shè)備和在線狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。高速的網(wǎng)絡(luò)通信模式連接各種二次設(shè)備，消除I/O現(xiàn)成接口中功能重復(fù)的部分，以網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備之間和遠(yuǎn)程控制端之間的資源、數(shù)據(jù)共享，以邏輯功能模塊代替常規(guī)的功能裝置。

運(yùn)行管理系統(tǒng)智能化:變電站自動(dòng)控制的智能化系統(tǒng)要記錄電力供應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)資料的無(wú)紙化和智能化;實(shí)現(xiàn)變電站在運(yùn)行過(guò)程中故障分析報(bào)告的及時(shí)提交，并對(duì)故障原因進(jìn)行分析，提出處理方法;能夠自動(dòng)發(fā)送設(shè)備檢修的報(bào)告。

2 智能化變電站系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求

在邏輯結(jié)構(gòu)上，變電站智能化系統(tǒng)分為三個(gè)層次:變電站層、間隔層和過(guò)程層。變電站是一間隔層一過(guò)程層的結(jié)構(gòu)分層，在這樣結(jié)構(gòu)的變電站內(nèi)需要傳輸數(shù)據(jù)。變電站層的內(nèi)部通信，在變電站層不同設(shè)備之間存在信息流，各種數(shù)據(jù)流在不同的運(yùn)行方式下有不同的傳輸響應(yīng)速度和優(yōu)先級(jí)的要求。

2.1 功能要求

在智能化變電站中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)切換系統(tǒng)內(nèi)部各部分以及與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。在變電站智能化系統(tǒng)中，構(gòu)建穩(wěn)定、高效、即時(shí)、可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信體系是變電站綜合自動(dòng)化通信的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是變電站智能化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)成為一致的共識(shí)。網(wǎng)絡(luò)的基本功能是變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的連接，因此，網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種接口需要網(wǎng)絡(luò)接口的支持。在變電站無(wú)人值守和數(shù)據(jù)信息量增加的發(fā)展中，要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)事件、操作、電量、錄波和故障等數(shù)據(jù)信息的傳輸和存儲(chǔ)滿足承載的空間和速度。在無(wú)人值守變電站中，網(wǎng)絡(luò)必須完成電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)和對(duì)時(shí)等功能，以保證電壓運(yùn)行的質(zhì)量。在智能化變電站系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行中也有自診、遠(yuǎn)程控制、自我恢復(fù)等功能的要求。

2.2 性能要求

智能化變電站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求，以可靠性、開(kāi)放性和實(shí)時(shí)性為主要表現(xiàn)。

可靠性:由于變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)之一，其系統(tǒng)工作必須具備連續(xù)性，變電站網(wǎng)絡(luò)的可靠性能是最重要的要求。在智能化變電站系統(tǒng)中，數(shù)字、圖像等多媒體信息技術(shù)廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信的依賴性增強(qiáng)，可靠性的要求也更為重要。

開(kāi)放性:變電站智能化系統(tǒng)是電力調(diào)度智能化內(nèi)部的子系統(tǒng)之一，在滿足站內(nèi)智能電子設(shè)備的接口和擴(kuò)展要求的同時(shí)，還必須與電力調(diào)度智能化的總體設(shè)計(jì)相適應(yīng)，接口必須滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，以滿足系統(tǒng)集成的要求。

實(shí)時(shí)性:遠(yuǎn)程命令、信號(hào)保護(hù)、數(shù)據(jù)測(cè)控等功能決定了傳輸過(guò)程所具有的即時(shí)特點(diǎn)。在正常工作時(shí)，變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)流較小;故障發(fā)生時(shí)，需要數(shù)據(jù)大量即時(shí)傳輸，此時(shí)需要快速的傳輸速度。變電站網(wǎng)絡(luò)的理想化運(yùn)行，必須確保其功能和性能要求。在網(wǎng)絡(luò)上，多個(gè)處理器協(xié)調(diào)才能完成采集信息、保護(hù)算法和形成控制命，所以，我們面臨急需解決的問(wèn)題便是確保各個(gè)處理器同步采樣和命令輸出保持在高速狀態(tài)。要想解決這一問(wèn)題，關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的滿足，即使網(wǎng)絡(luò)通信提速和通信協(xié)議符合規(guī)定要求。現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)方法是一種常規(guī)的方式，它已經(jīng)不能滿足變電站智能化系統(tǒng)所需要的速度要求，因?yàn)榇蟛糠种悄芑冸娬镜耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。由于標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展、OSI七層協(xié)議的固化和高速接口芯片等技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)，為變電站智能化的開(kāi)發(fā)提供了物理層面的技術(shù)支持。

3 變電站智能化系統(tǒng)的安全問(wèn)題

傳統(tǒng)的變電站控制系統(tǒng)都是廠家生產(chǎn)的獨(dú)立系統(tǒng)，包括SCADA，對(duì)于安全性要求較低。開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是變電站綜合系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)。在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過(guò)廣域網(wǎng)環(huán)境下開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)和診斷，導(dǎo)致智能化系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)環(huán)境下有更高的安全性要求。為了滿足要求，電力系統(tǒng)要可靠、安全和穩(wěn)定。

廠站與調(diào)度主站、生產(chǎn)主站、監(jiān)控主站等系統(tǒng)主站系統(tǒng)間的通信技術(shù)安全凸顯，智能變電站與上級(jí)主系統(tǒng)間的安全問(wèn)題也顯的尤為重要。

目前，變電站內(nèi)已通過(guò)安全分區(qū)，橫向隔離、縱向加密等措施來(lái)保障監(jiān)控系統(tǒng)與主站系統(tǒng)的安全。在安全Ⅰ區(qū)中，監(jiān)控主機(jī)采集電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備工況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析和處理后進(jìn)行統(tǒng)一展示，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器。Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)直采直送的方式實(shí)現(xiàn)與調(diào)度(調(diào)控)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并提供運(yùn)行數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù);在安全Ⅱ區(qū)中，綜合應(yīng)用服務(wù)器與輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備進(jìn)行通信，采集電源、計(jì)量、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測(cè)等信息，經(jīng)過(guò)分析和處理后進(jìn)行可視化展示，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)服務(wù)器。Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)防火墻從數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取Ⅱ區(qū)數(shù)據(jù)和模型等信息，與調(diào)度(調(diào)控)中心進(jìn)行信息交互，提供信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽服務(wù);綜合應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)正反向隔離裝置向Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)布信息，并由Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)傳輸給其他主站系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

以前，研究人員多考慮如何實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能及其運(yùn)行的可靠性，而網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題未得到重視。如今，國(guó)家高度重視智能化變電站建設(shè)并加快其發(fā)展步伐，變電站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題普遍受到關(guān)注。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，保證電網(wǎng)完全穩(wěn)定的運(yùn)行是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的任務(wù)。