试析智能变电站通信网络与监测技术的应用

冯盈

摘要：智能变电站在网络技术发展下，得以迅速推广，通信网络作为变电站信息共享与交互的载体，网络稳定性决定了系统可靠性。基于此，本文主要以通信网络方案设计为切入点，分析智能变电站网络通信监测技术，以此为基础，提出通信网络监测技术应用措施，从而为相关工作者提供参考。

关键词：智能变电站;通信网络;监测技术;应用

前言：

变电站作为输配电网中的信息源与执行终端，与电网运行具有直接关系。特别是国家电网逐渐向智能化发展，智能变电站已经普及，加上电子式电流电压互感器、智能断路器等设备发展，为变电站提供了技术支持。而智能电网规模扩大与特高压工程推进，对于电网可靠性与安全性也提出新的要求，应当合理应用通信网络及监测技术，实现电网自动控制与在线分析。

一、智能变电站通信网络方案设计

智能变电站通信网络为三层两网模式，分为过程层、站控层、间隔层这三层及过程层网络与站控层网络，输出跳闸信息，采样保护装置[1]。其设计如下：

（1）站控层网络。该网络不仅需进行站内监控，还要和远端调控信息交互，属于变电站管理中心，可在计算机中集成系统软件，或是分布在多个计算机内，一体化软件设计方式，以信息平台为核心，构建工作站与应用主机。变电站间隔层与站控层通信较为成熟，选用双星型拓扑结构，连接以太网络，冗余网络为双王双工运行，实现三网合一。

（2）站控层与过程层网络。该网络检测设备运行状态，负责操作控制驱动，检测实时电气运行量，是变电站基础组成部分，較为可靠安全，属于网络设计的核心。选用光纤点对点总线结合模式，不设置间隔层，以COOSE组网连接开关量信息，交流采样为光纤点对点，且信息不介入过程层，实现信息数字化，设备不同也能够互联操作，技术较为成熟。

（3）间隔层。数字变电站中，配制保护设备需满足变电站需求，接口选用IEC61850协议，实现电子互感器与交流采样的相互配合，分散式母线进行部分保护，通过二次设备与电子式互感器互联，不同厂家也能互联互通，实际应用中需注意为题，为减少建设变电站风险，互感器、配制装置等需选用相同厂家设备[2]。故障信息子站，则不断度组网，智能控制装置代替测控装置，实现站控层设备通信。

（4）过程层。变电站可选用智能控制柜模式，在主变本体端子箱进行智能中端配置，输入档位、中性点刀闸位置、非电量等信号，输出中性点刀闸控制、档位控制及风扇控制接点。在合并器中，主变与母线选用双重化配制，安装在智能控制柜上。

二、智能变电站网络通信监测技术

智能变电站中，引入过程层，以光纤网络实现信号量、模拟量采集与控制一次设备，要求变电站设备实现良好配合，且能够互相操作，避免对变电站运行造成影响。而通信网络系统对于变电站运行效率及可用性具有决定作用，需采取监测技术进行无损记录，以此对异常运行报警，查找系统异常与隐患。

1.报文分析

变电站运行中，COOSE报文流量少，出现不正常运行或故障后，会增加报文流量，抢占宽带优先权，需检测COOSE报文状态改变其以一序列计数器，判断报文符合性，分析网络风暴，由于某种原因大量复制网络报文，且不同在网络传输，系统此时发出告警，即可提醒人员加以分析。并且，选用SV报文异常检查，是否产生序号错误、丢帧、超时、重复、频率异常等情况，同步监视采样值信息组播地址、帧结构、源地址匹配关系、频率、序号等，上传报警信号。通过双重报文分析，可判断发送报文过程中是否出现控制序列间断、顺序错误、漏包等情况。

2.数据存储

变电站中网络报文数据多，特备是采样值网络，采样主变回路，文件1h约为3g，记录仪存储量无法无限大，容量达到最大值，需选择循环覆盖历史记录模式，结合运行经验，现场需保证报文数据1星期的历史，对于数据存储提出了更高要求。因此，可选用SATA硬盘，其能够解决码间干扰、信号偏移、总线串扰、直流偏置问题，传输数据选用串行差分方式，以嵌入式时钟信号处理，支持热插拔，结构简单，传输效率高，可用于变电站数据存储。

3.结构功能

监测系统对应过程层、站控层网络接口，且控制器相互独立，不仅要适用于侦听、记录网络报文，还要保证其透明安全，不能影响原有网络通信。可将监测系统分为记录仪与分析仪，前者能够完整记录通信信息，数据按照指定时间长度与间隔保存文件，将其放在硬盘中，按照时间接受网络数据，分段保存;后者可分为在线监视与离线分析，在线监视可检测所有变电站信息，报警异常情况，在站控层中统计各种数据，上传统计信息与网络信号，GOOSE网络则负责记录异常信号，SV网络同步监视信号，之后报警全部异常情况。而离线分析，则任意运行变电站阶段均可进行判断分析，解析以太报文，分析链路通信过程、一场过程及异常报文。

三、智能变电站通信网络监测技术的应用

1.配置信息

打开软件即可配制系统，导入SCD文件建设配制文件，对其修改编辑或是导入编辑好的文件。配制信息包含变电站信息（变电站IP、编号、名称等），记录仪信息（记录仪信息、地址、类型、使用端口等），装置信息（变电站装置描述、地址、GOOSE信息等）。定值编辑窗口，可结合变电站母线电压选择电压等级，设定设备模拟量启动定值，以“保存模板”方式保存现有定值为模板，便于人员调用。

2.实时监控

系统能够接入记录分析系统的信号状态、记录仪状态、通信流量、信号波形、报文信息等，人员可借此查询告警内容、信号状态，将当前状态数据打印出来[3]。

3.告警信息

监视软件包含报警查询与报警功能，能够根据故障录波、信号异常等进行报警。

总结：综上所述，智能变电站是建设智能电网的重要环节，有效减少了设备占地面积，投运周期短、工作量小，减少人为失误可能性。为了保证系统稳定运行，则应当加强通信网络监测，需结合实际变电站情况，从报文分析、数据存储及结构功能这几方面出发，实现通信网络的配置信息、实时监控及告警信息功能，从而为智能变电站运行提供保障。

参考文献：

[1]孙宇嫣，蔡泽祥，郭采珊，马国龙，戴观权.基于深度学习的智能变电站通信网络故障诊断与定位方法[J].电网技术，2019，43（12）：4306-4314.

[2]张志诚.智能变电站通信网络及其监测技术的应用研究[J].信息通信，2017（03）：167-168.

[3]朱昆仑， 张平茜. 智能变电站通信网络和检测技术分析[J]. 科学与信息化， 2019， 000（010）：40-40.

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