智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )技術(shù)論文

　　1引言

　　隨著(zhù)IEC61850變電站網(wǎng)絡(luò )與通信協(xié)議標準的發(fā)展和廣泛應用，智能變電站實(shí)現了全站信息的數字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò )化以及信息共享標準化。IEC61850將智能變電站自動(dòng)化系統從功能邏輯上分為變電站層、間隔層和過(guò)程層三層結構。過(guò)程層是智能變電站區別于傳統變電站的特點(diǎn)之一，智能變電站的過(guò)程層是一次設備與二次設備的結合面，能夠更加有效地解決設備易受干擾、高低壓無(wú)法有效隔離、信息不能共享等缺點(diǎn)。但是由于智能變電站的信息數據量龐大，對數據傳輸的可靠性、實(shí)時(shí)性要求很高，過(guò)程層又大量應用了新設備、新技術(shù)，而相關(guān)設備和技術(shù)的運行業(yè)又不是很成熟，因此隨之產(chǎn)生的安全性和可靠性方面的問(wèn)題不容忽視[2-3]。本文提出了幾種典型的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )構建方案，并結合實(shí)際案例分析研究了其中的關(guān)鍵性技術(shù)。

　　2過(guò)程層組網(wǎng)設計方案

　　2.1方案一

　　本方案又被稱(chēng)為常規互感器方案，即是利用采集單元幫助常規互感器實(shí)現采樣值的數字化。下面以線(xiàn)路保護為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。該方案的實(shí)現與傳統變電站的電纜連接方式相似，點(diǎn)對點(diǎn)采用光纜直連，其結構示意圖如圖1所示。整個(gè)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )的設計基于IEC61850標準，采集單元獨立配置是本方案的優(yōu)點(diǎn)，這方便后期工程進(jìn)行改造，同時(shí)系統中的繼電保護裝置不必經(jīng)過(guò)交換機直接進(jìn)行采樣，可通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò )直接跳斷路器，啟動(dòng)斷路器失靈、重合閘。但是本方案有個(gè)缺點(diǎn)，就是增加了采集單元，這提高了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )的結構復雜度，同時(shí)常規電流互感器的飽和問(wèn)題不易解決。

　　2.2方案二

　　本方案建立在IEC61850標準基礎上，電壓、電流互感器采用電子式。優(yōu)點(diǎn)是傳輸延時(shí)固定，由繼電保護裝置利用插值法對數據進(jìn)行同步，可以不依賴(lài)于外部時(shí)鐘。采樣值和信息傳輸采用網(wǎng)絡(luò )模式，按電壓等級進(jìn)行組網(wǎng)分類(lèi)。本過(guò)程層組網(wǎng)方案采用IEEE1588或IRIG-B碼方式對時(shí)，所有的保護都要求配置主后備功能。另外有幾點(diǎn)需要說(shuō)明的是，變壓器中性點(diǎn)的電流和間隙電流要并入相應側MU；跳母聯(lián)、分段斷路器及閉鎖備自投和啟動(dòng)失靈等變壓器保護采用GOOSE網(wǎng)絡(luò )傳輸。本方案不需要交換機環(huán)節，也不依賴(lài)于同步對時(shí)信號，真正實(shí)現了變電站信息傳輸的數字化和功能的集成化，不足是由于繼電保護和合并單元都需要較多的網(wǎng)口，使得系統發(fā)熱量很大，并且需要大量的光纜和交換機。

　　2.3方案三

　　本方案采用IEC61850-9-2標準的100Mbit/s光線(xiàn)以太網(wǎng)采樣信息、GOOSE信息、IEEE1588精確時(shí)鐘協(xié)議，實(shí)現對時(shí)信息的同網(wǎng)傳輸，是一種三網(wǎng)合一結構。間隔層與過(guò)程層合并單元之間采用IEC61850-9-2標準，與智能終端的通信要遵循GOOSE通信協(xié)議。過(guò)程層的每個(gè)間隔需要單獨配置獨立交換機，而各間隔之間信息交換要通過(guò)主干網(wǎng)的交換機實(shí)現。這種組網(wǎng)方案能夠實(shí)現信息共享最大化，網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單、經(jīng)濟，維護方便。

　　2.4方案三的驗證及效果分析

　　為了更進(jìn)一步的驗證三網(wǎng)合一技術(shù)方案是否能滿(mǎn)足智能變電站安全、穩定運行的需要，對該方案進(jìn)行了多次專(zhuān)項測試。該變電站的220KV和11OkV的電子式互感器全部采用光纖數字量輸出的形式,其余全部采用電流、電壓一體化小信號模擬量輸出的形式。本站的過(guò)程網(wǎng)絡(luò )主要分為四個(gè)部分：

　�。�1）22KV過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )：220kV除主變高壓側外的所有間隔，采用雙星型拓撲結構；

　�。�2）11OkV過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )：110kV除主變中壓側外的所有間隔，采用單星型拓撲結構；

　�。�3）#2、#3主變壓器過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )：包含主變三側及本體，采用雙星型拓撲結構；

　�。�4）35KvGOOSE網(wǎng)絡(luò )，采用單星型拓撲結構。測試采用RTDS實(shí)時(shí)數字仿真儀模擬一次系統，所有二次設備，包括智能終端、合并單元、繼電保護保護裝置都要與實(shí)時(shí)數字仿真儀相連。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )按三網(wǎng)合一方案搭建，各間隔層配置獨立的間隔交換機，每個(gè)交換機首尾依次相連，構成了環(huán)形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，采用千兆網(wǎng)口級聯(lián)的交換機實(shí)現了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )的信息共享。模擬實(shí)驗發(fā)現，當一次系統的母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，信息報文經(jīng)由合并單元、多級交換機送達母線(xiàn)保護設備，母線(xiàn)保護設備根據對信息的處理，分析后判斷母線(xiàn)發(fā)生的情況，之后發(fā)送GOOSE報文給智能終端，由智能終端作出跳閘指令。多次類(lèi)似的故障模擬實(shí)驗表明該系統的保護裝置的動(dòng)作時(shí)間比較穩定，IEEE1588對時(shí)應用以及GMRP組播協(xié)議的運行性能很好。在智能變電站采用三網(wǎng)合一技術(shù)方案，在正常負荷下能保證過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )延時(shí)性能穩定，千兆級聯(lián)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構下，跳閘延時(shí)每經(jīng)過(guò)一級交換機網(wǎng)絡(luò )將會(huì )延時(shí)增加5μs的時(shí)間。而全部動(dòng)作時(shí)間的長(cháng)短由繼電保護的動(dòng)作時(shí)間和智能終端的動(dòng)作時(shí)間決定。另外在模擬實(shí)驗中發(fā)現，當IEEE1588報文駐留及鏈路延時(shí)的修正值出現與實(shí)際時(shí)間不一致的情況時(shí)，合并單元中的信息序號不連續，導致傳送到繼電保護裝置的報文丟失。為了解決則這一問(wèn)題，研究專(zhuān)家組探討除了一套應對策略，試驗驗證切實(shí)可行，很好地解決了這一問(wèn)題�？傊�，多次的模擬試驗結果有利證明證明，在實(shí)際的智能變電站過(guò)程網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中采用三網(wǎng)合一技術(shù)是可行的，交換機、合并單元、繼電保護裝置等設備能夠滿(mǎn)足三網(wǎng)合一方案的運行要求。

　　3結語(yǔ)

　　過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )是智能變電站區別于常規變電站的特點(diǎn)之一，也是智能變電站的中樞神經(jīng)。它以采樣數字化、信息網(wǎng)絡(luò )化為基礎完成了變電站信息的網(wǎng)絡(luò )傳輸，是控制技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍。本文列舉并分析了較為較典型的過(guò)程層組網(wǎng)方案，其中，三網(wǎng)合一組網(wǎng)方案采用SMV采樣信息、GOOSE網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議、IEEEl588對時(shí)信息共同組網(wǎng)的星形網(wǎng)絡(luò )模式，選用可靠性很高的網(wǎng)絡(luò )交換設備。采用基于IEC61439可顯著(zhù)提高通信網(wǎng)絡(luò )可用度的PRP并行冗余技術(shù)方案，通過(guò)實(shí)際測試、現場(chǎng)檢驗證明，該方案符合變電站的技術(shù)規范，滿(mǎn)足變電站的安全穩定的運行需求，可以簡(jiǎn)化變電站的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )，最大程度地實(shí)現信息共享，同時(shí)運維管理方便，可在智能變電站中廣泛推廣應用。

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