試析智能變電站通信網絡與監測技術的應用

馮盈

摘要：智能變電站在網絡技術發展下，得以迅速推廣，通信網絡作為變電站信息共享與交互的載體，網絡穩定性決定了系統可靠性。基于此，本文主要以通信網絡方案設計為切入點，分析智能變電站網絡通信監測技術，以此為基礎，提出通信網絡監測技術應用措施，從而為相關工作者提供參考。

關鍵詞：智能變電站;通信網絡;監測技術;應用

前言：

變電站作為輸配電網中的信息源與執行終端，與電網運行具有直接關系。特別是國家電網逐漸向智能化發展，智能變電站已經普及，加上電子式電流電壓互感器、智能斷路器等設備發展，為變電站提供了技術支持。而智能電網規模擴大與特高壓工程推進，對于電網可靠性與安全性也提出新的要求，應當合理應用通信網絡及監測技術，實現電網自動控制與在線分析。

一、智能變電站通信網絡方案設計

智能變電站通信網絡為三層兩網模式，分為過程層、站控層、間隔層這三層及過程層網絡與站控層網絡，輸出跳閘信息，采樣保護裝置[1]。其設計如下：

（1）站控層網絡。該網絡不僅需進行站內監控，還要和遠端調控信息交互，屬于變電站管理中心，可在計算機中集成系統軟件，或是分布在多個計算機內，一體化軟件設計方式，以信息平臺為核心，構建工作站與應用主機。變電站間隔層與站控層通信較為成熟，選用雙星型拓撲結構，連接以太網絡，冗余網絡為雙王雙工運行，實現三網合一。

（2）站控層與過程層網絡。該網絡檢測設備運行狀態，負責操作控制驅動，檢測實時電氣運行量，是變電站基礎組成部分，較為可靠安全，屬于網絡設計的核心。選用光纖點對點總線結合模式，不設置間隔層，以COOSE組網連接開關量信息，交流采樣為光纖點對點，且信息不介入過程層，實現信息數字化，設備不同也能夠互聯操作，技術較為成熟。

（3）間隔層。數字變電站中，配制保護設備需滿足變電站需求，接口選用IEC61850協議，實現電子互感器與交流采樣的相互配合，分散式母線進行部分保護，通過二次設備與電子式互感器互聯，不同廠家也能互聯互通，實際應用中需注意為題，為減少建設變電站風險，互感器、配制裝置等需選用相同廠家設備[2]。故障信息子站，則不斷度組網，智能控制裝置代替測控裝置，實現站控層設備通信。

（4）過程層。變電站可選用智能控制柜模式，在主變本體端子箱進行智能中端配置，輸入檔位、中性點刀閘位置、非電量等信號，輸出中性點刀閘控制、檔位控制及風扇控制接點。在合并器中，主變與母線選用雙重化配制，安裝在智能控制柜上。

二、智能變電站網絡通信監測技術

智能變電站中，引入過程層，以光纖網絡實現信號量、模擬量采集與控制一次設備，要求變電站設備實現良好配合，且能夠互相操作，避免對變電站運行造成影響。而通信網絡系統對于變電站運行效率及可用性具有決定作用，需采取監測技術進行無損記錄，以此對異常運行報警，查找系統異常與隱患。

1.報文分析

變電站運行中，COOSE報文流量少，出現不正常運行或故障后，會增加報文流量，搶占寬帶優先權，需檢測COOSE報文狀態改變其以一序列計數器，判斷報文符合性，分析網絡風暴，由于某種原因大量復制網絡報文，且不同在網絡傳輸，系統此時發出告警，即可提醒人員加以分析。并且，選用SV報文異常檢查，是否產生序號錯誤、丟幀、超時、重復、頻率異常等情況，同步監視采樣值信息組播地址、幀結構、源地址匹配關系、頻率、序號等，上傳報警信號。通過雙重報文分析，可判斷發送報文過程中是否出現控制序列間斷、順序錯誤、漏包等情況。

2.數據存儲

變電站中網絡報文數據多，特備是采樣值網絡，采樣主變回路，文件1h約為3g，記錄儀存儲量無法無限大，容量達到最大值，需選擇循環覆蓋歷史記錄模式，結合運行經驗，現場需保證報文數據1星期的歷史，對于數據存儲提出了更高要求。因此，可選用SATA硬盤，其能夠解決碼間干擾、信號偏移、總線串擾、直流偏置問題，傳輸數據選用串行差分方式，以嵌入式時鐘信號處理，支持熱插拔，結構簡單，傳輸效率高，可用于變電站數據存儲。

3.結構功能

監測系統對應過程層、站控層網絡接口，且控制器相互獨立，不僅要適用于偵聽、記錄網絡報文，還要保證其透明安全，不能影響原有網絡通信。可將監測系統分為記錄儀與分析儀，前者能夠完整記錄通信信息，數據按照指定時間長度與間隔保存文件，將其放在硬盤中，按照時間接受網絡數據，分段保存;后者可分為在線監視與離線分析，在線監視可檢測所有變電站信息，報警異常情況，在站控層中統計各種數據，上傳統計信息與網絡信號，GOOSE網絡則負責記錄異常信號，SV網絡同步監視信號，之后報警全部異常情況。而離線分析，則任意運行變電站階段均可進行判斷分析，解析以太報文，分析鏈路通信過程、一場過程及異常報文。

三、智能變電站通信網絡監測技術的應用

1.配置信息

打開軟件即可配制系統，導入SCD文件建設配制文件，對其修改編輯或是導入編輯好的文件。配制信息包含變電站信息（變電站IP、編號、名稱等），記錄儀信息（記錄儀信息、地址、類型、使用端口等），裝置信息（變電站裝置描述、地址、GOOSE信息等）。定值編輯窗口，可結合變電站母線電壓選擇電壓等級，設定設備模擬量啟動定值，以“保存模板”方式保存現有定值為模板，便于人員調用。

2.實時監控

系統能夠接入記錄分析系統的信號狀態、記錄儀狀態、通信流量、信號波形、報文信息等，人員可借此查詢告警內容、信號狀態，將當前狀態數據打印出來[3]。

3.告警信息

監視軟件包含報警查詢與報警功能，能夠根據故障錄波、信號異常等進行報警。

總結：綜上所述，智能變電站是建設智能電網的重要環節，有效減少了設備占地面積，投運周期短、工作量小，減少人為失誤可能性。為了保證系統穩定運行，則應當加強通信網絡監測，需結合實際變電站情況，從報文分析、數據存儲及結構功能這幾方面出發，實現通信網絡的配置信息、實時監控及告警信息功能，從而為智能變電站運行提供保障。

參考文獻：

[1]孫宇嫣，蔡澤祥，郭采珊，馬國龍，戴觀權.基于深度學習的智能變電站通信網絡故障診斷與定位方法[J].電網技術，2019，43（12）：4306-4314.

[2]張志誠.智能變電站通信網絡及其監測技術的應用研究[J].信息通信，2017（03）：167-168.

[3]朱昆侖， 張平茜. 智能變電站通信網絡和檢測技術分析[J]. 科學與信息化， 2019， 000（010）：40-40.

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