摘　要：基于以太網(wǎng)為代表的局域網(wǎng)技術(shù)和以TCP/IP協(xié)議為代表的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)今世界的兩大主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也必將成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的必然發(fā)展趨勢(shì)。本文探討工業(yè)以太網(wǎng)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：變電站；現(xiàn)場(chǎng)總線；工業(yè)以太網(wǎng)；自動(dòng)化系統(tǒng) 1　引言 變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點(diǎn)。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展電壓等級(jí)和電網(wǎng)復(fù)雜程度大大的提高。為了提高供電質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在全國(guó)雨后春筍般發(fā)展起來。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是由多臺(tái)微機(jī)組成的分層分布式控制系統(tǒng)，包括微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電能質(zhì)量自動(dòng)控制等多個(gè)子系統(tǒng)。在各個(gè)子系統(tǒng)中往往又由多個(gè)智能模塊組成。例如：在微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)中，有變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)、各種線路保護(hù)等。因此在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部，必須通過內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和信息共享，以減少變電站二次設(shè)備的重復(fù)配置并簡(jiǎn)化各子系統(tǒng)的互連，這樣既減少了重復(fù)投資，又提高了系統(tǒng)整體的安全性和可靠性。 2　變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求 經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)通信是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)核心，變電站的特殊環(huán)境使得變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足以下要求： （1）快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力；（2）高可靠性；（3優(yōu)良的抗干擾能力；（4）分層式結(jié)構(gòu)。 在電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸都有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)必須保證數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性。1997年8月國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上，WG34•03工作組提出了對(duì)變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間的要求設(shè)備層和間隔層之間、間隔層內(nèi)各設(shè)備之間、間隔層各間隔單元之間為1～100ms，間隔層和變電站層之間為10～1000ms，變電站層各設(shè)備之間、變電站和控制中心之間為1000ms。 變電站是一個(gè)具有強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境，存在雷電、電源、跳閘等強(qiáng)電磁干擾和地電位差干擾通信環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須采取相應(yīng)的措施消除這些干擾的影響，提高通信的可靠性。 3　變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的選擇 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信功能，由系統(tǒng)與調(diào)度中心的通信及系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備間的通信兩部分組成。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信過程原理見圖1。 系統(tǒng)與調(diào)度中心的通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)可爭(zhēng)議地選用以太網(wǎng)；系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的選擇，受性能、價(jià)格、硬件、軟件、用戶策略等諸多因素的影響目前在選擇“接口網(wǎng)絡(luò)”上很難達(dá)成一致。但是系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的選擇應(yīng)遵循以下原則： （1）通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性是第一位的； （2）通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好維修調(diào)試方便的要求； （3）應(yīng)盡量采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，并能兼容目前各種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，系統(tǒng)升級(jí)方便； （4）通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和通信規(guī)約； （5）應(yīng)根據(jù)變電站的規(guī)模和在系統(tǒng)中所處的地位靈活選擇。系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)目前通常采用現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)。 4　現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用 在小規(guī)模的35kV變電站和110kV終端變電站，以及老站改造中可考慮使用RS422和RS485組成的網(wǎng)絡(luò)。RS422和RS485網(wǎng)絡(luò)的不足在于接點(diǎn)數(shù)目比較少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多主冗余，有瓶頸問題。RS422的工作方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，上位機(jī)一個(gè)通信口最多只能接10個(gè)節(jié)點(diǎn)，RS485串口構(gòu)成一主多從，只能接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，此外有信號(hào)反射、中間節(jié)點(diǎn)問題。 當(dāng)變電站規(guī)模較大時(shí)，站內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，一般在40個(gè)以上，多主冗余要求和節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加使RS422和RS485難以勝任，應(yīng)考慮選擇現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)將所有節(jié)點(diǎn)連接在一起，可以方便地增減節(jié)點(diǎn)，一般可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)；具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；常用的有LonWorks網(wǎng)和CAN網(wǎng)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)均為中速網(wǎng)絡(luò)，500m時(shí)LonWorks網(wǎng)傳輸速率可達(dá)1Mb/s， CAN網(wǎng)在小于40m時(shí)達(dá)1Mb/s。CAN網(wǎng)是一種多主總線，采用串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖。CAN網(wǎng)的媒介訪問方式為問答式，在節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)時(shí)可自動(dòng)切除與總線的聯(lián)系。LonWorks網(wǎng)上的所有節(jié)點(diǎn)是平等的，媒介訪問方式為載波監(jiān)聽多路訪問/沖撞檢測(cè)（CSMA/CD）方式，內(nèi)部通信遵循LonTalk協(xié)議，對(duì)重要信息有優(yōu)先級(jí)。LonWorks網(wǎng)在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常時(shí)可使該節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫網(wǎng)； LonWorks網(wǎng)是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，通過脈沖變壓器隔離，具有很強(qiáng)抗電磁干擾能力。 目前，CAN網(wǎng)一般用于小規(guī)模的35kV變電站和110kV終端變電站，而LonWorks網(wǎng)可作為一般中型110kV樞紐變電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)與早期的異步串行網(wǎng)絡(luò)相比具有抗干擾性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了我國(guó)變電站自動(dòng)化的發(fā)展，但也存在著自身無(wú)法克服的弊端。 （1）由于帶寬有限，而且采用帶寬共享機(jī)制，有限的帶寬使大資料的數(shù)據(jù)傳輸延遲，總體性能隨節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)迅速下降，不能滿足大型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求； （2）由于強(qiáng)調(diào)專用性而犧牲了通用性，長(zhǎng)期缺乏統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件需專門設(shè)計(jì)，產(chǎn)品更新?lián)Q代困難，不能滿足變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的要求； （3）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)的任一點(diǎn)故障時(shí)均可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，且難以診斷故障點(diǎn)。 5　工業(yè)以太網(wǎng)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用 工業(yè)以太網(wǎng)采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，避免了不同協(xié)議間不能通訊的困擾，可以直接和局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)互連而不需額外的硬件設(shè)備，它方便數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的共享；可以用IE瀏覽器訪問終端數(shù)據(jù)，而不要專門的軟件；可以和現(xiàn)有的基于局域網(wǎng)的ERP數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，并且特別適合遠(yuǎn)程控制，配合電話交換網(wǎng)和GSM、GPRS無(wú)線電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集；采用統(tǒng)一的網(wǎng)線，減少了布線成本和難度，避免多種總線并存。 工業(yè)以太網(wǎng)采用交換式集線器和全雙工通信，可使網(wǎng)絡(luò)上的沖突域不復(fù)存在（全雙工通信），或碰撞機(jī)率大大降低（半雙工），因此通信確定性和實(shí)時(shí)性大大提高；工業(yè)以太網(wǎng)針對(duì)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來設(shè)計(jì)（如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等），解決了在極端條件下網(wǎng)絡(luò)不能穩(wěn)定工作的問題，穩(wěn)定性與可靠性大大提高；工業(yè)以太網(wǎng)采用CSMA/CD介質(zhì)訪問方式，物理層和鏈路層遵循IEEE802•3協(xié)議，應(yīng)用層采用TCP/IP協(xié)議，傳輸速率可以達(dá)到10Mb/s，而快速以太網(wǎng)傳輸速率可以達(dá)到100Mb/s，可容納1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，距離可達(dá)2•5km。工業(yè)以太網(wǎng)總線正因?yàn)橛兄T多的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外逐步得到了迅速的普及。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)選用工業(yè)以太網(wǎng)代表了變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最新方向。 大型樞紐變電站，特別是220kV以上電壓等級(jí)變電站節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，站內(nèi)分布成百上千個(gè)CPU，數(shù)據(jù)信息流大，對(duì)速率指標(biāo)要求高（要求速率130kb/s），LonWorks網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、寬帶和時(shí)間同步指標(biāo)已力不從心，而工業(yè)以太網(wǎng)卻能很好滿足上述要求。因此，工業(yè)以太網(wǎng)可以作為大型樞紐變電站內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。 工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)一般有2種應(yīng)用模式： （1）每個(gè)智能電子設(shè)備IEDs都配置一嵌入式以太網(wǎng)接口，將該設(shè)備作為一個(gè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)直接連到以太網(wǎng)上，如圖2所示。 （2）幾個(gè)不具備以太網(wǎng)接口的IEDS通過RS232/485或現(xiàn)場(chǎng)總線等方式連在一起，然后通過一具有嵌入式以太網(wǎng)接口的通信控制器，將其作為一個(gè)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連到以太網(wǎng)上，如圖2所示。 這兩種應(yīng)用模式都必須設(shè)計(jì)嵌入式以太網(wǎng)接口，本質(zhì)上沒有多大差別。但從變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的電壓等級(jí)、配置以及成本考慮，它們的適用范圍是有所不同的。從可靠性考慮，作為站內(nèi)數(shù)據(jù)流的樞紐，變電站內(nèi)通信系統(tǒng)最好是雙以太網(wǎng)冗余配置。這樣，即使一個(gè)網(wǎng)出現(xiàn)故障也不會(huì)影響整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。然而目前嵌入式以太網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本還較高，對(duì)中低壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)而言，若采用應(yīng)用模式1則設(shè)計(jì)成冗余的雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)成本過高；若采用應(yīng)用模式2，可以減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，降低成本。 目前，變電站中有很多IEDs（比如完成電度量計(jì)量和直流監(jiān)視等功能的IEDs）的對(duì)外通信接口只有RS485或現(xiàn)場(chǎng)總線接口，沒有嵌入式以太網(wǎng)接口，因此就無(wú)法直接連接到以太網(wǎng)上。在這上，水利部建設(shè)與管理司印發(fā)了《2006年水利建設(shè)與管理工作要點(diǎn)》。在該工作要點(diǎn)中提到了2006年水利建設(shè)與管理工作，要加強(qiáng)基礎(chǔ)工作和能力建設(shè)，基本完成……水利建設(shè)項(xiàng)目代建制建設(shè)同體問題等基礎(chǔ)理論研究工作。”這表明，政府認(rèn)同了以政府委托代建的模式是符合我國(guó)水利工程建設(shè)項(xiàng)目管理基本國(guó)情的。結(jié)合水利工程建設(shè)自身的特點(diǎn)及水利工程實(shí)施代建制基礎(chǔ)和條件的分析，盡管“代建制”尚處于初級(jí)階段，但有理由相信，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革繼續(xù)深入、政治體制改革不斷取得成效，隨著工程信用體系和評(píng)價(jià)體系逐步建立和完善，工程項(xiàng)目管理和工程總承包將日益成為我國(guó)工程管理的主要模式。 參　考　文　獻(xiàn) 1　黃　霆，申立銀，趙振宇，任志浩。我國(guó)政府投資項(xiàng)目管理的現(xiàn)狀分析[J]。建筑經(jīng)濟(jì)，2005，1：16-21. 2　一鳴。解讀代建制[J]•投資北京，2004，創(chuàng)刊：20 3　錢寅泉，汪寶國(guó)，黃金枝等。代建制項(xiàng)目管理模式初探[J]。技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2002，（2）：28-30 4　陳應(yīng)春。代建制源起及其特殊文件框架設(shè)計(jì)的法律思考[J]。建筑經(jīng)濟(jì)，2004，（11）：17-19 5　張華平。代建制：改革政府投資項(xiàng)目的管理[J]。城市管理，2004，（1）：48-51 6　胡昱，嚴(yán)競(jìng)浮。政府投資項(xiàng)目管理的新模式-代建制[J]。北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，（9）：87-89