110kV智能变电站组网方案的探讨

发表时间：2017-08-08T20:04:21.927Z 来源：《电力设备》2017年第11期作者：李小娟张艳艳张甜甜[导读] 摘要：智能变电站一体化监控系统的体系架构、系统配置、数据采集与信息传输是智能变电站建设的重要环节，网络结构直接关系到数据采集和控制的可靠性，分析了智能变电站110k V的组网方案的技术特征，对不同组网方案进行分析对比。

（国网河南孟州市供电公司河南孟州 454750）摘要：智能变电站一体化监控系统的体系架构、系统配置、数据采集与信息传输是智能变电站建设的重要环节，网络结构直接关系到数据采集和控制的可靠性，分析了智能变电站110k V的组网方案的技术特征，对不同组网方案进行分析对比。

关键词：110kV智能变电站；网络结构；网络安全智能变电站自动化由一体化监控系统和输变电设备状态监测、辅助设备、时钟同步、计量等共同构成。一体化监控系统纵向贯通调度、生产等主站系统，横向联通变电站内各自动化设备，是智能变电站自动化的核心部分；变电站组网涉及变电站一次设备传输和设备的实时控制，如数据采集、保护跳闸和数据应用等，组网结构的合理性在很大程度上决定变电站全站运行的的稳定性和可靠性。

一、智能变电站对于传统变电站的改变

1.信息传输的改变

智能变电站利用光纤代替传统变电站中的电缆来进行有关保护作用的信息传输。另外，传统变电站中主要利用电缆来进行信息传输，无法实现信息共享。而智能变电站利用网络来实现信息传输的自动化，并且能够共享有关信息传输的内容。

2.通信标准的改变

传统变电站在建设过程中主要应用的是IEC61850标准，又被称之为数字化变电站。而智能变电站在内部通信规约上应用的是IEC 61850。传统变电站站内通信规约应用的是IEC60870-5-103。智能变电站应用的IEC 61850的通信协议和信息模型对于实时开关量和传统采样值是非常支持的，并且其本身也具有着较高的互操作性，并且能够经常进行高级应用。对于内部智能电子设备的通信行为和系统要求而言，智能变电站使其应用具有一定的规范性。IEC 61850系列能够体现出智能变电站的自动化，对于变电站的运行、维护以及电力行业的组织等都具有着非常重要的影响。IEC 61850系列主要应用的是基于所使用对象的建模技术，以及针对未来通讯的可扩展结构。而IEC 61850系列的目标是为了在世界中使用具有一个标准的技术。

3.端子链接的改变

在一次设备和二次设备中，智能变电站应用的是计算机网络通信技术。传统的变电站应用的是常规物理端子以及物理连接。而智能变电站所使用的是虚端子和逻辑连接。这在很大程度上使得二次接线变得更为简单，也降低了变电站中所使用的二次接线的数量。

二、智能变电站监控系统的站控层组网架构

1.智能变电站系统网络安全区划分

智能变电站应用的是具有网络化的系统。该系统中二次设备架构的网络结构为三层。该三层为站控层、间隔层以及过程层。从《电力系统二次安全防护》的管理规定中可以看出，站控层设备的安全区主要包含为四个。第一，安全I区。监控主机可以实时采集有关电网运行和设备施工状况的信息和数据，并且能够在分析和处理之后对其进行统一展示。并将数据存入数据服务器。Ⅰ区数据通信网关机通过直采直送的方式实现与调度（调控）中心的实时数据传输，并提供运行数据浏览服务；第二，安全Ⅱ区。综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信，采集电源、计量、消防、安防、环境监测等信息，经过分析和处理后进行可视化展示，并将数据存入数据服务器。Ⅱ区数据通信网关机通过防火墙从数据服务器获取Ⅱ区数据和模型等信息，与调度（调控）中心进行信息交互，提供信息查询和远程浏览服务；综合应用服务器通过正反向隔离装置向Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机发布信息，并由Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机传输给其他主站系统；数据服务器存储变电站模型、图形和操作记录、告警信息、在线监测、故障波形等历史数据，为各类应用提供数据查询和访问服务。

2.监控系统的站控层组网架构

采用主-子交换机级联方式，任两台智能电子设备之间的数据传输路由不应超过4个交换机；根据间隔数量合理配置交换机，每台交换机配备适量的备用端口。当间隔较少时，可取消继电器室主交换机，继电器室子交换机直接接入主控室主交换机。

三、智能变电站组网方案分析

1.方案一：点对点光纤+过程层网络+站控层网络

技术特点：保护直采直跳，可用插值再采样同步，保护设备不依赖交换机和对时，可靠性高。SV\GOOSE和MMS分网传输，交换机负载性对较轻。经济性：交换机数量多，投资较大；复杂性：交换机和光纤多，系统最复杂；灵活性：保护功能较低，自动化功能较高。组网方案优化：过程层网络SV和GOOSE共网，保护功能不依赖网络，SV和GOOSE共网风险小，可减少约35%的过程层交换机，减少投资和降低变电站复杂性，电压采样值由过程层传输到各间隔取消PT合并单元到压采样值由过程层传输到各间隔，消T并单元到各间隔的点对点光纤，合并单元和智能终端一体化，SV和GOOSE共光纤并单元和智能终端化光纤减少约50%过程层智能设备和点对点光纤，减少投资和降低变电站复杂性需采用SV和GOOSE分时传输技术避免GOOSE报文影响SV发送时间，造成插值再采样同步误差，此种方案不适用于采用激光供电互感器的变电站合并单元需配置激光供能模块难以和智能终端集成?并单元需配置激光供能模块，以和智能终端集成 2.方案二：无过程网方案

过程层设备和间隔层设备间用点对点光纤传输信息：间隔层设备间通过站控层网络交换信息，控层网络和过程设备间的报文传输，由间隔层设备转发，优点：无过程层交换机、不增加站控层网络规模、网络最简化，投资最低。

3.方案三：全网络方案

网络架构络架构典型三层两网结构，符合标准的IEC61850体系，最大限度地满足信息共享过程层SV与GOOSE共网，双重化，优点：光纤数量较少，各种功能可灵活分布种功能可灵活分布，缺点：保护功能依赖交换机和对时系统单元件故障可能护功能依赖交换机和对时系统，一故障可能导致大范围保护退出。

四、工程实例介绍

1.变电站主接线