变电站综合自动化系统底层通信协议比较.docx

变电站综合自动化系统底层通信协议比较.docx

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变电站综合自动化系统底层通信协议比较

1变电所自动化系统常用网络结构

　　目前，变电所综合自动化系统主要实现站内电压、电流、功率、电度量和开关量等信息的采集，并将信息送往车站的控制中心，接收站级和控制中心级的控制命令，实现变电所电力监控系统的集成。

变电所内一体化监控计算机、车站综合监控室中的值班员工作站完成本站的监视工作，控制中心电力调度工作站完成全线各站电力设备的监视工作。

在正常情况下，由控制中心电调操作员工作站实现电力设备的控制工作，当维护和调试时，控制中心下放控制权，由变电所监控计算机实现控制和维护功能。

　　变电所综合自动化系统（如采用南京南瑞集团公司生产的RT21-SAS型变电所综合自动化系统）采用分层分布式结构。

系统分为三层：

站级管理层、网络通信层和间隔层。

　　1）站级管理层为设置在控制信号盘内的冗余热备的通信控制器、通用测控装置和一体化监视计算机。

　　2）间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备、智能测控单元以及采用硬接点接入的现场设备。

设备包括400V及10kV交流保护测控单元、直流保护测控单元、变压器温控器、轨电位限制装置、制动能量吸收装置、杂散电流监控单元、UPS直流屏、电度表、上网隔离开关、跟随所负荷开关等；

来源:

输配电设备网

　　3）网络通信层即为所内通信网络和接口设备，间隔单元通过所内通信网络层和站级管理层进行数据交换。

对于变电所，分为牵引降压混合所和降压所，下图给出了典型的牵引降压混合变电所综合自动化系统结构图（粗线表示双网冗余结构）。

　　变电所内监控网络由供货商自己负责配置，并和所内各开关柜内的下位监控单元（保护测控单元）、交直流装置内的集中监控器、变压器温控器等实现数字通讯。

　　35kV开关柜、1500V开关柜、0.4kV开关柜内下位监控单元由开关柜厂家配置，安装于各开关柜内，和所内监控网络相连。

2变电所综合自动化系统中的常用的接口通讯协议

　　在电力系统中，南京南瑞集团公司完成了数千个变电所综合自动化系统项目，在轨道交通方面，已经完成广州地铁2号线、南京地铁南北线、重庆轻轨较新线、武汉轻轨主站的变电所综合自动化系统工程，北京地铁5号线综合监控和电力监控项目。

在实际的工程中成功的实现和国内外众多的自动化设备生产厂商智能设备的信息互联，积累了丰富的工程实践经验。

下表列出了部分我公司连接的智能设备的通讯规约情况。

　　南瑞成功连接设备及通信规约表

　　序号类型厂家规约接口类型使用工程

　　1直流保护　测控装置瑞士赛雪龙　SEPCOSModbusRS485重庆轻轨较新线、南京地铁南北线

　　2西门子DPU96、S7-300、S7-200、和利时的LM3401厂家自定义规约PROFBUS-DP广州地铁二号线　北京地铁5号线　北京地铁四号线

　　3交流保护

　　测控装置国电南瑞IEC60870-5-103RS485武汉轻轨

　　4国电南自IEC60870-5-103RS485电力系统

　　5国电南自南自94规约RS485电力系统

　　6许继电气IEC60870-5-103RS485电力系统

　　7美国SELDNP3.0RS485南京地铁南北线

　　8ABBIEC60870-5-103RS485广州地铁二号线

　　9西门子IEC60870-5-103RS485重庆轻轨较新线、南京地铁南北线　北京地铁5号线

　　10阿尔斯通IEC60870-5-103RS485电力系统

　　11美国通用电气GE）IEC60870-5-103RS485电力系统

　　12东芝IEC60870-5-103RS485广州地铁四号线

　　13直流屏深圳奥特迅厂家自定义规约RS485广州地铁二号线

　　14无锡斯达部颁CDTRS485南京地铁南北线

　　15东方电子部颁CDTRS485重庆轻轨较新线

　　16珠海泰坦厂家自定义规约RS485电力系统

　　17深圳华为部颁CDTRS485电力系统

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　　18许继电气厂家自定义规约RS485电力系统

　　19南瑞京瑞科厂家自定义规约RS485电力系统

　　20西安利达厂家自定义规约RS485电力系统

　　21成都蓉腾厂家自定义规约RS485电力系统

　　22鲁能积成厂家自定义规约RS485电力系统

　　23广州智光厂家自定义规约RS485电力系统

　　24深圳瓦特厂家自定义规约RS485电力系统

　　25电度表湖南威胜厂家自定义规约RS485重庆轻轨较新线　南京地铁南北线

　　26湖南威胜DL645RS485电力系统

　　27深圳浩宁达厂家自定义规约RS485电力系统

　　28深圳浩宁达DL645RS485电力系统

　　29珠海恒通电度表厂家自定义规约RS485电力系统

　　30珠海恒通电度表DL645RS485电力系统

　　31红相DL645RS485电力系统

　　32控制中心调度系统IEC60870-5-101RS422南京地铁南北线；广州地铁二号线

　　33IEC60870-5-104以太网重庆轻轨较新线

　　34SC1801RS485电力系统

　　35部颁CDTRS485电力系统

　　36RT21-SASCDTRS485电力系统

　　37RP570RS485电力系统

　　38消弧线圈上海思源厂家自定义规约RS485电力系统请登陆:

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　　39广州智光厂家自定义规约RS485电力系统

　　40长沙华源厂家自定义规约RS485电力系统

　　41河北韩山厂家自定义规约RS485电力系统

　　42河北旭辉厂家自定义规约RS485电力系统

　　43接地选线装置浪拜迪厂家自定义规约RS485电力系统

　　44北京华星厂家自定义规约RS485电力系统

　　45河北恒山厂家自定义规约RS485电力系统

　　46温控器协顺ModbusRS485南京地铁南北线，重庆轻轨较新线

　　47接地漏电保护株洲车辆厂厂家自定义规约RS485电力系统

　　48再生制动株洲车辆厂厂家自定义规约RS485重庆轻轨较新线

　　49谐波分析仪天津凯发厂家自定义规约RS485南京地铁南北线

　　50空调三菱电机厂家自定义规约RS485电力系统

3变电所综合自动化系统通讯协议现状

　　从上表的以往经验，可以看出，目前的最常用的是物理接口为485串行通信为主，以太网和现场总线为辅的状况，总结如下：

序号接口设备名称通讯介质通讯规约

　　110kV、35KV综合保护测控单元光纤IEC60870-5-103

　　2直流750V/1500V保护测控单元）光纤MODBUS、profibus　Modbus

　　3整流变压器温控器PLC电缆

　　4400V低压柜监控单元光纤MODBUS规约

　　5制动能量吸收装置微机监控单元电缆

　　6排流柜或杂散电流监控单元

　　7直流屏微机监控单元

　　8配电变压器温控器

　　910kV计量表计光纤

　　10通讯控制器、通用测控装置电缆CANBUS规约

　　11接触轨隔离开关　直连线　硬结点

　　12轨电位限制装置

　　1310kV负荷开关

　　14电力监控和控制中心RJ45DNP3.0

4变电所综合自动化系统通讯协议比较

　　变电所自动化系统常用的接口主要有串行数据接口、以太网数据接口、硬线接口等类型。

　　A、串行数据接口，标准的RS422/RS485/RS232接口，波特率采用19.2kbps及以下，支持通用的、开放的、软件解码的协议，当现场发生任何变化时，接口上的数据应在0.5秒钟之内更新，接口的通信通常采用查询或事件触发方式进行；

　　B、以太网数据接口，10Mbps/100Mbps自适应IEEE802.3以太网接口，支持TCP/IP接口，支持通用的、开放的、软件解码的协议，当现场发生任何变化时，接口上的数据应在0.5秒钟之内更新，接口的通信通常采用查询或事件触发方式进行，集成和互联系统的接口协议转换所必须的硬件和软件设备功能；

　　C、硬线接口，综合监控系统和其它系统的硬线接口包括DI、DO、AI、AO，接点为独立的无源接点；

　　D、现场总线，实际是串行485接口的私有协议标准，标准不统一，至少有13种之多，常用的有CANBUS、PROFIBUS-DP、Lonworks等。

　　从理论上讲，只要可以实际满足功能的要求的标准和协议就可以称之为“好的完善的”标准，但实际中，往往因为各方利益因素，很有可能对某一方有利，这是大的背景，对于电力系统也一样，下面，我们就来比较一下轨道交通中变电所自动化系统常用的标准比较。

4.1串行RS485接口

　　优点：

接线简单，技术成熟，接口双方的开发和硬件成本都很低，是最常用的一种接口连接方式，协议多为根据实际需求，双方协商制定，其基本上是基于MODBUSRTU协议，对底层子设备，一般采用逐个扫描方式，查询周期一般为500MS，此种物理接口基本可以大多数的实际通讯需求。

　　缺点：

通讯速率不是很高，一般为9.6kbps，当子站设备很多时，将会降低实时性，一般不应超多32个。

　　总结：

适用于需要考虑降低变电所自动化系统的成本的场合，将会在今后的一段时间长期存在着。

4.2以太网

　　优点：

接线标准，技术成熟，接口双方的开发很低，通讯速率高，实时性很强，是未来的接口通讯发展的趋势，协议多为根据实际需求，双方协商制定，其基本上是基于MODBUSTCP协议，对底层子设备，一般采用逐个扫描方式，查询周期一般为500MS，此种物理接口基本可以大多数的实际通讯需求。

　　缺点：

硬件成本高，若子站的每一个节点都支持以太网，将会遇到网络地址分配等问题，技术实现会有所复杂，若对方子站节点不支持以太网，则必然会需要一个网关，来专门负责串口转以太网的转换工作（包括协议转换，如南瑞的C301通讯控制器），其成本将会有所增加。

此外，由于以太网技术复杂，在连接不是很理想时，可能会出现网络风暴和网络阻塞等恶劣的影响，不过这种出现的概率一般不是很高。

　　缺点：

就目前来讲，将会增加变电所自动化系统的设备成本。

4.3现场总线

　　优点：

接线标准，技术成熟，接口双方的开发很低，通讯速率高，实时性很强，，是最常用的一种接口连接方式，协议多为根据实际需求，双方协商制定，其基本上是基于MODBUSRTU协议，对底层子设备，一般采用逐个扫描方式，查询周期一般为500MS，此种物理接口基本可以大多数的实际通讯需求。

来源:

　　缺点：

现场总线不统一，有将近13种，一般在电力系统中，主要是厂商的内部接口，外部接口不是很多，南瑞仅仅很和西门子的直流牵引测控保护装置采用PROFIBUS-DP规约，但现在也有改变，如广州的二、八拆分中就是使用以太网通信。

　　总结：

由于各种厂商的利益关系，将会在今后的一段时间长期存在着。

4.3电力标准规约

　　目前，在地铁的变电所自动化系统，常用的电力标准主要包括：

　　IEC60870-5-101；

　　IEC60870-5-102；

　　IEC60870-5-103；

　　CDT等

　　一般来讲，变电所中的中压10KV或35KV的保护测控单元和南瑞的通信控制一般均为103规约，且为串行总线物理介质，基本还没有以太网方式。

　　IEC61850系列标准是最新发布的变电站通信网络和系统的重要标准。

该标准定义了变电站中的智能电子装置IED之间的通信以及有关系统需求，主要目的是实现变电站自动化系统中来自不同厂家的IED之间的互操作。

　　在IEC61850制定之前，变电站中广泛使用了如IEC60870-5-103等协议标准。

在过渡到IEC61850系列标准的过程中，必然有一个新旧标准混用的过程。

如何从原有标准过渡到基于IEC61850的新标准，是当前变电站自动化工程领域的一个现实问题。

来源:

　　不过，到目前为止，还没有在地铁变电所中使用61850的实例。

南瑞在变电所中对61850的产品已经推出，只是用在通常变电站中。

　　总结：

103规约技术成熟，成本低，是目前流行的保护通讯规约，61850是新技术，但采用以太网，是未来的发展趋势。

5变电所综合自动化系统通讯协议发展趋势

　　目前，在地铁、大铁路、高速公路等变电所综合自动化系统中，常用的协议主要有：

　　IEC60870-5-101；

　　IEC60870-5-102；

　　IEC60870-5-103；

　　DNP3.0；

　　MODBUS-RTU；

　　MODBUS-TCP；

　　PROFIBUS-DP；

　　LonWorks；

　　Canbus；

　　SpaBus；

　　RS-232；

　　RS-422；

RS-485；

　　CDT；

　　总结地铁、大铁路的变电所综合自动化系统，从规约来讲，交流保护方面，IEC60870-5-103仍然为主流，但发展趋势为基于以太网的61850，直流保护开始向以太网方向发展，但modbus和profibus还将共存，其它的通信基本上是串行485为主，以太网为辅，但将来的趋势是以太网MODBUSTCP方式。

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2008/11/19