网络通信技术在变电站自动化系统中的应用
发布：2015-08-27 17:49 点击：
1 变电站自动化系统的数据通信
1.1 变电站自动化系统的通信内容
1.1.1 变电站内的信息传输内容
（1） 电网稳态数据信息
其中状态数据信息包含：各电压等级的断路器、隔离开关位置信号遥信；各保护及重合闸动作信号遥信；各保护回路及操作机构的异常信号遥信；主变有载开关档位信号。
测量信息包含：主变高、低压侧及各电压等级线路有功功率、无功功率、电流和功率因数等；主变、线路、电容器、接地变有功/无功电量等；
（2） 电网暂态数据信息
在保护录波数据上主要有：主变压器、线路上、电容器上以及开关分/合闸等。
（3） 设备运行数据信息
1) 一次设备运行数据信息
变压器油箱油面温度、绕组热点温度、油位等。
2) 二次设备运行数据信息
① 装置运行工况信息；
② 进行设置相应的软压板进行信号的投退；
③ 进行设置相应的监视状态和报警信号装置；
④ 进行sv/goose/mms链路设置报告异常信号；
⑤ 设置的测控装置需要有关闭信号操作；
⑥ 网络通信设备运行状态及异常告警信号；
（4） 辅助设备上的相应数据
1) 状态数据信息
① 电源的进、出线路上的开关设置；
② 设备的工作情况以及断电时报警信号；
③ 安全报警信号；
④ 对环境指标监测的报警信号；
2) 测量数据信息
① 各种电压、电流；
② 逆变的各种交、直流电压；
③ 环境中的温、湿度等；
④ 测定室内的氧气以及sf6浓度信息。
1.1.2 自动化系统与控制中心的通信内容
变电站自动化系统具有安全、可靠的性能，以及对断路器能够进行监视、测量和控制等，同时还能遥测、遥信、遥调、遥控全部的远动功能和时钟同步功能，可将变电站的相关信息发送到控制中心，也可以接受上级的调度数据和控制指令[3]。
1.2 变电站自动化系统通信功能
1.2.1 微机保护的通信功能
微机保护的通信功能包括：接受监控系统查询、与监控系统通信、向监控系统传送事件报告及保护状态、向监控系统传送自检报告；校对时钟，与监控系统对时，修改时钟；整定值的修改等。
1.2.2 自动装置的通信功能与信息内容
自动装置的通信内容包括接地选线装置、备用电源自投、电压、无功自动综合控制与监控系统的通信。具体如下：
①小电流接地系统接地选线装置的通信内容，母线和接地线路，母线tv谐振信息接地时间，谐振时间，开口三角形电压值等；
②备用电源自投装置的通信功能，与微机保护通信功能相似；
③电压和无功调节控制通信功能，除具有与微机保护相类似的通信功能外，电压和无功调节控制还必须具有接收调度控制命令的功能。
1.2.3 微机监控系统的通信功能
（1） 具有扩展远动rtu功能。常规变电站远动rtu功能包括遥测、遥信、遥调、遥控的四遥功能。对无人值守的变电站，极大的拓展了传统变电站远动rtu功能范围，首先信息容量较大。主要是在安全保护上有很大的突破，比如对远方进行定值保护、以及故障录波测试等。
（2） 具有与系统通信的功能。变电站微机监控系统与系统的通信具备两条独立的通信信道。一条是常规的电力线载波通道，另一条是数字微波通信或光纤通信信道。有的变电站微机监控系统要求具有多个远方调度中心的scada系统通信的功能，如可同时与县调、地调通信[4]。
1.3 数据通信的传输方式
1.3.1 并行数据通信
并行数据通信是指允许很多数据同时进行运行，可以以字节的方式或者是字单位由专行道进行信息传递，对数据同传、同接。如图3.1（a）所示。
并行传输速度快，但是在并行传输数据线外，往往还需要一组状态信号线和控制信号线，数据线的根数等于并行传输信号的位数。显然并行传输需要的传输信号线多、成本高，因此在短距离传输（通常小于10m）需要高传输速度的环境下比较常用。在变电站自动化系统的结构上，多为集中组屏式。
1.3.2 串行数据通信
（1）rs-232c接口标准
由于rs-232属单端信号传送，所以对于噪声干扰影响较大，一般数据传递距离较近，在20m以内，适合于数据传输速率在0～20kb/s范围内的通信。
（2）rs 422/485接口标准
rs-422是差模传输，支持点对多双向通信,最大传输距离为约1200米，最大传输速率为10mb/s。在 100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。rs-485接口主要是结合平衡驱动器和差分接收器一起，对噪声的抵抗性能较好。理论上，通信速率在100kbps及以下时，rs485的最长传输距离可达1200米，最高传输速率为10mbps。如图3.1（b）所示。
图3.1 并行和串行数据传输方式示意图
1.4 数据远传信息通道
变电站在进行远程通信时的通道一般比较多，主要有：有线信道和无线信道两种。前者有明线、电缆以及电力线载波和光纤通道；后者有短波、散射、微波中继和卫星通信等。
1.4.1 绝缘架空地线载波通信
电力信息传递时一般是运用电力线架空地线的模式，在放电时进行间隙接地，但是在正常运行时则需要进行绝缘处理，进行高频电流输送。与电力线载波通信相比，结合设备简单，造价低，且可扩展电力线载波通信频谱，送电线路检修接地期间可以不中断通信，受系统短路或接地事故影响较小，易实现长距离通信等。这种通信方式宜作输电线路维护检修通信用。
1.4.2 电力线载波通信
在电力信息传输时候主要是运用高架电力线中的相导线，当然这是电力输送时一种特有通信方式，可靠性以及经济性都比较高，在管理调度上也比较协调，所以在电力系统中是比较基本同时主要的通信方式，但是唯一的缺陷是有频谱进行束缚就不够完善。图3.2是电力线载波通信的基本原理和主要设备构成图。在a、b端进行语音信号传递时，首先是有调制变换成相应条件的高频信号，然后经由一定的设备线路进行传载到终端设备上，之后会由收信滤波器进行信号筛选，反馈到a端话音信号身上。反之，b端向a端进行电力信号输送也是一样的。
图3.2 电力线载波信道的信息传输框图
1.4.3 微波中继通信
微波是视距传播，它不像中、长波沿地球表面传播，也不像短波借助电离层的反射进行传播，由于地球表面是个曲面，所以微波传播的距离不可能很远。为了实现远距离传播，一般需要每隔40~50km设置一个微波中继站，组成一条接力通信电路。
微波通信的通频带宽，通信容量大，可传送多种用途的通信信号。微波波段不易受大气及工业等外界干扰，所以通信的传输质量高，工作较稳定。另外，微波是在视距范围内的传播，所以不需要太大的发射功率。可以做出增益高，方向性强的天线，因此比短波通信保密性好。
1.4.4 卫星通信
卫星通信主要是借由天上的同步轨道通信卫星作为信号中转站，在不同地面区域上进行信号传递。相比于微波，卫星通信的优点是：对地形以及距离束缚较小，通信量较大，可靠度高，干扰性小。
1.4.5 光纤通信
光纤通信主要是借助光波作为传输媒介进行通信，主要的优点是：通信量较大，频带较宽以及传递距离远、抗干扰、抗辐射、重量轻、节省有色金属等，在电力系统运用还有较其它通信方式所不能比拟的一些优点，所以已经被逐渐的使用扩展开来。
电力系统需要利用光纤进行传输的信息主要有：电话、远动、数据、远方保护、图像等。其中最普遍应用的是电话和远动信息的传输。这些信息的传输一般都以数字方式进行、而图像信号一般以模拟方式在光缆中占用独立的纤芯进行传输。
如图3.3所示，光纤通道示意图。
图3. 3 光纤通信构成原理图
脉冲编码调制pcm设备是常规的电子终端设备。光发射机实质上是一个电光调制器。它用pcm端机发出的数字脉冲信号来驱动电源，发出信号经由pcm调制成光信号脉冲，之后通过光纤传送到对方。在远端接受时有相应的光检测器，能够转化光信号成电信号，之后再经过一定处理传到pcm接收端机，转换成原始的信号。
光纤线路则是信息传输的媒介。
由于光源的非线性对数字信息影响较小，且数字制式本身又具有抗干扰能力强，传输质量高，易于采用大规模集成电路、调试维护简单等特点。因此作为多路通信的光纤通信系统大多采用数字制式。
1) 专用光纤通道回路
专用光纤通道应用于距离短，一般不大于60km的线路，在光纤网络不能组成环网或双路由的终端变电站使用较多。如图3.4所示：
图3.4 光纤差动保护专用通道回路图
2) 复用光纤通道
复用光纤通道应用于距离长的线路保护，利用率高。一对opgw纤芯沟通sdh光设备，即可下发成百上千个2m通道，而一个2m通道又能下发30个64k通道，方便快捷，网管管理处设置可将中断的2m通道恢复。复用光纤通道回路中与专用光纤通道相比，增加了光设备（光端机）、pcm、保护通道接口装置，中间任何一个环节出现故障将使通信中断。
图3.5为光纤差动保护复用64k光纤通道回路示意图，图3.6为复用2m光纤通道回路示意图。
图3.5 复用64k光纤通道回路图
图3.6 复用2m光纤通道回路图