智能变电站通信网络及其监测技术的应用研究李乐为

智能变电站通信网络及其监测技术的应用研究李乐为

李乐为

（国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211100）

摘要：智能变电站是整个电网进行输电、配电、调度与用电等所有环节中实现信息交互最为重要的节点，其在配电网运行过程中具有着非常重要的作用。随着科技进步与信息化水平的提升，网络通信技术与智能电气设备得到了快速的发展，智能变电站也逐渐被推广和应用。其中通信网络作为智能变电站实现信息交互和共享最为重要的载体，其运行稳定性对电网系统的可靠性与安全性有着非常直接的影响，所以说研究智能变电站中的通信网络有着非常重要的意义。

关键词：智能变电站；通信网络；监测技术的应用

近年来，智能变电站的广泛建设以及计算机技术和通信技术的发展，为继电保护系统的状态监测和故障诊断提供了良好的基础条件。基于IEC-61850标准的智能变电站“三层两网”结构体系，将常规变电站中传统的不可在线监测的二次电缆变成了可在线监测的光纤网络。

1智能变电站通信网络的特点

第一，对安装方面而言，以往的数据通信网络一般是采用单星型组网，安装较为不便，且灵活性也不好，而智能变电站所采用的通信网络则是通过双星型或者是环网实现组网，其安装灵活方便。第二，对设备方面而言，传统的数据通信网络通常使用的是民用交换机，其在诸多方面均很繁杂，而智能变电站采用的交换机是工业以太网交换机，其具有安全可靠性更高以及采用无风扇设计等方面的优势。第三，对数据方面而言，智能变电站中的通信网络可以实现非常稳定的数据链接和传输，信息存储和传输量上均非常大，能够更好地进行数据通信，传统的数据通信是无法与之相比的。第四，对环境要求方面而言，部分原有数据通信网络有着非常高的环境要求，电磁、温度、灰尘以及湿度等均会对其造成影响，但是智能变电站所采用的通信网络可以对环境有着很好的适应能力，在相对恶劣的环境可以很好的运行。

2监测技术的应用

2.1安全在线监测系统结构设计

智能变电站安全在线监测系统主要包括周界安防监控子系统、运行设备温度在线监测子系统及综合安全信息管理子系统。在运行设备温度监测方面，采用新型的声表面波温度传感器在线监测电力设备的实时温度；在变电站周界安防检测入侵方面，采用激光对射技术检测变电站周界入侵信号，辅以网络摄像机联动监控入侵画面；在过程层数据采集与控制命令的传输方面，采用低成本、低功耗的Zig-Bee无线模块，组建传感器网络；在信息建模与通信标准方面，将IEC61850规范应用到该系统中，进行统一信息建模，实现平台集成与信息共享。根据《智能变电站技术导则》将变电站安全在线监测系统按照过程层、间隔层和站控层的结构分别进行设计，系统整体结构如图1所示。

图1系统结构框图

2.2继电保护状态监测与故障诊断系统

1）继电保护SCD模型文件管理

该系统通过全站SCD模型文件获取过程层虚回路与软压板逻辑关系描述、调度命名和一二次关联关系、二次回路虚端子连接、通信参数、二次回路状态监测信息、过程层网络拓扑配置等信息。当继电保护SCD模型文件变更后，数据管理单元通过装置过程层虚端子配置CRC（CyclicRedundancyCheck，循环冗余校验）与继电保护SCD模型文件相应CRC进行在线比对，实现SCD变更提示，并界定SCD变更产生的影响范围，将影响范围定位到IED。

2）继电保护及二次回路状态监测

该系统接收合并单元、智能终端、保护装置、交换机上送的信息，并进行分类管理、存储；通过直接采集过程层网络报文，对网络通信状态进行实时监视与分析。

3）继电保护故障智能诊断

（1）监测预警。根据装置的硬件级告警信息、监测信息及其他巡检信息对装置硬件的运行状态进行评估，并根据监测信息的统计变化趋势进行故障预警。用于监测预警的装置硬件级信息包括：①装置温度；②装置电源电压；③装置过程层端口发送／接收光强和光纤纵联通道光强；④装置差流。（2）故障定位。根据监测信息实现装置硬件异常的故障定位。用于故障定位的监测信息包括：①装置光纤接口监测信息；②装置链路异常告警信息；③装置报文。

2.3在线监测系统架构设计

1）站控层

监测系统的站控层是整个系统的核心部分，主要提供信息化一体平台，给在线监测装置和各个综合监测单元提供通信，从而实现对监测单元的数据采集和通信控制。此外，终端监测单元对在线采集的数据信息，按照Q/GDW534标准进行分析整理并进行储存，轻松实现了对整个智能变电站状态的实时监测、数据分析以及故障诊断，然后通过CAC与上层进行数据通信。

2）间隔层

间隔层主要按照智能变电站中设备的类别，设置相对应的监测单元，并通过协议转换功能，对过程层收集到的各种监测信息，按照IEC61850标准协议进行统一建模，实现对站控层的信息互联、数据加工、监测预警以及阈值比较等功能，如果监测装置和站控层采用统一的通信标准，则无需设置综合监测单元，可直接与终端监测单元进行通信连接。

3）过程层

过程层主要对智能变电站中变压器、断路器等一次设备进行在线监测，然后，采用IEC61850标准协议或者Modbus等协议与间隔层进行信息互联。过程层对智能变电站中各个电气设备的状态信息进行收集和整理，并将这些信息转化成数字信号，对于不符合IEC61850标准协议的在线检测单元，则需要进行相应的数据转换，然后才能接入间隔层的综合监测单元。

2.4二次设备状态监测

1）分布式数字化保护装置进行状态监测

基于IEC61850标准，其提供的通信框架利用电子式互感器ECT以及EVT进行数字信号转换。保护装置中的信号是经过合并器加工，满足IEC61850标准，利用以太网光纤而转化成的数字信号。继电保护主要是基于以太网进行GOOSE信息传输、继电保护装置状态监测的，基于分布式保护装置极易实现。将分布式保护装置作为间隔单位，以一对一的形式实现单台IED功能，以间隔为单位，配置间隔时，独立保护装置需要双重化设置，且过程层接口也需要双重化配置，比如，母线间隔以及220kV以上线路等。

2）保护装置监测技术

集中式数字化保护装置监测能实现多条线路的保护测控，且可以实现多台LED保护测控功能，集中式继电保护装置通常设置双套保护装置、集中式继电保护，能够最大限度上减少被监测目标，状态监测实现比分布式数字化继电保护装置更加简单。集中式监测利用双套保护装置，能实现在线自检与装置互检功能，且能够减少被监测目标，将电源检测、软压板监测、装置自检等功能集成在LED中，便于设备维护人员开展检修作业，可以降低检修工作强度。该装置结构更为紧凑，使得电源数量减少，便于实现二次设备电源状态监测。

综上所述，电力行业作为一个国家与社会运行的重要基础，智能电网的建设能够在很大程度上对国家的经济发展与社会进步起着巨大的推动作用。在智能电网建设过程中，必须不断的加强电力通信网络技术以及监测技术两方面的应用研究，对先进的技术进行引进与创新，并根据我国电网建设的实际情况不断建设与改造智能化变电站.

参考文献：

[1]薛震.智能变电站二次设备在线监测与故障诊断研究[D].山东大学,2015.

[2]杨建旭.智能变电站监测系统的设计与研究[D].中北大学,2016.

[3]赵锐.智能变电站状态监测系统研究及设计[D].山东大学,2016.