网络化变电站自动化系统的应用

发表时间:2020/7/7   来源:《建筑实践》2020年2月第5期   作者:郭 雷
[导读] 在变电站中引入自动化控制技术,形成了变电站自动化系统,同时随着网络控制技术的不断发展。
         摘要:在变电站中引入自动化控制技术,形成了变电站自动化系统,同时随着网络控制技术的不断发展,其在变电站自动化系统中的应用,又形成了一种全新的、功能强大的自动化系统,即网络化变电站自动化系统。基于此,本文主要对网络化变电站自动化系统的进行分析,并对该系统的具体应用进行分析,以供参考。
         关键词:变电站;自动化;网络化;系统应用

0 引言
近年来,随着科技的进步,越来越多的智能化装置被广泛应用于变电站中,如图像监控装置、多功能电能表、微机保护装置等,这些智能化装置都提供了大量的电网运行控制信息。在面对这些种类繁多、数量庞大以及准确性和要求较高的信息,如何能够全面快速地收集、处理和管控控制这些信息,成为了变电站自动化控制中需要重点考虑的问题。而网络化变电站自动化系统的应用,能够有效满足这一要求,同时网络化变电站自动化系统的出现,也是自动化发展的必然趋势。
1、网络化变电站自动化系统的构成
网络化变电站自动化系统主要由互感器、断路器、交换机、保护装置、监控系统、运动装置等各层网络连接装置构成。其中,站控层网络主要由站控层中的监控装置、运动装置与间隔层网络中的到电度表、保护装置、测控装置等相互连接而成。过程层网络则是由间隔层的设备与过程层红的合并单元、智能操作向等设备相互连接构成。
网络化变电站自动化系统的应用,实现了各层网络之间的信息共享,在进行信息采集的过程中,可通过交换机传递至监控中心,然后由监控中心对传递的信息进行处理,以此对各种故障问题进行判断并及时解决。网络化变电站自动化系统的应用,不仅能够提高全站设备利用的效率,同时还能有效在最短的时间内对各种故障问题进行处理,以此保证变电站自动化系统通讯网络的可靠性,进而保证整个系统安全稳定的运行。
2、网络化变电站自动化系统的技术分析
2.1站控层网络技术
(1)功能介绍。在网络化变电站自动化系统中,其站控层网络主要是通过MMS/GOOSE网络来进行整个变电站的信息采集与整合的,相比较于以往变电站中的计算机监控系统,站控层网络基本相似,能够避免错误闭锁的情况发生。
(2)拓补结构选择。站控层网络的拓补结构主要分为两种,分别是星形拓补结构和环形拓补结构。其中环形拓补结构相比较于星形拓补结构,如果网络中多个故障同时发生,可以保留更多的设备信息,因此这一拓补结构的应用范围比较广。但也有其缺点所在,主要表现为能够支持环形拓补结构的交换机的价格相对比较高。所以为了能够节省交换机装设成本,一般情况下大多数变电站会选择星形网结构,同时星形网结构又分为双星形拓补结构和单星形拓补结构,通常220kV及以上的变电站的站控层网络中会选择双星形拓补结构,110kV及以下的变电站的站控层网络中会选择单星形拓补结构。并且在以太网接口位置会设置2~3个保护装置。
2.2过程层网络技术
(1)功能介绍。过程层网络主要由两个处理部分构成,一是利用SMV采样值将过程层网络中的电流和电压信息进行上传,二是通过GOOSE网络对开关量、合闸信息等进行控制。其中,SMV采样值需要遵循这三种协议标准,分别是IEC60044-7/8、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2,这三种协议标准各自有各自优缺点,第一种具有信息传输延时较短且准确的优点,但具有采样率较低的缺点,往往会存在采样信息丢失的情况;第二种是在第一种的基础上改进而来的,能够保证信息同步传输的同时,有效改善协议隐私性问题,但实际上与未来变电站自动化发展的要求的规律并不相符;第三种是能够实现采样信息的高度共享,并且具有采样数据灵活性的特点,这与变电站自动化系统网络化发展的趋势相符。


(2)SMV采样值网络。SMV采样值网络结构主要有两种构成方案:一是点对点的方式,遵循了第一种和第二种标准协议,优点是具有良好的经济性,且实践难度和延时范围较小,缺点是设备间的连接线路较复杂,且接口多,难以实现信息的高度共享;二是网络组网方式,遵循了第三种标准协调,优点是设备间的连接线路较简单,且接口少,可以实现信息的实时共享,与变电站自动化系统网络化发展趋势相符,但也有其缺点,主要是延时的时间范围较大,会对继电保护装置的隐秘性造成影响。
(3)GOOSE网络。GOOSE网络的网络结构方案也有两种:一是点对点与网络组网方式合并使用,这种构成方式的优点是能够保证继电保护可靠性的同时,减少网络故障的发生,尤其是能够避免交换机故障发生。但也有其缺点,主要表现在连接线路繁杂且接口较多;二是统一采用以太网组网方式,以星形网为主,这一构成方案耗费相对比较大,主要因为对交换机的要求比较高,但是在设备连接方面,不需要太多连接线路,连接起来较为简单。
2.3智能交换机技术
智能交换机的传输技术使用,需要依靠以太网的光纤来完成,且交换机的传输层需要支持TCP/IP框架,这样可以避开回路中由于电磁作用形成干扰,但是对于其他方面的电磁干扰并不能完全保证,所以要求交换机传输层需要满足TCO/IP的框架要求。为了保证变电站自动化网络系统的实时性,需要最大化地降低通信网络过程中信息传输的延迟度,考虑各种影响延迟的因素,首先需要考虑数据处理延迟的优先级别,需要将一些不需要的信息进行删除,以此确保站内重要信息能够及时传输。
3、网络化变电站自动化系统的优点及需要注意的问题
3.1优点
(1)消除了自动化信息采集和传输的瓶颈。在以往的变电站自动化网络结构中,由于主要通过串行通信的方式进行信息的传送,所以只能对站内的少量实时信息进行传输,许多实时信息不能及时传输。而网络化变电站自动化系统的应用,在网络技术的支持下,能够保证信息的及时传送。
(2)提高了数据信息的可靠性。“三层两网”的网络结构完全代替了传统变电站的网络结构,随着“三层两网”的广泛应用,在智能交换机技术的作用下,能够保证站内重要信息的及时传输,进而提高了数据信息的可靠性。
(3)方便了系统的运行和维护。随着网络化变电站自动化系统的应用,能够将站内各层网络进行有效连接,并统一采用了自动化主站系统控制技术,这样不仅能够实现信息的实时共享,而且也给检修工作带来了极大的方便,任意变电站可称为监控站,只需要简单设置便可获取其他站的信息和控制权。另外,“三层两网”的构架,也给系统运行维护带来了便利,自动化人员不需要到现场便可完成系统的检查、故障处理、数据补充等各项工作。
3.2需要注意的问题
(1)做好整体的网络规划。网络化变电站自动化系统的应用,需要做好整体的网络规划,保证网络连接的有效性,同时也要随着通信自动化的建设发展不断进行调整和更新。
(2)保证交换机和路由器的质量和功能。应当优选质量好、功能强大的交换机和路由器,且具备网管功能,以便统一管理。
(3)所有连接的网络线应属于屏蔽性的超五类线以上,间隔层通信的电缆要采用屏蔽的计算机测控电缆,同时做好各个设备的接地工作,以及设立相应的防雷装置。
结语:
总而言之,网络化是变电站自动化发展的必然趋势,随着越来越多新技术和新设备的出现,变电站自动化发展的空间也会越来越大,能够有效保证自动化系统的可靠性和性能,同时也能够降低变电站的投资成本。

参考文献:
[1]胡毅,李璐.智能变电站自动化系统通信网络拥塞控制策略研究[J].科技经济导刊,2019,27(25):27.
[2]岳梓为.浅谈变电站自动化系统的数字化[J].科技风,2018(36):232.
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