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摘要：随着我国经济技术的高速发展，极大的促进了我国控制技术、通信技术和现代信息技术的提高，并推动变电站通信网络实现可持续发展的目标，使我国电力工业能够适应社会对于能源多样化需求。变电站通信网络的构建和完善，将提升电网系统的维护简便性、经济性和可靠性，促进电力系统的市场化进程。本文介绍了变电站监控网络常见的组网方式,提出一些处理故障的方法,并通过实际案例说明各方法的具体应用。
关键词：变电站；监控网络；分析
1、变电站通信网络的性能指标
变电站要实现自动化系统，就一定要将通信网络作为载体，以完成不同系统之间的信息交换。对于变电站通信网络而言，一定要拥有足够的速率来进行故障录波数据、操作数据和电量数据的传输。变电站通信网络的优化设计一定要考虑无扰恢复和冗余性能等指标。笔者将通信网络的性能指标总结为以下几个点：电磁兼容性、可靠性、实时性和分层结构。
2、变电站通信网络所使用的协议标准及设备
2.1协议标准
变电站通信网络应当采用IEC61850，为构建和完善数字变电站通信网络奠定良好的技术条件和理论基础。就IEC61850标准来说，通过数据对象和逻辑节点的定义，实现面向对象的服务。协议标准的核心可简化为具体映射、抽象服务和信息建模。IEC61850协议的特点有：较高的互操作性；面向应用和面向服务的信息建模；采用SCSI和ACSI接口完成信息的传输；分层体系。
2.2主要设备
当前应用范围较广的是无源和有源两大类电子式互感器。对于有源互感器来说，采取的是电容或者电感分压技术；而无源互感器主要采取的是逆压电效应或者普克尔效应。
电子式互感器拥有众多的优点，其中以简单的绝缘结构、杜绝二次开路危险、较高的测量精度、较大的动态范围、极强的抗电磁干扰能力以及无电磁饱和为代表。有源互感器有着较好的稳定性、可靠且简单，西方国家多将其运用于运营中的变电站的通信网络。虽然无源互感器尚处于研发改进环节，但其在超高压系统中拥有先天的优势。
电子式互感器的接口设备在变电站通信网络中实现了多路同步采集电子式互感器输出的信号，并基于相关标准的规定，按照特定的格式传输至二次设备。连接方式基于IEC61850标准点对点多路单向串行连接。
另外，还采用了智能断路器技术，该技术基于新型传感器、计算机技术和微电子技术，实现智能化操作。可以对断路器运动特性进行自动调整，具有断路器同步分断及选向合闸、分合闸相角控制、智能重合闸等功能，在此基础上，还能够完成在线监测断路器状态。
2.3 变电站网络结构
对于变电站而言，融入以太网技术的最大障碍时通信非确定性的特性，不过以太网技术在经过多年的改进后，已相对较为完善，变电站通信网络已具备采取嵌入式以太网技术的条件。在有效控制网络负荷的条件下，变电站通信网络采取相对成熟和低廉的以太网是能够符合其实时通信的高标准要求的。西方国家的应用案例也充分对其进行了证明。
2.3.1 变电站通信网络的网络结构方案
基于变电站自动化系统需要实现的继电保护、监视和控制功能，以及IEC61850标准，从物理和逻辑上把系统划分为下列几个层次，也就是过程层、间隔层和变电站层。由站级网络以及过程层网络（总线）实现通信连接。
站级网络实现变电站间隔层设备以及站层设备间的通信，并基于调度和远动装置完成信息的双向交换功能。变电站的过程层和间隔层共同完成老式变电站所实现的功能。过程层网络实现互感器、断路器等一次设备和间隔层设备间的通信。
（1）站级网络。
因为变电站层与间隔层之间以及间隔层设备间需要实时状态信息、电流值和电压等信号的共享，同时由于有着较多的间隔层IED数量，为确保通信性能，因而采用双光纤100兆交换式以太网来构建站级网络。
采用TCP/IP协议来实现间隔层相关IED的数据收发功能，应用层协议采用MMS制造报文规范，以实现和变电站控制系统之间的双向通信，该映射模式采用ISO/IEC802.3+TCP/IP+MMS。
变电站站级网络的构建必须要对站层数据流量进行分析。为使数据交换量得到有效控制，使网络负担得到大幅度降低，建议采用数个网段。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆也就是把需快速及大量数据交换的IED置于相同网段内，最大限度降低数据冲突的几率，进而使相应网段的利用效率得到提升。进行网络分段的过程中，一定要综合考虑电压等级和相关因素。不可避免的是，网段划分数量的提升会增加相关网络设备数量，并增加网络结构的负责程度。
（2）过程层网络。
由于过程层传送至间隔层的数据包括GOOSE报文分合闸命令以及SAV报文采样测量值等，有着较多的数据。这些数据对于实时性要求较高，为了杜绝通道拥塞情况的出现，网络结构为串行通信以太网交换式网络。
GOOSE报文及SAV报文的传输映射基于PDU协议数据单元，并通过ASN.1完成编码后，映射至物理层及数据链路层。采用该映射方式的目的是降低通信堆栈导致的传输时延，使传输报文的实时性得到提升。
在综合考虑过程层数据交换的要求和特点后，将组网原则归纳如下：
电气间隔原则。对实时要求、可靠性和重要性有着高要求的电气间隔，比如母设和母联、超高压线路的间隔必须基于电气间隔来完成组网。需要独立的两套设备及双网冗余结构来进行双重保护间隔的配置。 面向功能原则。对主变差动及母线保护同时需要采取数个间隔交流量的设备。例如，需要配置一台交换机来进行母线保护，采用级联的形式来完成组网，对相关间隔的交流电气量进行收集。该模式务必要确保相关通信接口和母线保护设备的同时性及高效性。
网络简化性原则。满足变电站通信的可靠性和实时性的基础上，应当使网络结构得到简化。不足35KV电压等级的相关间隔应当按照母线位置进行网段的设置，可设置1-2个的网段，处于该网段的IED可基于交换机来完成信息交换。
3、常见故障分析及处理
3.1 常见故障
变电站监控网络常见故障主要有：
（1）网线故障。
（2）交换机或其接口故障。
（3）通信管理机或规约转换器故障。
（4）通讯插件故障。
3.2 处理方法
针对以上故障，主要有以下处理方法：
（1）Ping命令：确定两台网络机器是否连接，掌握时延。应用格式：Ping IP 地址；通常使用pingIp 地址-t 格，即一直Ping 指定的计算机，直到从键盘按下Ctrl+C 中断或关掉ping 的命令框。报文“Request timedout”标示该回路不能连通；网络回路正常时报文"Relay from10.228.134.9：bytes=32time=32ms TTl=122。
排除法：罗列出故障发生的可能性，然后根据当前发生的故障现象逐个排除。该方法逻辑性较强，维护人员必须熟悉该站网络结构，要求对网络系统有全面深入的了解。
（3）替换法：用运行正常的设备去替换有怀疑的设备，这种方法主要用于对硬件故障的处理。替换时应注意正常设备的型号、类型及硬件工况是否和欲替换的设备完全相符。
3.3 注意事项
（1）有些数据库的差错等软件造成的通讯中断，可以通过重启监控系统后台机来解决。应按照顺序，一般应该先关闭备用机，再关闭主；并且关闭电脑前，应该先关闭监控系统。
（2）主备用服务器的切换。当主机与网络系统通讯中断后，备用机自动转为主机。
（3）使用Ping命令检查到回应正常后，应观察通讯状态一段时间，确定报文、信号灯等恢复正常。
4、结束语
变电站网络故障的现象原因是多种多样的，维护人员在进行故障分析的时要全面、仔细了解故障现象，灵活分析，做好分析与记录每一次故障分析、处理的全过程，以积累经验，不断提高故障处理的水平。
参考文献
[1]樊陈，陈小川．IEC61580和IEC60870-5-103标准的比较[J]．东北电力技术，2006(09)
[2]谭文恕．变电站通信网络和系统协议IEC61580介绍[J]．电网技术，2001(25)
论文作者:马晓燕,李志军,王璇
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
标签：变电站论文; 间隔论文; 网络论文; 通信网络论文; 互感器论文; 报文论文; 设备论文; 《电力设备》2016年第5期论文;