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【摘要】随着我国经济的快速发展，光纤的使用越来越频繁，他用在了多个领域内，如光纤区域防范变电站智能预警系统用高科技手段加强防护变电站周界安全防护,系统设计采用先进的全光纤周界防入侵系统替代传统电子周界安防手段。确保安防建设无疏漏,管理工作稳定高效。本文主要阐述了有关光纤智能化变电站的研究问题。
【关键词】光纤，智能化，变电站
中图分类号：TM63 文献标识码：A
一.前言
随着信息化、智能化在变电站的应用,变电站实行少人值守或无人值守后,必须解决变电站设备运行的可靠性、变电站安全管理及远程监视问题。基于光纤传感技术的变电站安全技术防范系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的警戒网络或者安全报警系统,是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系,具有天然的抗电磁干扰的功能,可以有效的解决这一问题。针对光纤智能化变电站的问题进行研究是有着十分重要的现实意义的。
二.光纤区域防范变电站智能预警系统的基本原理和主要构成
1.使用光纤作为传感器,实时探测周界环境振动信号,从而实现对布防区域入侵、破坏活动进行探测、告警的新型安全防范系统。系统同时提供对视频监控等安防设备的接口集成功能。当敷设在如变电站铁栅栏、围墙或围墙附近土壤下光纤传感器的某个位置受到振动、压力或温度变化时,光纤传感器内激光信号的相位会发生改变,反馈给变电站预警系统控制主机,激光信号在放大、滤波、数字化等处理后,再通过智能软件进行数据建模分析,从而实现振动信号识别报警。
2.光纤区域防范变电站智能预警系统的主要构成
变电站光纤区域防范智能预警系统由入侵报警主机、光终端机、光分区盒和光缆组成。入侵报警主机不需要PC机即可工作,当然也可通过管理口和PC机互联实现网管。
（一）光纤周界入侵报警主机
入侵报警主机是系统的核心,采用标准1U机箱设计。主机带有液晶显示面板,可方便进行功能操作。每台主机支持30个防区,单个防区最远距离可达1km。每个防区灵敏度都可单独设定,并有对应开关量输出端子(常开常闭可设)连接其它警笛、照明灯、视频联动等装置。主机采用220V供电,带有TCP/IP网络管理接口。
（二）光终端机
光终端机配合报警主机使用,共同安装于控制室内,通过专用连接线相联。该机采用标准1U机箱设计。内部包含光模块和光缆终端盒两部分,完成光电转换,光缆接熔汇固定等功能。该机能支持4条光缆融汇,能适应一缆式、分布式、组合式等复杂组网布防需要。
（三）光分区盒
光分区盒由外壳和光栅器、光接口组成,用于防区区分、光缆接续。光分区盒外壳采用工程塑料,安于室外能适应各种恶劣的自然环境,并具有防水密封性能。
（四）2.4光缆
该系统使用12芯以下普通室外通讯光缆。由于使用了光缆作为传感器,外界的强电磁场、雷电等因素不会对系统产生影响,而且光缆具有重量轻、抗老化、廉价、可适用于不规则周界等特点,非常适合大范围、长距离、环境条件恶劣的周界环境。
（五）PC机管理报警软件
管理报警软件随系统提供。用户可以通过软件实现对系统功能设置、布防撤防、报警状态信息记录、值班人员信息记录等功能。软件支WIN2000/XP/WIN7等操作系统。安装软件的PC计算机客户可自行选配,只要通过网口和入侵报警主机联接即可。城市作为智能配电系统应用的重要载体,它的成功应用能为城市节能减排和降耗工作带来巨大效益。
三.有关智能变电站光纤纵差保护同步方案
目前，国内常用的2种线路光纤纵差电流同步方法———电流相量修正法和采样时刻调整法皆比较成熟。传统变电站中，电流采集和处理都在线路保护CPU中完成，两端存在相同的采样处理延迟时间（主要指RC滤波延迟时间）。两端采用主从方式，从端CPU根据主端CPU系统时钟调整自己的系统时钟，从而达到采样同步的目的。智能变电站中，电流采集环节在合并单元中实现，数据处理环节在保护中完成。只要保证线路两端采样时刻与处理时刻保持相同的固定时间关系，线路两端保护装置就可以使用传统的采样时刻调整法来实现两端数据同步。笔者在实际工作和已有工程实践经验的基础上，提出了3种智能变电站线路光纤纵差同步方案，并进行了分析比较。
智能变电站与传统变电站线路光纤纵差的主要区别是采样模块，图1为光纤纵差采样示意图，以单端智能变电站为例。图中，“延时t1”为智能变电站采集器延时时间，包括采集器AC采样RC滤波时间、采集器数据处理时间和采集器传输时间。“延时t2”为智能变电站合并单元延时时间，包括CPU处理时间和传输时间。“延时t3”为传统变电站AC采样RC滤波时间。由图可见，智能变电站的模拟量采集环节由多个装置、多个CPU完成，因各自CPU晶振差异，必须采用多级同步。可把同步过程分为如下3种情况：
1.智能变电站线路合并单元装置同步各路采集装置数据（A相、B相、C相电流等）。
2.智能变电站光纤纵差保护装置系统时钟与合并单元系统时钟的同步。
3.两端线路保护装置的系统时钟同步。
以上情况a由合并单元完成，情况c由传统变电站保护装置CPU通过上述的采样时刻调整法完成，在以上2点保证的基础上。
四.光纤智能化下的变电站技术实现
1统一建模
在现有的变电站通信标准中，IEC61850规约体系最为完善。相对于基于报文结构的传统规约，IEC61850有明显的优势，如应用面向对象技术、采用数据对象统一建模、提出系统的分层结构、将映射的方法和具体网络独立、提供基于SCL的系统配置管理等。它是一个开放式的变电站自动化体系，避免了繁琐的协议转换，实现了来自不同厂家的IED之间的信息共享和良好互操作性，从而提高了系统的稳定性，避免了重复投资，降低了系统维护成本。
2集中式保护测控装置的应用
集中式保护测控装置是按照实现每一段电压等级不同的母线上所有的设备的保护、测控功能设计而开发的;主变按照一个独立的间隔来配置一套集中式保护测控装置实现主变所有保护、测控功能。
一般变电站有110kV线路两条，采用一台集中式保护实现;主变间隔配置1台集中式保护装置完成变压器所有的电气量保护(包括差动保护、高、中、低后备保护测控);35kV电压母线两段，每段母线上所有设备由一台集中式保护测控装置实现保护测控功能;10kV电压母线两段，每段母线上所有设备由一台集中式保护测控装置实现保护测控功能。鉴于检修方便，集中式保护测控装置冗余配置，组屏安装在主控室内。集中式保护测控装置采用模块化设计，每个间隔设备保护功能完全独立，所有保护功能完全按照成熟的保护原理及配置原则，装置电源模块采用冗余配置，保证装置电源可靠性。
3.网络化备自投应用
现在变电站备自投的模式完全采用了网络化备自投，以实现备用电源之间的切换。网络化备自投是以网络化方式在GOOSE网络底层就地实现网络化备自投，直接利用过程层网络集中采集的各级母线电压、进线电流、相关开关刀闸位置等信息交互，结合当前运行方式，根据运行策略和当前的状态以及功能逻辑判别，使测控装置通过计算分析向过程层设备发送控制命令。与常规备自投装置相比，取消了专用的备自投装置及各保护之间的连接线，避免了各间隔信息的重复采集，网络化采集和传输减少了信息传输环节，提高了备自投动作的可靠性。
4网络化低频低压减载应用
网络化低频低压减载，将母线运行信息通过网络集中采集、集中处理、集中逻辑判断，并将得出的减载信息通过网络发送到各间隔层设备就地执行。与常规的低周低压减载装置相比，减少了信息的重复采集和定值的分散重复整定，使动作逻辑更加简洁，进一步减轻了整定校验工作量。
五.结束语
光纤区域防范变电站智能预警系统将极大的改善变电站常规巡视实时性差、劳动强度大、费用高、不能及时发现现场隐患的缺点,将使变电站周边的环境处于实时监控之中,节省了人员巡视的成本,提高了变电站的现代化管理水平,对变电站非法人员入侵及破壞的发生起到有效的预警作用,具有极高的社会经济效益。
参考文献：
[1]江智伟.变电站自动化及其新技术[M].北京：中国电力出版社，2006
[2]张延辉;智能变电站同步对时网络优化方案研究[D];华北电力大学（北京）;2011年
[3]李瑞生，李燕斌，周逢全．智能变电站功能架构及设计原则［J］．继电器，2010，38(21)
[4]常康，薛峰，杨卫东．中国智能电网基本特征及技术进展评述［J］．电力系统自动化，2009，33(17)
[5]史添;智能变电站网络结构优化研究[D];华北电力大学（北京）;2011
【关键词】光纤，智能化，变电站
中图分类号：TM63 文献标识码：A
一.前言
随着信息化、智能化在变电站的应用,变电站实行少人值守或无人值守后,必须解决变电站设备运行的可靠性、变电站安全管理及远程监视问题。基于光纤传感技术的变电站安全技术防范系统是利用激光、光纤传感和光通信等高科技技术构建的警戒网络或者安全报警系统,是一种对威胁公众安全的突发事件进行监控和警报的现代防御体系,具有天然的抗电磁干扰的功能,可以有效的解决这一问题。针对光纤智能化变电站的问题进行研究是有着十分重要的现实意义的。
二.光纤区域防范变电站智能预警系统的基本原理和主要构成
1.使用光纤作为传感器,实时探测周界环境振动信号,从而实现对布防区域入侵、破坏活动进行探测、告警的新型安全防范系统。系统同时提供对视频监控等安防设备的接口集成功能。当敷设在如变电站铁栅栏、围墙或围墙附近土壤下光纤传感器的某个位置受到振动、压力或温度变化时,光纤传感器内激光信号的相位会发生改变,反馈给变电站预警系统控制主机,激光信号在放大、滤波、数字化等处理后,再通过智能软件进行数据建模分析,从而实现振动信号识别报警。
2.光纤区域防范变电站智能预警系统的主要构成
变电站光纤区域防范智能预警系统由入侵报警主机、光终端机、光分区盒和光缆组成。入侵报警主机不需要PC机即可工作,当然也可通过管理口和PC机互联实现网管。
（一）光纤周界入侵报警主机
入侵报警主机是系统的核心,采用标准1U机箱设计。主机带有液晶显示面板,可方便进行功能操作。每台主机支持30个防区,单个防区最远距离可达1km。每个防区灵敏度都可单独设定,并有对应开关量输出端子(常开常闭可设)连接其它警笛、照明灯、视频联动等装置。主机采用220V供电,带有TCP/IP网络管理接口。
（二）光终端机
光终端机配合报警主机使用,共同安装于控制室内,通过专用连接线相联。该机采用标准1U机箱设计。内部包含光模块和光缆终端盒两部分,完成光电转换,光缆接熔汇固定等功能。该机能支持4条光缆融汇,能适应一缆式、分布式、组合式等复杂组网布防需要。
（三）光分区盒
光分区盒由外壳和光栅器、光接口组成,用于防区区分、光缆接续。光分区盒外壳采用工程塑料,安于室外能适应各种恶劣的自然环境,并具有防水密封性能。
（四）2.4光缆
该系统使用12芯以下普通室外通讯光缆。由于使用了光缆作为传感器,外界的强电磁场、雷电等因素不会对系统产生影响,而且光缆具有重量轻、抗老化、廉价、可适用于不规则周界等特点,非常适合大范围、长距离、环境条件恶劣的周界环境。
（五）PC机管理报警软件
管理报警软件随系统提供。用户可以通过软件实现对系统功能设置、布防撤防、报警状态信息记录、值班人员信息记录等功能。软件支WIN2000/XP/WIN7等操作系统。安装软件的PC计算机客户可自行选配,只要通过网口和入侵报警主机联接即可。城市作为智能配电系统应用的重要载体,它的成功应用能为城市节能减排和降耗工作带来巨大效益。
三.有关智能变电站光纤纵差保护同步方案
目前，国内常用的2种线路光纤纵差电流同步方法———电流相量修正法和采样时刻调整法皆比较成熟。传统变电站中，电流采集和处理都在线路保护CPU中完成，两端存在相同的采样处理延迟时间（主要指RC滤波延迟时间）。两端采用主从方式，从端CPU根据主端CPU系统时钟调整自己的系统时钟，从而达到采样同步的目的。智能变电站中，电流采集环节在合并单元中实现，数据处理环节在保护中完成。只要保证线路两端采样时刻与处理时刻保持相同的固定时间关系，线路两端保护装置就可以使用传统的采样时刻调整法来实现两端数据同步。笔者在实际工作和已有工程实践经验的基础上，提出了3种智能变电站线路光纤纵差同步方案，并进行了分析比较。
智能变电站与传统变电站线路光纤纵差的主要区别是采样模块，图1为光纤纵差采样示意图，以单端智能变电站为例。图中，“延时t1”为智能变电站采集器延时时间，包括采集器AC采样RC滤波时间、采集器数据处理时间和采集器传输时间。“延时t2”为智能变电站合并单元延时时间，包括CPU处理时间和传输时间。“延时t3”为传统变电站AC采样RC滤波时间。由图可见，智能变电站的模拟量采集环节由多个装置、多个CPU完成，因各自CPU晶振差异，必须采用多级同步。可把同步过程分为如下3种情况：
1.智能变电站线路合并单元装置同步各路采集装置数据（A相、B相、C相电流等）。
2.智能变电站光纤纵差保护装置系统时钟与合并单元系统时钟的同步。
3.两端线路保护装置的系统时钟同步。
以上情况a由合并单元完成，情况c由传统变电站保护装置CPU通过上述的采样时刻调整法完成，在以上2点保证的基础上。
四.光纤智能化下的变电站技术实现
1统一建模
在现有的变电站通信标准中，IEC61850规约体系最为完善。相对于基于报文结构的传统规约，IEC61850有明显的优势，如应用面向对象技术、采用数据对象统一建模、提出系统的分层结构、将映射的方法和具体网络独立、提供基于SCL的系统配置管理等。它是一个开放式的变电站自动化体系，避免了繁琐的协议转换，实现了来自不同厂家的IED之间的信息共享和良好互操作性，从而提高了系统的稳定性，避免了重复投资，降低了系统维护成本。
2集中式保护测控装置的应用
集中式保护测控装置是按照实现每一段电压等级不同的母线上所有的设备的保护、测控功能设计而开发的;主变按照一个独立的间隔来配置一套集中式保护测控装置实现主变所有保护、测控功能。
一般变电站有110kV线路两条，采用一台集中式保护实现;主变间隔配置1台集中式保护装置完成变压器所有的电气量保护(包括差动保护、高、中、低后备保护测控);35kV电压母线两段，每段母线上所有设备由一台集中式保护测控装置实现保护测控功能;10kV电压母线两段，每段母线上所有设备由一台集中式保护测控装置实现保护测控功能。鉴于检修方便，集中式保护测控装置冗余配置，组屏安装在主控室内。集中式保护测控装置采用模块化设计，每个间隔设备保护功能完全独立，所有保护功能完全按照成熟的保护原理及配置原则，装置电源模块采用冗余配置，保证装置电源可靠性。
3.网络化备自投应用
现在变电站备自投的模式完全采用了网络化备自投，以实现备用电源之间的切换。网络化备自投是以网络化方式在GOOSE网络底层就地实现网络化备自投，直接利用过程层网络集中采集的各级母线电压、进线电流、相关开关刀闸位置等信息交互，结合当前运行方式，根据运行策略和当前的状态以及功能逻辑判别，使测控装置通过计算分析向过程层设备发送控制命令。与常规备自投装置相比，取消了专用的备自投装置及各保护之间的连接线，避免了各间隔信息的重复采集，网络化采集和传输减少了信息传输环节，提高了备自投动作的可靠性。
4网络化低频低压减载应用
网络化低频低压减载，将母线运行信息通过网络集中采集、集中处理、集中逻辑判断，并将得出的减载信息通过网络发送到各间隔层设备就地执行。与常规的低周低压减载装置相比，减少了信息的重复采集和定值的分散重复整定，使动作逻辑更加简洁，进一步减轻了整定校验工作量。
五.结束语
光纤区域防范变电站智能预警系统将极大的改善变电站常规巡视实时性差、劳动强度大、费用高、不能及时发现现场隐患的缺点,将使变电站周边的环境处于实时监控之中,节省了人员巡视的成本,提高了变电站的现代化管理水平,对变电站非法人员入侵及破壞的发生起到有效的预警作用,具有极高的社会经济效益。
参考文献：
[1]江智伟.变电站自动化及其新技术[M].北京：中国电力出版社，2006
[2]张延辉;智能变电站同步对时网络优化方案研究[D];华北电力大学（北京）;2011年
[3]李瑞生，李燕斌，周逢全．智能变电站功能架构及设计原则［J］．继电器，2010，38(21)
[4]常康，薛峰，杨卫东．中国智能电网基本特征及技术进展评述［J］．电力系统自动化，2009，33(17)
[5]史添;智能变电站网络结构优化研究[D];华北电力大学（北京）;2011