? ? ? ?20世紀(jì)90年代中期以來，分層分布式的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在我國電力系統(tǒng)逐步得到推廣和應(yīng)用。許多變電站都實(shí)現(xiàn)了無人值班，變電站運(yùn)行與管理的安全可靠性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)得到了大幅度提升。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步和運(yùn)行水平的提高，常規(guī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸暴露出一些不足之處，歸納起來有以下四個(gè)方面。

?一、二次設(shè)備之間互操作性差

? ? ???互操作性是指來自同一廠家或不同廠家的設(shè)備之間交換信息和正確使用信息協(xié)同操作的能力。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展初期，人們就期待解決不同生產(chǎn)廠家二次設(shè)備之間的互操作問題。但是在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，各種通信規(guī)約都基于串口通信機(jī)制。這些規(guī)約的應(yīng)用功能比較有限，各廠家為了滿足應(yīng)用的要求對規(guī)約進(jìn)行了各自的擴(kuò)展。由于對規(guī)約的理解不同，各廠家的設(shè)備相互之間并不完全兼容，導(dǎo)致不同廠家的設(shè)備之間不能真正實(shí)現(xiàn)互操作。

? ? ???為了實(shí)現(xiàn)各種裝置之間互操作，20世紀(jì)90年代初期國際電工委員會開始制定IEC 60870系列標(biāo)準(zhǔn)，到最終完成制定經(jīng)過了 10年時(shí)間。?

? ? ???以變電站內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備通信采用的IEC 60870 -5 -103為例，該標(biāo)準(zhǔn)存在的不足主要有：

? ? ???（1） IEC 60870 -5 -103標(biāo)準(zhǔn)是基于RS232/485串行通信，本質(zhì)上是一種 問答式規(guī)約。而2000年及以后各廠家推出的第二代分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)通信的，不能完全采用IEC 60870 -5 -103標(biāo)準(zhǔn)。為了提高變電站中重要信息的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，需要增加設(shè)備主動(dòng)傳輸重要事件的通信機(jī)制。但是，不同廠家對這一機(jī)制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案存在相當(dāng)差異，妨礙了設(shè)備之間互操作的實(shí)現(xiàn)。

? ? ???（2） 國際電工委員會在制定IEC 60870-5 -103標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提出了繼電保護(hù)裝置通過釆用通用報(bào)文來實(shí)現(xiàn)“自我描述”的概念，但是沒有同時(shí)給出通用報(bào)文具體應(yīng)用時(shí)的指導(dǎo)性規(guī)范。為了與此前開發(fā)并已實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備相兼容， 等同采用該標(biāo)準(zhǔn)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在其附錄中補(bǔ)充了很多不符合互操作性原則的專用報(bào)文，造成了無法解決的互操作性問題。

? ? ???因此，IEC 60870-5 -103在工程應(yīng)用中沒有達(dá)到預(yù)期的互操作性，不同廠商的設(shè)備之間仍需要通過大量的協(xié)議轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

? ? ???另外，20世紀(jì)90年代中期分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)開始在國內(nèi)應(yīng)用，但是直到1999年國內(nèi)才開始采用IEC 60870 -5標(biāo)準(zhǔn)，二次設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施的進(jìn)度滯后于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。目前在運(yùn)的變電站中， 仍有大量變電站的二次設(shè)備之間的互連是采用“廠方協(xié)議”來實(shí)現(xiàn)的。不同廠家之間的通信協(xié)議不統(tǒng)一。甚至同一廠家應(yīng)用于不同地區(qū)或同一地區(qū)不同時(shí)期建設(shè)的變電站，本廠家設(shè)備之間的互連協(xié)議都可能存在差別，這種差別嚴(yán)重 妨礙了設(shè)備之間的互操作。

? ? ???綜上所述，由于通信規(guī)約本身的問題，加上各制造廠對規(guī)約的理解和擴(kuò)展不同，導(dǎo)致相互之間不能完全兼容。為實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互聯(lián)，不得不采用大量的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換。這一方面增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，影響了信息傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?；另一方面增加了系統(tǒng)成本和設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)的難度，同時(shí)工程改擴(kuò)建、設(shè)備選型受到很大約束，不利于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的長期維護(hù)和運(yùn)行。

二、信息難以實(shí)現(xiàn)共享

? ? ???目前變電站內(nèi)的主要系統(tǒng)有：①基于RTU/測控單元的SCADA系統(tǒng); ② 基于同步相量測量PMU的廣域測量 WAMS ( Wide Area Monitoring System) 系統(tǒng)；③基于保護(hù)裝置、故障錄波器的故障信息管理系統(tǒng)；④基于變電站 “五防”的防誤操作閉鎖系統(tǒng)；⑤電能計(jì)量系統(tǒng)；⑥電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng); ⑦一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)等。

? ? ???這些系統(tǒng)大多在不同階段建設(shè)，相互之間是獨(dú)立的，產(chǎn)生了很多問題: ①各個(gè)系統(tǒng)自成體系，管理和維護(hù)分屬于不同的部門；②通信線路重復(fù)投 資、重復(fù)建設(shè)；③整體可靠性差，不利于安全生產(chǎn)；④各個(gè)系統(tǒng)之間硬件重 復(fù)配置，二次接線復(fù)雜，投資成本大、維護(hù)量大，維護(hù)困難；⑤各系統(tǒng)的裝 置針對各自的應(yīng)用研發(fā)，相互之間不能實(shí)現(xiàn)兼容與信息共享，形成了各種 “信息孤島”現(xiàn)象；⑥設(shè)備配置冗余，卻不能實(shí)現(xiàn)信息應(yīng)用的冗余。

? ? ???隨著電力企業(yè)的應(yīng)用需求不斷增加，基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)思想的各種設(shè)備數(shù)量仍 將增多，信息孤島林立，極大地妨礙了信息的有效應(yīng)用。

? ? ???網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接入和共享其他一些有用信 息成為可能。為減少設(shè)備重復(fù)投資，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理效率，需要對變 電站各種信息的對象進(jìn)行統(tǒng)一建模，把分屬于不同技術(shù)管理部門、各自相對獨(dú) 立發(fā)展的多個(gè)系統(tǒng)的信息整合、集成到一起，使信息在不同的技術(shù)管理部門之 間得到充分共享，從而達(dá)到減少設(shè)備重復(fù)投資、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理效率 的目的。

三、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差

? ? ???隨著IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)的通信、嵌入式應(yīng)用 等技術(shù)的更新速度比變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(一般認(rèn)為其更新周期應(yīng)在12年以 上)的更新速度快得多。而IEC 61850之前的各種通信規(guī)約沒有將系統(tǒng)應(yīng)用與 通信技術(shù)進(jìn)行分層處理，系統(tǒng)應(yīng)用無法適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展 以及設(shè)備的升級更新。可以說，以前的通信規(guī)約制約了新技術(shù)、新裝置的進(jìn)一 步應(yīng)用O

? ? ???常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在系統(tǒng)擴(kuò)建或更新設(shè)備時(shí)需要付出很大的附加成 本。在變電站增加間隔、更換測控裝置或繼電保護(hù)裝置時(shí)，由于通信接口和通 信協(xié)議存在差別，往往需要增加規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備，并且需要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，甚至 還可能需要更改自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫定義并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，釆用不同廠 家的設(shè)備更新時(shí)更加困難。因此，以前的通信規(guī)約不利于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的 長期安全運(yùn)行和維護(hù)。

四、二次電纜回路安全隱患多

? ? ???在常規(guī)變電站中，雖然繼電保護(hù)、測控裝置以及計(jì)量電表等二次設(shè)備實(shí)現(xiàn) 了數(shù)字化，但這些裝置之間以及裝置與斷路器、互感器之間仍然采用電纜進(jìn)行 連接，開關(guān)場至保護(hù)小室之間存在大量的二次電纜，用來傳輸電壓和電流模擬 量、斷路器和隔離開關(guān)位置等狀態(tài)量以及控制命令。實(shí)際運(yùn)行中，由于電纜二 次回路接地狀態(tài)無法實(shí)時(shí)監(jiān)測，二次回路兩點(diǎn)接地的情況時(shí)有發(fā)生，有時(shí)會造 成繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作。在二次電纜比較長的情況下，電容耦合等干擾也可能 引起二次設(shè)備運(yùn)行異常。因此，二次電纜實(shí)際上構(gòu)成了變電站安全運(yùn)行的重要 隱患。

? ? ???近年來，電子式互感器及智能斷路器等新型設(shè)備的日趨成熟，以及高速以 太網(wǎng)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，為變電站信息的釆集、傳輸實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化處理 提供了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)，采用以太網(wǎng)代替二次電纜成為可能。電子式互感器、 智能斷路器的應(yīng)用需求是制定IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)過程層部分的重要?jiǎng)恿Α?/p>

? ? ???以上問題表明，為實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互操作和信息共享，已出現(xiàn)制定新 一代通信標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)烈需求。為此，國際電工委員會制定了 IEC 61850《變電站 通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)(簡稱IEC 61850標(biāo)準(zhǔn))，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為未來變 電站自動(dòng)化領(lǐng)域的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。