工業以太網在變電站綜合自動化系統的應用
目前,CAN網一般用于小規模的35kV變電站和110kV終端變電站,而LonWorks網可作為一般中型110kV樞紐變電站自動化通信網絡。
現場總線網絡與早期的異步串行網絡相比具有抗干擾性強、效率高等優點,現場總線網絡的出現極大地推動了我國變電站自動化的發展,但也存在著自身無法克服的弊端。
由于帶寬有限,而且采用帶寬共享機制,有限的帶寬使大資料的數據傳輸延遲,總體性能隨節點數的增長迅速下降,不能滿足大型變電站綜合自動化系統通信網絡的要求;由于強調專用性而犧牲了通用性,長期缺乏統一的國際標準,許多網絡設備和軟件需專門設計,產品更新換代困難,不能滿足變電站綜合自動化系統標準化的要求;總線型拓撲結構在網絡的任一點故障時均可能導致整個系統崩潰,且難以診斷故障點。
5工業以太網在變電站綜合自動化系統的應用
工業以太網采用統一的TCP/IP協議,避免了不同協議間不能通訊的困擾,可以直接和局域網的計算機互連而不需額外的硬件設備,它方便數據在局域網的共享;可以用IE瀏覽器訪問終端數據,而不要專門的軟件;可以和現有的基于局域網的ERP數據庫管理系統實現無縫連接,并且特別適合遠程控制,配合電話交換網和GSM、無線電話網實現遠程數據采集;采用統一的網線,減少了布線成本和難度,避免多種總線并存。
工業以太網采用交換式集線器和全雙工通信,可使網絡上的沖突域不復存在(全雙工通信),或碰撞機率大大降低(半雙工),因此通信確定性和實時性大大提高;工業以太網針對惡劣的工業現場環境來設計(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絡不能穩定工作的問題,穩定性與可靠性大大提高;工業以太網采用IM,CD介質訪問方式,物理層和鏈路層遵循IEEE802.3協議,應用層采用刪IP協議,傳輸速率可以達到10Mb/s,而快速以太網傳輸速率可以達到100Mb/s,可容納個節點,距離可達2.5km。工業以太網總線正因為有諸多的優點,在國內外逐步得到了迅速的普及。變電站自動化系統選用工業以太網代表了變電站自動化網絡技術發展的最新方向。
大型樞紐變電站,特別是220kV以上電壓等級變電站節點數目多,站內分布成百上千個,數據信息流大,‘對速率指標要求高(要求速率130kb/s),LonWorks網絡的實時性、寬帶和時間同步指標已力不從心,而工業以太網卻能很好滿足上述要求。因此,工業以太網可以作為大型樞紐變電站內部的數據通信網絡。
工業以太網應用于變電站內部的通信網絡一般有2種應用模式:
每個智能電子設備IEDs都配置一嵌入式以太網接I:1,將該設備作為一個以太網節點直接連到以太網上,如圖2所示。

幾個不具備以太網接口的IEDS通過/485或現場總線等方式連在一起,然后通過一具有嵌入式以太網接口的通信控制器,將其作為一個以太網節點連到以太網上,如圖3所示。
這兩種應用模式都必須設計嵌入式以太網接口,本質上沒有多大差別。但從變電站自動化系統的電壓等級、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,作為站內數據流的樞紐,變電站內通信系統最好是雙以太網冗余配置。這樣,即使一個網出現故障也不會影響整個變電站自動化系統的安全穩定運行。然而,目前嵌入式以太網每個節點的成本還較高,對中低壓變電站自動化系統而言,若采用應用模式1,則設計成冗余的雙以太網結構成本過高;若采用應用模式2,可以減少網絡節點數,降低成本。
目前,變電站中有很多IEDs(比如完成電度量計量和直流監視等功能的IEDs)的對外通信接:1只有RS485或現場總線接口,沒有嵌入式以太網接口,因此就無法直接連接到以太網上。在這上,水利部建設與管理司印發了(2006年水利建設與管理工作要點>。在該工作要點中提到了“2006年水利建設與管理工作,要加強基礎工作和能力建設,基本完成……水利建設項目代建制、建設同體問題等基礎理論研究工作。”這表明,政府認同了以政府委托代建的模式是符合我國水利工程建設項目管理基本國情的。結合水利工程建設自身的特點及水利工程實施代建制基礎和條件的分析,盡管“代建制”尚處于初級階段,但有理由相信,隨著我國經濟體制改革繼續深入、政治體制改革不斷取得成效,隨著工程信用體系和評價體系逐步建立和完善,工程項目管理和工程總承包將日益成為我國工程管理的主要模式。
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