智能变电站通信网络技术方案

1 智能变电站通信网络总体结构

智能变电站通信网络采用IEC 61850国际标准，IEC 61850标准将变电站在结构上划分为变电站层、间隔层和过程层，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。

变电站层与间隔层之间的网络称为变电站层网络，间隔层与过程层之间的网络称为过程层网络。

变电站层网络和过程层网络承载的业务功能截然不同。为了保证过程层网络的实时性、安全性，在现有的技术条件下，变电站层网络应与过程层网络物理分开，并采用100M及以上高速以太网构建。

通讯在线保护及故障系统服务器系统服务器GOOSE视频监视终端信息管理兼操作员站2兼操作员站1远动远动联动服务器子站工作站1工作站2变电站层

MMS/GOOSE网变电站层网络

超五类屏蔽

双绞线

其他智能电能保护故障间隔层设备计量测控录波

SMV网光缆过程层网络GOOSE网

合并智能单元单元过程层

光缆电缆

电子式开关设备

互感器(主变、断路器、刀闸)

智能变电站通信网络基本构架示意图

2 变电站层网络技术方案

功能:

变电站层网络功能和结构与传统变电站的计算机监控系统网络基本类似,全站信息的汇总功能(包括防误闭锁)可依靠MMS/GOOSE网络实现。

拓扑结构选择:

环形和星形拓扑结构相比，其网络可用率有所提高(单故障时两者均不损失功能，少数的复故障环形网可以保留更多的设备通信)，但是支持环网的交换机和普通星型交换机相比价格大大提高。

国内经过多年的技术积累，装置普遍具备2~3个独立以太网口, 星型网络在变电站实际应用有着更加丰富的使用经验。

国内220kV及以上变电站层网络一般采用双星型拓扑结构;110kV及以下变电站层网络一般采用单星型拓扑结构。

变电站层双星型网络结构示意图

系统服务器兼操作员站远动工作站变电站层

变电站层网络变电站层交换机2

变电站层交换机1

保护测控保护测控保护测控保护测控间隔层

变电站层双环型网络结构示意图

3 过程层网络技术方案

功能:

过程层网络分为SMV采样值网络和GOOSE信息传输网络。前者的主要功能是实现电流、电压交流量的上传;后者的主要功能是实现开关量的上传及分合闸控制、防误闭锁等。

SMV采样值传输协议:

IEC60044-7/8标准:传输延时确定，可以在接收端实现插值同步，有利于差动保护同步的实现，但协议私有程度较高，各厂家装置间配合较困难，且不能应用于对采样率要求较高的场合。

IEC 61850-9-1标准:沿用IEC60044对合并单元功能和输出数据格式的定义，延时有较小的抖动范围、需依靠同步信号实现同步，协议较通用，各厂家装之间配合较容易，但不符合IEC61850发展趋势(IEC 61850标委会已不再修订9-1，未来将逐渐被IEC 61850-9-2标准取代)。

IEC 61850-9-2标准:是从IEC 61850模型配置的角度出发而制定的采样数据共享协议，其优势在于采样值数据的自由配置

和共享，代表IEC 61850未来发展趋势，但合并单元与保护测控装置之间的数据匹配过程复杂，网络带宽和CPU编解码的开销较大，延时抖动范围较大，现阶段实现难度较大。

SMV采样值网络结构:

方案一:点对点方式，协议采用IEC60044-7/8或IEC61850-9-1/2标准。对于保护双重化要求的间隔，网络按照双重化配置，物理上做到相互独立;对保护单重

化要求的间隔，网络按照单重化配置。(目前ABB公司在欧洲已投运试点站中采用过点对点方式的IEC 61850-9-2LE，运行情况良好)

方案二:网络方式，协议采用IEC 61850-9-2标准。对于保护双重化要求的间隔，网络按照双重化配置，物理上做到相互独立;对保护单重化要求的间隔，网络按照单重化配置。(目前国内、国外正积极试点网络方式下IEC 61850-9-2LE的采样值传输)

点对点方式优点为:延时较确定、投资较小、实现较容易。缺点为:设备间连接较复杂、设备接口数量较多、信息共享性较差。

组网方式优点为:设备间连接简单清晰、设备接口数量较少、信息共享性好、代表未来发展趋势。缺点为:延时不确定(对差动保护影响大)、交换机投资大(分间隔配置时)、继电保护可靠性受到影响。

目前国内外试点站考虑到安全性、可靠性因素，220kV及以上变电站的SMV采样值网络一般采用点对点方式，极少站点实现

部分间隔组网;110kV及以下变电站的SMV采样值网络不少采用了组网方式，并采用了IEC 61850-9-2LE通信。另外，目前还有研发厂商正在试验SMV采样值网络和GOOSE网络共网传输模式。 GOOSE网络:

方案一:间隔内采用点对点方式，跨间隔(如:主变、母差、录波等)采用星型以太网组网方式。对于保护双重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照双套单网配置，两套GOOSE网络物理上应做到相互独立;对保护单重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照单网配置。此方案以继电保护的可靠性为前提，尽量降低交换机故障给保护带来的影响，但装置的接口、连接介质的数量较多，接线较复杂。

方案二:全站GOOSE均采用星型以太网方式，GOOSE交换机可以按照电压等级配置，以220kV、110kV、35kV、主变为单位分别组网，并采取合适的网络处理机制(例如划分VLAN，设置优先级)。对于保护双重化要求的间隔，建议GOOSE网络按

照单网配置，两套GOOSE网络物理上应做到相互独立;对保护单重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照双网配置，保证在任意单重网络故障或单套交换机检修的情况下对系统的正常工作不造成影响。此方案着眼于GOOSE的信息共享，交换机投资大于方案一，但装置的接口、连接介质的数量较少，接线较简单。

目前国内试点变电站两种GOOSE网络配置方案均有采用。

系统服务器兼系统服务器兼远动工作站1操作员站2操作员站1远动工作站2

GOOSE/MMS网

A网B网

双重化220kV线路间隔220kV线路保护测控1220kV线路保护测控2

至故障录波器至220kV母差GOOSE交换至220kV母差GOOSE交换电能表机2(同时去录波器)机1(同时去录波器)至220kV母差2至220kV母差1智能合并智能单元1合并单元1单元2单元2

220kV母220kV母线PT合线PT合本间本间并单元2线路线路线路线路并单元1隔断隔断PTCTCTPT路器路器及刀及刀闸闸

220220220220kVkVkVkV1M2M1M2MPTPTPTPT

220kV线路间隔过程层网络典型方案一(采样值、GOOSE均点对

点)

系统服务器兼系统服务器兼操作员站2远动工作站1操作员站1远动工作站2

GOOSE/MMS网

A网B网

双重化220kV线路间隔220kV线路保护测控1220kV线路保护测控2

至220kV母差1至220kV母差2至故障录波器至故障至故障录波器GOOSE交换机录波器GOOSE交换机电能表至220kV220kV GOOSE220kV GOOSE母差2交换机1交换机2至220kV母差1智能合并智能单元1合并单元1单元2单元2

220kV母220kV母线PT合线PT合本间本间线路并单元2线路线路线路并单元1隔断隔断PTCTCTPT路器路器及刀及刀闸闸

220220220220kVkVkVkV1M2M1M2MPTPTPTPT

220kV线路间隔过程层网络典型方案二

系统服务器兼远动工作站1系统服务器兼远动工作站2操作员站2操作员站1

GOOSE/MMS网

A网B网

双重化

220kV线220kV线路保护测控1220kV线路保护测控2路间隔至220kV母差SMV 交换机1至220kV母差1至220kV母差2至220kV母差至故障录波器SMV交SMV交SMV交换机2GOOSE交换机至故障录波器换机1换机2GOOSE交换机220kV GOOSE220kV GOOSE交换机1至电能表交换机2

至故障录波器智能智能SMV交换机单元2合并合并单元1单元1单元2