变电站自动化系统中内部通信网研究

杨 娜

（商丘工学院，河南 商丘 476000）

变电站自动化系统中内部通信网研究

杨 娜

（商丘工学院，河南 商丘 476000）

变电站是我国当前电网系统发展的重要组成部分之一，而变电站在一定程度上也是地区性用电安全以及用电稳定的有力保障。在电力系统以及电力设备运行的过程当中，它们之间的通信是非常关键的，传统的老式通信结构以及通信模式已经不能再满足当前国家电网发展的需要，因此，就需要不断地引进新型的、更加科学、快速、准确的通信系统，来保障变电站内部的正常运行。文章通过对变电站自动化系统中内部通信网的研究，发现了其特点以及优越性，对其功能进行了相关的分析，并为其未来的发展提出了几点切实可行的建议。

变电站；自动化系统；通信

计算机信息科学技术在快速发展的这几十年里，带动了许多产业的诞生和发展，同时也让已有行业的发展增添了更加有力的武器。本文中的变电站自动化系统就是在计算机信息科学技术以及网络通信技术的发展中，经过研究和改造，建立起来的一套较为科学的能够满足变电站内部通信要求的通信系统。变电站自动化系统的出现以及应用，在很大程度上非常显著地提升了变电站日常的运作水平，也提升了变电站各项设备的功能性，而且这种自动化系统自推出之日起，就得到了非常迅速的应用和发展。自动化系统改变了变电站传统的二次设备的组态模式，在电网的运行过程中大幅提升了其自动化水平，不仅仅提升了系统工作的安全性和可靠性，而且还在变电站建设成本方面有所降低，达到一举两得的效用，因此，这种系统在电力系统以及电力部门的发展当中得到了非常广泛的应用。但是由于目前很多变电站系统后台的监控设备、安稳设备以及直流设备的通信协议出现了部分误差，使得不同设备的相互衔接较为困难，而且稳定性也受到了非常大的影响，在这样的情况下，就造成了系统维护工作量的加大以及系统升级的困难。所以，变电站综合自动化系统的应用就显得十分重要了，综合自动化系统将控制、自动装置以及远动的技术结合在一起，并且还实现了安全、维护、管理等方面的直接效益，对于变电站的发展是十分有利的。

将保护、控制、远动、自动装置、故障录波等分散的技术集成在一起，从而实现电网的现代化管理，可以给运行、安全、设计、施工、检修、维护、管理等诸多方面带来直接或间接的经济效益和社会效益。

1 变电站综合自动化系统的详细分析

所谓的变电站自动化系统，就是将变电站运作过程当中涉及的二次设备，比如信号系统、继电保护、自动装置等众多装置经过科学的优化，实现对整个变电站主要的运行设备、输电线路等装置的自动监视、检测、控制、保护和综合调度的功能。总的来讲，变电站自动化系统就是将变电站的主要设备进行科学的监控、检测以及保护、调度的系统，以保障变电站运行效率的提升和安全性的提升。

整个变电站的自动化系统的核心就是利用计算机信息技术、自动化控制技术、信息处理技术来代替以往人工进行的各种操作，对变电站进行更加全面、及时、高效的监控和自动管理，而且变电站综合自动化系统具备以下几个特征。

1.1 综合功能

从整体来讲，变电站综合自动化系统通过数据通信技术以及计算机自动化技术，对二次设备进行了全面的监控和管理，在满足基本要求的前提下，实现了整个变电站所要求功能的最优化。

1.2 系统模块化

变电站综合自动化系统将不同功能的保护、监控、控制以及各类装置与计算机技术相连接，这样一来，这几个模块的数据与实时的信息就能实现共享，而且模块化的结构还对工程的分布方式有很好的适应性。

1.3 设备监控可视化

采用变电站综合自动化系统之后，工作人员可以通过监控屏幕就及时了解变电站的各处设备以及输送电线路的情况，实现对他们的实时监控和操作。

2 变电站综合自动化系统的结构形式分析

自从我国20世纪80年代末制造成功第一个变电站自动化系统，我国变电站自动化系统的就开始加速发展，而且系统的结构模式也在不断地进步与完善，结构形式已经由传统的集中式发展为了当前的分层分布形式，同时按照不同装置的安装差异，又可以分成不同的组合类型。

2.1 集中式的结构

在这种集中式结构当中，是对变电站的开关量、数字量已经运行涉及的很多信息通过计算机信息技术系统的处理，来完成相应的类似微机监控、保护以及其他自动化控制的工作。但是，集中式结构是相对较为传统的结构形式，因此，其信息处理并非由一台计算机来完成全部工作，而是根据不同的功能划分成不同的模块系统来进行工作。

2.2 分层结构形式

分层分布结构形式的应用对象有所不同，这种结构形式是将变电站运行的电气间隔元件作为研究对象来进行开发的，进而实现其元件相关生产和应用的自动化监控。分层的结构也是要经过详细考量的。根据相关标准，分层的机构要将整个变电站的一、二次设备整体分成3层，分别为过程层、间隔层以及站控层。

过程层，主要包含的是变电站内部设备中的一次设备，比如母线、变压器、电容器、电压互感器等，这些设备是变电站综合自动化系统的监控目标，而且过程层也是变电站内一次设备和二次设备的结合部分。

间隔层中的智能电子装置（Intelligent Electronic Device，IED）通过电压互感器、变送器以及继电器等相关的设备进行过程层众多设备的运行信息，比如电流、电压、功率等信息以及隔离开关、断路器等相关设备的位置状态，进而对过程层的设备进行监控、控制及保护。

站控层是借助通信网络进行与间隔层之间的信息互换与交流，进而完成对变电站内部全部一次设备的监控、间隔层设备的监控以及众多设备的运行数据的处理工作，而且站控层还能够与调度中心实现信息交流与互换，进而实现对变电站的远程监控。

2.3 分布结构形式

分布结构形式指的就是变电站监控系统在资源逻辑以及拓扑结构上的主要分布形式，主要完成的工作是要从系统结构的角度来对功能方面的有关问题进行处理。它主要是由多台计算机进行互联，组成分布式的计算机系统。在组成的这种计算机系统当中，每一台计算机可以独立地完成自身应该完成的工作，而在完成各自任务的同时又可以实现互相的协调与合作，实现系统的全面管理。

3 变电站综合自动化存在的问题以及未来发展方向研究

3.1 综合自动化系统存在问题分析

尽管变电站综合自动化系统体现出了非常大的技术优势，但是在不断的应用过程当中，也发现了它的一些问题。而这些问题主要体现在如下几个方面：（1）很多设备的信息交互系统还是保持着电缆接线的模式，建设成本高且维护不便；（2）二次数据的采集会出现一定数量的重复；（3）多套系统共同工作，设备与系统之间的互联较为困难，相关的有用信息难以被综合利用；（4）而如果某些设备发生故障时，系统会出现大量的警告信息，不能实现有效故障确定，会影响工作人员的判断，形成一定的危险性。

另外一部分问题是变电站所用设备的问题，目前，很多变电设备生产厂家的产品质量不过关，科学检测不达标，虽然一定时间内能够满足使用需求，但是在后期的使用当中就会出现设备故障、寿命缩短、维护成本增高等不良现象。而不同产品之间的接口不同也造成了一定的设备障碍，尤其是IED装置的接口问题，比如远程终端设备（Remote Terminal Unit，RTU）与通信装置、电流接地装置、故障录波与通信控制器等[1]。不同厂家生产的设备需要耗费工作人员极大的精力去调试数据格式以及通信规约，这样一来，就增大了工作量。而且当前国内的传输规约有很多种，比如IEC 60870-5-103，IEC 60870-5-101等，很多厂家以自己生产的产品为中心，造成不同厂家之间的设备互联困难的现状。

3.2 综合自动化系统未来发展分析

IED在变电站自动化系统中的应用可以有所进步，比如将间隔层的测控单元、保护装置以及RTU在IED之间，采用工业现场总线或者以太网接口。

其次也应该将非常规互感器进行科学应用，这种互感器电平较低，测量范围较大，而且测量准确与测量区间较大。这种互感器可以直接用于电子设备，省掉了中间环节，能够适应社会发展强调的数字化、智能化与网络化的需要。

而在IEC 61850的应用方面，由于该标准以电力系统运作过程的特点为依据进行设计，因此该标准能够满足实时信息传递的需求，在不断的应用中体现出了其强大的优势，为电力自动化系统制定了一个相对统一的格局，因此，此标准将会成为电力系统运行组件的科学标准[2]。在监控系统的发展方面，可视化系统不仅为无人值班的实现奠定了基础，而且还能够实现远方可视化与远端控制，因此，在未来的发展当中，更高端的监控产品的使用一定会为自动化系统增添光彩。

[1]李兰欣.基于IEC61850的变电站自动化系统通信体系的研究[D].北京：中国电力科学研究院，2003.

[2]徐礼葆.基于IEC61850的电子式电流互感器研究与实现[D].北京：华北电力大学，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

杨娜（1984— ），女，河南柘城人，讲师，硕士；研究方向：通信与信息系统。