摘要： 探讨了变电站综合自动化的结构模式，指出了变电站内设备划分的3个层次，以及这3个层次之间的关系，并探讨了通信总线的选择。
关键词： 变电站； 结构； 通信总线
Substation Integrated Automation System Structure
and Communication Bus Selection
ZHAO Gu-quan
(Xiangtan Electric Power Bureau, Xiangtan 411100,China)
Abstract： The substation integrated automation system structure is discussed,three device layers and their relations are defined for substation.The selection of communication bus is also discussed.
Keywords： substation; structure; communication bus
分布式结构是变电所自动化系统的发展方向，但其对通信的可靠性要求也相应提高。根据变电所内的数据交换特点来构造最适合变电所自动化要求的网络结构和通信总线，是解决问题的关键。
1 变电所的层次划分与数据交流
根据IEC国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分以及牵引变电所自动化系统的特点，变电所内的设备可划分为如下3个层次。
设备层：
包括各种一次设备，象开关、线路、电容、TA/TV等。
间隔层：
各种二次设备，包括采集、测量、控制、保护、自动装置、故障录波等，它们大多能独立完成某种功能，且具有与外部进行数据交换的能力。
管理层：
对整个变电所进行安全监视、控制、操作，并与变电所外部进行数据交换，如当地监控微机、与控制中心通信的通信处理机等。
图1表示了变电所内的3个层次和它们之间的数据交换。从中可明显地看出在设备层和间隔层之间的数据交换量不大，主要是设备层向间隔层提供运行中的各种I/O信号，以及间隔层向设备层发出的控制信号。
图1 变电所层次划分及其数据交换
在间隔层和管理层之间，存在大量的数据交换，一方面，间隔层内的各种智能设备需要把采集到的信息及时上传至当地监控系统和通过通信处理机送到远方控制中心，不仅数据量大，而且要求具有很高的实时性，象所内的事件顺序记录需达到ms级，测量值及信号的刷新时间在3 s之内完成；另一方面，管理层的系统时钟、控制与调节命令、运行参数的整定命令，也要快速下发至各智能设备。
间隔层的各智能设备之间，也存在着部分数据交换，但这种交换量不大，对实时性要求也不高。由于保护设备大都是独立的设备，故与其它装置的数据交换很少；其它智能设备，也存在一定量的数据交换。
基于以上情况，变电所自动化系统考虑了间隔层横向按所内一次设备进行分布式配置，有条件时，还可将间隔层设备安装在开关柜上；各间隔设备相对独立，仅通过所内通信网互联，并同管理层设备进行快速通信。
在功能分配上，采用“可以下放的功能尽量下放”的原则。凡是可以在本间隔内就地完成的功能绝不依赖通信网完成。这样构成的系统同以往的集中式系统相比有着明显的优点：可靠性提高、可扩展性和灵活性提高以及所内二次电缆简化、节省投资。
2 通信总线的选择
在90年代中期，国内外曾掀起一场声势不小的“现场总线热”，但在实际应用中，还有许多疑问，其中最主要的是标准问题。现场总线有多种标准的两个原因，首先是技术上的原因，即适用场合和用户习惯。广义的现场总线包括传感器执行器总线，亦称I/O总线，其特点是信息简单但传输速度快，其典型代表有基于CAN的DeviceNet,interbus-s等；另外还有设备总线，可用于控制，其信息量大而且复杂，传输较慢，如基金会总线FF，HART，LonWorks和Profibus。而狭义的现场总线仅指后者，其次是不同的总线标准往往和某些公司或公司集团有内在的商业利益关系。所以说最终现场总线标准也不会形成一统天下的局面。就目前情况来看，在过程控制领域，基金会总线FF将占有最大的份额，而在其它离散控制领域尚不十分明朗。
以太网经过若干年的发展，技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已可十分便利地应用于变电所自动化场合。首先10 M以太网具有目前国内变电站自动化系统采用的网络不可比拟的高速特点，系统信息可快速变换；同时以太网在长期发展中以公认的可靠性、安全性、灵活性著称，如网络节点均带耐高压的网络隔离变压器，网络拓扑结构灵活，支持多种通信媒介，可根据变电所的实际情况确定网络结构及选用通信媒介。在自动化系统升级时可将系统通信网络结构及媒介稍加改动甚至不改动的情况下平滑地使通信系统升级，节省开支，如升为100 M快速以太网。
如何在众多的总线标准中，选择一种合适的总线结构，既能满足大数据量、高传输速度的要求，又能兼顾那些通信量相对少、实时性不很高的设备，LonWorks在可靠性和传输速率上显然达不到要求，HART用户支持较少，不宜选择；作为传输最快的总线Profibus在网络拓扑、数据吞吐量均表现出色，但其作为欧洲标准，在世界范围特别是中国的支持不够，尚不能普遍采用，FF虽然得到世界范围内的广泛认同，但其标准化进程仍遥遥无期。图2为变电所内的通信结构和总线选择的一种方案。
图2 变电站总线结构
从图2中可以看出：
(1) 管理和控制一体化局域网将无可争议地选用以太网。
(2) 间隔级控制总线在FF-H2总线尚未成熟的情况下，工业级以太网将是一个比较好的选择。
(3) I/O总线完全可以选择用简单可靠的RS-485接口来实现，在更高通信速率和高可靠性的要求下，RS-485接口可在不改变网络结构情况下扩展到CAN总线方式。
(4) 可编程逻辑控制器PLC被发展PCC(programable computer controller),即用智能模块实现逻辑及自动控制功能，它比常规的PLC具有可交流采样、通信组态方便等优点。
作者简介：
赵谷泉，男，高工，长期从事继电保护，安全自动装置的设计、计算、调试等工作。
作者单位：(湘潭电业局，湖南 湘潭 411100)
