基于通讯规约选择与实现的变电站自动化改造
通信技术在变电站综合自动化系统的应用
通信技术在变电站综合自动化系统的应用通信技术在变电站综合自动化系统的应用摘要：随着社会经济的快速进步，计算机技术和信息技术在得到快速发展的同时，变电站自动化技术也渐渐的被企业所重视，逐渐的得到了广泛的应用。
随着变电站自动化技术的不断进步和推广，中低压以及超高压的变电站自动化技术的应用已经取得了不错的效果。
随着通信技术的不断改进和提高，越来越多的电力企业开始向着综合自动化系统的要求进行改建和创新，通信技术在这时发挥出非常大的作用，使变电站变的更加现代化、更加的数字化、更加的高科技化。
关键字：变电站综合自动化系统通信技术现代化技术变电站综合自动化是一种全新的技术，结合现在的各种新技术、新的想法、新的设备同时运用在变电站中，它是多种学科、多种领域专业知识、多种科技技术在电力系统中相互结合，共同运作的典范。
变电站自动化系统的组成也十分复杂多样，它包括自动控制功能，继电保护功能，测量功能，远程操控功能，危险设备操控功能等很多方面，通过通信及网络信息技术实现安全可靠的管理和控制。
一、变电站综合自动化系统的实际应用1.变电站综合自动化系统的应用1.1应用数据的采集应用数据包括断路器的运行状态、隔离开关的运行状态、变压器分接头信号以及变电站一次设备和二次设备告警信息等多种方面，模拟数据涉及的方面也十分广泛，包括：各段母线的现有电压、线路电压、线路电流、频率、变压器油温、变压器室温等多个方面。
数据的采集工作十分重要，它可以及时的控制系统的安全运行和出现故障的方位，第一时间的去进行处理。
1.2自动控制系统当遇到突发事故时，人为的去合断开关需要时间，有时还存在一定的危险，但是由通信技术来控制，一旦事故发生，系统就会根据现有状况进行分析处理，减少了很多人员思考时间，大大降低了事故造成的损失，同时通信技术还会对事故进行记录，以供相关部门进行事故分析提供大量的数据，降低了分析的难度。
1.3远程控制系统原有的系统检查都是靠人工的巡视、检查、测量，在偏远地区和危险地区的检测十分困难和危险，自从引进通信技术以后，可以运用远方数据的检测，方便又快捷，还十分的准确，大大减少了人力物力的投入，降低了生产成本。
数字化变电站自动化系统解决方案
数字化变电站自动化系统解决方案1数字化变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站.与常规变电站相比,数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化,而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
2IEC61850将数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。
整个系统的通讯网络可以分为：站控层和间隔层之间的间隔层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网.站控层通信全面采用IEC61850标准,监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。
同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6规范的SCL文件，可在不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互.间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。
110kV及以下电压等级的变电站自动化系统可采用单以太网,110kV以上电压等级的变电站自动化系统需采用双以太网。
网络采用IEC61850国际标准进行通信,非IEC61850规约的设备需经规约转换后接入.考虑到传输距离和抗干扰要求,各继电小室与主控室之间应采用光纤，而在各小室内部设备之间的通讯则可采用屏蔽双绞线。
根据过程层的不同需求，我们提供了以下两种数字化变电站解决方案.如图2—1所示,在过程层采用电子式PT/CT以及智能化开关设备，变电站所有装置的交流采样数据通过与MU合并单元通信获得，各种测量与保护装置的交流采样部分全部取消,通过GOOSE网络传输实时跳合闸和保护间配合信号，全站使用IEC61850标准进行信息交互.该方案的组网原则主要包含以下几点：1）监控层网络使用星型独立双网。
网络通信技术在变电站自动化系统中的应用
网络通信技术在变电站自动化系统中的应用 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】网络通信技术在变电站自动化系统中的应用摘要本论文阐述了网络通信在变电站综合自动化系统中应用的通信通道、通信功能、通信规约、网络结构、IEC 61850通信规约以及基于IEC 61850通信规约的数字化变电站等内容。
从变电站综合自动化系统对站内通信网的要求入手，解释了网络通信的一些基本概念和网络通信的一些技术，总结了网络通信技术在变电站综合自动化系统中的实际应用情况，对变电站综合自动化系统今后的发展做出简要说明。
本文共分7章。
第1章变电站综合自动化系统的简介；第2章变电站综合自动化系统的数据通信，第3章变电站综合自动化系统的通信网络结构，第4章变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择；第5章基于IEC 61850的变电站自动化系统的应用研究，第6章基于IEC 61850标准的750KV数字化变电站建设；第7章是对于变电站综合自动化的现状和发展方向做一简要的说明。
关键词：变电站自动化网络通信局域网以太网 IEC 61850标准目录前言变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。
变电站自动化能够显着提高变电站的运行水平，增强变电站的各种功能，一经推出即得到迅速的应用。
它改变了传统的二次设备的组态模式，大大提高了电网的自动化水平，增强了系统的可靠性，降低了变电站的总造价，因此近几年来在电力系统中被广泛应用。
由于目前的变电站自动化系统中的后台监控系统和微机保护设备、直流设备、安稳设备等厂家的通信协议不统一，造成不同厂家连接困难，调试周期长，系统稳定性差，生命周期缩短，设备之间的互操作性差，维护工作量大，改造升级困难。
国际电工委员会第 57 技术委员会制定的 IEC 61850标准，为数字化变电站的发展指明了新的方向，使变电站站内设备通信采用统一的标准。
变电站自动化系统的通信网络及传输规约选择
变电站自动化系统的通信网络及传输规约选择随着电力系统自动化的快速发展，变电站自动化系统已成为电力行业的核心设备之一。
而在变电站自动化系统中，通信网络及传输规约的选择对整个系统的运行稳定性和可靠性至关重要。
本文将讨论变电站自动化系统的通信网络选择和传输规约选择，并提出相应的建议。
一、通信网络选择在变电站自动化系统中，常见的通信网络包括以太网、无线网络、载波通信等。
不同的通信网络具有不同的特点和适用场景，因此，在选择通信网络时需综合考虑以下几个因素：1. 数据传输速率要求：不同的自动化设备对数据传输速率有不同的要求。
对于需要高速传输的设备，如保护终端设备，以太网是一个较好的选择；而对于传输速率要求相对较低的设备，如监控终端设备，无线网络可能更适合。
2. 防护等级要求：变电站存在恶劣的工作环境，如高温、高湿、强电磁干扰等。
因此，在通信网络选择时，需考虑其防护等级是否能够适应变电站环境的要求。
3. 网络拓扑结构要求：变电站自动化系统需要将各个设备进行联网，因此，通信网络的拓扑结构也是选择的考虑因素之一。
常见的拓扑结构包括星型、环型、总线型等，根据变电站的具体情况选择最适合的网络拓扑结构。
综合考虑以上因素，可以选择以太网作为变电站自动化系统的通信网络。
以太网具有高速传输、稳定可靠的特点，能够满足变电站自动化系统对数据传输速率和防护等级的要求。
此外，以太网的拓扑结构也较为灵活，可以根据需要进行扩展和优化。
二、传输规约选择在变电站自动化系统中，传输规约是设备之间进行数据通信的重要标准。
不同的设备和不同的应用场景，可能需要选择不同的传输规约。
以下是几种常见的传输规约：1. IEC 61850：IEC 61850是国际电工委员会（IEC）制定的用于电力自动化系统的通信规约。
它采用面向对象的方式进行数据的传输和管理，具有较高的兼容性和灵活性。
IEC 61850适用于变电站自动化系统中的保护设备、监控设备等。
2. DNP3：DNP3是一种用于监控和控制远程设备的通信规约。
基于通讯管理机的变电站综合自动化系统的研究与应用
基于通讯管理机的变电站综合自动化系统的研究与应用严雨哲【摘要】随着我国现代化电力企业服务形式的开发与转变,目前,以智能化为主的电力企业管理也已经在逐渐推进.本文针对基于通讯管理机的变电站综合自动化系统的研究与应用进行了研究,希望在本文研究帮助下能够为通讯管理机应用下的变电站综合自动化系统应用提供参考.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】2页(P112-113)【关键词】通讯管理机;变电站;综合自动化;系统研究【作者】严雨哲【作者单位】郑州大学,河南郑州 450052【正文语种】中文【中图分类】TM76;TM630 前言在现代化科学技术的高速发展背景下，电力企业在服务方式转变上一直在更新，以综合自动化系统作为电力企业服务管理中的主要系统是我国当前电力企业建设和发展中一直在探索和研发的一项工作。
本文借助通讯管理机应用对变电站综合自动化系统研究于应用进行了分析，其意义在于按照我国现有电力企业建设中综合自动化变电站系统设计要求，将其整个系统设计构件明确，然后结合具体的系统应用分析，将系统应用中需要注意的问题，以及相应的参数配置工作落实，提升变电站综合自动化系统应用质量。
1 基于通讯管理机的变电站综合自动化系统设计1.1 通讯管理机设计通讯管理机设计作为变电站综合自动化系统设计中较为重要的一项系统设计要素，在整个系统设计工作实施中占据着重要地位，通讯管理机也称作DPU 其具有多个下行通讯接口及一个或者多个上行网络接口，相当于前置机即监控计算机，用于将一个变电所内所有的智能监控/保护装置的通讯数据整理汇总后，实时上送上级主站系统（监控中心后台机和DCS），完成遥信、遥测功能。
要想提升变电站自动化系统设计水平，就应该及时按照其系统设计工作实施中的要求，将管理机设计工作落实。
首先，在通讯管理机设计中，为了展示出整个系统设计质量，需要按照系统设计中的要求，将硬件设计工作落实，以单片机（STM 系列或STC 系列）作为主要系统设计构件，利用Keil 软件编程来实现单片机上的某些功能。
IEC-60870-5-104通讯规约的特点及应用
IEC-60870-5-104通讯规约的特点及应用摘要：规约简单的说就是指在电力系统中,发送信息端与接受信息端对所发送数据的报文格式封装与解封装的一套约定。
为了实现规约的标准化,国际电工委员(International Electrotechnical Commission)制定了一系列的远动规约的基本标准,并在此基础上制定了基于TCP/IP协议的IEC 60870-5-104国际标准,用以对地理广域过程的监视和控制。
本文主要说明介绍IEC-60870-5-104规约的基本内容，并以IEC-60870-5-104在变电站和配电网的应用为例，说明了IEC-60870-5-104的作用以及优势。
关键字：104规约；优势；数据传输；FTU；1.IEC-60870-5-104规约的介绍1.1 一般体系结构104规约定义了开放的TCP/IP接口的使用，包含一个由传输IEC 60870-5-101ASDU的远动设备构成的局域网的例子。
包含不同广域网类型(如X.25，帧中继，ISDN，等等)的路由器可通过公共的TCP/IP-局域网接口互联。
图1所示为一个冗余的主站配置与一个非冗余的主站配置。
1.2 规约结构IEC 60870-5-104远动规约使用的参考模型源出于开放式系统互联的ISO-OSI参考模型，但它只采用其中的5层，IEC 60870-5-104规约是将IEC60870-5-101与TCP／IP提供的网络传输功能相结合。
根据相同的定义，不同的ASDU(应用服务数据单元)，包括IEC 60870-5全部配套标准所定义的ASDU，可以与TCP/IP相结合。
IEC 60870-5-104实际上是处于应用层协议。
基于TCP/IP 的应用层协议很多，每一种应用层协议都对应着一个网络端口号，根据其在传输层上使用的是TCP协议(传输控制协议)还是UDP协议(用户数据报文协议)，端口号又分为TCP端口和UDP端口，为了保证可靠地传输远动数据，IEC60870-5-104规定传输层使用的是TCP协议，因此其对应的端口号是TCP端口。
变电站综合自动化通信的协议规约及标准
变电站综合自动化通信的协议规约及标准在变电站综合自动化系统中，通信是其中非常重要的一个环节。
为了保证变电站各个设备之间的数据传输和交互顺利进行，需要制定一套协议规约和标准。
本文将重点介绍变电站综合自动化通信的协议规约及标准。
一、概述变电站综合自动化通信的协议规约及标准是指在变电站综合自动化系统中，各个智能设备之间进行数据传输和通信所遵循的一系列协议和标准。
这些协议和标准的制定，旨在保证变电站系统的稳定运行和数据的准确传递，提高变电站的自动化程度和安全性。
二、IEC 61850协议IEC 61850协议是国际电工委员会（IEC）制定的用于变电站通信的标准协议。
该协议基于通用对象模型（GOM），定义了变电站系统中各个设备之间的通信方式和数据模型。
IEC 61850协议具有高度的扩展性和互操作性，可以适用于不同厂家的设备，实现各个设备之间的互联互通。
三、DL/T 634.5104-2002规约DL/T 634.5104-2002规约是中国电力公司制定的关于国内变电站通信的协议规约。
该规约是在IEC 61850协议基础上进行了本地化的改进和优化，使得其更符合国内变电站自动化的实际需求。
DL/T 634.5104-2002规约规定了变电站中各个设备之间的数据传输格式、通信接口、命名规则等。
通过遵循该规约，可以实现变电站综合自动化系统的高效运行。
四、MODBUS协议MODBUS协议是一种流行的工业通信协议，常用于现场设备和上位机之间的通信。
在变电站综合自动化系统中，一些辅助设备如断路器、遥控终端等使用MODBUS协议与上位机进行通信。
该协议具有简单易懂、操作方便的特点，被广泛应用于变电站系统中。
五、DNP3协议DNP3（Distributed Network Protocol）协议是一种用于远程自动化和控制系统的协议。
该协议具有高度可靠、安全性好的特点，适用于大规模工业系统的通信。
在变电站综合自动化中，DNP3协议可以用于远程监控和控制变电站设备，确保系统的正常运行。
变电站综合自动化系统101规约
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基于通讯规约选择与实现的变电站自动化改造
殷嘉伟王天宇张俊伟
（南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏南京211106）
摘要：分析了在国家电网“调控一体化”建设模式的背景下，在超高压老站改造的过程中，通讯规约选择的现状和意义。
以实例的方式介绍了永源500kV变电站在进行整站改造的过程中站内通讯规约的现状，以及改造完成后通讯规约的最终优选方案与工程实现。
关键词：变电站自动化；通讯规约；网络传输；IE C61850
0引言
国家电网公司为构建“大运行”管理体系[1]，提高专业化管理水平，切实推进“两个转变”，按照“调控一体化”建设模式，将通过升级或改造的方式对一些超高压老站自动化系统实现监控信息的交互及应用，适应智能化电网新要求。
为了解决大量新旧运行设备的接入与兼容，将引入IE C61850标准，从长远意义上实现“调控一体化”[2]。
本文主要介绍了永源500k V变电站应用通讯规约和网络传输优化技术的全过程，对进一步深化应用该技术提供了借鉴，因而具有一定的实践意义。
1通讯规约的配置现状与分析
1.1站控层—间隔层规约配置
永源500k V变电站站控层配置两台服务器，采
用双机互备模式、U nix的操作系统、O racle的数据库、
国电南瑞N S2000自动化监控系统，同时配置两台操
作员工作站，供运行值班员监控和操作使用，另外又
配置一台工程师站，供检修和运维人员对数据库进
行系统维护使用。
服务器跟工作站和工程师站都是
通过N E T103通讯规约，基于网络的方式进行数据
传输。
间隔层的设备主要包括测控、保护、电度表，还包
括其他一些智能接入设备，比如小电流接地选线、直
流屏、交流屏、一体化电源、G PS对时设备、消协装置、
在线监测系统等。
间隔层设备通过网络交换机上网
接入站内局域网，传输规约也是N E T103规约。
对于
不能直接上网的第三方智能设备，则需要通过规约转换装置进行规约转换，转换成标准网络103规约进行数据交互。
比如直流屏规约通过规约转换器转换为N E T103供站控层监控系统和远动系统进行数据交互，再比如电度表D L/T645规约通过规约转换器转换为N E T103接入站内局域网等。
1.2站端—调度端规约配置
永源500k V变电站远动系统采用国电南瑞N SC200通讯控制器，双机互备的主从模式，规约配置的有循环上送式部颁C D T规约，PO L L IN G问答式规约IE C101、IE C104，其中IE C 104是基于数据网的网络传输模式。
2规约选择的方案实现
2.1站控层—间隔层解决方案
站控层—间隔层的规约方案建议采用“渐进式柔性改造”的实现形式。
首先，硬件方面，保持原有后台监控系统不变，新增一套基于X86的硬件平台，采用L IN U X操作系统的N S3000V8监控系统或者直接采用告警直传图形浏览系统将其合二为一成为一套综合监控系统。
其次，软件方面，在间隔层测控和保护不断改造的过程中，逐步由N E T103规约过渡到IE C61850规约[3]，对于暂时无法过渡的间隔层设备，可以继续保留N E T103的通讯协议，也可以通过增加协议转换设备比如N SC330总控进行协议转换的过渡，最终实现站控层—间隔层整体改造的过渡。
站控层—间隔层规约改造解决方案示意图如图1所示。
2.2站端—调度端解决方案
本方案采用在原远动屏柜内进行现场配线的方法，从而将旧N SC200总控装置替换为N SC330总控装置，最终旧N SC200总控装置退出运行。
N SC330型远动装置是基于嵌入式硬件平台及V xW ork s实时操作系统，它通过两路100M网口接入站控层网络独立采集全站的数据，能提供最大4路百兆以太网口用于IE C104规约调度通讯，可支持的IE C104规约网络端口连接数量为16个，并且最大支持C D T、IE C101串口类规约24路。
N SC330型远动装置不仅继承了原N SC200总控的各项功能，并且在性能、网口数量和通讯规约接口等方面都有改善，特别是数据库制作跟后台形成了一体化平台，优势明显。
3结语
通过永源500k V变电站通讯规约的方案优选和工程实践，依据《变电站智能化改造技术规范》要求，
图1站控层—间隔层规约改造解决方案
示意图
（下转第35页）
（上接第33页）
按照“调控一体化”建设模式，将新的国际标准IE C61850协议引入到新旧站的建设和技改中[4]，结合新老设备的自身特点，配合正在规划的运维系统，实现了更深层次的“调控运维一体化”，也为后续大庆500k V变电站、哈南500k V变电站等一批老站进行智能化改造提供了实践经验，因而具有一定的借鉴意义。
［参考文献］
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国电力报，2005-02-24（1）.
[2]张一龙，郝志平.调控一体化新观察[N].国家电网报，2011-
03-29（5）.
[3]Communication networks and system in substations，
part1to part10：IEC61850[S]，1999.[4]石树平，马运荣.论变电站自动化技术发展现状及要求[J].
继电器，2010，28（10）：6-11.
收稿日期:2017-10-30
作者简介:殷嘉伟（1991—），男，江苏盐城人，助理工程师，研究方向：变电站自动化工程技术的应用。
电所变压器负荷率较低（负荷率低于50%）。
新增变压器根据作业方提供的负荷需求为800k W，变压器的负荷率也低于50%。
全厂变压器运行安全。
5.2短路
根据全厂电力情况E D SA模型分析，按照全厂最大运行工况10.5k V短路计算最大结果为16.08k A；现有中压盘耐受电流为20k A，可满足增容需求。
5.3电压
现场中压盘电压表显示盘柜上电压为10.3k V，新增负荷最大功率800k W占全厂总负荷比例约13%，对中压压降影响不大；各低压盘柜电源来自就近变压器，现低压电压最低为388V，现有变压器负荷率低于50%，新增变压器预计负荷率也低于50%，压降可以满足使用要求。
5.4功率因数
各变电所低压盘柜中带有功率因数补偿装置，功率因数调整在0.9。
新增负荷后在新增低压盘中根据实际情况增加无功补偿装置。
5.5继电保护
5.5.1用电设备归类
为保证供电的可靠性，电力系统配置可靠的保护，并采用多功能继电器和综合保护器。
厂区内用电设备主要有：10.5k V 主进线、10.5/0.4k V变压器、10.5k V母联开关、10.5k V电动机；0.4k V母联开关、0.4k V低压电机、0.4k V加热器、0.23k V 照明和其他小功率用电设备等。
5.5.2保护设置
（1）主进线开关和中压变压器保护有：定时限过流保护（51S）、过负荷保护（51L）、低电压保护（27）。
（2）10.5k V母联开关保护有：过流保护（51）、瞬时过流保护（50）。
（3）10.5k V电动机保护有：过流保护（51）、逆相/相平衡电流继电器（46）、低电压保护（27）。
（4）0.4k V用电设备的保护：馈线回路使用断路器三段式保护，低压电机使用两段式+接触器和热继电器。
（5）0.23k V用电设备的保护：使用开关过电流保护。
5.5.3新增变压器保护
新增变压器将加在主变电所中压开关下，变压器保护延续变压器的传统保护，主要有：定时限过流保护（51S）、过负荷保护（51L）、低电压保护（27）。
5.5.4新增负荷后继电保护影响
新增变压器加在主变电所中压开关下，将增加主进线开关的通过电流值，主进线开关的测量及保护C T变比将不满足使用要求，总进线开关的C T为400/5，不能满足电力增容后的最大装船工况6407.39k W（工作电流为424A）供电需求，应结合中压盘改造进行更换，对应主进线开关的综保设定值需要重新计算并设定。
6结语
经核算，该厂区增容后冬季装船工况负荷最大，最大视在功率为7348.44k V A（最大工作电流为424A）。
为保证电力系统能安全运行，需更换总进线开关C T，并调整继保整定值。
［参考文献］
[1]任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版
社，2005.
[2]黄纯华，葛少云.工厂供电[M].2版.天津：天津大学出版社，
2002.
收稿日期:2017-10-12
作者简介:白春园（1985—），男，河北人，电气工程师，主要从事海洋石油平台电气设计工作。