杨帆
贵州送变电工程公司贵州贵阳550002
摘要：数字化变电站最明显的特征便是一次设备智能化，二次设备网络化，对二次设备而言就要实现功能分散、信息共享并具有互操作性，这就对变电站通信提出了非常严格的要求，IEC61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。按照IEC61850标准建设通信网络和系统的变电站，符合数字化变电站的要求。
关键词：数字化；网络；智能设备；IEC61850
前言
数字化变电站是目前国内电力系统工程建设的一个热点。随着数字式微机保护技术的日益成熟，整站数字化变电站建设主要是充分利用现在国内最先进的数字化技术对变电站现有的一、二次设备进行改造，使之能够达到数字化变电站的建设的目的，实现变电站信息数字化、规范化，提供实时、可靠、完整的共享信息平台，并以此为基础提升现有设备和功能的技术水平，发展新的自动化功能，同时提高变电站的技术性和经济性。
1.网络结构概述
数字化变电站是应用IEC61850标准进行建模和通信的变电站。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，它从物理逻辑上将变电站通信体系分为3层：变电站层（即站控层）、间隔层、过程层，如图1所示。变电站内的智能电子设备（即IED，包含测控单元和继电保护装置等）均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。目前，变电站的站控层与间隔层实施IEC61850标准系统的产品体系技术已经相对成熟。由于过程层的部分一次设备（如断路器、隔离开关等）并不具备完整的数字化应用基础，所以过程层智能终端操作箱构筑了一个单元模块，用以控制这些不具备数字化的一次设备，并传送这些设备的信号。对于直接更换或是使用了电子式互感器或光学互感器，电流、电压量直接通过光纤由互感器发送到合并单元MU。实际上，数字化改造工程中，有些常规互感器并不更换为数字式互感器，而采用以IEC61850标准的合并单元作为基础去展开分布采样，并将采样数据、信息传递给间隔层IED。
2.过程层
过程层通常又称为设备层，主要是指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：（1）实时运行电气量检测。与传统的功能一样主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过价格曾的设备运算得到。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被非常规互感器取代，采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，动态性能好，抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好。（2）运行设备状态检测。变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统等。在线检测的主要内容有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。（3）操作控制命令执行，包括变压器分接头调节控制、电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关合分控制以及直流电源充放电控制等。过程层的控制命令执行大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、断路器的遥控开合命令等，并具有一定的智能性，能判别命令的真伪及合理性，如实现动作精度的控制，使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开端等。
3.间隔层
间隔层功能是主要使用一个间隔的数据并且对这个间隔的一次设备进行操作，具体如下：（1）汇总本间隔过程层实时数据信息；（2）实施对一次设备的保护控制功能；（3）实施本间隔操作闭锁功能；（4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别控制；（6）执行数据的承上启下通信传输功能，同时高速完成与过程层及变电站层的网络通信功能，上下网络接口具备双口全双工方式以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
间隔层的功能可能由专门的间隔层装置（保护单元、控制单元，有或无冗余配置）完成，或者由保护和控制组合单元完成。某些功能可能由功能自由分配支持，物理上下移到过程层。
4.变电站层
变电站层（即站控层）装置由配有数据库的站级计算机、操作场所、远方通信接口等组成，其主要任务是：（1）通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登陆历史数据库；（2）将有关数据信息送往电网调度或控制中心；（3）接受电网调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（4）具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；（5）具有（或备有）站内当地监控、人机联系功能，显示、操作、打印、报警等功能以及图像、声音等多媒体功能；（6）具有对间隔层、过程层设备在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。
5.网络通信技术带来的影响
数字化变电站的各项信息采集、处理、传输和存储等功能的实现完全基于网络通信技术，过程层、间隔层、站控层的IED设备及网络通信设备，如路由器、网关、交换机、接口装置等组成了整个变电站的二次系统，其各个环节可以得到有效的监视，提高了二次系统的实时监视功能。变电站内智能设备实现了互操作性，使系统改造升级更加容易，并有望作到即插即用。
6.信息的安全性问题
数字化变电站所有IED设备的信息均在局域网（过程层网络及站控层网络）上实现，或者说每个IED均具备实现对其它IED信息交互的可能，因此，一旦某个IED受到恶意攻击，在变电站未实现信息有效安全防护的情况下有可能对于整个变电站自动化系统的安全运行带来极大的影响。这样，变电站自动化系统的信息安全机制变得尤为重要。未来电力系统的安全运行将建立在设备的安全运行和信息的安全维护基础上，或者说电力系统运行是建立在设备管理和信息管理的基础上，信息的安全性在很大程度上意味着电网控制系统的安全性。