數字化變電站網絡接入與規劃研究

摘要：數字化變電站逐漸成為變電站的發展新方向，是常規到數字信息化的轉變，依托信息技術的數字化發展，其網絡構架作為核心，并隨著信息化技術的發展而不斷深入。數字化變電的基本網絡主要通過功能結構與物理結構，分析其中關于EIC61850以及GOOSE網絡關健技術與設備的應用，通過網絡冗余方案參考現代數字化變電站的特征功能與要求，設計規劃數字化變電站虛擬局域網絡。

關鍵詞：數字化變電站；網絡關鍵技術；設計規劃；信息技術；網絡構架 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2015）01-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0015

1 數字化變電站概況

隨著常規模式下自動化變電站的不斷完善，變電站的自動化系統得以推廣普及，在提高電網質量、改善電網結構方面起到很好的促進作用。在自動化變電站的二次設備的問題中，設備的互換性與網絡通信的歸屬約定等方面的統一凸顯出來，具體表現為設備兼容性差：網絡安全模式差異性，無法在變電站以外的地點使用，一定程度上阻礙同一區域內不同變電站的相互聯系與變電站自動化組網的鋪設。數字化變電站的三大特征：一次設備數字化、二次設備網絡化、數據平臺標準化，伴隨著電子互感以及光學互感等一次設備技術的不斷成熟，計算機網絡通訊技術的應用逐漸加深，二次設備的溝通性與維護工作得到改善，進一步加快了數字化變電站的發展步伐。

隨著市場經濟的不斷發展，數字化變電站所帶來的優勢愈來愈明顯，計算機網絡應用的IEC61850標準通信體系不斷完善，給予相同通信系統的制作與研究，二次設備的網絡進程已經初見雛形，但是并沒有滿足數字化變電站市場不斷提升的需求，網絡結構的優化以及組網的建設都在基于過程層、站控層、對時網絡三種結構進行數字化變電站的網絡規劃設計。

2 數字化變電站關鍵技術和設備的應用

IEC61850作為數字化變電站的理論基礎，加上一次設備其中包括電子互感器與智能斷路器等必備設備以及計算網絡技術的應用以保證信息安全可靠地傳遞與交流，

這些關鍵技術和設備構成了數字化變電站系統的基礎。

2.1 電子式互感設備的應用

ECT電子式互感器是采用法拉第電磁效應的羅柯夫斯基線圈光電式無源電流互感器。這種電子式互感設備的特點：無磁飽和、抗電磁干擾能力強、調節范圍廣、測量精度高、安全性能好。

電子互感器通過合并單元與擴展專用傳感器單元為接口。其中合并單元用來同步采集多路電子互感器的輸出數字信號，轉換信息數據格式并發送至二次設備上，通過EIC61850-g-1的串行單向多路點對點鏈接，合并單元大于12則通過EIC61850-9-2的方式重新合并數據并組織發送新的合并數據模型。國際電工委員會定義的射頻拉遠單元功能上能進行輸出模擬量并將輸出模擬量數字化，由此可見設備功能靈活多變，接口多元化配合度較高。

2.2 智能斷路器

智能斷路器是通過綜合微電子技術、計算機技術以及傳感器技術的二次系統設備。智能斷路器在操作機構上使用電子操動與機械操動的綜合操作。機械儲能為電容儲能，變頻器通過電機直接進行驅動，由于機械系統的可靠性較高，通過自動化系統地調整斷路器的運動特性，重合閘的智能操作分合閘相角控制、相合閘的同步分斷得以實現，并通過自動化系統進行網絡在線實時

監測。

2.3 計算機網絡技術的應用

目前國外研究，網絡信息量在小于25%負荷的情況下，以太網足以滿足變電站對網絡實時通訊的需求，并解決工業以太網的實時性問題。在實時以太網中分有實時節點與非實時節點兩種，按優先級排序的實時節點決定了競爭信號的堅持發送，或是信道讓與優先級更高的節點。非實時節點中在處理優先級沖突時，會在發送完競爭信號之前停止后續信號的發送。具有仲裁功能的總線競爭機制，使得實時節點的信息通訊能得到有效傳輸，換個角度看來，加大以太網流量使用千兆的局域網路能進一步簡化數字化變電站內外的數據傳輸。

3 數字化變電站的規劃設計

3.1 網絡結構的建立接入

數字化變電站自動化系統通過過程總線以及站級總線進行通信連接。一次設備如斷路器、互感器、變壓器的隔層裝置的智能化，站級總線的數據處理在與電站層和間隔層之間的雙向信息交換處理。

3.1.1 過程網絡。在智能變電站早期的工作中，一般采用點對點直采直跳的網絡結構，采用電纜連接，常規的電子式互感設備通過電磁互感器進行合并單元直連。另外保護裝置中的交換機不通電流與電壓，連接到合并單元，智能終端直接控制繼電保護，測控裝置的遙測量和遙控命令在組網下采用雙套配置，能夠有效地保護環節之間的可靠性，但是雙套配置的有線鋪設導致了接口處電纜較多，集中處容易產生發熱，影響線路安全，對維護工作造成一定影響。

3.1.2 GOOSE組網網絡結構。點對點的電流與電壓的遙測量采集，在GOOSE組網環境主要工作在過程層中，在規劃過程中，保護裝置與測控裝置直接和合并單元連接，電壓、電流數據不經過交換機，繼電保護裝置及重合指令測控等均是通過過程層GOOSE網交換機智能操作箱來完成轉發，同雙套配置的結構相比，GOOSE組網的結構上大大簡化了直跳模式帶來的光纜量過多的問題，在二次設備網絡化的目標上進一步完善。

3.1.3 雙網結構。在220kV的網絡架構中，由于母線保護錄波器以及智能開關技術的局限，通常設計規劃中采用智能控制單元輔助傳統開關實現智能開關的部分功能。保護1連接到A網，保護2連接到B網，A網與B網在物理層面上獨立開來。ICU在配置是保持與保護相呼應，ICU上鏈接兩套保護裝置。雙網絡的結構以及ICU上的保護裝置同樣相互獨立開來，雙重配置的網路結構獨立工作。當其中一個網絡，例如與GOOSE-A網相連的設備出現問題時，相獨立的GOOSE-B網能夠避免影響繼續工作。由于母線保護收集的采樣數據多間隔，使得各間隔的MU之間輸出數據要另外通過數據集中器傳輸給母線保護。測控設備和錄入設備由于要對GOOSE雙網的數據均要采集，因此采用設備雙網口同時接入GOOSE雙網。

3.2 變電站設備配置與選擇要求

數字化變電站的重要基礎在上文的敘述中就提到了電子式互感器以及智能斷路器等一次設備。有源互感器設備在電子式互感器中的工作穩定性較好、結構簡單，在國外自動化系統中得到了廣泛的普及與推廣，而光學互感器主要應用在高壓領域中，其優勢明顯，因此隨著技術日新月異的發展，220kV變電站的電壓等級前提下，一般使用有源互感器設備，相對于電子互感器設備，智能斷路器的智能開關設備技術不夠成熟，在國內市場中主要使用國外的產品設備，導致兼容性與維護性較差，針對這種情況國內變電站規劃中一般使用常規開關設備改造，通過加裝智能化開關，實現智能化控制。GIS設備集成度在智能化技術領域技術相對成熟，國內針對GIS設備的使用設計專門的智能化控制設備。相對主變端口來說，具體的設計方案是在主變端口的箱內加裝智能控制單位，用來完善主變信號中開關控制以及非電量有載的數字化傳送。

參考文獻

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作者簡介：任子財（1979—），男，廣東鶴山人，廣東電網有限責任公司江門供電局工程師，研究方向：變電運行。

（責任編輯：周 瓊）