郑程程
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摘要：随着微机保护在电力系统中得到广泛应用，监控系统和微机保护组成变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为变电站系统自动化的发展趋势。当前输变电建设和城乡电网的建设与改造，正在逐渐采用监控系统的变电站综合自动化技术，以取代传统的继电保护与仪器仪表及测量控制、当地监控及远动等各自分离的功能，实现变电站的无人化、小型化和基本免维护，大大提高电网运行的安全可靠性和经济效益。下面我们就变电站监控系统的应用做简要分析。
关键词：变电站；自动监控系统；应用
1监控系统通信技术应用分析
1.1传统监控通信技术对比分析
当前自动化监控系统的传输技术，主要有基于串口通信的RS232技术，RS485技术以及现场总线技术等。下面对现有通信传输技术逐一进行简要分析。
（1）RS232技术
RS232技术是目前工业现场通信中应用最为广泛的一种通信接口。该通信技术具有通信速率快，通信质量可靠的明显优势，但是RS232通信技术受到通信距离的限制。根据现行的通信标准，基于RS232技术实现的通信传输最多只能够传输15m左右的距离，如果工业现场有干扰，那么传输的距离可能更短，这大大限制了RS232通信技术的应用范围。
（2）RS485技术
RS485技术，其实质是在RS232技术发展起来的。RS485技术采用差分传输，这样能够有效地消除通信过程中的共模干扰，大大提高了通信距离。其抗干扰能力也更强，能够适用于复杂的工业环境中。
（3）现场总线
现场总线是面向工业生产控制现场而发展起来的一种通信技术。该技术具有多点控制，自动化程度高的优点，但是不同的厂家具有不同的现场总线协议，各家所做的现场总线自动化控制设备，互相不能够兼容，造成了事实上的信息孤岛。因此要实现对现场的统一自动化调度，利用现场总线技术实现起来还是有一定困难的。
1.2以太网技术的应用优势
工业以太网控制系统的结构一般分为现场设备层、网络控制层、信息管理层三层。其中现场设备层主要负责底层现场设备的模拟量参数的采集与A/D转换，网络控制层负责数字信号的传输，通过信息层的组态，对底层现场设备实现实时监测与控制。由于以太网支持的传输介质为粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤等，其最大的优点就是简单、经济实用、易于掌握。与现场总线控制系统相比，工业以太网的优势主要体现在以下几个方面:通信协议透明，兼容性好，有广泛的技术支持;通信速率高;成本低廉;易于与Internet连接;可持续发展潜力大，系统的扩展、升级和维护简单。
2基于以太网的变电站自动监控系统设计应用研究
2.1变电站监控网络组网拓扑结构分析
根据网络拓扑结构对于通信延迟的影响，结合变电站现场网络通信的实际需求和实际情况，选定环型网络作为变电站监控网络系统的物理拓扑结构。环型网络结构是网络上的各个节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环路。由图可以知道，环型网络结构中的信息传输方向是单向的，两个节点工作之间仅有一条链路连接，没有传输信道选择问题，当某一节点出现故障时，它会自动旁路，而不影响环型网络的信息传输。
环型网络结构的显著特点是环路上的工作站在发送信息时，只能按照顺序依次传输，所以不存在冲突问题;它的不足之处就是环型链路出现单点故障时，容易造成系统的瘫痪。为防止环型链路的瘫痪，可以采用双环路双冗余的方法来消除环型链路上的故障问题，但是环型网络的成本会提升。在光纤传输介质成本降低的今天，工业以太网的传输介质选用光纤组成双环路双冗余网络是比较合适的方法。
2.2监控系统组网架构设计
基于工业以太网的变电站监控系统总体上划分为三层:信息管理层、中间层、设备控制层。
（1）信息管理层
信息管理层的主要目的是利用设备控制层提供的大量生产信息使变电站各个实体部门将能够不受地域的限制进行监视与控制变电站局域网里的各种数据，并对这些数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持，实现管控一体化。信息管理层实现的途径是通过企业外部网(Internet)和企业内部网(Intranet)，由于涉及实际的生产过程，必须保证网络安全，因此这一层还要采用防火墙、用户身份认证以及密钥管理等安全技术。信息管理层由WEB服务器、数据库服务器、管控组态服务器、核心交换机、硬件防火墙以及工控计算机、工控以太网设备和相关的软件通过基于TCP/IP的Ethernet组成，Ethernet贯穿于整个变电站内的所有管理职能部门。
（2）中间层
中间层即所搭建的工业以太网，具体由PLC现场控制分站、I/O分站、现场操作员站、就地和中央控制站和交换机设备及控制总线等组成。中间层为整个变电站监控网络系统的综合业务提供实时数据采集和传输、I/O控制以及编程下载等功能。
此网络传输平台通过环形拓扑实现控制网络冗余连接，即控制网上任何一点的单一链路连接意外断开，系统都能通过环网的反方向提供后备链路，保证系统可用性的同时兼顾经济性。环网主干链路全部采用单模光纤，保证故障切换时间均<300ms。主要网络通信设备，如核心交换机、PLC400中央控制器等都实行双冗余配置，以提高网络传输的可靠性和可用性。
（3）设备控制层
设备控制层是通过采用传感器对底层生产设备的状态信息进行实时采集并发送传输，以完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能。用户就能随时通过执行工作站查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的监控。
设备控制层是面向变电站的电气设备及自动控制要求的监控体系的最底层，主要包括现场的各种监测、控制子系统等。
2.3变电站监控系统服务器端配置
（1）数据服务器配置
结合变电站的应用需求及类型，以及网络构建方案、系统组网方式的确定，需要为整个自动监控系统配备数据库服务器、Web服务器、组态服务器，同时，由于在该工业以太网上并行接入了视频负载，因此还需要视频服务器。考虑到整个网络的可靠性，需要采取冗余措施提高整个网络的可靠性及可用性，采用两台服务器双机热备，当其中一台服务器出现故障时，可自动切换到另一台服务器，以防止数据丢失或控制失控。
由于网络平台中服务器、工作站和客户端较多，因此需要为众多的网络通信设备配置一台域服务器，以实现对整个网络平台的网络通信设备进行统一的权限管理及安全策略。即使域服务器由于某种故障原因而停止工作，但这并不会导致整个网络的瘫痪，并且在组建域的过程中，其他服务器都拥有较独立的权限，这些服务器不会因为域服务器停止工作而瘫痪。因此域服务器无需采取冗余配置的方案;相反，Web服务器、数据库服务器和组态服务器关系到整个变电站现场的网络安全和信息管理安全，甚至影响生产安全和供配电的可靠性，故需要配置冗余服务器，以实现冗余备份;视频服务器主要用于地面摄像头的接入，无需设置冗余备份硬件。
（2）视频服务器配置
由于变电站现场摄像头采用网络摄像仪，只需为每一台网络摄像头设定固定IP地址，通过光纤就近接入交换机，即可实现变电站视频监控负载的联网。但是针对变电站的现场实际情况，有些监控摄像头并没有采用网络摄像仪，而是采用全方位彩色摄像仪，无法直接接入网络，因此需要采用视频服务器，通过视频服务器接入网络。由于一般选用的视频服务器支持四通道信号，根据现场所需要的地面摄像头数量，对视频服务器的IP地址统一进行设定，并分别就近安装在地面摄像头集中地，即可完成视频服务器的统一调度。
3结语
随着变电站自动化监控系统的不断推广和应用，在变电站监控中心，即可通过电力通信网，对变电站内的设备运行情况进行实时远程监控，及时发现并处理设备的运行故障，可大幅降低变电站的运行与维护成本，提高电网调控的整体安全性和可靠性。
参考文献
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