（国网山西省电力公司运城供电公司）
摘要：“三层一网”的变电站网络代表了智能化变电站发展的方向，基于“三层一网”的变电站网络，可以改良变电站保护跳闸方式，还可以运用到站域保护上。
关键词：新一代智能化变电站；三层一网；变电站网络；站域保护
引言：
国家电网公司自2009年开始在全国广泛的逐批地推广智能化变电站，在运行的这几年的时间里，第一代智能化变电站经过初期的调试、运行，已经形成了一个非常成熟的模式。
但是第一代智能化变电站仍有很多缺陷，其二次设备仍然不够先进，尤其体现在“三层两网”的变电站网络仍然比较复杂，二次设备的智能性仍然没做的很彻底。
为了解决这些现存的问题，新一代智能化变电站提出了“三层一网”的变电站网络概念。
1 现有智能化变电站二次系统技术
现有智能化变电站监控系统由站控层、间隔层、过程层三部分组成：
（1）站控层设备的主要功能是为变电站提供运行，管理，工程配置的界面，并记录变电站站内的所有信息。
（2）间隔层设备是具有独立功能的二次子系统，在站控层失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的接地监控。
（3）过程层设备配置
过程层实现与一次设备相接，包括实时运行电气量的采集和监测，设备运行状态的监测，控制命令的执行等。
现有智能化变电站监控系统网络均采用星形以太网连接方式，有站控层网络、过程层网络两种：
（1）站控层网络
站控层网络连接站控层和间隔层设备，按照智能化变电站要求，其内部传输故障录波信息系统、网络分析系统、四遥信号报文（遥控、遥测、遥信、遥调）等，所有信息以MMS报文（制造商信息规范）的形式传输。
（2）过程层层网络
过程层网络连接过程层和间隔层设备，按照智能化变电站要求，其内部传输电流电压信息、四遥信号报文（遥控、遥测、遥信、遥调）等，所有信息以SV和GOOSE报文的形式传输。
SV信息代表了电流电压采样值，由合并单元提供信息报文。
GOOSE信息代表了一些开关量、状态量，由智能终端提供信息报文，它由面向通用对象的变电站事件组成。
现有智能化站一般均采用了三层两网的形式，过程层组网一般采用保护直采直跳，SV和GOOSE报文共网传输。
2 基于新一代智能化变电站三层一网的设计运用研究
以往常规综自变电站采用电流互感器与保护、测控装置用电缆的形式一对一的直采、直接操作，与常规综自系统的变电站相比，智能化变电站去掉了一对一的电缆直接联系，全站各个电流电压的数据通过光纤传输至过程层交换机，过程层交换机承载了大量的数据，很容易造成网络延时和丢帧的情况，现有智能站因此把过程层数据专门组织了一个独立的网络，防止站控层的大量数据报文进入过程层造成网络延时，数据失真。
现有智能化变电站网络是一个比较复杂的网络，多一个网络就多一步骤，但是随着交换机技术的不断发展，变电站监控技术的进一步升级，早期数据拥堵的情形有了改观，站内GOOSE/SV/MMS数据报文共网传输有了可行性。
“三层一网”就是变电站二次设备分站控层、间隔层、过程层三部分设备，全站采用一个网络，将以往常规的站控层网络（传输MMS信息）和过程层网络（传输GOOSE、SV信息）融为一体，MMS、GOOSE、SV信息均可以在一个网络中共网传输，将站控层、间隔层、过程层设备接入全站统一的物理网络。
三层一网的技术最根本的改变了以往变电站数据报文的传输方式，另外改变了保护装置的跳闸方式，还产生了一个新的保护形式-站域保护。
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2.1 基于“三层一网”的保护跳闸方式的设计研究
智能变电站跳闸命令是通过GOOSE 信号传输给断路器智能终端，通过智能终端上的操作箱实现断路器的操作。
目前市面上常用的智能化变电站保护跳闸方式为“直采直跳”、“直采网跳”、“网采网跳”的形式。
所谓的“直”就是保护装置和智能终端合并单元通过光纤点对点的形式采集SV信号，传输GOOSE信号。“网”就是保护装置和智能终端合并单元没有直接的联系，通过交换机将保护装置和智能终端合并单元连接在一起，通过交换机传输SV信号和GOOSE信号。
“网采网跳”是采用 GOOSE 网跳，SV采样。网采网跳最考验交换机。通过交换机虚拟局域网（VLAN）技术筛选数据实现数据分流，解决 GOOSE、SV、MMS信息共享的问题；另外通过 IEC 61588时钟同步技术来保证保护设备的可靠性。
“三层一网” 将MMS、GOOSE、SV信号集中在一个网络里，它的特点是网络很简单，因此点对点的这种复杂的网络形式不会被采用，所以“直采直跳”和“直采网跳”就不会很好的利用“三层一网”的最大特点。
“网采网跳”的形式就能充分利用了“三层一网”的概念，它的网络结构简单，一个网络实现了 MMS、GOOSE、对时“三网合一”，实现跳闸形式的接线简化。
2.2 基于“三层一网”的站域保护的设计研究
站域保护，是一台独立的装置，它利用全站的信息（断路器状态等直接信息、电压电流、主保护中间逻辑、动作等间接信息），实现本站保护信息的采集；并且整合保护、测控功能，减少独立功能设备的重复配置，通过内部程序计算，并且集合站内各种信息共享的优势，提升保护的可靠性和速动性，还可以根据多判据决策来实现保护策略。
（1）信号采集方面
基于“三层一网”的站域保护与变电站连接的接口只是交换机上的一个网口，它不存在和智能终端合并单元点对点的连接，也就是说，它是通过网络来采集变电站各种信息的，并执行保护功能的。站域保护都具有采集单元，采集单元接在过程层交换机上采集站内SV和GOOSE信息，供各种需要这些数据的功能插件来使用，比如低周减载，他采集电压信息；110千伏线路备自投，它采集线路电流电压信息。因此，站域保护的采集信息量特别大，所以一般给它配备一个千兆网口。
（2）保护跳闸方面
由2.1章节的分析，“三层一网”最适合的跳闸方式是“网采网跳”，而站域保护的工作方式也是“网采网跳”，所以，站域保护跟“三层一网”可谓最好的搭档。
（3）与其它设备的配合联动方面
基于“三层一网”的站域保护装置在过程层采集站内SV和GOOSE信息，其保护功能的实现还需要其他二次设备的SV/GOOSE/MMS信息配合。
下面以10 千伏母线快速保护功能为例来说明，10 千伏母线快速保护系统由两部分组成，即站域保护装置中的动作元件（母线快速保护）和嵌入在 10千伏 出线（包含 10 千伏线路、电容器等）保护装置中的闭锁元件[1]，当主变低压侧开关电流达到保护定值时站域保护装置动作元件动作。闭锁元件是当 10千伏出线因电流增大而动作瞬时发出闭锁信号，该信号被瞬时传送到站域保护装置中的10千伏母线快速保护的逻辑回路中，闭锁10千伏母线快速保护。当10千伏母线故障时，站域保护的动作元件动作，如果没有收到10千伏出线保护的闭锁信号，则站域保护装置经过一个小延时后跳开主变低压侧开关，同时闭锁10千伏备自投[1]。而基于“三层一网”的站域保护，通过交换机的连接即可实现GOOSE信号之间的互相传递；另外通过MMS网实现10千伏间隔之间横向通信，交换各个间隔的状态信息，并且将MMS信息传递给站域保护，供站域保护进行保护上的判断。
3 结语
在基于“三层一网”的变电站网络下，二次设备的传统运行或者配置方式都有了变化，“三层一网”的网络模式能够大大简化变电站网络结构，使得变电站运维更加方便，代表了未来变电站发展的方向。
参考文献：
[1]杜振华，王建勇，罗奕飞等. 基于 MMS 与 GOOSE 网合一的数字化网络保护设计[J].电力系统保护与控制，2010，38（24）
论文作者:王文星
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/11
标签：变电站论文; 网络论文; 信息论文; 报文论文; 过程论文; 设备论文; 信号论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;