南昌西门子中国一级代理商通讯电缆供应商

南昌西门子中国一级代理商通讯电缆供应商

 引言
城镇电网改造已大规模展开，在对10kV配网改造中正确地选用分段开关对配电线路进行适当的分段是提高供电性的一个重要技术手段，本文阐述了柱上断路器、负荷开关、隔离开关选择与使用，供大家参考。
1 柱上断路器
主要用于配电线路区间分段投切、控制、保护，能开断、关合短路电流。
1.1油浸断路器
是早期的产品，因开断能力差、油易燃、渗漏、易酿成二次事故而趋于淘汰。
1.2 真空断路器
有箱式、柱式二种，额定电流常为400A、630A，就额定电流而言两者之间价格相差不大，额定开断短路电流有12.5kA、16kA、20kA，机械寿命、额定电流开断10000次以上，额定开断短路电流开断次数30-50次，能频繁操作。按相对地绝缘质来分又可分为油浸绝缘、空气绝缘、SF6绝缘。
1.3 SF6断路器
额定电流常为400A、630A，额定开断短路电流一般至12.5kA，目前有的厂家已有16kA产品，机械寿命、额定电流开断10000次以上，额定开断短路电流开断次数30-50次，适合于频繁操作。
1.4使用提示
1.4.1油浸式断路器虽属于淘汰产品，但电网中或多或少总还存在一些，运行中可取消其短路跳闸功能，作负荷开关使用。
1.4.2注意安装地点短路电流的校验。校验用的短路电流应考虑5-10年的发展变化，真空开关、SF6开关均为免维护产品，安装之后如无大的问题一般考虑在5年后换大修，若短路开断电流小于当地预期短路电流，则易造成开断时开关毁损。
1.4.3选择保护用电流互感器一次额定电流宜比安装点可能出现的大电流大2-3倍，并应配置涌流延时器，若保护CT变比一次电流与安装点大电流相同或相近，即使开关在安装点大电流下运行，因保护稳定范围裕度小而处于不稳定状态，当线路合闸送电时由于配电线路中配变众多，励磁涌流影响可能使开关需多次合闸才能合闸成功，当大的负荷投入启动电流的冲击以及负荷波动的影响都会造成无故障跳闸。电子涌流延时器时间整定可十分，时间整定0-5S可调，一般时间整定应在0.05S以上。
1.4.4在一条线路上不宜过多设置断路器，这是断路器保护无选择性决定的，当线路故障时可能造成多台开关同时动作跳闸，反而影响供电性。
1.4.5FS6开关注意安装之后的气体泄漏检查，尤其是新安装之后的头一二个月。
1.4.6FS6开关不适于安装在寒冷地区，在-20℃以下地区安装时应与厂家协商SF6气体的工作曲线，气体泄漏或液化之后，当开断短路电流时会因电弧重燃引起开关爆炸。
1.4.7选用的断路器宜具备重合功能。由于配电线路点多面广，发生瞬时性的故障机率多，如: 雷击、线间瞬时碰线，而断路器保护对短路电流非常敏感，瞬时动作于跳闸，从而造成用户停电，而人工试送往往又能送出，这样就增加了运行人员的劳动强度，从另一方面讲也反而可能增加了停电时户数，违背了装设断路器隔离故障点、提高供电性的本意。从我局实际运行经验来看，真正故障跳闸并不多见，实现重合功能应是十分必要。实现重合功能一般厂家产品需外接电源（有源）: 有低压电源的可考虑低压直接引入，无低压电源的外挂电压互感器配蓄电池，也有的厂家使用太阳能与蓄电池搭配形式。实现无源重合是从保护CT感应电流取样供给控制器作电源，相对有源由于减少了元器件提高了断路器的性。
1.4.8宜选择断路器与隔离开关组合电器，由于厂家出厂时考虑了操作顺序并相互闭锁，从而减小了误操作的可能性。

2、柱上负荷开关
具有承载、分合额定电流能力，但不能开断短路电流，主要用于线路的分段和故障隔离。
2.1产气式负荷开关
是利用固体产气材料组成的狭缝在电弧作用下产生大量气体形成气吹灭弧，因其结构简单，廉而一度被广泛推广使用。
2.2真空、FS6负荷开关
与真空、SF6短路器外形、参数相似，区别在于负荷开关不配保护CT、不能开断短路电流，但可以承受短路电流、关合短路电流，具有寿命长、免维护特点，机械寿命、额定电流开断次数10000次以上，适合于频繁操作。
2.3使用提示
2.3.1从我局使用来看，产气式负荷开关故障率较高，发生过灭弧罩脱落，多次一开关烧毁，烧毁主要原因是动静触头合闸不能接触，局部接触电阻增大过热引起环氧树脂绝缘子炭化击穿。
2.3.2在带电合闸时产气式负荷开关有时会产生弧光泄漏，影响人身，据厂家介绍开关设计时其灭弧过程主要考虑带电分负荷，当合闸时主辅触头不同步时就易产生弧光外泄。
2.3.3产气式负荷开关灭弧罩需不定期维护，开断满负荷次数20次左右就需检查维修，不如真空式、FS6开关可开断10000次以上，长期运行维护工作量大。
2.3.4产气式负荷开关操作机构可分为挂钩式、引下操作杆式，引下操作杆式安装操作把柄时应加锁而锁具本身需不时换、维护，运行不便。操作柄应安装离地2.5M以上，否则易受外力破坏。
2.3.5真空负荷组合开关现在的价格已与产气时开关相当，而其性、性是产气式负荷开关无法比拟的，在选用时应使用。

3 隔离开关
主要用于隔离电路，分闸状态有明显断口，便于线路检修、重构运行方式，有三联动、单操作两种形式。
3.1使用提示
3.1.1隔离开关能地承载工作电流和短路电流，但不能分断负荷电流，可开合励磁电流不2A的空载变压器、电容电流不的空载线路。
3.1.2隔离开关一般动稳定电流不40kA，选用时应注意校验。
3.1.3隔离开关操作寿命在2000次左右。

住宅小区的"智能化"是社会信息化的必然趋势，是当代科学技术在住宅产业中的综合应用，旨在改善住宅功能，优化居住环境，提高生活质量。如何从实际出发，建设适合国情的智能小区，在此，笔者谈谈在工程实践中的一些认识和体会。

一、四大要素

    "正确的认识、合理的需求定位、优化的设计、规范的实施"是成功地建设一个智能小区的四大要素。

    1）正确的认识

    住宅小区智能化系统的实施是一项技术含量较高的工程，要有一个正确的认识，"智能化是一种拟人化的称呼，它不是智能化系统的简单堆砌，也不是意味着生活的"自动化"，不是新、系统及产品的试验场。因此，业主对"智能化"系统工程的建设，不应盲目追求高标准、提出不切实际的要求或牵强附会，要有一个理性正确的认识。 具体地说，"智能化"在住宅小区中主要是体现在以下三个方面?lt;/P>

    1）提供方便、快捷、经济的信息通信服务：应用计算机网络技术和通信技术，建立小区内的高速数据通信网络，适应信息时代人们多样化的信息通信需要。

    2）创造、舒适的居住环境：应用现代防范技术，建立小区必要的防范体系，同时综合应用各种现代技术手段，营造一个舒适的"居住"环境。

    3）建立、科学、便利的物业管理体系：应用计算机网络技术、软件技术、现代控制技术和IC卡等技术建立网络化物业管理系统。

    2）合理的需求定位

    根据小区的特定条件，包括小区的规模和档次、配套设施、建筑布局、用户对象和投资情况等因素综合考虑，从实际出发，适度前，以实用为目的，选择适合小区实际需要的系统和功能，即"量体裁衣"。

    3）优化的设计

    在合理需求分析的基础上，对适用智能化系统加以优化设计和统筹考虑，寻找经济可行的实现途径，以少的换取大的功效。

    4）规范的实施

    规范的实施包括确定合适的集成商及供货商，分步实施步骤，规范的施工组织计划和安装、调试、试运行、测试、验收程序等。

二、设计

    小区智能化系统的实施与土建工程同步实施，应委托有专项设计资质的设计院或设计顾问公司进行总体策划，包括需求分析、初步设计、投资概算、分步实施步骤。经评审或业主认可后再正式进行施工图设计，施工图设计包括以下内容：

    ●各系统平面施工图设计

    ●各系统的系统图（非原理图）设计及功能说明

    ●与土建配合预留设备用房、管井及孔洞

    ●智能化系统配电设计

    ●工程预算

    ●撰写工程及系统产品招标或议标文件（包括技术及商务两部分）

    ●审核集成商的深化设计图纸（包括安装大样图、机房布置图、端子接线图等）设计文件一方面可作为管线施工图配合土建工程施工，另一方面可提供供货商报价，用以确定系统产品及其供货商，图纸文件和招议标文件一道作为向系统集成商招标的标书，经综合技术经济比较确定系统集成商（即总承包商），单体建筑内部分工程可单委托其供货商负责施工（如相对立的三表计费系统），小区总体工程宜由系统集成商统筹管理和实施。

三、设计思想

    衡量一个住宅小区智能化系统的成功与否，并非仅仅取决于智能系统的多寡、系统的性或集成度，而是取决于系统的设计和配置是否经济合理，使用、管理和维护是否方便，系统及产品是否成熟适用，因此，设计应遵循以下原则：

    * 以人为本 "人"是住宅小区的主体，系统设计应紧紧围绕着人们的实际需求，以"实用、简便、经济、"为原则，同时照顾不同层次、不同年龄用户的需要，满足"居住"这一特定使用功能。

    * 适用性 当今科技发展，可应用于住宅小区的技术和产品层出不穷，设计选用的系统和产品都应能使用户得到实实在在的受益，满足近期使用和远期发展的需要。在多种实现途径中，选择简便、经济可行的途径。

    * 可行性 以现有成熟的系统和产品为对象设计，同时还考虑周边信息通信环境的现状和技术发展的趋势，并兼顾主管部门归口管理的要求，使设计的方案现实可行。

    * 性 系统的设计和产品的选用在投入使用时应具有一定的技术性，但不盲目追求尚不成熟的新技术或不实用的新功能，以充分保护业主的投资。

    * 性 系统的设计应具有较高的性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备恢复的功能。

    * 标准化、开放性 标准化、开放性是信息技术发展的必然趋势，在可能的条件下，设计中采用的产品都尽可能是标准化、具良好开放性的，并遵循上通行的通信协议。应用软件尽量采用已商品化的通用软件，以减少二次开放的工作量和利于日后的使用和维护。

    * 可扩充性系统设计中应考虑今后技术的发展和使用的需要，具有新、扩充和升级的可能，同时还应考虑系统的分步实施步骤。

    * 方便易用性小区智能化系统是面向各种文化层次包括老人和孩子使用的系统，系统及功能的配置以能给用户提供方便、快捷、舒适为准则，其操作应简便易学。

四、分步实施

    "智能化"系统的实施不同于机电设备的安装，应与土建工程同时进行，但也并不是要求全部系统和设备一步到位实施，是可以分阶段逐步实施的，现结合某工程实例介绍如下：

    1）需与土建同时实施的工程

    ●综合布线系统中的水平布线子系统管线敷设；

    ●可视对讲系统管线敷设；

    ●室内防范系统管线敷设；

    ●三表自动计费系统管线敷设；

    ●电话管线敷设；

    ● 有线电视管线敷设。

    2）土建完工后装修前实施的工程

    ●综合布线系统中的主干布线子系统和信息插座的安装；

    ●上述子系统的其余安装工程；

    ● 闭路电视监控系统管线及设备安装。

    3）需与小区地下室及裙楼土建同时实施的工程

    ●停车场自动管理系统感应线圈及管线预埋

    ●巡管理系统室内管线预埋

    ●LED电子公告栏系统管线预埋

    ● 综合布线系统中的水平布线子系统埋墙管线预埋 （其它管线可在装修阶段走吊内敷设）

    4）小区广场施工前实施的工程

    ●一卡通管理系统管线敷设；

    ●小区设备监控系统室外管线；

    ●综合布线系统建筑群布线子系统；

    ●可视对讲系统网络管线；

    ●三表自动计费系统网络管线；

    ●闭路电视监控系统室外管线；

    ●巡管理系统室外管线敷设；

    ●公共广播系统管线敷设。

    5）土建工程全部完工后实施的工程

    ●信息服务服务器、数据备份等设备及系统软件安装；

    ●各系统主机设备、机房线路及软件安装；

    ●各系统调试；

    ●各系统试运行（通常为45天）；

    ●分系统验收及总验收。

    6）工程交付使用后逐步完善的工作

    ●应用软件的二次开发和逐步完善；

    ●网页建立、新及系统维护。

五、系统集成商及供货商的选择

    1）系统集成商的选择

    工程能否依照业主和设计的意图顺利实施，系统集成商的作用十分关键，因此其选择一定要慎重，通常采用招（议）标方式来确定系统集成商，衡量的主要指标如下：

    ●公司具有一定的规模，技术、管理及施工人员配备齐全，人员素质良好；

    ●公司业绩、工程经验、经营情况和商业信誉良好；

    ● 工程及产品性能价格比报价合理（非取胜）。

    2）供货商的选择

    供货商的选择标准如下：

    ●公司业绩、工程经验、经营情况和商业信誉良好；

    ●产品具备有关行业主管部门的和销售；

    ●产品技术、开放、成熟、；

    ●产品具备产地明、出厂检验合格、进货渠道正常；

变电站自动化系统在实现控制、监视和保护功能的同时，为了实现不同厂家的设备达到信息共享，使变电站自动化系统成为开放系统，还应具有互操作性。为此，电工（IEC）了变电站内通信网络和系统标准体系-IEC 61850。文章在分析IEC 61850标准的信息分层、面向对象的数据对象统一建模、数据自描述和抽象通信服务映射等概念的基础上，提出了一种符合IEC 61850标准的变电站内通信系统的框架模型。同时，遵循面向对象建模和抽象服务映射的思想，对变电站内智能电子设备（IED）统一硬件平台设计和软件系统的实现方法以及应该注意的相关问题进行了详细讨论，为变电站自动化系统的互操作性、可扩展性和高性要求的实现提供了依据。
    关键词：变电站自动化系统；通信系统；IEC 61850通信标准；互操作性；面向对象建模；智能电子设备

 引言
    变电站自动化系统的功能除控制、监视和保护3大功能外，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能[1]。
    采用变电站自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备（Inbbbligent Electronic Device，IED）组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。这样既提高了系统的经济性，又改善了性。因此，变电站集成和自动化已成为电力降低安装、维护和运行成本的有效途径。
    在变电站自动化系统集成过程中面临的大障碍是不同厂家的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外的硬件（如规约转换器）和软件来实现IED互联，还要对用户进行培训，这在很大程度上削弱了变电站实现自动化的优点和意义。因此变电站自动化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可扩展性和高性等性能。这在以往系统分析和设计过程中通常是被忽视的。
    互操作性，即同一厂家或不同厂家的多个IED要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的能力。设备的互操作性可以大限度地保护用户原来的软硬件投资，实现不同厂家产品集成。
    可扩展性，这就要求系统在设计时，软件系统和硬件系统都尽可能采用模块化设计方法，方便未来的系统扩展，同时要求通信接口标准化，系统具有开放性。
    高性，系统应具有冗余结构，特别是作为系统数据通道的通信系统和人机界面的监控主站应具有互相立的冗余配置。在故障情况下，冗余的通信系统和监控主站应该可以在系统不停止工作的情况下进行热切换，以保证系统执行相应的保护和自动控制任务。
    IEC在充分考虑上述变电站自动化系统的功能和要求，特别是互操作性要求的基础上，了变电站内通信网络与系统的通信标准体系¾¾IEC 61850标准。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为不同厂商的IED实现互操作和系统无缝集成提供了途径。
2  IEC 61850 标准简介
2.1  IEC 61850标准的主要内容
    在20世纪90年代初，欧洲和美国同时开展了这方面的研究工作，并了相应标准[2,3]。为了避免两个标准冲突，在IEEE和IEC的共同协调下，IEC决定以UCA 2.0 数据模型务为基础，将UCA的研究结果纳入IEC标准，建立世界范围的统一标准¾¾IEC 61850，并于1999年3月提出了草案版本。IEC 61850标准草案主要包括的系列文档如图1所示。

    就概念而言，IEC 61850标准草案主要围绕以下4个方面展开：   
    （1）功能建模  从变电站自动化通信系统的通信性能（PICOM）要求出发，定义了变电站自动化系统的功能模型（Part 5）。
    （2）数据建模  采用面向对象的方法，定义了基于客户机/服务器结构的数据模型（Part 7-3/4）。
    （3）通信协议  定义了数据访问机制（通信服务）和向通信协议栈的映射，如在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到MMS（IEC 61850-8-1）。在间隔层和过程层之间的网络映射成串行单向多点或点对点传输网络（IEC 61850-9-1）或映射成基于IEEE 802.3标准的过程总线（IEC 61850-9-2）（Part 7-2，Part 8/9）。
    （4）变电站自动化系统工程和一致性测试 定义了基于XML（Extensible Make up Lange）的结构化语言（Part 6），描述变电站和自动化系统的拓扑以及IED结构化数据。为了验证互操作性，Part 10描述了IEC 61850标准一致性测试。
2.2  IEC 61850标准的主要特点
2.2.1  信息分层
    变电站通信网络和系统协议IEC 61850标准草案提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口，如图2所示。

2.2.2   面向对象的数据对象统一建模
    IEC 61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机/服务器结构数据模型。每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信而言，IED同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽象通信服务接口（ACSI）务器通信可访问数据对象，如图3所示。

2.2.3  数据自描述
    与IEC 60870-5系列标准采用面向点的数据描述方法不同，IEC 61850标准对于信息均采用面向对象的自描述。
    采用“面向点”的数据描述方法，在信息传输时数据收发双方事先对数据库进行约定，并一一对应，这样才能正确反应现场设备的状态。协议一旦确立以后，如果要增加或某些信息就对协议进行修改，这是一项耗费资金和时间的工作。随着技术发展、电力市场的建立和变电站自动化水平的提高，变电站内需要传输的新信息不断增加，这种数据描述方法已不大适应，因而使新功能的应用受到限制。
    面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作。由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作。为此，IEC 61850标准提供了一整套面向对象的数据自描述方法。
    （1）IEC 61850 对象名称  标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则。
    （2）IEC 61850通信服务  标准采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，和设定对象值的通信服务，对象表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等。
2.2.4  抽象通信服务接口（ACSI）
    IEC 61850标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，设计了立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（Abstract Communi-cation Service Interface，ACSI）。在IEC 61850-7-2中，建立了标准兼容服务器所提供的通信服务的模型，包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、数据模型和数据集模型。客户通过 ACSI，由通信服务映射（Specific Communi-cation Service Map，SCSM）映射到所采用的具体协议栈，如制造报文规范（Manufacturing Message Specification，MMS）等。IEC 61850标准使用ACSI和SCSM技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动SCSM，而不需要修改 ACSI。
3 基于IEC 61850标准的变电站内通信系统框架模型
    作为变电站自动化通信网络和系统的标准，IEC 61850主要强调面向对象的建模和对基于客户机/服务器结构的应用数据交换的定义。一典型变电站自动化系统的通信系统框架模型如图4所示。

    （1）物理层/数据链路层
    选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于主流地位。另外，随着快速以太网、G-比特以太网技术逐步成熟，对变电站自动化应用而言，网络带宽已不再是制约因素，由冲撞引起的传输延时随机性问题已淡化。
    曾有一种观点，认为因以太网具有载波侦听多路访问（CSMA/CD）的本质，其对“实时”信息传输造成延迟的随机性无法预测，因而不能满足实时系统的需要。因为两个或多个以太网节点同时访问共享的传输介质局域网（LAN）时会造成数据冲突，此时所有冲突的节点会按退避算法（backoff algorithm）随机延迟一定的时间，然后试图重新访问介质，以获得介质的访问权。这样就无法确切地估计冲突节点所需的随机等待时间，因而有可能造成 “实时”信息传输无效。
    为了定性地说明这一问题，美国电力研究院（EPRI）对此进行了研究，在特定的“恶劣”情形下对比了以太网和12M令牌传递Profibus网的性能。研究结果表明，通过交换式HUB连接的10M以太网能够满足变电站自动化系统网络通信“实时”性的要求，并且以太网快于12M令牌传递 Profibus网络[4]。
    （2）网络层/传输层
    选择事实标准的TCP/IP协议作为站内IED的高层接口，实现站内IED的Intranet/Internet化，使得站内IED的数据收发都能以 TCP/IP方式进行。这样，监控主站或远方调度采用TCP/IP协议就可以通过广域网（WAN）甚至Internet获得变电站内的数据。同时，采用标准的数据访问方式可以保证站内IED具有良好的互操作性。
    （3）应用层
    选择制造报文规范（MMS）[5]作为应用层协议与变电站控制系统通信。所有IED中基于IEC 61850建立的对象务模型都被映射成MMS中通用的对象务，如数据对象的读、写、定义和创建以及文件操作等。MMS对面向对象数据定义的支持，使该数据自描述成为可能，改变了传统的面向点的数据描述方法。因数据本身带有说明，故传输可不受预先定义的限制，简化了数据管理和维护工作。
    以太网通信标准和MMS结合，加之IEC 61850的应用描述，是将变电站自动化系统变成开放系统的一可能实现的途径[6]。
4  IED统一硬件平台设计
    考虑IED本身的功能，以及可扩展性和性的要求，IED硬件设计采用可组态的模块化设计方法，按功能划分各个模块，主要包括模拟量输入输出模块，开关量输入输出模块，人机接口模块（MMI），通信模块（COM）和主控模块（CPU），如图5所示。

    模块和模块之间的数据通信通过内部高速总线实现。由于各模块都具有一定的智能化处理能力，可以对信号的输入输出进行一定的预处理，减轻主控模块的负担，使其专注于数据处理、故障判断和任务调度。同时，采用这种模块化的设计方法，使得IED具有可扩展性，可以根据客户的需要添加相应模块，为IED的高提供了可能。而且这种模块化的设计方法可以随技术的发展而换相应模块，大限度地保护了用户已有的投资，实现产品的升级换代。
    在该平台上直接与IEC 61850标准相关的模块主要是负责信息处理和网络通信的模块，即通信模块。此通信模块设计时处理好CPU处理速度、RAM的容量和ROM的容量等。
    在实际设计过程中，将主控模块和通信模块合二为一，选用Motorola公司集成了以太网控制器的32位芯片MPC 860。通信模块中层和LLC层功能由MPC 860中的以太网控制器实现，而10/100M自适应以太网收发器芯片LXT 970则实现与通信介质接口和驱动等功能。在通信模块中实现庞大的TCP/IP协议栈和MMS，需要较大的存贮空间，因此，程序存储器和数据存储器分别采用大容量的Flash 29F040和SRAM KM416S1020B以适应应用的需要。主控模块和通信模块的硬件结构如图6所示。

5  IED软件系统设计
5.1  IED功能模块的实现
    实现IEC 61850的、难点在于软件设计。它主要涉及两个方面的内容：在变电站层的监控主站系统上实现与IEC 61850相关的功能；在间隔层IED上实现保护、控制，尤其是在间隔层的IED的通信模块中实现TCP/IP、MMS、XML等技术。本文主要讨论 IED中软件系统的实现。
    IED软件设计也是按功能划分进行模块化设计的，使得软件具有可裁剪性，也便于功能扩充。按功能划分主要可分为：数字信号处理元件、数据处理元件、继电保护元件、可编程的数字量输入输出元件、事件捕获元件、人机接口元件和通信元件。
    不同于以往一般的微机保护监控装置，IEC 61850标准中为了实现互操作性和可扩展性，采用了面向对象的建模技术，定义了数据模型和设备模型以及描述数据对象的方法及一套面向对象的服务。所以， IED软件设计除了要实现测量、保护和控制功能外，还应充分考虑并遵循这些要求。按照IEC 61850-5定义的逻辑节点模型，采用面向对象分层描述方法描述电流速断保护逻辑节点，如图7所示。

5.2  IED通信模块的实现
    IED应具有强大的网络通信功能，以实现符合IEC 61850标准的通信系统框架，因而通信模块的实现显得尤为重要。在间隔层的IED中实现上节所述功能，同时在通信模块中实现TCP/IP、MMS、 XML等技术，特别是在IED中的单片机或DSP上实现这些技术，是有相当难度的。尤其是TCP/IP协议的处理任务繁杂，并且还要求有很高的实时性。
    嵌入式实时操作系统（RTOS）的出现，为此类的实现提供了便捷方法。因此，IED软件设计采用了Windriver公司的嵌入式实时操作系统（RTOS）VxWorks，利用RTOS提供的多机制以及任务之间的通信和互斥等机制来进行任务的管理和调度。同时，VxWorks还提供了与 BSD 4.4版本基本兼容而实时性方面有很大提高的TCP/IP协议栈。
    所以，IED软件设计是由嵌入式RTOS及其上的TCP/IP软件模块以及应用程序模块构成，如图8所示。
    上述变电站内通信网络模型中物理层和数据链路层功能由以太网收发器和集成在CPU中的以太网控制器实现。网络层TCP/IP协议的实现则须调用Vxworks中的TCP/IP协议栈。

6  结束语
    文章在分析了IEC 61850标准的信息分层、面向对象的数据对象统一建模、数据自描述和抽象通信服务映射等概念的基础上，提出了变电站自动化通信系统框架模型，同时遵循 IEC 61850标准，对IED硬件系统和软件系统具体实现方法及应该注意的相关问题进行了讨论，为变电站自动化系统互操作性、可扩展性和高性的实现提供了可行依据。
    但由于受到目前技术条件的限制，本文对IED硬件平台中通信模块10M/100M的自适应、双网冗余设计及其切换策略，以及倍受关注的变电站中过程层自动化实现的软、硬件方案等均未涉及，这也是今后需要进一步研究的。