變電站自動化系統中內部通信網研究

楊 娜

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

變電站自動化系統中內部通信網研究

楊 娜

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

變電站是我國當前電網系統發展的重要組成部分之一，而變電站在一定程度上也是地區性用電安全以及用電穩定的有力保障。在電力系統以及電力設備運行的過程當中，它們之間的通信是非常關鍵的，傳統的老式通信結構以及通信模式已經不能再滿足當前國家電網發展的需要，因此，就需要不斷地引進新型的、更加科學、快速、準確的通信系統，來保障變電站內部的正常運行。文章通過對變電站自動化系統中內部通信網的研究，發現了其特點以及優越性，對其功能進行了相關的分析，并為其未來的發展提出了幾點切實可行的建議。

變電站；自動化系統；通信

計算機信息科學技術在快速發展的這幾十年里，帶動了許多產業的誕生和發展，同時也讓已有行業的發展增添了更加有力的武器。本文中的變電站自動化系統就是在計算機信息科學技術以及網絡通信技術的發展中，經過研究和改造，建立起來的一套較為科學的能夠滿足變電站內部通信要求的通信系統。變電站自動化系統的出現以及應用，在很大程度上非常顯著地提升了變電站日常的運作水平，也提升了變電站各項設備的功能性，而且這種自動化系統自推出之日起，就得到了非常迅速的應用和發展。自動化系統改變了變電站傳統的二次設備的組態模式，在電網的運行過程中大幅提升了其自動化水平，不僅僅提升了系統工作的安全性和可靠性，而且還在變電站建設成本方面有所降低，達到一舉兩得的效用，因此，這種系統在電力系統以及電力部門的發展當中得到了非常廣泛的應用。但是由于目前很多變電站系統后臺的監控設備、安穩設備以及直流設備的通信協議出現了部分誤差，使得不同設備的相互銜接較為困難，而且穩定性也受到了非常大的影響，在這樣的情況下，就造成了系統維護工作量的加大以及系統升級的困難。所以，變電站綜合自動化系統的應用就顯得十分重要了，綜合自動化系統將控制、自動裝置以及遠動的技術結合在一起，并且還實現了安全、維護、管理等方面的直接效益，對于變電站的發展是十分有利的。

將保護、控制、遠動、自動裝置、故障錄波等分散的技術集成在一起，從而實現電網的現代化管理，可以給運行、安全、設計、施工、檢修、維護、管理等諸多方面帶來直接或間接的經濟效益和社會效益。

1 變電站綜合自動化系統的詳細分析

所謂的變電站自動化系統，就是將變電站運作過程當中涉及的二次設備，比如信號系統、繼電保護、自動裝置等眾多裝置經過科學的優化，實現對整個變電站主要的運行設備、輸電線路等裝置的自動監視、檢測、控制、保護和綜合調度的功能。總的來講，變電站自動化系統就是將變電站的主要設備進行科學的監控、檢測以及保護、調度的系統，以保障變電站運行效率的提升和安全性的提升。

整個變電站的自動化系統的核心就是利用計算機信息技術、自動化控制技術、信息處理技術來代替以往人工進行的各種操作，對變電站進行更加全面、及時、高效的監控和自動管理，而且變電站綜合自動化系統具備以下幾個特征。

1.1 綜合功能

從整體來講，變電站綜合自動化系統通過數據通信技術以及計算機自動化技術，對二次設備進行了全面的監控和管理，在滿足基本要求的前提下，實現了整個變電站所要求功能的最優化。

1.2 系統模塊化

變電站綜合自動化系統將不同功能的保護、監控、控制以及各類裝置與計算機技術相連接，這樣一來，這幾個模塊的數據與實時的信息就能實現共享，而且模塊化的結構還對工程的分布方式有很好的適應性。

1.3 設備監控可視化

采用變電站綜合自動化系統之后，工作人員可以通過監控屏幕就及時了解變電站的各處設備以及輸送電線路的情況，實現對他們的實時監控和操作。

2 變電站綜合自動化系統的結構形式分析

自從我國20世紀80年代末制造成功第一個變電站自動化系統，我國變電站自動化系統的就開始加速發展，而且系統的結構模式也在不斷地進步與完善，結構形式已經由傳統的集中式發展為了當前的分層分布形式，同時按照不同裝置的安裝差異，又可以分成不同的組合類型。

2.1 集中式的結構

在這種集中式結構當中，是對變電站的開關量、數字量已經運行涉及的很多信息通過計算機信息技術系統的處理，來完成相應的類似微機監控、保護以及其他自動化控制的工作。但是，集中式結構是相對較為傳統的結構形式，因此，其信息處理并非由一臺計算機來完成全部工作，而是根據不同的功能劃分成不同的模塊系統來進行工作。

2.2 分層結構形式

分層分布結構形式的應用對象有所不同，這種結構形式是將變電站運行的電氣間隔元件作為研究對象來進行開發的，進而實現其元件相關生產和應用的自動化監控。分層的結構也是要經過詳細考量的。根據相關標準，分層的機構要將整個變電站的一、二次設備整體分成3層，分別為過程層、間隔層以及站控層。

過程層，主要包含的是變電站內部設備中的一次設備，比如母線、變壓器、電容器、電壓互感器等，這些設備是變電站綜合自動化系統的監控目標，而且過程層也是變電站內一次設備和二次設備的結合部分。

間隔層中的智能電子裝置（Intelligent Electronic Device，IED）通過電壓互感器、變送器以及繼電器等相關的設備進行過程層眾多設備的運行信息，比如電流、電壓、功率等信息以及隔離開關、斷路器等相關設備的位置狀態，進而對過程層的設備進行監控、控制及保護。

站控層是借助通信網絡進行與間隔層之間的信息互換與交流，進而完成對變電站內部全部一次設備的監控、間隔層設備的監控以及眾多設備的運行數據的處理工作，而且站控層還能夠與調度中心實現信息交流與互換，進而實現對變電站的遠程監控。

2.3 分布結構形式

分布結構形式指的就是變電站監控系統在資源邏輯以及拓撲結構上的主要分布形式，主要完成的工作是要從系統結構的角度來對功能方面的有關問題進行處理。它主要是由多臺計算機進行互聯，組成分布式的計算機系統。在組成的這種計算機系統當中，每一臺計算機可以獨立地完成自身應該完成的工作，而在完成各自任務的同時又可以實現互相的協調與合作，實現系統的全面管理。

3 變電站綜合自動化存在的問題以及未來發展方向研究

3.1 綜合自動化系統存在問題分析

盡管變電站綜合自動化系統體現出了非常大的技術優勢，但是在不斷的應用過程當中，也發現了它的一些問題。而這些問題主要體現在如下幾個方面：（1）很多設備的信息交互系統還是保持著電纜接線的模式，建設成本高且維護不便；（2）二次數據的采集會出現一定數量的重復；（3）多套系統共同工作，設備與系統之間的互聯較為困難，相關的有用信息難以被綜合利用；（4）而如果某些設備發生故障時，系統會出現大量的警告信息，不能實現有效故障確定，會影響工作人員的判斷，形成一定的危險性。

另外一部分問題是變電站所用設備的問題，目前，很多變電設備生產廠家的產品質量不過關，科學檢測不達標，雖然一定時間內能夠滿足使用需求，但是在后期的使用當中就會出現設備故障、壽命縮短、維護成本增高等不良現象。而不同產品之間的接口不同也造成了一定的設備障礙，尤其是IED裝置的接口問題，比如遠程終端設備（Remote Terminal Unit，RTU）與通信裝置、電流接地裝置、故障錄波與通信控制器等[1]。不同廠家生產的設備需要耗費工作人員極大的精力去調試數據格式以及通信規約，這樣一來，就增大了工作量。而且當前國內的傳輸規約有很多種，比如IEC 60870-5-103，IEC 60870-5-101等，很多廠家以自己生產的產品為中心，造成不同廠家之間的設備互聯困難的現狀。

3.2 綜合自動化系統未來發展分析

IED在變電站自動化系統中的應用可以有所進步，比如將間隔層的測控單元、保護裝置以及RTU在IED之間，采用工業現場總線或者以太網接口。

其次也應該將非常規互感器進行科學應用，這種互感器電平較低，測量范圍較大，而且測量準確與測量區間較大。這種互感器可以直接用于電子設備，省掉了中間環節，能夠適應社會發展強調的數字化、智能化與網絡化的需要。

而在IEC 61850的應用方面，由于該標準以電力系統運作過程的特點為依據進行設計，因此該標準能夠滿足實時信息傳遞的需求，在不斷的應用中體現出了其強大的優勢，為電力自動化系統制定了一個相對統一的格局，因此，此標準將會成為電力系統運行組件的科學標準[2]。在監控系統的發展方面，可視化系統不僅為無人值班的實現奠定了基礎，而且還能夠實現遠方可視化與遠端控制，因此，在未來的發展當中，更高端的監控產品的使用一定會為自動化系統增添光彩。

[1]李蘭欣.基于IEC61850的變電站自動化系統通信體系的研究[D].北京：中國電力科學研究院，2003.

[2]徐禮葆.基于IEC61850的電子式電流互感器研究與實現[D].北京：華北電力大學，2003.

Research on internal communication network in substation automation system

Yang Na
（Shangqiu Institute of Technology, Shangqiu 476000, China）

The substation is an important part of China’s current development of the power system, as well as regional electricity safety and stable electricity use guarantee to some extent. In the process of equipment operation, the communication between them is very important. The traditional old-fashioned communication structure and communication mode can no longer meet the needs of the current national grid development, therefore, it is necessary to introduce more new, more scientific, faster, and more accurate communications system to guarantee the normal operation of the substation. Based on the research of the internal communication network in substation automation system, its characteristics and advantages are found, its function is analyzed and some practical suggestions are put forward on its future development.

substation; automation system; communication

楊娜（1984— ），女，河南柘城人，講師，碩士；研究方向：通信與信息系統。