數字化變電站中繼電保護信息傳輸結構分析

摘要：針對數字化變電站中基于IEC61850統一通信規約的基礎上，提出了三種數字化變電站分層方式，即變電站信息傳輸的過程總線結構。本文主要介紹了繼電保護信息在不完全數字化變電站分層模式中的過程總線結構，重點說明了間隔層和過程層之間的繼電保護信息傳輸方法。

關鍵詞：IEC61850 數字化變電站 過程總線 繼電保護

中圖分類號：TM58 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0071-01

作為電網信息的中間站關于變電站自動化信息系統的發展迅速，經歷了集中式變電站、分散式變電站、集中和分散集合式變電站、數字化變電站等多個階段。數字化變電站作為信息互操作的現代化變電站，實現了以光纖通信代替普通電纜通信以及站內電氣設備間信息共享。數字化變電站與常規變電站的最大區別就是基于IEC61850通信規約的分層式的網絡傳輸模型，大量的數字化智能化一次設備的應用，以及非常規互感器的廣泛使用，使得數字化傳輸的需求越來越大。繼電保護信息是變電站安全運行的重要信息，而數字化變電站中通過過程總線實現了繼電保護信息的傳輸共享。本文以數字化變電站為研究對象，通過對過程總線的分析，分析了繼電保護信息在數字化變電站中的傳輸實現和優勢[1]。

1 分層式數字化變電站

數字化變電站與常規變電站的最大區別就是基于IEC61850通信規約的分層式的網絡傳輸模型。由于大量的數字化智能化一次設備的應用，以及非常規互感器的廣泛使用，使得數字化傳輸的需求越來越大。IEC61850通訊規約是專門為數字化變電站的推廣而定義的國際統一通信標準，該協議就是為了變電站數字化信息傳輸控制而規定的。目前，各電網公司、電氣設備制造商和軟件開發商等都以此規定為基礎，為變電站數字化的發展提供了良好的服務，最終實現變電站信息的無縫連接。IEC61850通訊規約的特點是采用面向對象的數據模型對設備信息節點獨立描述，構建出數字化變電站分層式的網絡傳輸模型。數字化變電站在IEC61850的通訊規約下可分為站控層、間隔層和過程層的分層式傳輸模型。

基于IEC61850通訊規約，目前數字化改造過程中有三種分層式傳輸模型：

（1）僅站控層遵循IEC61850標準的不完全數字化變電站。一次設備的信息傳輸仍然采用傳統的互感器和開關，僅二次保護裝置和監控系統遵循IEC 61850標準。（2）在繼承方案一的基礎上，遵循IEC61850標準，采用非常規互感器的不完全數字化變電站；間隔層設備通過“過程層網絡”接收采樣及狀態量數據，能夠實現多個間隔層設備間數據共享；對于過程層網絡，既可以是一個簡單網絡，也可在同一物理網上根據需要設子網，能夠靈活組網。（3）在繼承方案二的基礎上，遵循IEC61850標準，采用非常規互感器和智能一次設備的完全型數字化變電站；在繼承方案二的基礎上，一次設備采用電子式互感器和智能開關，二次保護裝置和監控系統遵循IEC61850標準，實現完全數字化即智能化。由于某些智能開關技術上還沒達到運行標準，因此方案三只是作為目前數字化變電站的發展方向提出，在大多數的數字化變電站當中選擇的是第二種方案。其中，過程總線指的就是過程層與間隔層之間的串行通信。

2 數字化變電站中繼電保護信息的過程總線結構

數字化變電站中過程層的作用是使間隔層中的繼電保護裝置、電表和故障錄波器獲得一次設備的信息，同時接受間隔層設備的控制命令。過程層中的設備主要包括智能電子設備（Intelligent Electronic Device）、常規開關和智能單元等。過程層設備具備自動檢測和自動描述的功能。在過程層的合并單元、智能單元與間隔層設備間定義了基于IEC61850通信規約的兩種采樣值傳輸方式：IEC61850-9-1（點對點傳輸）和IEC61850-9-2（網絡傳輸），這兩種方式是過程總線的信息映射標準。

IEC61850-9-1通信標準的采樣值傳輸方式與間隔層設備之間通過光纖一對一連接，需要在過程層鋪設大量的光纜，不僅會造成合并單元的不靈活安裝而且還不便于運行維護，作為目前數字化變電站常運用的標準，點對點的缺點已經日益顯現。IEC61850-9-2是基于混合協議棧的抽象模型，應用這種傳輸方式光纜的鋪設量大幅減少，其各數據在過程層上實現了共享，對母差、主變等保護不需再加裝其他的數據處理單元，并且全面支持ASIC模型，為智能化變電站的發展奠定了通信基礎[2]。如圖1所示是以IEC61850-9-2為通信標準的數字化變電站過程層配置圖，互感器將一次采樣信息轉換成數字量信號，通過光纖接入合并單元（Merging unit），合并單元再將接收到的各采集器數據進行同步綜合處理，最后提供給間隔層的保護、測控和計量等設備。數字化變電站間隔層內是保護裝置，間隔層在對本層實時數據匯總的同時，對一次設備實施保護控制功能，并且在過程層和站控層之間起到承上啟下的高速網絡通信功能。合并單元是過程層互感器信息向間隔層監測、保護等設備傳輸的重要橋梁。合并單元包含了互感器接口，保護測控裝置接口和同步功能端等[3]。

3 結語

鑒于數字化變電站硬件設備的發展情況，目前較為廣泛應用的是不完全數字化變電站的過程總線結構，其中間隔層和過程層之間的信息過程總線傳輸采用了IEC61850-9-1（點對點傳輸）或IEC61850-9-2（網絡傳輸）的映射模式，為繼電保護等間隔層信息的變電站傳輸共享提供了保證[4]。

參考文獻

[1] 楊麗.數字化變電站繼電保護系統過程總線結構研究[J].電力自動化設備，2010，30（8）.

[2] 陳飛.500kV變電站時間同步系統設計[J].電力系統自動化，2004，28（22）.

[3] 李鐵成.數字化變電站GOOSE網絡故障分析及處理[J].河北電力技術，2009（增刊28）.

[4] 王志鵬.晉中電網電壓和無功現狀分析以及改進建議[J].電力電容器與無功補償，2010，31（4）.