数字化变电站自动化网络结构的制作方法

本实用新型涉及电网变电站调度自动化技术领域，尤其涉及一种数字化变电站自动化网络结构。

背景技术：

随着20世纪80年代末微电子技术、信息技术、网络通信技术的发展，在电网自动控制领域广泛采用了以微电子技术为主的自动化装置。经过几十年的发展应用，以计算机技术为主的变电站综合自动化技术已经成为电网变电站不可或缺的重要工具，它将二次部分电气回路集中于微机控制、保护成套装置内，在一定程度上简化了二次设备，微机保护装置的数据处理和逻辑运算代替了电磁式二次设备的模拟运算和继电器逻辑回路；信息技术、网络通信技术在变电站内的应用，使变电站二次设备间、变电站与调度控制中心间相互交换数据、进行协调、管理和控制，并可按照运行需要提供各种数据、接线图、表格等画面，使运行管理人员从繁琐、重复、简单的工作中解脱出来，大大提高了效率，同时对运行管理人员的技术水平提出了更高的要求。

目前，以计算机技术为主的变电站综合自动化技术已经成为变电站不可或缺的重要工具，经过十多年的发展，变电站自动化技术已经达到较高的水平。不仅在220kV以下中低压变电站中实现了变电站无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中，自动化新技术也被大量采用，电网建设的现代化水平得到了极大地提升。

然而，现有的变电站综合自动化采用“二层单网”结构，即站控层和间隔层以及站控层网络。由二次设备操作、控制、监视的一次设备仍然是传统的操作回路和控制方式。间隔层的二次设备仍需要输出控制接点至一次设备的操作回路中，实现控制命令；在数据采集方面，须采集一次回路的二次模拟信号和一次设备的状态信号。因此，间隔层的二次设备面对常规一次设备和站控层的微机自动化设备，需要处理模拟信号、状态信号和数字信息，变电站内的间隔层设备汇聚了通过大量的控制电缆传递的模拟、状态信号和通过网络传递的数字信号。虽然自动化程度已经极大地提高，但全部由网络传递的信息没有在整个变电站内得到共享，控制电缆、二次控制回路接线仍然普遍采用，运行维护的工作量仍然较大。

上述问题在一定程度上影响了变电站安全运行和设备维护管理，降低了信息的利用效率。在变电站建设领域，随着网络技术、开放协议、智能一次设备、电力信息接口标准化等技术发展产生了比较理想的数字化变电站技术解决方案。但是，目前理想数字化变电站的实用化还需要一个过程，电子式互感器和智能一次设备从技术和经济角度讲，还不具备大量推广应用的实用条件，因此数字化变电站的实施将是一个渐进发展过程。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种数字化变电站自动化网络结构，采用“三层两网”的结构，利用一次智能设备实现就地设备信息数字化，利用网络通信技术，构建过程层网络，实现一次就地设备数字化信息的完全共享，减少了大量的控制电缆和二次接线，有效降低变电站建设成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数字化变电站自动化网络结构，包括站控层、站控层网络、间隔层、过程层网络及过程层，所述站控层与间隔层之间通过站控层网络连接，所述间隔层与过程层之间通过过程层网络连接；所述站控层包括主机、操作员站、远动工作站、五防主机及保信子站；所述间隔层包括保护装置、测控装置、故障录波装置、安全自动装置及计量装置；所述过程层包括智能一次设备、合并单元及智能终端。

作为上述方案的改进，所述主机、远动工作站、五防主机及保信子站采用双机冗余设置。

作为上述方案的改进，所述站控层网络包括相互独立的MMS-A网、MMS-B网及MMS-C网。

作为上述方案的改进，所述220kV过程层网络包括相互独立的220kV SV网及220kV GOOSE网；所述220kV SV网采用双套独立双网结构；所述220kV GOOSE网采用共享双网结构。

作为上述方案的改进，所述110kV过程层网络包括相互独立的110kV SV网及110kV GOOSE网；所述110kV SV网采用双套单网结构；所述110kV GOOSE网采用共享双网结构。

作为上述方案的改进，所述智能一次设备包括电子式互感器，用于直接输出数字信息。

作为上述方案的改进，所述数字化变电站自动化网络结构还包括同步对时装置。

实施本实用新型的有益效果在于：

本实用新型由站控层、间隔层及过程层构成“三层”结构，通过合理的网络结构设计，实现“三层两网”设计，充分利用通信网络优势、实现信息共享。

具体地，本实用新型由采集电流电压等电磁信息，转化为采集数字信息，实现信息的本质改变；避免复杂的二次接线设计，大大减少控制电缆的数量；传输介质由控制电缆改为光缆、屏蔽双绞线，没有了电磁干扰以及电容效应等杂散电流的影响，增加了运行可靠性；合理配置网络资源，能有效降低的智能变电站建设成本。

另外，本实用新型的过程层实现了网络采集，网络跳闸，即“网采网跳”模式，采样数据传送网SV和GOOSE网分开组网的设计方案，灵活性，稳定性强。

SV网信息流关系为：采用电子式互感器接入合并单元实现采样数字化，并将电流电压信息传送至SV网，保护、测控、录波、计量等二次设备从SV网获取电流、电压数字信息；220kV母线合并单元将并列后的母线电压传送至各间隔合并单元。

GOOSE网信息流关系为：采用智能终端将断路器、刀闸位置信号、断路器/主变本体信号及智能终端告警等信号传送至GOOSE网，保护、测控、录波等二次设备从GOOSE网获取一次设备状态数字信息，二次设备通过GOOSE网至智能终端发送跳闸、遥控命令。

附图说明

图1是本实用新型数字化变电站自动化网络结构的结构示意图；

图2是图1中220kV过程层网络的放大图；

图3是图1中110kV过程层网络的放大图；

图4是图1中10kV过程层网络的放大图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

参见图1～4，图1～4显示了本实用新型数字化变电站自动化网络结构的具体结构，其包括站控层、站控层网络、间隔层、过程层网络及过程层，以构成“三层两网”的网络结构，充分利用网络优势、实现信息共享。具体地，所述站控层与间隔层之间通过站控层网络连接，所述间隔层与过程层之间通过过程层网络连接；其中，所述站控层包括主机、操作员站、远动工作站、五防主机及保信子站；所述间隔层包括保护装置、测控装置、故障录波装置、安全自动装置及计量装置；所述过程层包括智能一次设备、合并单元及智能终端。

本实用新型按无人值班数字化变电站设计，在开放和互联的信息模式基础上，实现数字化数据传输。具体地，本实用新型由综合自动化改进而来，增加过程层构成三层结构。过程层设备用于实时采集电气量、设备运行状态，通过过程层网络达到共享，同时利用过程层网络接收调度端发出的控制命令，传达到过程层设备执行控制命令，实现数字化变电站的基础；间隔层设备即各种保护装置、测控装置等从共享的过程层网上，采集各自需要的过程层设备的实时数据信息，完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判断、发令，完成同期和闭锁功能的判别，并将数据和判断结果上送站控层网络，下传过程层网络，完成过程层与站控层的网络通信及执行数据的承上启下传输功能；站控层设备用于通过站控层网络汇集全站的实时数据信息，并不断刷新和记录存储实时数据，通过远动工作站与调度端通信，发送实时数据至调度端，同时接收调度端控制调节命令，通过站控层网络将控制命令下发到间隔层、过程层执行，实现变电站调度自动化。

下面分别对站控层、站控层网络、间隔层、过程层网络及过程层进行详细描述。

站控层：

所述站控层的组网方式采用双星型以太网架构传输速率不低于100Mbps，双网双工方式运行，能实现网络无缝切换。

所述站控层内的主机、远动工作站、五防主机及保信子站采用双机冗余设置。具体地：

(1)、站控层采用主机兼操作员站方式，双机冗余配置；

(2)、五防主机为双机冗余配置，其中一台独立配置，另一台与操作员站共用；

(3)、保信子站与远动工作站均按照双机冗余配置。

(4)、站控层网络采用冗余双星形网络，交换机按照监控MMS-A、监控MMS-B、保信MMS-C分别组一面柜，每面柜设1台中心交换机，下面级联多台下级交换机。

站控层网络：

所述站控层网络包括相互独立的MMS-A网、MMS-B网及MMS-C网。

间隔层：

所述间隔层设备具有不少于3个以太网口，传输速率不低于100Mbps，具体地：

(1)、220kV线路、220kV母线及断路器均配置双重化保护装置，测控装置按单套配置；

(2)、110kV线路配置双套保护、测控一体化装置，110kV母线配置双套保护装置；

(3)、220kV主变配置双重化电气量保护装置和一套非电量保护装置，主变变高、变中、变低侧及本体的测控装置按单套配置，配置单套非电量保护装置(含智能终端功能)，安装在主变本体智能控制柜中；

(4)、10kV配置单套保护测控一体化装置。

过程层网络：

需要说明的是，本实用新型中增加过程层网络，按电压等级、重要性、可靠程度不同，组网形式有所区别。

如图2所示，所述过程层网络包括220kV过程层网络，所述220kV过程层网络包括相互独立的220kV SV(采样Sampled Value)网及220kV GOOSE网(具体地，220kV电压等级及主变各侧设SV和GOOSE网)；所述220kV SV网采用双套独立双网结构；所述220kV GOOSE网采用共享双网结构。

如图3所示，所述过程层网络包括110kV过程层网络，所述110kV过程层网络包括相互独立的110kV SV网及110kV GOOSE网(具体地，110kV电压等级设SV和GOOSE网)；所述110kV SV网采用单套双网结构；所述110kV GOOSE网采用共享双网结构。

如图4所示，所述过程层网络包括10kV过程层网络，10kV采用三网合一结构，不设置独立SV网和GOOSE网，将SV网、GOOSE网和站控层MMS网合并一起构建站控层MMS网，单套双网即MMS A、MMS B双网结构。

过程层：

(1)、所述智能一次设备包括电子式互感器，其用于直接输出数字信息。其中，220kV、110kV间隔内电子式互感器采用电流/电压组合式互感器，220kV、110kV母线电压互感器采用单独配置的电压互感器，现场安装按间隔布置。双重化配置的电子式电流/电压组合式互感器，其传感单元和采集单元按双重化配置；双重化配置的电子式电压互感器，其采集单元按双重化配置，每路采集单元对应一台独立合并单元。主变中性点CT、间隙CT采用常规电磁式电流互感器，绕组按双重化配置，采用带模拟量插件的合并单元进行数字转换。主变变低侧CT采用电子式互感器，双重化配置，其它10kV电压等级的互感器选用常规电磁式互感器。

(2)、合并单元

双重化保护的互感器传感单元、采集单元冗余配置，分别用于测量(计量)、保护启动和保护动作。对应数据合并单元也冗余配置，并分别连接冗余的电子式互感器采集单元。

本站合并单元按照电压等级来进行配置：

220kV、110kV电压等级合并单元对应双重化保护按双套配置；

220kV、110kV母线电压互感器合并单元，按双套配置，每台合并单元可同时采集1M母线电压和2M母线电压。

主变各侧、主变中性点合并单元对应双重化主变保护按双套配置；

除变低外，10kV电压等级采用常规电磁式互感器，不配置合并单元。

(3)、智能终端

变电站智能终端按照电压等级来进行配置：

220kV电压等级智能终端按断路器双套配置，与双重化保护和断路器双分闸线圈相配合；

220kV母线PT智能终端按照单套配置，1M PT、2M PT分别配置1台智能终端；

110kV电压等级智能终端对应双重化保护按双套配置；

110kV母线PT智能终端按照单套配置，1M PT、2M PT分别配置1台智能终端；

10kV母线PT智能终端按照单套配置；

10kV电压等级二次保护测控设备下放布置于开关柜，智能终端功能由保护测控一体化装置完成，不单独配置智能终端；

主变220kV、110kV智能终端按双重化布置；

主变10kV侧智能终端按双重化布置，放置于10kV开关柜；

主变本体智能终端按单套配置，具有主变本体非电量保护、遥控/闭锁有载调压、启动风冷控制、上传本体各种非电量信号等功能。

(4)、过程层交换机

过程层按间隔设置交换机，交换机采用星形连接，按照“网采网跳”的组网方式，过程层220kV/110kV GOOSE为光纤星形共享双网；过程层220kV SV网为光纤星形双套双网；过程层110kV SV网为光纤星形双套单网。

按不同电压等级不同传输内容，在物理层面上形成：220kV SV-A1网、220kV SV-A2网、220kV SV-B1网、220kV SV-B2网、220kV GOOSE-A网、220kV GOOSE-B网；110kV SV-A网、110kV SV-B网、110kV GOOSE-A网、110kV GOOSE-B网共10个相互独立的子网。每个子网组一面柜，设1台中心交换机，下面级联多台下级交换机。每台交换机含4个LC千兆光口，18个ST百兆光口，以千兆光口进行级联。

按间隔组网方式沿用了综合自动化变电站中“分层分布”的思想，按照电气一次主接线方式，对于电气间隔设置物理上独立的交换机，本间隔内的所有需要接入网络的装置均接到此交换机上，间隔内的报文传输全部通过这台交换机实现。对于跨间隔的数据传输，设置专门的中心交换机连接各间隔交换机，完成间隔间的数据传输。各交换机根据间隔间的连接和配合关系进行级联。

为了使各设置的布局更为合理，本实用新型中主机、五防主机布置于监控台；远动工作站、通信总控设备、保护装置、测控装置、交直流电源等组柜布置于主控室内；合并单元布置于主控制室；智能终端柜布置在就地对应间隔断路器或主变本体附近。同时，220kV、110kV智能终端柜上设置断路器、隔离开关、接地刀闸就地操作的微机五防锁；10kV开关柜设置本柜断路器的微机五防锁。

另外，本实用新型中全站断路器、电动隔离开关和主变有载调压开关均可在远方遥控或站内计算机监控工作站控制操作，也可在过程层就地智能终端柜一对一控制操作，但同一时间只允许设置其中一种控制方式有效。同时，全站220kV和110kV断路器为同期点，同期功能由各间隔的测控单元完成。

进一步，所述数字化变电站自动化网络结构还包括同步对时装置，所述同步对时装置用于数字化内各设备(保护装置、故障录波装置、合并单元、智能终端)的同步对时。

需要说明的是，同步对时装置由标准同步时钟本体和时间同步信号扩展装置组成。具体地，站控层设备采用SNTP(简单网络时钟同步协议)对时方式；间隔层和过程层设备采用IRIG-B对时方式，其中合并单元、智能终端、保护装置采用光B码对时；其它设备采用电B码对时。

由上可知，本实用新型的过程层采用“网采网跳”模式，采样数据传送网SV和GOOSE网分开组网的设计方案，灵活性，稳定性强。

SV网信息流关系为：采用电子式互感器接入合并单元实现采样数字化，并将电流电压信息传送至SV网，保护、测控、录波、计量等二次设备从SV网获取电流、电压数字信息。220kV母线合并单元将并列后的母线电压传送至各间隔合并单元。

GOOSE网信息流关系为：采用智能终端将断路器、刀闸位置信号、断路器/主变本体信号及智能终端告警等信号传送至GOOSE网，保护、测控、录波等二次设备从GOOSE网获取一次设备状态数字信息，二次设备通过GOOSE网至智能终端发送跳闸、遥控命令。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。