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摘要：智能变电站与普通变电站对比的一个显著特点体现在过程层环节中，智能变电站过程层应用到多种智能化技术，实现变电站的智能操作。因此，需要通过分析智能变电站过程层网络业务流量及业务数据实时性需求，针对其大数据量、高实时性要求，提出适合于智能变电站网络组网方案。
关键词：智能变电站；过程层；网络
1.智能变电站过程层应用技术分析
智能变电站的过程层包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备、同时包括所属的智能组件与独立智能电子装置等。与普通变电站对比，智能变电站的一次设备与二次设备所出现的调整较大，将原有一次设备上的电磁式互感器转变为电子式互感器，将原有的开关设备转换为智能开关设备。另外，各智能电子设备之间经由GOOSE、采样值传输机制实现信息的传输。
1.1电子式互感器技术
电子式互感器是实现智能化变电站过程中对电磁式互感器的替换。以220KV线路保护为基础，将电子式互感器方案拟定为能够实现直采直跳的效果，也就是过程层采样值与继电保护相关的GOOSE信息选择点对点的传输方式。基于智能变电站内部应用的是电子式互感器，一次你不需要再安装采集单元。就此设计方案来看，继电保护的相关采样值是建立在IEC61850-9标准的基础上的。另外，非继电保护的过程层次采样值传输的网路与GOOSE网路需要采用独立配置，并依据电压等级分别进行组网。此方案主要应用双重化配置保护装置，能够有效保障设备的可靠性，排除交换机环节，提升了数据信息传输的便捷性，实现信息的集成化与数字化。
1.2三网合一技术
三网合一所只的是IEEE1588对时信息、GOOSE信息与IEC61850-9-2采样信息的共网传输。本章节阐述主要以变压器保护作为基础建立三网合一系统。在此技术方案的设计中，过程层与间隔层的合并单元均选择IEC61850-9-2的表展，过程层的智能终端合并单元选择GOOSE通信协议，同时经由各主干网交换机与间隔交换机实现信息共享。此技术能够更为高效的达到信息共享的效果，且网络结构较为清晰，不涉及到较多的交换机与光缆辅助连接。
1.3PRP并行冗余技术
IEC61850标准中对网络冗余标准没有实际限制，为实现双网冗余，部分厂家提出私有双网冗余解决方案，对IEC61850所提出的开放性与互操作性形成了一定的负面影响，同时冗余方案多是在应用层进行冗余处理，提升了程序的复杂性，也降低了数据的处理效率。更值得关注的是一旦网络出现故障，现有的私有方案双网切换时间较长，不能够满足变电站系统的要求。
2.过程层组网设计方案
2.1方案一
本方案又被称为常规互感器方案，即是利用采集单元帮助常规互感器实现采样值的数字化。下面以线路保护为例来进行说明。该方案的实现与传统变电站的电缆连接方式相似，点对点采用光缆直连。整个过程层网络的设计基于IEC61850标准，采集单元独立配置是本方案的优点，这方便后期工程进行改造，同时系统中的继电保护装置不必经过交换机直接进行采样，可通过GOOSE网络直接跳断路器，启动断路器失灵、重合闸。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是本方案有个缺点，就是增加了采集单元，这提高了过程层网络的结构复杂度，同时常规电流互感器的饱和问题不易解决
2.2方案二
本方案建立在IEC61850标准基础上，电压、电流互感器采用电子式。优点是传输延时固定，由继电保护装置利用插值法对数据进行同步，可以不依赖于外部时钟。采样值和信息传输采用网络模式，按电压等级进行组网分类。本过程层组网方案采用IEEE1588或IRIG-B码方式对时，所有的保护都要求配置主后备功能。另外有几点需要说明的是，变压器中性点的电流和间隙电流要并入相应侧MU；跳母联、分段断路器及闭锁备自投和启动失灵等变压器保护采用GOOSE网络传输。本方案不需要交换机环节，也不依赖于同步对时信号，真正实现了变电站信息传输的数字化和功能的集成化，不足是由于继电保护和合并单元都需要较多的网口，使得系统发热量很大，并且需要大量的光缆和交换机。
3.实例分析
某智能变电站工程主变压器2×240MVA；220kV系统采用户内GIS，双母接线，设专用母联，出线4回；110kV采用户内GIS，单母分段接线，设专用母分，出线6回；35kV采用常规户内开关柜设备，出线5回。主变压器配置2套电气量保护和1套非电量保护。本站中网络交换机工作电源均采用双电源配置，确保站中信息传输的可靠性。220kV母线配置2套母差保护，220kV线路配置2套线路保护，220kV母联配置2套母联保护。110kV母线配置1套母差保护，110kV线路配置1套线路保护，110kV母分配置1套母分保护，110kV侧还配置1套备自投。35kV线路和母分配置1套保测一体化装置，均置于各自开关柜二次仓门上。
SV连接和GOOSE连接采用光纤设备，按照IEC61850的规范进行通信。设备间的连接除合并单元只有输出外(采用一股光纤)，其他均为输入输出(采用两股光纤)。
该变电站采用了“三层两网”的网络结构。站控层设备主要有监控主机、远动通讯装置、对时系统等，实现对全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集与监控，操作闭锁及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。间隔层设备按断路器间隔划分，主要有保护装置、保测一体化装置、测控装置，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能。过程层是一次设备与二次设备的结合面，即智能化电气设备的智能化部分。其主要功能为运行电气量检测、运行设备状态检测、操作控制命令执行。过程层设备主要有合并单元和智能终端，合并单元主要用来接收本间隔或多个间隔电流互感器、电压互感器输出的模拟量，并在装置内部进行模数转换，以IEC61850的帧结构将电流、电压信号合并处理后通过SV光信号传给保护、测控等间隔层设备。智能终端用来获取刀闸和断路器的位置信号等信息，并通过GOOSE规约上传给间隔层设备，同时接受保护的跳闸命令或测控的控制命令，来驱动断路器或刀闸，类似操作箱的功能，作为智能开关设备尚未出现情况下的一种过渡设备。“两网”指MMS网和GOOSE网。站控层设备间以及站控层与间隔层设备间通讯使用MMS规约通讯，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性。过程层与间隔层设备通讯使用GOOSE通讯规约，主要包括传输跳合闸信号，具有高传输成功率。
综上所述，智能变电站是电力系统发展的主要方向，能够更为可靠的提升配电网的可靠性与稳定性。过程层网络是智能变电站区别于常规变电站的特点之一，也是智能变电站的中枢神经。它以采样数字化、信息网络化为基础完成了变电站信息的网络传输，是控制技术的一次质的飞跃。
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论文作者:蒋渊琦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/20
标签：变电站论文; 智能论文; 设备论文; 过程论文; 互感器论文; 间隔论文; 方案论文; 《电力设备》2017年第26期论文;