浅议智能变电站通信网络技术
摘要：目前，由于电力行业的扩张，通信网络已经成为电力自动化系统的重要技术，下文主要结合多年的工作经验，简要综述了智能变电站通信网络的分层以及实现。
关键词：智能变电站；间隔层；过程层；站控层
中图分类号：tm631+.4 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）07-（页码）-页数
随着社会经济的发展，目前我国已经跨入网络时代，网络通信也已成为整个电力系统的关键组成部分之一。下文主要就是介绍智能变电站中的网络通讯技术，仅供参考。
1.通信网络现状
一般而言，其专用通信网络现已建设成为以光纤通信为主干网的通信线路，覆盖各地区的变电站、电厂。电力系统数据通信网络不仅能够支持 ems、远动、实时数据通信等业务，而且还能支持基本语音通信业务，如行政及调度电话等。当前，我国电网自动化系统现场局域网对不同电压等级分别采用了不同类型的通信网络控制，如 rs485 总线、can、互联网等等。近些年，伴随着智能开关及电子互感器的问世及其在电网中的应用，电力系统设备自动化程度不断提高，这就使得电网中一次设备与二次设备的无缝集成变为可能。
2.智能变电站通信网络
2.1体系分层
过程层网络流量分析 1. 采样值网络流量分析 1.1采样值网络概述 采样值传输采用IEC61850-9-2标准，合并单元和二次设备均连在交换机网络上。220kv线路间隔配置成一个独立的网段，考虑采用独立的交换机。主变三侧作为一个大间隔，配置成一个独立的网段，采用独立的交换机。每一个电压等级配一台公共交换机，连接该电压等级对应的母线保护、PT合并单元，各 间隔对应的交换机也通过级联端口连到该公共交换机。 采用组播过滤技术来解决网络阻塞的问题，接收端口只收到预订的MAC地 址对应的9-2报文，降低了网络的流量。 PT并列考虑在PT合并器实现，PT切换在间隔合并器实现。因此，对于主变保护和线路保护而言，不需要在网路上预订PT合并器的9-2报文，但母线保 护需要预订PT合并器的报文。 1.2IEC61850-9-2帧格式说明 1.2.11SO/IEC 8802-3以太网帧结构 IEC 61850-9-2LE采样值报文在链路层传输都是基于ISO/IEC 8802-3的以太网帧结构。帧结构定义如下图所示：
方法。 (2) 帧起始分隔符字段(Start-of-Frame Delimiter ) 知道导入帧，并且该字段提供了同步化接收物理层帧接收部分和导入比特流的 格式说
帧起始分隔符字段，1字节。字段中1和0交互使用。 (3)以太网mac地址报头 以太网mac地址报头包括目的地址(6个字节)和源地址(6个字节)。目的地址可以是广播或者多播以太网地址。源地址应使用唯一的以太网地址。 IEC 61850-9-2 多点传送采样值，建议目的地址为 01-0C-CD-04-00-00 到 01-0C-CD-04-01-FF。 (4)优先级标记(Priority tagged) 为了区分与保护应用相关的强实时高优先级的总线负载和低优先级的总线 负载，采用了符合IEEE 802.1Q的优先级标记。 优先级标记头的结构： TPID 值：0x8100 User priority :用户优先级，用来区分采样值，实时的保护相关的GOOSE 报文和低优先级的总线负载。高优先级帧应设置其优先级为4?7,低优先 级帧则为1?3，优先级1为未标记的帧，应避免采用优先级 0，因为这会引起正常通信下不可预见的传输时延。 采样值传输优先级设置建议为最高级7。 CFI:若值为1,则表明在ISO/IEC 8802-3标记帧中，Length/Type域后接 着内嵌的路由信息域(RIF)，否则应置0。 VID :虚拟局域网标识，VLAN ID。 (5)以太网类型Ethertype 由IEEE著作权注册机构进行注册，可以区分不同应用
变电站综合自动化结业论文变电站综合自动化系统通信 系部：电力工程系 班级：供用电12-4 姓名：豆鹏程 学号：2012231026
【摘要】 变电站综合自动化功能的实现，离不开站内工作可靠、灵活性好、易于扩展的通信网络，以来满足各种信息的传送要求。在变电站综合自动化系统中，通信网络是一个重要的环节。本文对通信网络的要求和组成、信息的传输和交换及通信的功能作了有详细的介绍。 【关键字】 变电站综合自动化系统；信息传输；数据通信
变电站综合自动化系统的通信 引言 变电站综合自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式的控制系统，包括监控、继电器保护、电能质量自动控制系统等多个子系统。在各个子系统中，往往又由多个智能模块组成，例如微机保护子系统中，有变压器保护、电容器保护和各种线路保护等。因此在综合自动化系统内部，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各子系统间信息交换和实现信息共享，以减少变电站二次设备的重复配置和简化各子系统间的互连，提高整体的安全性。[2、5] 另一方面，变电站是电力系统中电能传输、交换、分配的重要环节，它集中了变压器、开关、无功补偿等昂贵设备。因此，对变电站综合自动化系统的可靠性、抗干扰能力、工作灵活性和可扩展性的要求很高，尤其是无人值班变电站。综合自动化系统中各环节的故障信息要及时上报控制中心，同时也要能接受和执行控制中心下达的各种操作和调控命令。[2] 因此，变电站综合自动化系统的数据通信包括两方面的内容：一是综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；而是变电站与控制中心的通信。 一、变电站内的信息传输[2、3、5] 现场的综合自动化系统一般都是分层分布式结构，传输的信息有以下几种： （一）现场一次设备与间隔层间的信息传输 间隔层设备大多需从现场一次设备的电压和电流互感器采集正常情况和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息主要是：断路器、隔离开关位置、变压器的分接头位置、变压器、互感器、避雷针的诊断信息以及断路器操作信息。 （二）间隔层的信息交换
智能变电站通信网络技术方案 1 智能变电站通信网络总体结构 智能变电站通信网络采用IEC 61850国际标准，IEC 61850标准将变电站在结构上划分为变电站层、间隔层和过程层，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。 变电站层与间隔层之间的网络称为变电站层网络，间隔层与过程层之间的网络称为过程层网络。 变电站层网络和过程层网络承载的业务功能截然不同。为了保证过程层网络的实时性、安全性，在现有的技术条件下，变电站层网络应与过程层网络物理分开，并采用100M及以上高速以太网构建。 通讯在线保护及故障系统服务器系统服务器GOOSE视频监视终端信息管理兼操作员站2兼操作员站1远动远动联动服务器子站工作站1工作站2变电站层 MMS/GOOSE网变电站层网络 超五类屏蔽 双绞线 其他智能电能保护故障间隔层设备计量测控录波 SMV网光缆过程层网络GOOSE网 合并智能单元单元过程层 光缆电缆
电子式开关设备 互感器(主变、断路器、刀闸) 智能变电站通信网络基本构架示意图 2 变电站层网络技术方案 功能: 变电站层网络功能和结构与传统变电站的计算机监控系统网络基本类似,全站信息的汇总功能(包括防误闭锁)可依靠MMS/GOOSE网络实现。 拓扑结构选择: 环形和星形拓扑结构相比，其网络可用率有所提高(单故障时两者均不损失功能，少数的复故障环形网可以保留更多的设备通信)，但是支持环网的交换机和普通星型交换机相比价格大大提高。 国内经过多年的技术积累，装置普遍具备2~3个独立以太网口, 星型网络在变电站实际应用有着更加丰富的使用经验。 国内220kV及以上变电站层网络一般采用双星型拓扑结构;110kV及以下变电站层网络一般采用单星型拓扑结构。 变电站层双星型网络结构示意图 系统服务器兼操作员站远动工作站变电站层 变电站层网络变电站层交换机2 变电站层交换机1
Q/GDW 江苏电网变电站通信系统配置规范 江苏省电力公司发布
Q/GDW-10-J455-2009 I 目次 前言.................................................................... II 1 范围 (1) 2 引用标准 (1) 3 主要术语 (1) 4 总则 (1) 5 500kV变电站通信系统配置规范 (2) 6 220kV变电站通信系统配置规范 (9) 7 110kV及以下变电站配置规范 (14) 附图1 500kV变电站光通信设备机柜组屏图（华东、省网、地区网） (18) 附图2 500kV变电站程控交换机典型组屏图 (19) 附图3-1 500kV变电站通信电源典型接线图（2组蓄电池） (20) 附图3-2 500kV变电站通信电源典型接线图（4组蓄电池） (21) 附图4 500kV变电站通信光纤配线典型组屏图（500kV系统/220kV系统） (22) 附图5 500kV变电站保护光纤配线典型组屏图（500kV系统/220kV系统） (23) 附图6 500kV变电站数配机柜组屏图（华东、省网数配及地区网数配） (24) 附图7 500kV变电站音配机柜组屏图 (25) 附图8 500kV变电站通信设备典型平面布置图 (26) 附图9 220kV变电站光通信设备组屏图 (27) 附图10 220kV变电站通信电源典型接线图 (28) 附图11 220kV变电站通信光纤配线组屏图 (29) 附图12 220kV变电站保护光纤配线组屏图 (30) 附图13 220kV变电站综合配线组屏图 (31) 附图14 220kV变电站通信设备排列图 (32) 附图15 110kV及以下变电站光通信设备组屏图 (33) 附图16 110kV及以下变电站通信电源典型接线图 (34) 附图17 110kV及以下变电站通信综合配线组屏图 (35) 附图18 110kV及以下变电站通信设备排列图 (36)
变电站通信网络和系统（IEC 61850）标准概述 由于现有的规约五花八门、缺乏统一性，数字化（智能化）变电站成为发展方向，性能和速度已不再是问题，因此产生了IEC 61850标准。 IEC 61850系列标准吸收国际先进新技术，并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国际标准作为61850系列标准的一部分。所以它是一个十分庞大的标准体系，确切地说，它是一种新的变电站自动化的设计、工程、维护、运行方法准则。 IEC 61850系列标准的全称：变电站通信网络和系统（Communication Networks and Systems in Substations），它规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系列要求。 IEC 61850的关键技术： 1)变电站三层接口 2)采用模型思想进行对变电站统一建模 3)抽象通信服务和特定通信服务 4)统一的配置描述语言 5)IEC 61850标准包括10个部分： 6)IEC 61850-1基本原则，包括了适用范围和目的，定义了变电站内IED（电 子式互感器Intelligent Electronic Device）之间的通信和相关系统要求， 并论述了制定一个适合标准的途径和如何对待通信技术革新等问题。 7)IEC 61850-2术语，给出了IEC 61850文档中涉及的关于变电站自动化系 统特定术语及其定义。 8)IEC 61850-3总体要求，详细说明系统通信网络的总体要求，重点是质量 要求（可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性以及总的网络 要求），还涉及了环境条件（温度、湿度、大气压力、机械振动、电磁 干扰等）和供电要求的指导方针，并根据其他标准和规范对相关的特定 要求提出了建议。 9)IEC 61850-4系统和项目管理，描述了对系统和项目管理过程的要求以及 对工程和试验所用的专用调度要求。主要包括：工程过程及其支持工具，，
智能化变电站技术
内容提要
? 智能化变电站概述 ? 如何实现智能化变电站 ? 关键问题分析 ? 智能化变电站技术规范 ? 国内典型工程案例分析
智能化变电站概述-定义
? 《智能变电站技术导则》给出的定义 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设
备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共 享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、 控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需 要支持电网实时自动化控制、智能调节、在线分析 决策、协同互动等高级功能的变电站。
? 智能变电站派生于智能电网
智能化变电站概述-变电站 内部分层
IEC61850将变电站分为三层
远方控制中心 技术服务
7
变电站层
功能A
16
功能B
9 16
8
3
继电保护
控制
间隔层
控制
3
继电保护
45
45
过程层接口
过程层
传感器
操作机构
高压设备
智能化变电站概述-需要区分的概念
? 变电站层 监控系统、远动、故障信息子站等
? 间隔层 保护、测控等
? 过程层 智能操作箱子（或称智能单元） 合并单元 一次设备智能组件等。
智能化变电站概述-需要区分的概念
? IEC61850变电站
特征： 1）两层结构（变电站层、间隔层，没有过程层）； 2）一次设备非智能化，间隔层通过电缆与传统互感器和开关连
接； 3）不同厂家的装置都遵循IEC61850标准，通信上实现了互连
互通，取消了保护管理机； 4）间隔层保护、测控等装置支持IEC61850，直接通过网络与
变电站层监控等相连。
市场特征： 该模式在国网和南网都处于大批量推广阶段，所占比例会越来 越大，以后会成为变电站标配。 例如：华东500kV海宁变、湖北500kV武东变等。
智能变电站辅助系统综合 监控平台介绍 Prepared on 24 November 2020
智能变电站辅助系统综合监控平台 一、系统概述 智能变电站辅助系统综合监控平台以“智能感知和智能控制”为核心，通过各种物联网技术，对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候状态监视和智能控制，完成环境、视频、火灾消防、采暖通风、照明、SF6、安全防范、门禁、变压器、配电、UPS等子系统的数据采集和监控，实现集中管理和一体化集成联动，为变电站的安全生产提供可靠的保障，从而解决了变电站安全运营的“在控”、“可控”和“易控”等问题。 二、系统组成 （一）、系统架构 （二）、系统网络拓扑
交换机服务器 站端后台机 网络视频服务器 门禁 摄像摄像头 户外刀闸温 蓄电池在线监测开关柜温度监测 电缆沟/接头温度监测SF6监测 空调仪表 电压UPS 温湿度电流烟感 电容器打火红外对射 门磁 非法入侵玻璃破碎电子围栏 水浸 空调 风机灯光 警笛 警灯 联动 协议转换器协议转换器协议转换器 消防系统 安防系统 其他子系统 TCP/IP 网络 上级监控平台 采集/控制主机 智能变电站辅助系统综合监控平台将各种子系统通过以太网或 RS232/485接口进行连接，包括前端的摄像机、各种传感器、中心机房的存储设备、服务器等，并通过软件平台进行集成和集中监视控制，形成一套辅助系统综合监控平台。 （三）、核心硬件设备：智能配电一体化监控装置 PDAS-100系列智能配电一体化监控装置，大批量应用在变电站、开闭所 和基站，实践证明产品质量的可靠性，能够兼容并利用现有绝大部分设备，有效保护客户的已有投资。能够实现大部分的传感器解析和设备控制，以及设备内部的联动控制，脱机实现联动、报警以及记录等功能。工业级设计，通过EMC4级和国网指定结构检测。 智能配电一体化监控装置是针对电力配电房的电缆温度以及母线温度无 线检测，变压器运行情况以及油温检测、配电、环境、有害气体以及可燃气体
0引言 智能变电站由一次设备和二次设备2个层面构成，其基本 的组成单元和普通数字化变电站并没有本质区别。 智能变电站的优势主要体现在一次设备的智能化控制以及利用网络化来组织二次设备上，加之一次设备与二次设备之间采用了高速网络通信，因此二者之间的联系得以加强。从智能变电站组成的层次结构来看，从一次设备（互感器、断路器）开始，往下是过程层设备（主要是户外柜组件和过程层交换机），其次是隔离层设备（如各类保护装置和测控装置），最后是由以太网MMS 、监控系统和远控装置构成的站控层设备。而从智能变电站的发展趋势来看，有向系统层和设备层2层结构简化的趋势。但这种2层简化结构需要依赖于大量的计算机和网络控制技术，因此短时间内还难以实现。 当前的智能变电站多数仍采用传统的3层结构形式，该种结构框架的过程层设备和间隔层设备是通过过程层的网络连接来实现的。网络连接在过程层中承担着智能变电站主要数据的通信任务，这些传输数据来自于变电站运行中的状态实时数据，以及变电站的模拟量采样信息、网络中传输的设备管理信息和事件警告信息等。因此， 在研究智能变电站的网络结构优化时，主要是考虑网络中数据传输的优化。 1智能变电站网络结构形式分析 智能变电站自动化系统分为站控层、间隔层和过程层3个 大层次，通信连接一般都是靠站控总线和过程总线完成。其中站控总线处理站控层与间隔层各控制设备之间的通信，而过程总线处理间隔层与过程层中各种智能一次设备的通信。 从逻辑上讲，在设计时，通常可依据需要将站控总线设置为独立于过程总线，或将站控总线与过程总线合并的形式。这2种不同的布线方式各有优缺点。如果将站控总线与过程总线合并，可能会因数据时效性属性不同（实时性、非实时性）、数据控制属性不同（控制性、非控制性）而导致数据间的互相影响，降低网络资源的利用效率和网络的安全性。但这种布线方式能够提高硬件资源的利用效率，在条件允许的情况下，可通过以太网的优先级排队技术或虚拟局域网技术来实现对各类重要等级不同的数据进行分析处理。 不论是采用站控总线和过程总线合并的形式还是单独布设的形式，从网络结构上看，都可以分为5个基本的层级结构：层级1（站控单元、站运行支持单元、路由器、远程控制中心）、层级2（一级交换机）、层级3（监控单元、保护单元）、层级4（二级交换机）、层级5（执行机构、传感器）。如果是站控总线和过程总线独立布设的形式，则各个层次的组成单元依次与下一层级的组成单元相连，同一层级的组成单元互不影响，形成从一级交换机开始的若干条独立的数据传输线路，此时一级交换机和二级交换机之间没有直接的线路连接，而是要经过层次3中的监控单元和保护单元。如果是站控总线和过程总线合并布设的形式，则在一级交换机和二级交换机之间直接存在直接的连接线路，但一级交换机所接收到的数据既有直接来自于二级交换机的数据，也有通过监控单元和保护单元的数据，这是这一布线方式可能存在数据干扰的根本原因。 2智能变电站网络结构优化 在本节中，将从某智能变电场升压站的组网结构优化及其 网络的流量优化2个方面来展开讨论。该升压站的原系统结构如图1所示。 2.1 原系统结构特点分析 由图1可知，其网络结构为典型的“三层两网”式结构，站控层、间隔层和过程层的层次结构很明显，过程层和站控层这2级网络为独立式布置。在本例中，网络采用高速以太网搭建，过程层的网络采用了2类网络形式来分别处理上行数据和下行数据，其中电流和电压实时数据的上传、开关量的上传均由SV 采样值网络完成，而分合闸控制量的下行则由GOOSE 网络完成。站控层网络采用MMS ／GOOSE 通信方式来完成全站信息的汇总和处理。 在原站控层的组网方案中，采用的是双星型拓扑结构，冗余网络采用双网双工方式运行。而过程层的网络结构为单星型的以太网结构，保护装置由2套独立的单网配置提供，因此能够使过程层网络具有双重化的特点，且2套网络互相物理隔离。过程层中的网络采样值按点对点传输的方式完成，以直接跳闸的方式来实现对间隔层设备的保护。 采用上述组网结构后，可以实现GOOSE 和SV 以太网口的独立传输，在信息传输时交换机所承担的任务明确，能够有效避免数据之间的干扰。原过程层GOOSE 网络承担着繁重的数据采样任务，但网络仅具备100M 的流量承载力，影响了数据的传输效率，加之网络接口独立设置，因此不便于网络结构的维护。 浅谈智能变电站的网络结构优化 丁文树 （泰州供电公司，江苏泰州225300） 摘要：介绍了智能变电站的层级构成以及各个层级的特点，在此基础上，对当前智能变电站主要的网络结构形式进行了分析，最后 以某智能变电站的网络结构改造和优化为例，阐述了网络结构优化后的具体形式以及网络流量优化时所采用的优化方法。 关键词：智能变电站；网络结构优化；流量优化 图1升压站原系统结构示意图 站控层设备 站控层网络 间隔层设备 过程层网络 过程层设备 合并单元 测控装置 录波装置 计量装置 智能单元 保护装置 设计与分析◆Sheji yu Fenxi 134
4．6．4 变电站通信网的基本设计原则 变电站通信的内容包括变电站综合自动化系统当地采集控制单元与变电站或电厂主控室监控管理层之间的通信，变电站综合自动化系统与远方调度中心之间的通信。系统通信网架的设计是十分关键的，可从以下方面考虑： 1)电力系统的连续性和重要性，通信网的可靠性是第一位的。 2)系统通信网应能使通信负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通信负荷不过载，应采用分层分布式通信结构。此外应对站内通信网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。另外，系统通信网设计应满足组合灵活、可扩展性好、维修调试方便的要求。 3)应尽量采用国际标难的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。 4)应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是灵活多样的且具有延续性。 5)系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。 6)对于通信媒介的选用、设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。 7)为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段”，采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS，并开发应用于其之上的通信软件平台。 4．6．5 通信网的软硬件实现 1．硬件的选择 为了保证通信网的可靠性，通信网构成芯片必须保证在工业级以上，以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通信CPU可采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级芯片，通信介质选择屏蔽电缆或光纤。 2．接口程序 采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标淮的RS-232/485接口用于系统调试维护外，其他各种接口采用插板式结构，设计支持以下三类共七种方式：标准RS-485接口，考虑双绞线总线型和光纤星形耦合型；标准Profibus MMS
智能变电站网络安全策略分析与研究徐晓寅 摘要：智能变电站网络的可靠性和安全性决定了站内智能终端、合并单元、保 护装置、测控装置、自动化系统等各设备之间信息流的传输质量，会对变电站的 安全稳定运行产生直接影响。本文针对智能变电站网络存在的安全威胁，从技术 和管理方面提出了适用于智能变电站网络安全的策略。 关键词：智能变电站；网络安全；策略分析 1 智能变电站网络安全现状分析 智能变电站网络面临的安全威胁主要有内部和外部两部分：内部威胁为网络 交换机硬件问题对站内网络造成的风险；网络风暴造成站内网络瘫痪；外部人为 专业攻击造成的破坏。 1.1 外部安全威胁主要是人为专业攻击，在智能变电站网络条件下，人为专业攻击主要分为以下两种。 1.1.1 主动破坏 非法专业用户接入网络后，通过监听、拦截对站内信息及设备进行监视和控 制操作，再伪造信息向网络发送大量无用报文，使站内网络设备异常、死机甚至 无法重启，最后导致整个网络瘫痪。 1.1.2 无意识破坏 专业用户正常接入网络后，由于误操作导致大量组播报文在网络内传播，对 网络造成破坏和损失。 1.2 智能变电站面临的内部威胁主要来源于内部通信的脆弱性。智能变电站改变了原有的点对点的通信模式，取消了原有的硬接线模式，不同部件之间的通信，采用了对等的通信模式，所有变电站的智能部件之间的通信均在局域网上实现， 并且不同智能部件的关联度更加紧密。一旦某个智能部件遭到恶意攻击，就会影 响整个变电站内的通信，危及站内业务的正常运行。其安全威胁主要有以下几方面： 1.2.1 网络交换机硬件风险 变电站在正常和异常运行时，均会产生不同程度的电磁干扰，如高压电气设 备的倒闸操作、短路故障等电磁暂态过程及高压电气设备周围产生的静电场和磁场、雷电、电磁波辐射、人体与物体的静电放电等。这些电磁干扰会对交换机的 通信传输产生一定影响，导致交换机转发的报文出错，甚至丢失整帧报文，影响 智能变电站网络的安全可靠运行。因此，在强电磁干扰的情况下，交换机必须满 足零丢帧的要求，以满足过程层数字化的需求。而在实际生产现场，智能变电站 的交换机选型配置及验收都无明确的负责机构及硬件把关负责人员，导致交换机 管理处于无序甚至空白状态。 1.2.2 网络风暴 交换机作为网络核心通信设备，如果自身的报文转发机制异常，会导致网络 风暴，给智能变电站网络运维留下极大的隐患。网络风暴的基本表现为：大量重 复报文在网络中快速传播，大量信息排队等待，直至占满带宽或耗尽交换机 CPU 资源，严重影响网络的正常运行。产生网络风暴的原因很多，其中重要的原因是 网络环路问题，主要指：对过程层网络来说，虽然工程应用上通过静态VLAN划 分或 GMRP组播技术来实现网络隔离，但如果网络环路发生在同一VLAN内，仍 会产生网络风暴；对站控层网络来讲，由于没有采用任何组播报文隔离技术，GOOSE 报文组播范围为站控层全网；一旦网络内形成重复链路，GOOSE 报文就会
220kV 智能变电站过程层解决方案西电南自智能电力设备
目录 一．智能一次设备说明 (3) 1.1智能一次设备的概念 (3) 1.2设备智能化演变 (3) 1.3智能一次设备在智能电网中的作用 (3) 1.4智能一次设备现况 (4) 1.5变压器智能化 (4) 1.6断路器智能化 (5) 二、智能一次设备解决方案及建议 (8) 2.1PSSC600系列智能组件简介 (8) 2.2互感器及智能组件技术方案 (13) 2.2.1 220kV及110kV线路、母联电子式互感器技术方案 (13) 2.2.2 变压器220kV侧电子式互感器技术方案 (15) 2.2.3 变压器110kV侧电子式互感器技术方案 (16) 2.2.4变压器35kV侧电子式互感器技术方案 (17) 2.2.5 35kV出线电子式互感器技术方案 (18) 2.2.6 35kV母线电压技术方案 (18) 2.3TDC－05户外柜 (19) 2.3.1 户外柜的技术特点 (19) 2.3.2 户外柜的专利 (20) 三．组屏方案及即插即用方案 (21) 四．过程层设备配置一览表 (23)
一．智能一次设备说明 1.1 智能一次设备的概念 智能一次设备：指变电站高压设备本体（主要包括断路器、隔离开关、变压器）和智能组件组成，具有自动测量、自动控制、自动调节、自身状态监测及预警、通信功能。 （1）结构方面：一次设备+智能组件的灵活方案； （2）功能方面：监视、控制和管理设备的状态； （3）智能方面：使电网元件可观测、可控制。 1.2 设备智能化演变 图1.1 设备智能化演变 图2.1显示了设备智能化演变趋势。设备层的智能综合组件是一个包含各种装置的统一名称，即过程层设备和间隔层设备即可以组合、融合在一起的，也可以是外置安装。考虑到现有的一次设备状况，设备层设备采用“传统一次设备本身＋智能综合组件”的模式，智能综合组件可以集成，可以分散，可以嵌，可以外挂等任意组合灵活架构。智能综合组件构成，包含了传统间隔层的设备，符合现状与未来的发展。 1.3 智能一次设备在智能电网中的作用 （1）与设备管理互动：全面清晰地把握设备运行状态、发现设备潜伏故障，优化电网运行及设备检修决策、提高设备可用率、降低运行管理成本； （2）与调度系统互动：提供设备故障模式及发生几率预报，使设备状态对调度系统是可观测的，使电网调度增加新的决策维度； （3）智能高级应用：从传统关注设备可靠性转变为关注电网的可靠性，提高电网运行的智能化水平。预期设备寿命，从电网的大视角实现寿命周期成本管理。
智能变电站继电保护题库 2014年7月9日 一、网络基础知识 （一）填空题 1、站控层由主机/和操作员站、工程师站、远动接口设备、保护及故障信息子站、网络记录 分析系统等装置构成，面向全变电所进行运行管理的中心控制层，并完成与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信功能。 2、间隔层由保护、测控、计量、PMU等装置构成，利用本间隔数据完成对本间隔设备保护、 测量、控制和计量等功能。 3、过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要由电子式互感器、合并单元、智能终端等 自动化设备构成。 4、站控层、间隔层网络是连接站控层设备和间隔层设备、站控层内以及间隔层内不同设备 的网络，并实现站控层和间隔层之间、站控层内以及间隔层内不同设备之间的信息交互。 5、过程层网络是连接间隔层设备和过程层设备、间隔层内以及过程层内不同设备的网络， 并实现间隔层和过程层之间、间隔层内以及过程层内不同设备之间的信息交互。 6、智能变电站的网络应采用传输速率为100Mbps或更高的以太网，满足变电站数据交互的实 时性和可靠性要求。 7、智能变电站自动化系统网络在逻辑结构上可分成站控层网络、间隔层网络和过程层网络， 物理结构上宜分成站控层/间隔层网络和过程层网络。 8、智能变电站的站控层、间隔层网络和过程层网络宜独立组网，不同网络之间应在物理上 相互独立。 9、智能变电站网络应具备网络风暴抑制功能、具备“故障弱化”的特性，即具有一定的容 错能力，单点故障不能影响整个网络的正常工作。 10、智能变电站网络应具备通信工况、网络流量等指标的监视功能。 12、过程层网络设计必须满足GB/T 14285继电保护选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求。 13、站控层、间隔层MMS信息主要用于间隔层设备与站控层设备间通信，应具备间隔层设备 支持的全部功能，其内容应包含四遥信息及故障录波报告信息。 14、MMS报文采用请求/响应、总召、周期报告上送、突发报告上送、文件传输等服务形式； 站控层MMS信息应在站控层、间隔层网络传输。 15、智能变电站中的GOOSE相当于传统变电站中的二次直流电缆，SV相当于常规变电站中的 二次交流电缆。 16、过程层SV信息主要用于过程层设备与间隔层设备间通信，其内容应包含合并单元与保护、 测控、故障录波、PMU、电能表等装置间传输的电流、电压采样值信息。 17、过程层GOOSE信息主要用于过程层设备与间隔层设备间通信，其内容应包含合并单元、 智能终端与保护、测控、故障录波等装置间传输的各种信息。 18、站控层/间隔层网络应满足信息传输的可靠性和实时性，MMS网络总传输时间应小于
4．6．4 变电站通信网的基本设计原则变电站通信的内容包括变电站综合自动化系统当地采集控制单元与变电站或电厂主控室监控管理层之间的通信，变电站综合 自动化系统与远方调度中心之间的通信。系统通信网架的设计是十分关键的，可从以下方面考虑： 1）电力系统的连续性和重要性，通信网的可靠性是第一位的。 2）系统通信网应能使通信负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通信 负荷不过载，应采用分层分布式通信结构。此外应对站内通信网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进 行处理。另外，系统通信网设计应满足组合灵活、可扩展性好、维修调试方便的要求。 3）应尽量采用国际标难的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。 4）应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是灵活多样的且具有延续性。 5）系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。 6）对于通信媒介的选用、设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程 中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。 7）为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求 的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段” ，采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS,并开发应用于其之上的通信软件平台。 4．6．5 通信网的软硬件实现 1．硬件的选择 为了保证通信网的可靠性, 通信网构成芯片必须保证在工业级以上, 以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通信CPU 可采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级 芯片,通信介质选择屏蔽电缆或光纤。 2．接口程序采用国际标准的通信接口,技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接 口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标淮的RS-232/485接口用于系统 调试维护外,其他各种接口采用插板式结构, 设计支持以下三类共七种方式：标准 RS-485 接口，考虑双绞线总线型和光纤星形耦合型；标准Profibus MMS 接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网；标难Ethernet,考虑双
文章编号：１００７－２３２２（２０１３）０３－００８５－０５文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＭ７３２ 智能变电站网络风暴测试研究 浮明军，刘秋菊，左群业 （许继电气股份有限公司，河南许昌 ４６１０００） Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｔｏｒｍ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｓｍａｒｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ＦＵ Ｍｉｎｇｊｕｎ，ＬＩＵ Ｑｉｕｊｕ，ＺＵＯ Ｑｕｎｙｅ （ＸＪ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｃｈａｎｇ ４６１０００，Ｃｈｉｎａ） 摘 要：如何提高设备抵御网络风暴的能力是智能变电站面临的重要课题。本文首先分析了智能变电站站控层网络和过程层网络的通信方式和网络风暴产生的原因；其次依据目前智能变电站的典型架构建立了网络风暴模拟测试环境并设计了测试用例，通过测试验证了网络风暴对智能变电站各组网设备的冲击影响；最后，针对设备在网络风暴测试中暴露的问题进行了分析研究，提出了通过对网络风暴报文进行硬件过滤和风暴识别进而避免网络风暴冲击的方法，经验证该方法改进效果良好，提高了智能变电站组网设备抵御网络风暴的能力。 关键词：智能变电站；网络风暴；测试；硬件过滤；风暴识别 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｇａｉｎｓｔｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ ｉｓ ａｎ ｉｓｓｕｅ ｔｈａｔ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｂｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｆｏｒｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅａｓｏｎ ｔｈａｔ ｃａｕｓｅｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ ｆｏｒ ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎ，ａ ｔｅｓｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ａｎｄｔｅｓｔ ｃａｓｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆ ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ ｏｎ ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｅｘｐｏｓｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ ｉｓ ａｖｏｉｄｅｄ ｂｙ ｈａｒｄｗａｒｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄ ｓｔｏｒｍ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｏｒｍ；ｔｅｓｔ；ｈａｒｄ－ｗａｒｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ｓｔｏｒｍ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ０ 引 言 智能变电站的典型结构是“三层两网”，三层为站控层、间隔层、过程层；两网为站控层网络和过程层网络。网络化是智能变电站的一大特点，网络在给智能变电站带来数据的充分共享等优点的同 时，也对智能变电站的安全可靠运行带来一定的影响，其中影响最为恶劣的就是网络风暴。网络风暴除了会造成网络堵塞、系统大面积断网等影响外，还会冲击过程层、间隔层中所有组网设备，造成其网卡接收缓冲区溢出，大量占用ＣＰＵ资源，导致各组网设备软件程序死机或重启，危害智能变电站的安全稳定运行。 网络风暴的危害已经引起了业界的高度重视，文献［１］就提出了“在任何网络运行工况流量冲击下，装置均不应重启或死机”的要求。目前业界对网络风暴的研究工作主要集中在采取手段避免网络风暴产生和网络风暴发生后如何排查［２］，本文侧重于研究提高各组网设备抵御网络风暴的能力。通过研究分析智能变电站网络报文通信方式，建立网络风暴测试环境，研究分析了网络风暴对组网设备的影响，提出通过对网络风暴报文进行硬件过滤和风暴识别进而避免网络风暴冲击的改进方法。 １ 网络通信方式分析 １．１ 过程层网络分析 智能变电站过程层网络主要传递ＳＶ（采样值）和ＧＯＯＳＥ（面向通用对象的变电站事件）报文，实现测控数据和保护装置间失灵启动等信息的传输。网络报文采用组播通信方式，工程应用中常采用ＶＬＡＮ（虚拟局域网）或ＧＭＲＰ（组播注册协议）等网络隔离措施对报文进行有效隔离［３］。为了报文传递的快速性和可靠性，避免通信协议栈造成传输延时，ＩＥＣ ６１８５０标准规定了ＳＶ和ＧＯＯＳＥ报文的通信协议栈如图１所示。 １．２ 站控层网络分析 智能变电站站控层网络主要的通信报文有ＭＭＳ（制造报文规范）、ＧＯＯＳＥ、ＡＲＰ（地址解析
智能变电站综合监控系统解决方案 变电站作为电网“大动脉”的枢纽，在国家电网中具有举足轻重的作用。保证变电站的安全、可靠、稳定运行，实行对智能变电站的高效管理，对于打造坚如磐石、固若金汤的“坚强智电网”具有重要的意义。为了提升电力调度自动化以及电力生产安全管理水平，继遥测、遥信、遥控、遥调之后，遥视系统与其他安防技术的整合应用成为智能变电站建设的热点，并成为智能变电站智能辅助系统的重要组成部分。为了满足智能变电站电力调度自动化、安全管理的应用需求，朗驰推出了具有先进性、实用性、智能性、兼容性、可扩展性等特点的智能变电站综合监控系统解决方案。 变电站视频监控需求分析 变电站监控系统所承担的任务主要有两个方面：一是安全防范;二是保障变电站设备的正常运行。安全防范方面，主要是通过在围墙、大门等区域安装摄像机、防盗探测器来防止非法闯入，保障变电站空间范围内的建筑、设备的安全，防盗、防火。在重点部位，摄像机实现24小时不间断全天候录像，并与报警系统、消防系统等实现联动。变电站设备运行保障主要是通过摄像机、灯光联动来监视主变压器等重要设备，监视场地和高压配电间设备的运行状态，通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作。同时，监控系统对主控室设备仪表盘、操作刀闸等设备进行监控，并配合其他系统(如变电站综合自动化系统等)的工作。在发生突发事件之后，通过与主站的双向音视频交流而进行事件应急处理。 变电站综合监控系统解决方案 变电站综合监控系统主要由视频监控系统、安全防范系统、综合监管平台、网络传输系统等构成。根据变电站综合监控系统的硬件组成，同时结合变电站综合监控应用的实际需求与特点，我们将整个变电站综合监控系统分为4个系统层次，既前端设备层、传输网络层、系统控制层与系统应用层，同时层与层之间采用标准的TCP/IP协议进行通讯，不受网络平台的限制。其系统结构如图一所示。 图一变电站综合监控系统架构图 1、视频监控子系统 在每个前端变电站根据现场需要，在变电站室外和门口处安装相应高速球型摄像机(保证报警时能快速响应进行联动录像)，实现对变电站区域内场景情况的远程监视、监听。 在变电站室内(主要是主变室、高压室、地压室等)，根据实际情况，可选定点彩色一体化摄像机用于对进出变电站人员进行监视;可根据远程管理人员的命令改变摄像机镜头的方位、角度、焦距等，用于对变电站内设备运行情况、现场环境进行监视。通过摄像机、拾音器采集来的音视频模拟信号接入网络视频编码器，网络视频编码器将摄像机采集的视频信号转化成数字格式的压缩码流后，通过以太网口接入其专用的网络进行传输。前端编码采用目
智能变电站一体化信息平台 摘要：在我国的智能变电站中经常会出现设备重复设置的状况，这不仅不利于变电站的正常运行，同时也会大大增加变电站运行过程中所需要的成本，所以在智能变电站运行的过程中逐渐出现了一体化信息平台，这种技术的出现对变电站的资源起到了很好的优化作用，主要介绍了智能变电站一体化信息平台，以供参考和借鉴。 关键词：智能变电站；一体化信息平台；整合集成 当前我国很多变电站在数据采集和逻辑判断上有着非常紧密的联系，同时这一过程中的所有操作都是由一个设备完成的，所以在实际的工作中，数据采集是由不同的具有较强独立性的单元分别完成的，这种情况的出现就使得我国的智能变电站存在设备重复设置和使用的其情况，同时还存在着诸多其他方面的问题，所以在智能变电站一体化信息平台建设的过程中一定要加强对资源的整合，提高资源的使用率。 1 一体化信息平台主要技术问题 1.1 试点工程中出现的主要问题 在我国第一批智能变电站建设的过程中，变电站监测系统和智能辅助系统后台等很多设备都是需要单独设置的，同
时在变电站建设的过程中还会受到二次安全分区等问题的 影响，系统运行中主要的系统都没有形成有效的联动机制，这样也给各个环节之间的相互配合带来了一定的障碍，同时也会使系统后台主机的数量不断增加，相关人员在对智能变电站改建的过程中首次构建了一体化信息平台的雏形，从而也提高了智能变电站的自动化水平，但是在该系统改建的过程中各个子系统的接入规范都不符合变电站运行的相关规范。 1.2 二次安全分区问题 在智能变电站技术发展的过程中，一体化信息平台的概念已经被明确提出，同时试点工程的硬件建设也已经完成，但是建设一体化信息平台还要受到二次安全分区问题的重 要制约，在我国的二次安全分区要求中将实时监控划入了安全一区中，同时将继电保护工作和电能信息的处理划为安全二区中，将系统运行状态的检测划为三区，在运行的过程中，几个系统都有着很强的独立性，所以在电力系统二次安全防护中一定要着重考虑一区和二区的控制工作。 2 一体化信息平台整合方案及应用 2.1 整合方案 在采取当前分区策略的前提下，通常会采用一体化信息平台和状态监测系统、智能辅助系统的方案，采用这种方案具备极大的优势，首先是二次安全防护技术在现阶段具有非
变电站通信设备汇总 目前，国内大部分电网建设都采用SDH作传输复用、PCM作业务接入，以自建为主的方式建立电力系统专用通信网，主要承载语音、数据、宽带业务、IP等常规电信业务及一些电力生产专业业务。 变电站常见的通信设备有：光端机、PCM、调度电话系统、ATM交换机、调度数据网路由器、综合配线设备、常用通信线缆、通信电源系统等。下面银讯通信为您简述一下变电站通信设备。 一、通信光缆 国内电网使用的光缆类型主要分为： 1、复合架空地线光缆(OPGW) 是电力系统独有的，具有电力线路地线和通信光纤光缆的双重功能。用于电力系统内部的通信极输电线路维护保养信息的传送，也可以用于一般的公共服务网络，作为电力系统继电保护的高频通道、运动信号及通信频道等使用，具有通信容量大、抗干扰能力强、安全可靠、不占用线路走廊的特点，同时能起到良好导体屏蔽地线的作用，大大减小送电线路对邻近弱电线路的电磁危害。 2、全介质自承式光缆(ADSS) 是一种全部由介质材料组成，自身包含必要的支撑系统，可直接悬挂于电力杆塔上的非金属光缆。由于缆内无金属，可完全避免了雷击的可能性，安装线路维护方便，温度范围广、线膨胀系数小，优越的抗电痕腐蚀性能，极高抗拉强度及防弹性能，可适应恶劣的气候，可不停电施工，电力线路故障不影响光缆的正常传输。 3、束管式光缆(GYXTW) 是将250μm光纤套入高模量材料制成的松套管中，松套管内填充防水化合物。松套管外用一层双面涂塑钢带(PSP)纵包，钢带和松套管之间加阻水材料以保证光缆的紧凑和纵向阻水，两侧放置两根平行钢丝后挤制聚乙烯护套成缆。直径小、重量轻、成本低、容易敷设，变电站内多用于通信机房至保护室之间的通信使用。 二、光纤跳线 按传输模式可分为：单模/多模;按跳线接头类型可分为：FC/SC/ST/...;按光纤连接器端面接触方式可分为：PC/UPC/APC。