工业以太网在变电站综合自动化系统的应用_1.docx

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1、工业以太网在变电站综合自动化系统的应用mahaiyan导语：基于以太网为代表的局域网技术和以TCP/IP协议为代表的互联网技术是当今世界的两大主流网络技术，也必将成为变电站自动化系统网络通讯的必然开展趋势。本文讨论工业以太网在变电站综合自动化系统的应用摘要：基于以太网为代表的局域网技术和以TCP/IP协议为代表的互联网技术是当今世界的两大主流网络技术，也必将成为变电站自动化系统网络通讯的必然开展趋势。本文讨论工业以太网在变电站综合自动化系统的应用。关键词：变电站；现场总线；工业以太网；自动化系统变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。近年来，随着我国经济高速开展电压等级和电网复杂程

2、度大大的进步。为了进步供电质量，保证电力系统平安、可靠、经济运行变电站综合自动化系统在全国雨后春笋般开展起来。变电站自动化系统是由多台微机组成的分层分布式控制系统，包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中往往又由多个智能模块组成。例如：在微机保护子系统中，有变压器保护、电容器保护、各种线路保护等。因此在变电站自动化系统内部，必须通过内部数据通讯，实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和信息分享，以减少变电站二次设备的重复配置并简化各子系统的互连，这样既减少了重复投资，又进步了系统整体的平安性和可靠性。2变电站综合自动化系统对通讯网络的要求经济、可靠的数据通讯是变电

3、站综合自动化系统的技术核心，变电站的特殊环境使得变电站自动化系统内的数据通讯网络应知足以下要求：1快速的实时响应才能；2高可靠性；3优良的抗干扰才能；4分层式构造。在电力工业标准中对系统的数据传输都有严格的实时性指标，网络必须保证数据通讯的实时性。1997年8月国际大电网会议上，WG3403工作组提出了对变电站内通讯网络传输时间的要求设备层和间隔层之间、间隔层内各设备之间、间隔层各间隔单元之间为1100ms，间隔层和变电站层之间为101000ms，变电站层各设备之间、变电站和控制中心之间为1000ms。变电站是一个具有强电磁干扰的环境，存在雷电、电源、跳闸等强电磁干扰和地电位差干扰通讯环境恶劣

4、，数据通讯网络必须采取相应的措施消除这些干扰的影响，进步通讯的可靠性。3变电站综合自动化系统通讯网络的选择变电站综合自动化系统的通讯功能，由系统与调度中心的通讯及系统内部设备间的通讯两局部组成。变电站综合自动化系统网络通讯经过原理见图1。系统与调度中心的通讯网络无可争议地选用以太网；系统内部通讯网络的选择，受性能、价格、硬件、软件、用户策略等众多因素的影响目前在选择“接口网络上很难达成一致。但是系统内部通讯网络的选择应遵循以下原那么：1通讯网络的可靠性是第一位的；2通讯网络应知足组网灵敏，可扩展性好维修调试方便的要求；3应尽量采用国际标准的通讯接口，并能兼容目前各种标准的通讯接口，系统晋级方便

5、；4通讯网络应采用符合国际标准的通讯协议和通讯规约；5应根据变电站的规模和在系统中所处的地位灵敏选择。系统内部通讯网络目前通常采用现场总线或者工业以太网。4现场总线在变电站综合自动化系统中的应用在小规模的35kV变电站和110kV终端变电站，以及老站改造中可考虑使用RS422和RS485组成的网络。RS422和RS485网络的缺乏在于接点数目比拟少，无法实现多主冗余，有瓶颈问题。RS422的工作方式为点对点，上位机一个通讯口最多只能接10个节点，RS485串口构成一主多从，只能接32个节点，此外有信号反射、中间节点问题。当变电站规模较大时，站内节点数较多，一般在40个以上，多主冗余要求和节点数

6、目增加使RS422和RS485难以胜任，应考虑选择现场总线网络。现场总线网将所有节点连接在一起，可以方便地增减节点，一般可连接110个节点；具有点对点、一点对多点和全网播送传送数据的功能；常用的有LonWorks网和CAN网，两个网络均为中速网络，500m时LonWorks网传输速率可达1Mb/s，CAN网在小于40m时达1Mb/s。CAN网是一种多主总线，采用串行数据通讯协议，通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或者光纤。CAN网的媒介访问方式为问答式，在节点出错时可自动切除与总线的联络。LonWorks网上的所有节点是同等的，媒介访问方式为载波监听多路访问/冲撞检测CSMA/CD方式，内部通讯遵

7、循LonTalk协议，对重要信息有优先级。LonWorks网在监测网络节点异常时可使该节点自动脱网；LonWorks网是无源网络，通过脉冲变压器隔离，具有很强抗电磁干扰才能。目前，CAN网一般用于小规模的35kV变电站和110kV终端变电站，而LonWorks网可作为一般中型110kV关键变电站自动化通讯网络。现场总线网络与早期的异步串行网络相比具有抗干扰性强、效率高等优点，现场总线网络的出现极大地推动了我国变电站自动化的开展，但也存在着自身无法克制的弊端。1由于带宽有限，而且采用带宽分享机制，有限的带宽使大资料的数据传输延迟，总体性能随节点数的增长迅速下降，不能知足大型变电站综合自动化系统通

8、讯网络的要求；2由于强调专用性而牺牲了通用性，长期缺乏统一的国际标准，很多网络设备和软件需专门设计，产品更新换代困难，不能知足变电站综合自动化系统标准化的要求；3总线型拓扑构造在网络的任一点故障时均可能导致整个系统崩溃，且难以诊断故障点。5工业以太网在变电站综合自动化系统的应用工业以太网采用统一的TCP/IP协议，防止了不同协议间不能通讯的困扰，可以直接和局域网的计算机互连而不需额外的硬件设备，它方便数据在局域网的分享；可以用IE阅读器访问终端数据，而不要专门的软件；可以和现有的基于局域网的ERP数据库治理系统实现无缝连接，并且十分合适远程控制，配合交换网和GSM、GPRS无线网实现远程数据收

9、集；采用统一的网线，减少了布线本钱和难度，防止多种总线并存。工业以太网采用交换式集线器和全双工通讯，可使网络上的冲突域不复存在全双工通讯，或者碰撞机率大大降低半双工，因此通讯确定性和实时性大大进步；工业以太网针对恶劣的工业现场环境来设计如冗余直流电源输入、高温、低温、防尘等，解决了在极端条件下网络不能稳定工作的问题，稳定性与可靠性大大进步；工业以太网采用CSMA/CD介质访问方式，物理层和链路层遵循IEEE8023协议，应用层采用TCP/IP协议，传输速率可以到达10Mb/s，而快速以太网传输速率可以到达100Mb/s，可包容1024个节点，间隔可达25km。工业以太网总线正由于有众多的优点，

10、在国内外逐步得到了迅速的普及。变电站自动化系统选用工业以太网代表了变电站自动化网络技术开展的最新方向。大型关键变电站，十分是220kV以上电压等级变电站节点数目多，站内分布成百上千个CPU，数据信息流大，对速率指标要求高要求速率130kb/s，LonWorks网络的实时性、宽带和时间同步指标已力不从心，而工业以太网却能很好知足上述要求。因此，工业以太网可以作为大型关键变电站内部的数据通讯网络。工业以太网应用于变电站内部的通讯网络一般有2种应用形式：1每个智能电子设备IEDs都配置一嵌入式以太网接口，将该设备作为一个以太网节点直接连到以太网上，如图2所示。2几个不具备以太网接口的IEDS通过RS

11、232/485或者现场总线等方式连在一起，然后通过一具有嵌入式以太网接口的通讯控制器，将其作为一个以太网节点连到以太网上，如图2所示。这两种应用形式都必须设计嵌入式以太网接口，本质上没有多大差异。但从变电站自动化系统的电压等级、配置以及本钱考虑，它们的适用范围是有所不同的。从可靠性考虑，作为站内数据流的关键，变电站内通讯系统最好是双以太网冗余配置。这样，即使一个网出现故障也不会影响整个变电站自动化系统的平安稳定运行。然而目前嵌入式以太网每个节点的本钱还较高，对中低压变电站自动化系统而言，假设采用应用形式1那么设计成冗余的双以太网构造本钱过高；假设采用应用形式2，可以减少网络节点数，降低本钱。目

12、前，变电站中有很多IEDs比方完成电度量计量和直流监视等功能的IEDs的对外通讯接口只有RS485或者现场总线接口，没有嵌入式以太网接口，因此就无法直接连接到以太网上。在这上，水利部建立与治理司印发了（2006年水利建立与治理工作要点）。在该工作要点中提到了2006年水利建立与治理工作，要加强根底工作和才能建立，根本完成水利建立工程代建制建立同体问题等根底理论研究工作。这说明，政府认同了以政府委托代建的形式是符合我国水利工程建立工程治理根本国情的。结合水利工程建立自身的特点及水利工程施行代建制根底和条件的分析，尽管“代建制尚处于初级阶段，但有理由相信，随着我国经济体制改革继续深化、政治体制改革

13、不断获得成效，随着工程信誉体系和评价体系逐步建立和完善，工程工程治理和工程总承包将日益成为我国工程治理的主要形式。参考文献1黄霆，申立银，赵振宇，任志浩。我国政府投资工程治理的现状分析J。建筑经济，2005，1：16-21.2一鸣。解读代建制J投资北京，2004，创刊：203钱寅泉，汪宝国，黄金枝等。代建制工程治理形式初探J。技术经济与治理研究，2002，2：28-304陈应春。代建制源起及其特殊文件框架设计的法律考虑J。建筑经济，2004，11：17-195张华平。代建制：改革政府投资工程的治理J。城市治理，2004，1：48-516胡昱，严竞浮。政府投资工程治理的新形式-代建制J。北京建筑工程学院学报，2003，9：87-890