智能變電站過程層SV與GOOSE共網(wǎng)的交換機配置

肖凡，代煥利，魯春華，程澤濤

(1.三峽大學，湖北　宜昌　443000；2.電力勘測設計院，湖北　宜昌　443002)

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智能變電站過程層SV與GOOSE共網(wǎng)的交換機配置

肖凡1，代煥利2，魯春華1，程澤濤1

(1.三峽大學，湖北宜昌443000；2.電力勘測設計院，湖北宜昌443002)

IEC61850系列標準整體上將數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡分為站控層、間隔層和過程層，采用交換機網(wǎng)絡進行通信。過程層網(wǎng)絡設計的合理性在很大程度上決定了變電站運行的可靠性，其組網(wǎng)方案也直接影響保護、控制功能的實現(xiàn)以及網(wǎng)絡設備的投資。結(jié)合某220kV工程，介紹了過程層網(wǎng)絡SV與GOOSE共網(wǎng)時的組網(wǎng)方案及交換機配置。

交換機配置；過程總線；GOOSE

1　引言

電力是國民經(jīng)濟的基礎，變電站是連接發(fā)電和用戶的樞紐，是整個電網(wǎng)安全、可靠運行的重要環(huán)節(jié)。堅強、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是發(fā)展未來智能電網(wǎng)的基礎。智能變電站的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)作為智能變電站的核心，對智能變電站以及智能電網(wǎng)的建設具有重要的現(xiàn)實意義。

2　智能變電站過程層組網(wǎng)

過程總線的組網(wǎng)方案有集中組屏和按間隔分散組屏。在目前的智能變電站中，過程總線按間隔分散組屏是目前智能變電站所采用的常見方式，這種劃分方式實物層面上的間隔界線清晰。而對于按間隔組網(wǎng)的過程總線，端口的VLAN劃分需要在1臺交換機上進行。為了組網(wǎng)的方便，間隔內(nèi)宜采用光纖交換機在公共信息網(wǎng)絡中擴展電口交換機。但由于需要生成1個能夠訪問所有間隔數(shù)據(jù)的VLAN，以減少母差、故障錄播等裝置的網(wǎng)絡適配器的數(shù)量。現(xiàn)以某220kV實際工程中過程層網(wǎng)絡為例，介紹分散組屏時的交換機配置。對于智能變電站而言，過程層網(wǎng)絡與變電站設備的實時控制功能密切相關，如繼電保護、穩(wěn)控裝置等。從國內(nèi)、外變電站綜合自動化的開展情況下，過程層通信網(wǎng)絡的組網(wǎng)方案大致存在以下幾種模式：

2.1分層分布式

該系統(tǒng)的特點是按照變電站的原件以及斷路器間隔進行設計。將變電站中一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。這種方式代表了現(xiàn)代化變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，很大程度上減少了連接電纜及電纜傳送信息的電纜干擾，具有很高的可靠性，大量現(xiàn)場工作可一次性在設備制造廠家完成。

2.2集中式

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用功能強的計算機并擴展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量、開關量等信息進行計算和處理，分別完成變電站的監(jiān)控、保護和自動控制功能。由前置機完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護、控制及監(jiān)測等功能，后臺機完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠方通信等功能。

2.3分布式

按變電站監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單功能設備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡上實現(xiàn)分布式處理。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設計，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU模塊系統(tǒng)提高了處理多發(fā)時間的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊之間采用網(wǎng)絡技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠較好的解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。

3　過程層兩網(wǎng)合一的組網(wǎng)方案

在智能變電站的網(wǎng)絡架構(gòu)中，MMS 網(wǎng)用于站控層設備和間隔層設備的信息交換；GOOSE 網(wǎng)用于過程層設備的跳閘、保護之間的信息的交互、開關刀閘等信息的采集；SMV 網(wǎng)用于傳輸電子互感器所產(chǎn)生的模擬量。在智能變電站中，由于過程層通信的引入，交換機的運行狀態(tài)直接決定站內(nèi)保護裝置與測控裝置的工作狀態(tài)。因此，對過程層網(wǎng)絡進行合理的配置具有重要的意義。

SV與GOOSE共網(wǎng)：將采樣值和GOOSE共網(wǎng)有效減少了過程層網(wǎng)絡的交換機投資，且因為系統(tǒng)部件的減少可以進一步提高整體可靠性。對于繼電保護設備而言，采樣值和GOOSE的信息同樣重要，任何一類信息喪失都無法實現(xiàn)繼電保護功能。即使在裝置上采樣值和GOOSE使用了不同的網(wǎng)口，使用同一套網(wǎng)絡交換機設備通過VLAN劃分都是有意義的。該方案可以解決GOOSE和采樣值信息共享的問題，同時，GOOSE和采樣值的共網(wǎng)運行可進一步優(yōu)化交換機、裝置端口、連接介質(zhì)的數(shù)量。

圖1　智能變電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

4　工程實例

4.1工程簡況

某220kV工程變電站情況如下：220kV雙母單分段，110kV雙母單分段，10kV單母分段；主變2臺，220kV出線2回，110kV出線6回，10kV出線4回，電容器組6臺，所用變2臺；220、110kV互感器全部采用光纖數(shù)字量輸出的電子式互感器，10kV出線、電容器、所用變、分段間隔互感器采用電流、電壓一體化小信號模擬量輸出的電子式互感器；對時服務器采用GPS；全站采用IEEE1588網(wǎng)絡對時協(xié)議。本工程過程層網(wǎng)絡如圖2所示。

圖2　過程層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

4.2過程層交換機配置方案

交換機需按端口配置要求提供足夠的光口和雙絞線口。與保護和測控裝置的連接全都采用光纖，僅在站控層控制室內(nèi)采用雙絞線連接各工作站。交換機的所有光口必須是交換機本身內(nèi)置光纖端口，不應采用外接光電轉(zhuǎn)換器。220kV線路間隔配置成一個獨立的網(wǎng)段，采用獨立的交換機。主變?nèi)齻?cè)作為一個大間隔，配置成一個獨立的網(wǎng)段，采用獨立的交換機。每一個電壓等級分別配一臺公共交換機，連接該電壓等級對應的母線保護、PT合并單元，各間隔對應的交換機也通過級聯(lián)端口連到公共交換機。GOOSE服務網(wǎng)絡進行開關量的傳輸，采取兩層網(wǎng)絡交換的拓撲結(jié)構(gòu)，即每一個間隔配置一臺交換機，每一個電壓等級配置一臺公共交換機。過程層交換機具體配置為：220kV過程層中心交換機2臺，220kV線路交換機4臺，220kV母聯(lián)交換機2臺，1#主變過程層交換機2臺，2#主變過程層交換機2臺，110kV過程層中心交換機1臺，110kV線路交換機6臺，110kV母聯(lián)交換機1臺，交換機數(shù)量總共有20臺。

4.2.1220kV中心交換機

過程層采用A、B網(wǎng)雙網(wǎng)冗余配置。220kV中心交換機2臺。

圖3　220kV過程層A網(wǎng)中心交換機端口接線圖

4.2.2220kV 1A線路交換機

220kV線路交換機4臺。220kV線路1A間隔交換機接口分配如下，220kV線路2A間隔同1A。220kV線路交換機B網(wǎng)與A網(wǎng)相同。

圖4

4.2.3220kV A母聯(lián)交換機

220kV A網(wǎng)母聯(lián)交換機2臺，接口配置如下。220kV 母聯(lián)交換機有兩臺，220kV B網(wǎng)母聯(lián)交換機同A網(wǎng)相同。

圖5

4.2.4#1主變交換機

主變交換機有4臺。1#主變交換機兩臺，2#主變交換機兩臺。1#主變交換機接口配置如下：

圖6

5　結(jié)語

智能變電站建設第一批試點工程已全面展開，第二批試點也規(guī)劃完畢，現(xiàn)全面進行推廣建設中。過程層組網(wǎng)方案的選擇對智能變電站的安全性、可靠性和經(jīng)濟性具有重要影響。本文對某220kV智能變電站的過程層通信網(wǎng)絡進行探討，分析其組網(wǎng)方案和交換機配置，為今后智能變電站的建設尤其是過程層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的設計起到一定參考作用。

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[3]王曉虎.智能變電站過程層網(wǎng)絡分析及典型配置研究[D].華北電力大學，2013,6.

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[6]周佳華.智能變電站過程層網(wǎng)絡設計與實現(xiàn)[D].華東理工大學，2011,5.

收稿日期：2012-10-10

LAN-switch Configuration of SV and GOOSE Share Network in the Smart Substation

XIAO Fan1,DAI Huan-li2,LU Chun-hua1,CHENG Ze-tao1

(1.China Three Gorges University,Yichang 443002,China; 2.Electric Power Exploration and Design Institute,Yichang 443002,China)

IEC61850 series standard divides the digital substation communication network into the station control layer,spacing layer and process layer,in whole,communication with the network switch.The process layer network design largely determines the reliability of the transformer substation,the network scheme directly affects the protection,implementation of control function and of investment of network equipment.This paper combine a 220kV project,which introduces the process of network layer network SV and GOOSE network.Then it introduces the switch configuration.

LAN-switch configuration;process bus network;GOOSE

1004-289X(2016)01-0089-05

TM63

B

2015-04-27

肖凡(1990-)，女，湖北孝感，碩士研究生，研究方向電力系統(tǒng)運行與控制。