以太网在综合自动化变电中的应用

２０１０年第１５期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　０电力与能源０　科技信息　以太网在综合自动化变电中的应用　杨龙雨徐涛李福泉　（石嘴山供电局　宁夏石嘴山７５３０００）　【摘要】随着近年来石嘴山电网的迅猛发展，变电站无人值班或少人值班成为发展趋势。对变电站遥控、遥调、遥信、遥测的功能有了更高　的要求。目前石嘴山电网主要采用了现场总线网来解决变电站自动化系统中的通信问题，但现场总线网技术存在着其自身的缺陷，给变电站运　行、改造和扩建工程带来了一系列问题。而以太网络技术的变电站自动化系统有网络结构简单、设备通用、通信速率快、全双工通信等优点，可　以解决现有总线技术中大量的现实问题，它能够很好的满足变电站数据传输的实时性和可靠性要求。因此，基于以太网技术的变电站综合自动　化系统是电网发展的必然趋势。　【关键词】变电站自动化系统；以太网；实时性；可靠性　Ｏ引言　争性规约，各节点要发送信息时，先侦听总线是否空闲，若空闲，则发　变电站自动化系统的通信任务是实现站内通信功能，完成对全站　信．若网络忙，则等待后再侦听发送，直至发送成功。这种方式当网络　中节点少时，传输速度较快，但当节点超过一定数量时，网络传输数据　一、二次设备和装置运行情况的数据信息采集和控制命令的传输。由　量增大，碰撞几率增加，影响传输的实时性。　于数据通信的重要性，可靠的通信成为系统的技术核心，加上变电站　由于Ｌｏｎｗｏｒｋｓ网介质访问采用ＣＳＭＡ／ＣＤ技术，可用万用表交流　的特殊环境和系统要求，对变电站自动化系统的通信提出了以下要　档测量其通断。正常时，有３００ｍＶ左右的交流电压。这一特点也导致　求：快速的实时响应，即变电站自动化系统要求及时地传输现场的实　时运行信息和操作控制信息，在电力工业标准中对系统都有严格的实　在变电站这种环境较为复杂的环境下．信息传递时被干扰的可能性大　时性指标，网络必须很好地保证数据通信的实时性；高可靠性和抗干　大增加。　另外还有令牌传递方式的现场总线网，比如南瑞继保变电站自动　扰性，即变电站内通信环境恶劣，干扰严重，网络的故障和非正常工　化系统中最具代表性的属保护测控一体化单元（９６ＸＸ型）所采用的现　作会影响整个系统的运行，因此，变电站自动化系统的通信系统必须　场总线ＷｏｄｄＦｉｐ现场总线技术。令牌传递的形式是逻辑环，即在总线　保证很高的可靠性。　上增加一个令牌在各个节点间循环。一个节点只有在收到了令牌后方　１　现场总线网在变电综合自动化系统发展和弊端　能发送数据。若这个节点不需要发送，令牌会自动转向下一个节点。　ＷｏｄｄＦｉｐ的设计思想是，按一定的时序，为每个装置（信息生产　石嘴山电网１１０ｋＶ变电站综合自动化系统主要采用了南瑞继保　者）分配一个固定的时段，通过总线仲裁器诸个呼叫每个生产者，如果　ＲＣＳ９Ｏ０ｏ、四方华能ＣＳＣ２Ｏ０ｏ以及许继电气ＣＢＺ８Ｏ０ｏ变电站综合自　该生产者已经上网，应在规定时间内应答。此方式要使用很多模拟部　动化系统。主要应用了数据总线的通信方式，如：ＲＳ　４８５总线、　件，管理复杂，节点增减不灵活，造价高。　ＬＯＮＷＯＲＫＳ和ＣＡＮ现场总线等方式。在投运初期，从测试和实际运　网络构图如下：　行情况看，这些系统均能满足电力工程中防过电压、防电磁干扰、距离　及速度方面的需求，能达到或超过Ｄ【／ｒ　６３０－－１９９７｛交流采样远动终　端技术条件》等国家标准中的各类指标要求。但随着电网的不断发展，　设备的增加，现场总线逐渐不能适应电网的要求，其弊端日益显现。　首先，总线接口网是综合自动化系统中非常重要而又长期以来未　得到妥善解决的问题之一，变电站自动化系统、保护、测控、录波等装　置一般是由不同厂家提供，不同厂家的设备接口采用了不同的总线标　准，或者同标准不同规约，这给设备的互联带来一系列问题，往往造成　同一系统存在多种标准的总线。这些不同厂家的产品要在数据接口方　面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题。　当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重，给以后的维护工作也　带来了隐患。虽然现有总线都有了相关标准，但厂家各自为政，所以设　备互联一直以来都未得到妥善处理。　图２　ＷｏｒｌｄＦｉｐ总线结构图　其次，数据总线一般采用双绞线手拉手的接线方式，以适应变电　站电磁干扰严酷的特点。但其接口电路的驱动能力一般仅为２Ｏ、３Ｏ个　２基于以太网的变电站自动化系统　接点。一旦设备增加。通讯能力就大大减弱，经常发生通讯中断的情　以太网ｆＥｔｈｅｒｎｅｔ）是目前应用最为广泛的基带总线局域网。以太　况，且总线上某一个节点发生故障，直接导致整个总线通迅的瘫痪。　网的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法，即带有冲突检测　如：许继四方的ＣＳＭ３ｏｏＢ综合自动化系统采用的Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线　的载波侦听多路访问（ｃｓＭＡ／ＣＤ１的介质访问控制技术。在以太网　（如图１）：　中，任何连网节点的发送都是随机的，网中不存在集中控制的节点，　网中的结点平等的争用发送时间。这种介质访问控制属于随机争用型　方式。每个节点利用总线发送数据时，首先要侦听总线的忙、闲状态，　如果发送数据的过程中检测出冲突，为了解决信道争用冲突，结点停　止发送数据，随机延迟后重发。　２．１基于以太网技术的变电站自动化系统的诸多优点。　随着计算机技术和通信技术的发展．尤其是网络技术的应用，以　太网技术正被引入变电站自动化系统的采集、测量单元和问隔层保　匪垂　护、控制单元中。　例如我局最近改造的镇南ＲＣＳ９７００型综合自动化系统，红乐　图１　Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线网络结构图　ＮＳ２０００型综合自动化系统是基于以太网技术的变电站自动化系统，　相对于传统的自动化系统有诸多优点。　Ｌｏｎｗｏｒｋｓ主要采用ＣＳＭＭＣＤ方式通讯方式，这种方式是一种竞　ａ．通信速率快。以太网的数据传输速度很快，　科技信息　。电力与能源０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１０年第１５期　一般采用ｌｏ０Ｍｂｉｔ／ｓ的网速，而ＲＳ一４８５／ＲＳ一２３２的通信速率　ｃ．应用模式ａ和应用模式ｂ的混合。　对比３种应用模式，从技术实现而言，三者都必须设计嵌入式以　太网接口，本质上没有太大差别。但从变电站自动化系统的电压等级、　只有几十千比特每秒，即便在现场网络系统中，最高速率也只有几兆　比特每秒。　ｂ．全双工通信。对于各个结点之间的连接相当于点对点方式，通　具体配置及成本考虑，它们的适用范围有所不同。　信管理机可同时接收所有节点的信息，也可同时向所有的间隔设备发　从保证数据传输的高可靠性考虑，作为站内数据流的枢纽，变电　送信息，所有信息的采集和装置的控制可在很短的时间内完成。采用　站内通信系统最好是双以太网冗余配置。这样，即使一个网出现故障　合适的通信规约，如采用主动上送与查询相结合的方式，就可减少网　也不会影响整个变电站自动化系统的稳定运行。然而，基于成本考虑，　络的数据流量，减轻网络负担。　对中、低压变电站自动化系统，若采用应用模式ａ，则设计成冗余的双　ｃ．网络结构简单。所有的设备连接在同一条数据线上．拓扑结构　以太网结构就不太合适；若采用应用模式ｂ，则可方便地设计成冗余　简单。　的双以太网结构。在现阶段，变电站中其他ＩＥＤ（如智能电能表和直流　ｄ．网络设备通用。标准统一，价格便宜，备品备件少，软、硬件维　屏）可能由其他厂商提供．这些ＩＥＤ的对外通信接口可能只有ＲＳ－－４８５　护工作量少。　或现场总线接口，没有嵌入式以太网接口，因此，就无法直接连到作为　ｅ．使网络上的节点之间的实时访问成为现实，为其他功能的实现　变电站自动化系统内部通信网络的以太网上。　打下了基础。　在这种情况下，必须设计一些既有多种通信接口又有嵌入式以太　总之，在变电站自动化系统中采用以太网通信是大势所趋，是通　网接口的通信管理单元，将站内无法直接连到以太网上的ＩＥＤ通过　信技术在电力系统领域应用和发展的必然趋势。　２．２以太网在变电站自动化系统中的应用模式　这种通信管理单元连到以太网上。该通信管理单元的应用模式实际上　与应用模式ｂ相同。通信管理单元也要考虑单机和双机冗余２种配置　嵌入式技术是随着计算机软、硬件的飞速发展于近几年出现在工　方式。因此，可在变电站自动化系统中，要把站内所有ＩＥＤ都集成到以　业控制领域的一种新技术，利用嵌入式的硬、软件在单片机系统上实　太网上．使用应用模式Ｃ则成为必然选择。但随着国际标准ＩＥＣ６１８５０　现以太网技术，即为嵌入式以太网。嵌入式以太网基于微处理器的软、　的颁布，所有厂家的ＩＥＤ都具有标准的以太网通信接口，并遵循统一　硬件环境，与传统的基于ＰＣ机或工作站软、硬件环境的以太网都遵循　的协议，选择模式ａ也可以实现系统的完全集成，这也是今后的发展　ＩＥＥＥ８０２．３标准，它使用的网络协议族（如ＴＣＰ／ＩＰ）是内嵌在高效实时　趋势。　多任务调度和中断管理的实时操作系统ＲＴＯＳ之中的，因此．其打破　另外．３种应用模式的网络节点数是不同的．因而会对网络流量　了在工业控制领域应用的很多。在变电站自动化系统中的智能电　等网络特性产生不同的影响。对于同一规模的变电站，应用模式ａ的　子设备（ＩＥＤ）能形成与以太网直接连接的关键是将嵌入式以太网芯片　网络节点数最多，应用模式Ｃ其次，应用模式ｂ最少。但是，研究表明，　集成在变电站间隔层ＩＥＤ的ＣＰＵ处理模板或通信处理模板上．　１０Ｍｂｉｔ／ｓ或１００Ｍｂｉｆｓ的带宽相对于变电站自动化系统得信息已经足　嵌入式以太网用于变电站自动化系统内部的通信网络一般有３　够了．所以３种应用模式对于网络特性的影响不会有明显的区别。　种典型应用模式，见图３。　一站　因此．实际应用中采用何种应用模式，应从变电站的具体情况、成　本和电压等级等方面综合考虑。　３结束语　敢以　太嘲　ｌ　　ｌｌ　Ｉ　ｌ　从目前的发展来看，由于以太网具有的速度优势是其他总线无法　比拟的，综合自动化变电站网　网络形式为辅的网络结构形式。　【参考文献】　［１］聂晓华，尹昌霞．现场总线在变电站综合自动化系统中的应用．广西轻工业，　２００７年１月．　¨ｊ　ｌ＿＿｛　ｊ　！堕堡夔　．．１　堕璧堕　Ｉ　Ｉｌ通信管理｝　单元　机｝　’　ｌ椎元蔷机ｌ　展趋势是以太网为主，其他通讯　ｌ斌信管理ｌ　　ＩＲｓ　４２２／ＲＳ－４８５／　ＣＡＮ，ｌ　０ＮＷＯＲＫＳ　［２］贾动山．基于ＩＥＣ６１８５０标准的变电站综合自动化系统．中州煤炭，２００６年５　月．　［３］王荣莉，雷斌．工业以太网技术的现状和发展．自动化博览，２００４年１１月．　图３嵌入式以太网应用模式　作者简介：杨龙雨（１９８３一），男，助理工程师，长期从事电网调度自动化技　术的应用。　ａ．每个间隔层设备都配置一嵌入式以太网接口，将该设备作为以　太网节点直接连到以太网上。　ｂ．几个不具备以太网接口的智能电子设备（ＩＥＤ）通过ＲＳ一２３２／４８５　或现场总线等方式连接。然后通过具有嵌入式以太网接口的通信管理　单元，将其作为以太网节点连到以太网上。　徐涛（１９８５一），男，助理工程师，长期从事电网调度自动化技术的应用。　李福泉（１９６７一），男，助理工程师，长期从事电网调度自动化技术的应用。　［责任编辑：张慧］　　（上接第３４＂１页）的线路。若有关人员汇报某条线路上有故障迹象时，　事故的预想以及处理预案。熟悉电网的薄弱环节，熟悉有关运行规程，可先试拉这条线路。　了解设备的运行状况，当故障发生时，运行人员应沉着冷静认真分析，　２．２．３若电压互感器高压熔断件熔断，必须用额定电流为０．５Ａ装填　从而及时排除故障。确保电网正常安全地运行。此外，作为单电源发变　有石英砂的瓷管熔断器．这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流　电站且地理位置和受自然环境影响较大的，更应该积极采取有效措　容量，具有短路电流的作用。　施。在大风雷雨天气，污闪事故的多发期，加强配电线路的检修、维护　３结束语　经过以上分析论述．我们不难看出对于小电流接地电网的故障，　管理，缩短查找处理接地故障的时间，尽快恢复对用户供电。　作者简介：屈山峰（１９７６一），男，陕西西安人，大专，电气运行岗助理工程　从事燃机发电运行工作。　大都可以通过绝缘监视装置的报警及仪表指示，经分析判断出故障的　师，性质。在笔者所在的地区，沙尘大风天气是造成单相接地故障的主要　原因，因此，要提高值班人员的安全意识，尤其市恶劣天气情况下作好　［责任编辑：张慧］