特高压变电站综合自动化系统设计研究

随着我国电力产业的发展，特高压750kV电网将成为西北电网的主网架;1000kV级交流和±800kV级直流输电示范工程也已开工。特高压电力系统的特点将对继电保护、变电站自动化系统、电网安全稳定等提出更高的要求。

随着计算机技术、总线、以太网等技术的飞速发展和广泛应用，变电站自动化技术已成为电网运行治理的重点。随着高电压等级电网运行治理系统所需的信息量越来越大，各种应用和服务对信息质量提出了越来越高的要求，如实时性、可靠性、数据完整性、通讯容量等，因此对自动化系统的要求也日益进步。电力系统网络及其通讯协议也正在发生深刻的变化，传统的集中、低速、专用封闭式的自动化系统将向开放、高速、综合的网络化方向发展，通过局域网互联和广域网互联，实现系统信息资源的共享利用。同时，在变电站内，不同厂家的各种设备要联到监控、远动等信息处理主站，而目前还做不到所有厂家都按照同一种标准互联，还需要通过协议转换器，实现不同介质、不同协议设备间的信息交换。因此采用同一的国际标准，进步变电站内设备的互操纵性，是今后电力系统自动化发展的方向，也是我们设计新的特高压变电站自动化系统的基本出发点。以太网(Ethernet)网络应用于产业控制现场已经成为不可阻挡的潮流，电力系统自动化同样受其影响，国际上很多的电力系统自动化厂家已经研制出基于以太网的厂站自动化系统。对于特高压变电站自动化系统，由于设备和信息量的大量增加，采用快速以太网技术，实现信息共享，则显得更为重要。

特高压变电站自动化系统将充分体现的发展趋势是：分布式结构和采用并遵循尹：放式的国际标准

一、750kV变电站综合自动化系统结构

750kV变电站自动化系统宜采用分层分布式设计，即纵向分两层：变电站层和间隔层。

变电站层由网络联接的“监控后台”系统(通常包括主机和/或操纵员站)、维护工程师站、远动通讯主站及故障信息系统、远视系统、五防上作站、网络略由等功能性主站组成。

间隔层设备分散布置至就近的继电器室，并以分布式开放网络与变电站层联接，其功能设置上遵循“可以下放的就尽量下放”的原则，凡是可以在本间隔完成的功能不依靠于通讯网。

变电站自动化系统采用“分层分布式”结构，对网络结构的选择主要应考虑以下题目：

1.信息传输的实时性和可靠性。

2.网络结构的公道性。

3.技术的先进性、开放性和经济性。

国内的变电站自动化系统网络结构，回纳起来主要有三种方式：

1.间隔层设备直接接进变电站主网。

2.就地布置的保护小室内的设备先联网后再接进变电站主网。

3.通过前置单元接人变电站主网。

以上三种方式中，方式一(间隔设备直接上网)的网络结构更为公道。

考虑故障信息系统要求的网络结构如图所示。

1.在750kV变电站中，考虑到技术的发展，变电站层网络应该选择10/100M适应以太网，间隔层设备则应要求能直接提供10/100M以太网接口，考虑到电磁兼容和传输间隔的要求，一般宜直接提供光纤接口。

2.从图中可见，对带分散录波的保护装置来说，双监控网再加录波网接口，要求保护提供3个以太网接口，这对尽大多数保护来说要求过高，因此，分散录波数据可以从监控网上传输，由于其数据量小，对监控信息的实时性影响不大。

3.假如保护或其它IED设备不具备直接接人以太网的条件，可在小室内配置一个通讯治理装置。

4.保护信息与监控信息分别组网，以利于运行治理和设备维护。由于保护装置直接上网，故障信息系统从网上直接获取信息并不与监控发生矛盾，最多只是共用网络线缆和网络设备，这样既进步了设备的利用率，进步了投资的经济性，也兼顾到了部分用户对保护录波单独组网。

二、变电站综合自动化通讯体系

智能电子设备(IED)是构成变电站计算机监控系统的基本设备元素。变电站内的间隔层设备，比如数字式继电保护设备、测控设备、信息治理设备、智能电度表等等，都属于IED。IED设备最重要的外部行为就是信息的交换，也就是通讯。两台设备想要成功地通讯，必须具备同样的通讯接口和通讯协议。开放的标准协议是开放系统所共用的通讯语言，主要来自于两个方面：一种是由各种国际标准化组织定义的标准协议，比如IEC60870、UCA、IEC61850等等;另一种则是事实存在的、被广泛应用的协议，比如DNP3.0、Modbus、LonTalk等。本设计采用IEC61850通讯协议体系软件，它将进步特高压变电站自动化系统的技术水平和治理水平。

IEC61850是在1994年，由德国国家委员会提出建议，由IEC相关标准工作组起草，在和CIGRE IEEE、EPRI等国际组织的充分合作下形成的国际标准。该标准是欧洲较广泛采用的IEC60870-5-103标准和北美的UCA2.0部分子集的结合。该标准涉及变电站层总线和过程层总线，目的在于为各个SAS厂商提供一个具有互操纵性的标准。目前，IEC61850国际标准的14个部分已经正式出版，国内有关的电力通讯标准组织也正在积极地进行标准的翻译工作。

IEC61850通讯标准通过对变电站自动化系统中的对象进行同一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通讯服务接口(ACSI)，增强了设备间的互操纵性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。IEC61850标准在世界范围内被广泛认可，代表了变电站自动化技术未来的发展方向。该标准具备配置灵活、可靠性高、安全性强的特点，应用后将大大减少设备之间互相连接的难度，减轻变电站自动化系统在应用时的工程强度，降低系统的工程本钱，避免系统升级带来不必要的接口设备投资，进步变电站自动化系统设计的模块化程度，并将会由于大量的模块复用而降低变电站自动化系统产品设计的本钱。

IEC61850标准夸大了变电站自动化系统中信息的数字化，既包括在变电站层(包括监控站、工程师站、五防站等)和间隔层(包括各种保护、控制设备)实现基于高速以太网的实时通讯，也包括在过程层(包括数字化的电气量采集装置、合并单元等)实现基于网络的通讯。这种基于以太网的通讯架构的采用，同一了通讯系统的物理介质(现有的通讯物理介质包括RS485、Lon-Works、CAN、Profibus、以太网等)，减少了由于不同物理介质而导致的互连题目;采用10/100M甚至更高速率的以太网将极大地进步通讯系统的通讯带宽，从而答应在通讯过程中传递更加丰富的信息，为变电站自动化的应用程序设计提供更多更快速的信息源。同时，在过程层采用以太网进行二次电气量(包括模拟量、开关量)的数字化传输，将大大减少变电站的接线，方便工程设计和维护，也极大地降低了设备的投资。

IEC61850将变电站通讯体系分为3层：变电站层(stauon level)、间隔层(bay level)、过程层(process lev-e1)。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通讯服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)、传输GSE/GOOSE信息的无连接网络协议CNNP，传输网络是冗余以太网或光纤环网。在间隔层和过程层之间的网络采用点对点的单向传输以太网或交换式实时以太网。

随着技术的发展，几年以后，光电数字式CT/VT将逐步取代传统的电磁式CT/VT，数字化的过程层开始出现，并得到广泛应用。变电站自动化系统模式将逐渐和国际标准接轨，系统结构更趋公道。过程层完成I/O、模拟量采集和控制命令的发送，并完成与一次设备有关的功能;间隔层利用本间隔数据对本间隔的一次设备产生作用，越来越多的间隔层功能将下放到过程层;替换传统模拟保护原理的自适应网络型数字保护将出现;变电站功能将扩展到设备在线监测、电能计费系统、部分配电自动化、无功自动补偿和远视等，符合IEC61850标准的变电站自动化体系结构将逐步建立。

利用成熟的网络技术、通讯技术以及计算机软硬件技术，设计出750kV特高压变电站自动化系统。此变电站综合自动化系统符合最新的国际变电站自动化通讯体系标准IEC61850、是结构及功能上完全分布的开放式系统。