变电站光纤监控系统的分析与技术研究

高鹏　郭仕杰

摘 要：文章首先简要分析了光纤通信技术的主要特点，在此基础上对基于光纤通信技术的变电站监控系统设计进行论述。期望通过本文的研究能够对变电站监控系统性能的提升有所帮助。

关键词：变电站；监控系统；光纤通信技术

中图分类号：TN913.21 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2017）03-0047-02

Analysis and Research of Substation Optical Fiber Monitoring System

GAO Peng，GUO Shijie

（Inner Mongolia Electric Power Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Hohhot 010010，China）

Abstract： This paper first briefly analyzes the main characteristics of optical fiber communication technology， and on this basis discusses the design of substation monitoring system based on fiber communication technology. It is hoped that the research of this paper can help to improve the performance of substation monitoring system.

Keywords： substation； monitoring system； optical fiber communication technology

1 光纖通信技术的主要特点分析

光纤通信技术具备容量大、频带宽的技术优势，随着移动通信技术的发展，电缆被替代为光纤，能够大幅度提升信号传递速率，降低传输损耗，其特点具体体现在以下方面。

1.1 信息传播效率高

光纤通信技术在信号传输中，信号容量可增至微波的50倍以上。因单波光纤终端的接收设备会对信号频率造成限制，所以难以充分发挥出光纤频带宽的优势。但是在波分复技术的支撑下，能够满足光纤通信的超大容量信息传输的需求，并且还能够实现超远距离传递。

1.2 光纤损耗低

光纤通信网络的建设成本投入相对较少，光纤损耗也较低。石英光纤是最为常用的光纤材料，该材料与其他材质相比，可降低光纤损耗，减少通信网络建设的成本支出。同时，由于石英光纤属于玻璃材质，是一种绝缘性能好的材料，所以在网络建设中无需考虑电路接地问题，简化施工工序。

1.3 抗干扰能力强

光纤通信采用的石英材料具备较强的耐腐蚀性，能够抵抗电磁的干扰，确保信号安全传输到接收方，使信号传输不受复杂环境的影响。同时，光纤通信的保密性好，可免受串音的影响，避免信息被窃取。

2 基于光纤通信技术的变电站监控系统设计

近年来，随着我国电力体制改革的不断深化，推动了电网的建设与发展，变配电系统随之增多，在新建的变配电系统中，变电站监控系统的应用越来越广泛，由此使得该系统的功能日趋完善，其与变配电设备之间的结合也更加紧密，逐步成为变配电系统中不可或缺的重要组成部分之一。由于变电站的现场环境相对比较恶劣，加之站内智能设备较多，并且对通信具有高可靠性的需要，在构建变电站监控系统时，应当采取有效的通信方式。由上文分析可知，光纤通信技术具有诸多优点，鉴于此，可将之应用于变电站监控系统当中，下面就基于光纤通信技术的变电站监控系统设计展开论述。

2.1 系统架构

本文所提出的系统按照分层分布式的思路进行设计，由此可实现分散监控、集中管理的目标。在中心变电站内设置一个监控站主站，为使整个系统能够实现快速响应，并对系统进行有效的保护，经过研究后，决定采用光纤以太网作为通信方式。光纤调制解调器能够实现光信号与数字信号之间的转换，常规的光纤调制解调器自带4个或8个以上的数据接口，可完成同步或异步信号的传递，其通信速率为2Mbps。通常情况下，变电站监控系统所需的通信速率为19200bps，故此能够满足正常的通信需求，整个系统共分为以下三个层次。

（1）网络层。该层中通信介质为单模光纤，选用的光纤调制解调器具备自愈功能，由此构成了一主一备的光纤通信环网，如果因为故障问题导致某一段站间的通信链路中断，备用可在30ms内启动，并使系统通信恢复正常。当链路恢复正常后，备用能够自行切换至主设备。主设备与备用设备之间的切换全都是借助光纤调制解调器来实现，由此确保通信网络的畅通。此外，光纤调制解调器还配备了一个以太网接口，可以和以太网设备之间进行实时通信。

（2）管理层。该层中配备了2台计算机，一台对系统进行监控，另一台作为数据库服务器，由此可实现如下管理功能：系统人机界面监控与操作、数据库报表查询等。同时还配备了打印机，可对实时告警信息及报表进行打印。

（3）设备层。该层采用光纤调制解调器自带的RS485接口，将站内的智能设备与现场总线连接到一起，由此可使不同设备的通信协议以复用的方式转换为TCP/IP协议，这样便能够与上位PC机进行信息交互。

2.2 数据通信的实现

（1）按照变电站内智能设备的具体配置情况，为实现与下层设备的数据交换，监控系统在各个站需要对不同的通信协议进行处理。由于本系统中采用工业现场总线协议的设备相对较多，如断路器、配电控制单元等等，因不同的通信协议无法使用同一条现场总线，所以本系统与光通信共用8个接口的光纤调制解调器，工业现场总线协议支持6条总线，温度控制仪器和直流屏分别有一个串口与现场总线进行连接。对于同一条RS485总线而言，为便于系统访问，需要对不同设备设定不同的通信地址，在充分考虑变电站监控过程对数据实时性要求的基础上，对总线的速率进行确定，最低不得低于9600bit/s。

（2）光纤调制解调器可以将不同速率及通信协议的现场总线信号以复用的方式进行换换，进而形成统一的TCP/IP协议，这样便可以在网络层中完成数据交换。与以太网的传输速率相比，设备层现场总线的传输速率仅仅占用了较小的一部分，由此確保系统对数据刷新实时性的要求，不仅如此，以该方式进行通信，使得现场总线的速率提升空间大幅度增加，可以使设备发挥出自身的潜力。TCP/IP协议具有开放性的特点，对于监控计算机而言，其为计算机扩展了多个串口，可对处于下层的现场总线进行实时监控。

（3）对于低压开关而言，它的三遥功能可引至二次回路端子排上的常开与常闭触点信号，并通过MC对其进行实时监控，由此可确保远程三遥功能的实现，由于MC的通信接口为RS485信号，故此可直接与光纤调制解调器进行连接。

2.3 系统软件的设计要点

根据变电站光纤监控系统的功能，其软件可分为监控与数据库两个部分，具体的设计要点如下。

（1）监控部分的设计。该系统的监控部分主要包括如下程序：后台监控、人机界面监控以及通信协议转换。监控软件采用微软公司的WIN7操作系统，并以InTouch作为开发工具，对相应的程序进行二次开发。本系统的监控界面采用的是导航模式，其中除了包含图形之外还有文字，具体分为以下三个部分：中压配网、低压系统开关状态以及告警信息记录。在监控界面上，以不同颜色对不同电压等级的母线进行显示，操作人员可以直观、清楚地从屏幕上看到线路的具体情况，同时还能对下层设备的电力参数进行实时显示。

（2）数据库的设计。为与系统的监控部分相兼容，数据库计算机也采用微软公司的WIN7操作系统，并以SQL Server对数据库进行开发。之所以选用该数据库软件是因为其能够对任意时间及设备进行相关数据的查询，并生成Excel报表，可以满足不同管理人员的使用需要。同时，依据历史数据，可生成相应曲线，根据曲线能够对用电趋势进行分析。此外，所有告警信息全部存储在数据库当中，并以语音的方式提醒管理人员。

3 结 论

综上所述，光纤通信技术具备诸多优点，在变电站监控系统的构建中，可对光纤通信技术进行合理应用，由此除了能够确保数据信息传输的实时性和可靠性之外，还能提高信息传输的安全性，对于变电站监控系统功能的发挥具有重要的现实意义。

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作者简介：高鹏（1983—），男，内蒙古呼和浩特土左旗人，本科，通信科副科长，工程师。研究方向：电力系统通信；郭仕杰（1983—），男，内蒙古巴彦淖尔人，硕士研究生，三级项目经理，工程师。研究方向：电力系统自动化。