摘要：數(shù)字化變電站逐漸成為變電站的發(fā)展新方向，是常規(guī)到數(shù)字信息化的轉(zhuǎn)變，依托信息技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架作為核心，并隨著信息化技術(shù)的發(fā)展而不斷深入。數(shù)字化變電的基本網(wǎng)絡(luò)主要通過功能結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)，分析其中關(guān)于EIC61850以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)關(guān)健技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)冗余方案參考現(xiàn)代數(shù)字化變電站的特征功能與要求，設(shè)計規(guī)劃數(shù)字化變電站虛擬局域網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)；設(shè)計規(guī)劃；信息技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(shù)字化變電站概況

隨著常規(guī)模式下自動化變電站的不斷完善，變電站的自動化系統(tǒng)得以推廣普及，在提高電網(wǎng)質(zhì)量、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面起到很好的促進作用。在自動化變電站的二次設(shè)備的問題中，設(shè)備的互換性與網(wǎng)絡(luò)通信的歸屬約定等方面的統(tǒng)一凸顯出來，具體表現(xiàn)為設(shè)備兼容性差：網(wǎng)絡(luò)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(qū)域內(nèi)不同變電站的相互聯(lián)系與變電站自動化組網(wǎng)的鋪設(shè)。數(shù)字化變電站的三大特征：一次設(shè)備數(shù)字化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)平臺標準化，伴隨著電子互感以及光學(xué)互感等一次設(shè)備技術(shù)的不斷成熟，計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的應(yīng)用逐漸加深，二次設(shè)備的溝通性與維護工作得到改善，進一步加快了數(shù)字化變電站的發(fā)展步伐。

隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站所帶來的優(yōu)勢愈來愈明顯，計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的IEC61850標準通信體系不斷完善，給予相同通信系統(tǒng)的制作與研究，二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)進程已經(jīng)初見雛形，但是并沒有滿足數(shù)字化變電站市場不斷提升的需求，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及組網(wǎng)的建設(shè)都在基于過程層、站控層、對時網(wǎng)絡(luò)三種結(jié)構(gòu)進行數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計。

2 數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用

IEC61850作為數(shù)字化變電站的理論基礎(chǔ)，加上一次設(shè)備其中包括電子互感器與智能斷路器等必備設(shè)備以及計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用以保證信息安全可靠地傳遞與交流，

這些關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備構(gòu)成了數(shù)字化變電站系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.1 電子式互感設(shè)備的應(yīng)用

ECT電子式互感器是采用法拉第電磁效應(yīng)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(shè)備的特點：無磁飽和、抗電磁干擾能力強、調(diào)節(jié)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(shù)字信號，轉(zhuǎn)換信息數(shù)據(jù)格式并發(fā)送至二次設(shè)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(shù)據(jù)并組織發(fā)送新的合并數(shù)據(jù)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(shù)字化，由此可見設(shè)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(shù)、計算機技術(shù)以及傳感器技術(shù)的二次系統(tǒng)設(shè)備。智能斷路器在操作機構(gòu)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(qū)動，由于機械系統(tǒng)的可靠性較高，通過自動化系統(tǒng)地調(diào)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(xiàn)，并通過自動化系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)在線實時

監(jiān)測。

2.3 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

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

3 數(shù)字化變電站的規(guī)劃設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立接入

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)通過過程總線以及站級總線進行通信連接。一次設(shè)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用電纜連接，常規(guī)的電子式互感設(shè)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(wǎng)下采用雙套配置，能夠有效地保護環(huán)節(jié)之間的可靠性，但是雙套配置的有線鋪設(shè)導(dǎo)致了接口處電纜較多，集中處容易產(chǎn)生發(fā)熱，影響線路安全，對維護工作造成一定影響。

3.1.2 GOOSE組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。點對點的電流與電壓的遙測量采集，在GOOSE組網(wǎng)環(huán)境主要工作在過程層中，在規(guī)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(shù)據(jù)不經(jīng)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(wǎng)交換機智能操作箱來完成轉(zhuǎn)發(fā)，同雙套配置的結(jié)構(gòu)相比，GOOSE組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)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(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的目標上進一步完善。

3.1.3 雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在220kV的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，由于母線保護錄波器以及智能開關(guān)技術(shù)的局限，通常設(shè)計規(guī)劃中采用智能控制單元輔助傳統(tǒng)開關(guān)實現(xiàn)智能開關(guān)的部分功能。保護1連接到A網(wǎng)，保護2連接到B網(wǎng)，A網(wǎng)與B網(wǎng)在物理層面上獨立開來。ICU在配置是保持與保護相呼應(yīng)，ICU上鏈接兩套保護裝置。雙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及ICU上的保護裝置同樣相互獨立開來，雙重配置的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)獨立工作。當其中一個網(wǎng)絡(luò)，例如與GOOSE-A網(wǎng)相連的設(shè)備出現(xiàn)問題時，相獨立的GOOSE-B網(wǎng)能夠避免影響繼續(xù)工作。由于母線保護收集的采樣數(shù)據(jù)多間隔，使得各間隔的MU之間輸出數(shù)據(jù)要另外通過數(shù)據(jù)集中器傳輸給母線保護。測控設(shè)備和錄入設(shè)備由于要對GOOSE雙網(wǎng)的數(shù)據(jù)均要采集，因此采用設(shè)備雙網(wǎng)口同時接入GOOSE雙網(wǎng)。

3.2 變電站設(shè)備配置與選擇要求

數(shù)字化變電站的重要基礎(chǔ)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(shè)備。有源互感器設(shè)備在電子式互感器中的工作穩(wěn)定性較好、結(jié)構(gòu)簡單，在國外自動化系統(tǒng)中得到了廣泛的普及與推廣，而光學(xué)互感器主要應(yīng)用在高壓領(lǐng)域中，其優(yōu)勢明顯，因此隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展，220kV變電站的電壓等級前提下，一般使用有源互感器設(shè)備，相對于電子互感器設(shè)備，智能斷路器的智能開關(guān)設(shè)備技術(shù)不夠成熟，在國內(nèi)市場中主要使用國外的產(chǎn)品設(shè)備，導(dǎo)致兼容性與維護性較差，針對這種情況國內(nèi)變電站規(guī)劃中一般使用常規(guī)開關(guān)設(shè)備改造，通過加裝智能化開關(guān)，實現(xiàn)智能化控制。GIS設(shè)備集成度在智能化技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)相對成熟，國內(nèi)針對GIS設(shè)備的使用設(shè)計專門的智能化控制設(shè)備。相對主變端口來說，具體的設(shè)計方案是在主變端口的箱內(nèi)加裝智能控制單位，用來完善主變信號中開關(guān)控制以及非電量有載的數(shù)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(wǎng)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）