林中時，吳 波，施 峰

（浙江省送變電工程公司，杭州 311232）

0 引言

變電站綜合自動化，是指將變電站的二次設備經過功能組合和優(yōu)化設計，利用先進的電子技術、計算機技術和通信技術等，實現(xiàn)對變電站的主要設備和輸、配電的自動監(jiān)視、自動控制和保護以及調度通信等綜合性的自動化功能[1]。

數字化變電站自動化系統(tǒng)建立在各設備制造廠商的產品軟硬件標準化的基礎上，為實現(xiàn)自動化提供了一個開放的平臺，通過標準化的通信協(xié)議和抽象的邏輯接口，實現(xiàn)不同類型的保護裝置、測控裝置及其他智能電子設備間的集成和交互功能，實現(xiàn)變電站內所有信息的傳輸和交換。

數字化變電站站內信息在本地共享的同時，通過標準化的通信協(xié)議與遠動裝置通訊并經遠動接口與各級調度系統(tǒng)進行信息共享和交互。

1 通信協(xié)議

數字化變電站自動化系統(tǒng)是由許多智能電子設備（IED）組成，各智能電子設備與自動化系統(tǒng)的關系如圖1所示。各智能電子設備間通過通道相互通訊，各IED均采用標準化的通信協(xié)議—IEC61850系列標準, 執(zhí)行諸多與自動化系統(tǒng)環(huán)境有相互作用的任務，如遙測、遙信、遙控和保護跳閘等功能。

IEC61850系列標準具有四大特點：信息分層、數據自描述、面向對象統(tǒng)一建模、使用抽象服務接口以及互操作性等[2]，它規(guī)范了變電站內所有智能電子設備（IED）之間的通信行為和相關的系統(tǒng)要求，要求各制造廠商均按統(tǒng)一的標準協(xié)議實施，解決了以往因各制造廠商不同類型的IED之間通信協(xié)議并不完全兼容而導致的通信接口問題。

圖1 自動化系統(tǒng)及其環(huán)境的結構

2 自動化系統(tǒng)網絡結構

2.1 通信服務邏輯接口

從物理上看，數字化變電站還是分一次設備（智能化開關、光電式互感器等）和二次設備（測控、保護、通信設備等）兩個層面，但由于一次設備智能化、二次設備網絡化，所以數字化變電站一、二次設備之間的聯(lián)系較常規(guī)變電站更加緊密。

從邏輯上看，數字化變電站的結構自下而上分為三層，分別為：過程層、間隔層和變電站層，各層間的關系以及各邏輯接口之間的邏輯關系如圖2所示。

過程層功能包括所有涉及與過程層接口的功能，如電流電壓數據采集、設備狀態(tài)信息采集和控制命令發(fā)布等，這些功能均通過邏輯接口4、5與間隔層完成通訊。

圖2 變電站自動化系統(tǒng)的層和邏輯接口

間隔層功能：采用一個間隔的數據，并完成對該間隔一次設備的操作。如某220kV線路的測控裝置對該線路間隔一次設備的控制功能。間隔層功能是通過邏輯接口4、5與過程層通訊，而間隔層之間的設備則通過邏輯接口3完成通訊。

變電站層功能包括兩方面：一方面功能是采用多個間隔或整變電站的數據，并對該部分的一次設備進行監(jiān)視和控制，如母線保護、變電站級防誤閉鎖、設備操作程序化控制等，這部分功能主要通過邏輯接口8通訊；另一方面功能與站控層功能緊密相關，如自動化系統(tǒng)與遠方工程師工作站的接口這部分功能通過邏輯接口1、6并經過邏輯接口7通訊；與各級調度端（遠方控制中心）的接口這部分功能則通過邏輯接口1、6并經邏輯接口10通訊實現(xiàn)數據交互。

2.2 變電站網絡結構及數據交互

數字化變電站中信息的采樣、控制命令的形成是由網絡上多個CPU協(xié)同完成的，如：某回220kV線路的母線側電壓與線路側電壓分別由兩個不同的合并單元（MU）完成采樣處理及數據上送。這種情況下，如何控制好采樣的同步和控制命令的快速輸出就成了數字化變電站網絡系統(tǒng)的關鍵。顯然，現(xiàn)場總線技術肯定已不能勝任數字化變電站要求，所以，以太網就開始普遍應用于數字化變電站自動化系統(tǒng)。

通常，數字化變電站的網絡拓撲有以下三種類型：即級聯(lián)、星型和環(huán)型網絡結構[3]。

1）級聯(lián)結構：網絡中所有的交換機均首尾串聯(lián)，每個交換機均通過一個端口連接至相鄰的交換機上。這種結構的優(yōu)點是接線最少，但也存在明顯的缺點即網絡冗余差。

2）星型結構：將網絡中某一交換機作為主交換機，連接其他所有的交換機，任意兩個交換機上的IED之間進行信息交互只需經過主交換機即可。這種結構的優(yōu)點是等待時間很短，缺點是沒有冗余度，一旦主交換機故障，系統(tǒng)將失去所有IED的信息。

3）環(huán)型結構：在級聯(lián)結構的基礎上，首尾兩個交換機再相互連接形成一個閉環(huán)。這種結構中，IEEE 802.1D標準中所定義的生成樹協(xié)議可使交換機檢測環(huán)路，因此環(huán)型網絡具有環(huán)路中任何一點故障都有一定程度的冗余的優(yōu)點，但也存在系統(tǒng)等待時間長、網絡結構復雜等缺點。

在上述三種典型的網絡結構的基礎上，變電站建設實際應用中往往還會派生出一些可靠性更高的網絡結構，如雙星型、雙環(huán)型等冗余結構網絡。

如浙江省某已投產的220kV數字化變電站就采用了高可靠性的雙環(huán)型冗余結構的網絡結構，如圖3所示。

圖3 雙環(huán)型冗余結構網絡

在該變電站中，各智能電子設備（IED）通過交換機來完成設備間的水平通訊，實現(xiàn)各設備間的聯(lián)閉鎖、跳合閘命令傳輸、交流采樣信息交互等各種功能，從而滿足間隔層設備的安全生產需要。

同時，各智能電子設備通過該網絡以雙環(huán)型的方式與站控層設備通訊，完成與站控層的數據交互，從而使站控層設備實現(xiàn)了對變電站所有設備的信息采集、監(jiān)視和控制功能，滿足了變電站內部的安全生產管理。

3 對外的數據交互

在滿足了數字化變電站內部生產管理的前提下，變電站還需將該部分信息上送至生產調度系統(tǒng)，同時從生產調度系統(tǒng)接收調度控制命令等。變電站對外的數據交互通道共有三種，分別是：模擬通道、數字通道和網絡通道。

變電站遠動通信網絡結構及數據交互方式如圖4所示。

圖4 遠動通信網絡示意圖

變電站自動化系統(tǒng)與各級調度端系統(tǒng)間的數據傳輸，包括變電站內的實時監(jiān)測信息（如溫度、電流、電壓等）、設備異常及告警信息、設備狀態(tài)信息、各級調度端系統(tǒng)發(fā)送至變電站的控制命令等，這些信息對于調度監(jiān)視和控制是非常重要的，是滿足調度生產所必需的，因此，必須保證該部分信息傳輸的快速性和高度正確性。

4 結束語

數字化變電站在數字化、智能化、自動化和互操作性等多方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，已成為目前變電站建設的主流[4]。

自動化網絡系統(tǒng)是數字化變電站內的神經系統(tǒng)，選擇合適的網絡結構將對變電站的可靠性、穩(wěn)定性和安全性起著至關重要的作用。設計網絡結構時，既要考慮所有信息傳輸的快速性即需簡化網絡，又要考慮信息傳輸的可靠性即需適當增加網絡的冗余度。

在數字化變電站中，智能一次設備和二次設備分層組建，在IEC61850標準通信協(xié)議基礎上，實現(xiàn)各智能電子設備間信息交互和互操作，實現(xiàn)變電站與各級調度的信息交互。為變電站安全生產提供了技術保障，從而為更高效地管理變電站開辟了新空間。

[1] 黃益莊.變電站綜合自動化技術[M].中國電力出版社.2000.

[2] 任雁銘,秦立軍,楊奇遜.IEC61850通信協(xié)議體系介紹和分析[J].電力系統(tǒng)自動化.2000(8).

[3] 徐禮葆,劉寶志.開放式數字化變電站自動化系統(tǒng)的討論[J].繼電器.2004(6).

[4] 高翔.數字化變電站應用展望[J].華東電力.2006(8).