鄧蕭洵

（中國能源建設集團華中電力試驗研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

智能變電站中信息傳輸?shù)膶崟r性與安全性是一個重要研究課題，較多研究人員對此做過相關研究，并取得了一定成果。但是智能變電站通信網(wǎng)絡自身特點和數(shù)據(jù)傳輸需求，導致目前通信網(wǎng)絡還存在一定的缺陷和不足。如何保證智能變電站通信網(wǎng)絡的實時性和信息傳輸?shù)陌踩?，是現(xiàn)階段需要解決的關鍵問題之一。

1 智能變電站加強通信網(wǎng)絡實時性與安全性的重要性

1.1 有利于加強智能變電站的安全防護水平

變電站信息安全防護技術需要綜合考慮系統(tǒng)、網(wǎng)絡、應用、數(shù)據(jù)及服務5 個層次，以應對各類安全威脅。智能變電站的信息安全防護系統(tǒng)采用“以端防端”的思路，從各個層次進行防護。對于智能變電站來說，通過采用雙網(wǎng)通信模式，在監(jiān)控主機與站內通信網(wǎng)絡之間設置防火墻，可防止來自外部的攻擊；在站端設備和變電站主站之間設置防火墻，可防止來自站端的攻擊[1]。

1.2 有利于加強變電站配電網(wǎng)的智能調控體系建設

智能變電站的實現(xiàn)，將以智能終端、智能電表以及光纖環(huán)網(wǎng)等為基礎，通過統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡與調度管理系統(tǒng)相連接，形成一個完整的調度運行系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站運行過程中的監(jiān)控、保護、測量、計量以及自動控制等功能，同時與調度管理系統(tǒng)進行實時通信。智能變電站采用站控層網(wǎng)絡，將大量數(shù)據(jù)以通信網(wǎng)絡傳輸?shù)秸{度中心，因此通信網(wǎng)絡的安全直接關系到電力系統(tǒng)配網(wǎng)調控管理體系的穩(wěn)定。而電力系統(tǒng)配網(wǎng)調控管理體系是以配網(wǎng)自動化為基礎，并在此基礎上構建起來的一個完整的電力系統(tǒng)控制網(wǎng)絡。因此，必須要高度重視電力系統(tǒng)配網(wǎng)調控管理體系中存在的信息安全問題，以確保調度管理體系能夠正常運行。

1.3 有利于提高智能變電站的電力資源使用率

智能變電站的出現(xiàn)，能夠很好地解決以往變電站存在的一系列問題。在智能變電站中，信息網(wǎng)絡技術的應用使得整個智能變電站的運行更加順暢，進一步提高電力資源的利用率。同時，通過對信息網(wǎng)絡技術的應用，大大減少電能消耗與電能浪費。此外，智能變電站的出現(xiàn)不僅使電力系統(tǒng)在運行時更加安全、可靠，而且使電力系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其調節(jié)作用，從而為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展提供良好的保障。隨著智能變電站相關工作的開展，智能變電站系統(tǒng)已經(jīng)成為我國電力系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。因此，只有保證智能變電站信息網(wǎng)絡安全運行，才能確保電力系統(tǒng)能夠正常運行。但是我國在這方面缺乏專業(yè)知識和技術人才等，使得智能變電站信息網(wǎng)絡存在很多安全隱患和漏洞。因此，要想提高智能變電站工作的質量和效率，必須要解決這些問題[2]。

2 現(xiàn)階段智能變電站通信網(wǎng)絡發(fā)展存在的問題

通信網(wǎng)絡是智能變電站的重要組成部分，是實現(xiàn)變電站中各智能電子設備之間信息共享、數(shù)據(jù)交換的重要手段[3]。智能變電站通信網(wǎng)絡通過采用網(wǎng)絡化、智能化技術，實現(xiàn)智能設備間的互連互通、信息共享及互操作，從而達到提高變電站自動化水平的目的。在對智能變電站通信網(wǎng)絡的設計中，不僅要滿足一般通信網(wǎng)絡的要求，還需要滿足IEC 61850 標準中對通信網(wǎng)絡的性能要求。本章從技術角度探討IEC 61850 標準中關于網(wǎng)絡模型和同步技術等方面，并結合某220 kV 智能變電站的通信網(wǎng)絡設計方案，總結出現(xiàn)階段智能變電站通信網(wǎng)絡存在的問題。

2.1 變電站通信網(wǎng)絡傳輸體系缺乏靈活性

由于智能變電站中的電子式互感器、合并單元等設備的通信以模擬信號為主，傳輸?shù)男畔⒘肯鄬^少，而且這些設備之間存在著多種類型的連接方式，導致通信網(wǎng)絡的靈活性較差。例如，某220 kV 智能變電站采用的是單母線分段接線方式，即一次設備在母線上安裝智能電子式互感器、合并單元以及相應的智能控制裝置，其過程層設備為智能斷路器、保護測控裝置。但是由于線路較長，而且多以模擬信號為主，導致變電站內傳輸?shù)男畔⒘枯^少。在對智能變電站進行設計時，需要考慮通信網(wǎng)絡的靈活性問題，因此，為提高通信網(wǎng)絡的靈活性，將采用光纖與以太網(wǎng)相結合的方式[4]。

2.2 變電站維保人員專業(yè)水平有待提升

智能變電站的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡設備和智能終端組成，在這2 部分的技術人員需要具備相應的專業(yè)知識。由于目前變電站自動化系統(tǒng)的工作人員普遍文化水平偏低，技術能力有限，對于智能變電站通信網(wǎng)絡中的相關設備和技術指標了解不全面，導致在設計過程中容易出現(xiàn)安全隱患[5]。例如，在智能變電站通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計中，對于通信網(wǎng)絡所需的各種設備、技術指標都需要進行嚴格的計算，但在實際操作過程中，由于部分工作人員缺乏專業(yè)知識，計算結果不準確而導致設計方案不符合要求。此外，智能變電站通信網(wǎng)絡系統(tǒng)涉及眾多環(huán)節(jié)和因素，需要各個部門進行協(xié)調配合。同時在實際操作過程中，由于各個部門之間溝通不到位，導致工作效率較低。

2.3 變電站網(wǎng)絡安全體系存在缺陷

在設計智能變電站通信網(wǎng)絡時，必須要保證通信網(wǎng)絡具有實時性，并保證信息傳輸?shù)臏蚀_性。同時，智能變電站通信網(wǎng)絡需要具備安全性，以保證信息傳輸?shù)陌踩?。目前，智能變電站通信網(wǎng)絡在實時性和安全性方面存在的漏洞主要有以下2 個方面。一方面，智能變電站通信網(wǎng)絡采用的是點到點的連接方式，在一定程度上限制信息傳輸?shù)膶崟r性，從而影響信息傳輸?shù)臏蚀_性。此外，點到點連接方式中節(jié)點之間采用交換機進行連接，增加了智能變電站通信網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)量，從而導致節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換速率降低。另一方面，智能變電站通信網(wǎng)絡采用的是以太網(wǎng)連接方式，使節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換速率降低。因為以太網(wǎng)是一種面向連接的結構，所以當網(wǎng)絡中有新的節(jié)點加入時，原來的節(jié)點就會被隔離出來。這種方式在可以增加智能變電站通信網(wǎng)絡的安全性[6]。

3 加強智能變電站通信網(wǎng)絡實時性與安全性的主要措施

3.1 提高網(wǎng)絡的可靠性

3.1.1 增加光纖傳輸設備

為實現(xiàn)變電站內各單元間的數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸，提高通信網(wǎng)絡的可靠性，需要采用光纖傳輸設備來構建智能變電站內各單元之間的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。光纖傳輸設備可以實現(xiàn)多個變電站之間的數(shù)據(jù)交換，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸效率和安全性。

3.1.2 采用冗余光纖網(wǎng)絡

冗余光纖網(wǎng)絡指在連接多個交換機時，使用2條或更多相同或不同時間工作的光纖，使其同時或先后處于工作狀態(tài)。冗余光纖網(wǎng)絡在傳輸數(shù)據(jù)時，可有效減少丟包的概率，提高通信網(wǎng)絡的可靠性。

3.1.3 采用冗余交換機

冗余交換機指在網(wǎng)絡中使用2 個或更多具有相同功能的交換機，并且每個交換機上都具有一個獨立的冗余通道。采用冗余交換機可以提高智能變電站通信網(wǎng)絡的可靠性，從而提高智能變電站通信網(wǎng)絡信息傳輸?shù)膶崟r性。另外，冗余交換機可以對交換機上連接的各個設備進行監(jiān)視和控制，當其中某個設備發(fā)生故障時，冗余交換機可以自動切換到其他設備并繼續(xù)工作，從而有效提高信息傳輸?shù)陌踩訹7]。

3.2 加強安全防護措施

在智能變電站的建設過程中，存在的各種安全問題給智能變電站的通信網(wǎng)絡帶來了一定的威脅，因此有必要采取相應的安全防護措施來確保通信網(wǎng)絡的安全性。根據(jù)智能變電站自身特點，可以從以下4 個方面加強安全防護措施。一是對智能變電站通信網(wǎng)絡進行技術升級，提高其安全性，實現(xiàn)網(wǎng)絡通信環(huán)境下的身份認證及訪問控制。對智能變電站通信網(wǎng)絡中各節(jié)點進行身份認證，使其具有訪問控制能力。二是采用安全報文機制對各種通信協(xié)議報文進行控制，使其可以相互隔離。三是采用可信計算技術，構建可信環(huán)境，以保證信息傳輸?shù)陌踩裕缤ㄟ^軟件來控制對網(wǎng)絡系統(tǒng)中所有節(jié)點的訪問權限。四是采用多層次安全防護，有效提高智能變電站的安全性，主要包括信息加密、身份認證、訪問控制以及信息隔離等。

3.3 建立完善的安全機制

為保證智能變電站通信網(wǎng)絡的安全性，應建立完善的安全機制。首先要建立相關的安全管理制度，在設備入網(wǎng)時進行嚴格審查，對其進行安全等級劃分，并對其進行分級管理；其次是要建立設備的使用、維護以及管理制度；再次是要建立設備運行、維護、檢修制度；最后是要建立定期和不定期的檢查制度。

智能變電站通信網(wǎng)絡的安全性與其自身的特點密不可分。隨著智能變電站通信網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，對其安全性提出更高要求。為提高智能變電站通信網(wǎng)絡的安全性，應加強對其安全技術的研究，提高技術水平。另外，應加強對智能變電站通信網(wǎng)絡相關人員的培訓力度，提高工作人員的專業(yè)水平和安全意識。

3.4 提高數(shù)據(jù)傳輸質量

根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，對數(shù)據(jù)傳輸進行分類。對于過程層和站控層，存在3 種類型的數(shù)據(jù)，應根據(jù)不同的通信協(xié)議采取不同的傳輸方式，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量。對于過程層與間隔層之間的通信，應采用一對多的通信方式，即通過一個傳輸網(wǎng)絡將站內所需要傳輸?shù)男畔l(fā)送給多個變電站，再由各變電站接收信息并進行處理。過程層與間隔層之間的通信采用以太網(wǎng)技術，因此在數(shù)據(jù)傳輸過程中不需要通過交換機等設備，也不存在延遲問題。

對于站控層之間的通信，應采用點對點通信方式，即通過一個光纖通道將站控層之間的數(shù)據(jù)進行傳送。該方式具有實時性高、可靠性高的優(yōu)點，但也存在一定的局限性。光纖通道本身存在一定的損耗問題，且在傳輸過程中易受外界環(huán)境因素影響，因此當光纖通道發(fā)生故障時，可能會導致數(shù)據(jù)無法及時傳輸。

對于間隔層與站控層之間的通信，應采用多對一的通信方式。該方式可以有效避免由于光纖通道出現(xiàn)故障而導致數(shù)據(jù)無法正常傳輸問題。此外，在間隔層與站控層之間增加一條虛擬網(wǎng)絡通道，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.5 規(guī)范系統(tǒng)的運行維護管理

在變電站系統(tǒng)的運行維護中，必須要嚴格按照國家規(guī)定的相關標準進行操作，這樣才能保證整個系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。在設備運行過程中，由于設備自身原因或者外界因素影響，可能會導致系統(tǒng)出現(xiàn)一些異常情況，如通信報文異常、設備告警等。當發(fā)生這些情況時，應立即停止設備的運行，對相關問題進行處理。

同時，要加強對相關人員的培訓力度，使其掌握自動化系統(tǒng)的基本操作和故障處理方法。嚴格按照規(guī)章制度開展工作，不能違規(guī)操作、冒險行事。要規(guī)范系統(tǒng)操作人員的行為舉止，確保其具備相應的專業(yè)技能和素質。定期開展安全檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患。只有這樣才能保證系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

4 結 論

智能變電站通信網(wǎng)絡的實時性與安全性是智能變電站建設中必須要重點關注的問題。因此，我國必須加強對智能變電站通信網(wǎng)絡實時性與安全性的研究，并根據(jù)智能變電站的發(fā)展趨勢及需求，不斷優(yōu)化通信網(wǎng)絡結構，提高通信網(wǎng)絡的傳輸效率，從而有效提高智能變電站運行的可靠性。