智能變電站的一次設(shè)備智能在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘 要】一次設(shè)備在線監(jiān)測和智能診斷技術(shù)是智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)，本文分析了智能化在線監(jiān)測技術(shù)的特點，然后遵循模塊化，網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化等設(shè)計原則，提出了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)階段可行的全站統(tǒng)一平臺的智能在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。

【關(guān)鍵詞】在線監(jiān)測；智能變電站；IEC61850；通信

一、在線監(jiān)測和智能診斷技術(shù)簡介

一次設(shè)備的絕緣老化的發(fā)展具有統(tǒng)計性，速度難以預(yù)測，大多有一定的發(fā)展期。前期表現(xiàn)為設(shè)備的物理，化學(xué)，電氣等特性變化的征兆，通過對獲取的信息進(jìn)行分析和處理，可對設(shè)備的可靠性做出預(yù)測和判斷，從而及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障，為設(shè)備的檢修提供依據(jù)。

目前，國網(wǎng)提出了建設(shè)以信息化，數(shù)字化，自動化，互動化為基本技術(shù)特征的堅強智能電網(wǎng)，在變電環(huán)節(jié)要求建設(shè)智能變電站，需要安裝智能化設(shè)備，這都對變電站設(shè)備的選擇，數(shù)據(jù)的采集，通信，分析，和控制環(huán)節(jié)提出了智能化的要求。智能化設(shè)備要求具有信息就地處理能力，并可實現(xiàn)對設(shè)備健康狀況的自我檢查。智能變電站一次設(shè)備的在線監(jiān)測和診斷技術(shù)通過安裝傳感器對設(shè)備的實時狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析，并進(jìn)行設(shè)備的安全評估和故障診斷。目的是為了實現(xiàn)變電站智能化及無人值班。

二、在線監(jiān)測和智能診斷技術(shù)特點

在線監(jiān)測技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代初，最近10年來，隨著計算機通信技術(shù)，微處理器技術(shù)，故障診斷技術(shù)和多傳感器信息融合技術(shù)的發(fā)展，一次設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)達(dá)到了實用化階段并不斷進(jìn)步。目前其研究重點轉(zhuǎn)移到監(jiān)測項目完善，研究符合智能電網(wǎng)建設(shè)需求的智能變電站在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)。

智能變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)在原有在線監(jiān)測技術(shù)上的改進(jìn)如表所示。

功能和特點智能在線監(jiān)測系統(tǒng)。原有在線監(jiān)測系統(tǒng)

通信規(guī)約RS485/CAV/TCP/IP等不統(tǒng)一統(tǒng)一采用IEC61850

設(shè)計原則面向監(jiān)測對象，監(jiān)測功能組件化面向監(jiān)測功能，按監(jiān)測規(guī)劃

監(jiān)測項目形式集成式，全景式，相互關(guān)聯(lián)單一，孤立，分散

故障診斷形式綜合診斷按監(jiān)測項目各自診斷

監(jiān)測系統(tǒng)形式集成化，一體化各自獨立的監(jiān)測系統(tǒng)的組合

服務(wù)器數(shù)量一個多個

數(shù)據(jù)存儲使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)格式，存儲分散的數(shù)據(jù)存儲

信息展現(xiàn)方式一個系統(tǒng)界面和用戶界面不同的系統(tǒng)界面和用戶界面

（1）信息共享平臺化。支持信息一體化平臺化的要求，站內(nèi)數(shù)據(jù)信息共享；滿足集中監(jiān)控，順序控制，狀態(tài)檢修等要求；站控層一體化平臺和電力數(shù)據(jù)網(wǎng)相連。

（2）信息展現(xiàn)一體化。站內(nèi)系統(tǒng)信息平臺把經(jīng)過整合的信息資源展現(xiàn)給用戶，提供給用戶最全面的全方位監(jiān)測和故障診斷信息，大大提高了信息系統(tǒng)的效率。

（3）監(jiān)測目標(biāo)全景化。對整個變電站關(guān)鍵設(shè)備包括變壓器，開關(guān)設(shè)備等進(jìn)行全面的狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)全景化

（4）系統(tǒng)構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為站控層，間隔層，過程層三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)按照IEC61850協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)化控制。

（5）設(shè)備狀態(tài)可視化。系統(tǒng)基于自監(jiān)測信息和經(jīng)由信息互動獲得的設(shè)備其他信息，通過智能組件的自診斷，以智能電網(wǎng)其他相關(guān)系統(tǒng)可辨識的方式表述自診斷結(jié)果，使設(shè)備狀態(tài)在電網(wǎng)中是可觀測的。

（6）全站信息數(shù)字化。對高壓設(shè)備本體或部件進(jìn)行智能控制所需設(shè)備狀態(tài)參量及進(jìn)行就地數(shù)字化測量。測量結(jié)果可根據(jù)需要發(fā)送至站控層網(wǎng)絡(luò)或/和過程層網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備狀態(tài)參量包括開關(guān)設(shè)備分合閘狀態(tài)，OLTC分接位置等。

（7）監(jiān)測功能模塊化。監(jiān)測功能可根據(jù)需求對監(jiān)測項目進(jìn)行靈活配置，各監(jiān)測功能模塊基于統(tǒng)一的通信協(xié)議，具有即插即用得特點。

（8）通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。全站實現(xiàn)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（IEC61850標(biāo)準(zhǔn)）站控層具有智能高級應(yīng)用，可以向外部提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口。

三、智能變電站在線監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)設(shè)計方案

一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與智能診斷技術(shù)是實現(xiàn)智能變電站建設(shè)的核心內(nèi)容和關(guān)鍵支撐技術(shù)。一次設(shè)備在線監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)的設(shè)計要遵循平臺化，一體化，全景化，網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化，模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)置針對各類變電站一次設(shè)備的智能匯控柜，將各監(jiān)測組件，控制組件以及合并單元等按模塊化的標(biāo)準(zhǔn)組件形式實現(xiàn)全景式的在線診斷與智能診斷。

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與評估系統(tǒng)是為了適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)要求而研發(fā)的新型設(shè)備，它通過先進(jìn)的傳感技術(shù)，數(shù)字化技術(shù)，嵌入式計算機技術(shù)，廣域分布通信技術(shù)，在線監(jiān)測技術(shù)和故障診斷技術(shù)實現(xiàn)了各類電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時感知，監(jiān)視，分析，預(yù)測，故障診斷和評估。該系統(tǒng)的建設(shè)對推動智能電網(wǎng)建設(shè)具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

實際工程應(yīng)用中，變壓器智能匯控柜作為變壓器的智能化裝置，主要有嵌入式處理器（主IED），色譜微水監(jiān)測智能組件，局部放電監(jiān)測智能組件，套管絕緣監(jiān)測智能組件，工況信息監(jiān)測智能組件，繞組溫度光纖監(jiān)測智能組件，冷卻單元監(jiān)測智能組件，有載開關(guān)監(jiān)測智能組件及光纖交換機組成，并可根據(jù)需要擴展其他監(jiān)測智能組件。各智能組件均采用無風(fēng)扇冷卻方式以提高可靠性，采用上架式19英寸標(biāo)準(zhǔn)機箱，安裝在匯控柜內(nèi)。GIS智能匯控柜作為斷路器和GIS的智能化裝置，主要由嵌入式處理器（主IED），局部放電監(jiān)測智能組件，斷路器動作特性監(jiān)測智能組件，SF6微水及密度監(jiān)測智能組件，光纖交換機等組成。各智能組件均采用無風(fēng)扇冷卻方式設(shè)計以提高可靠性，采用上架式19英寸標(biāo)準(zhǔn)機箱，安裝在匯控柜中。

各主IED將依據(jù)獲得的電力設(shè)備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術(shù)的綜合評估模型，結(jié)合設(shè)備的參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性，運行歷史記錄和環(huán)境因素，對電力設(shè)備工作狀態(tài)和剩余壽命作出評估；對已經(jīng)發(fā)生，正在發(fā)生或可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報，判斷和分析，明確故障的性質(zhì)，類型，程度，原因，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果。提出控制故障發(fā)展和消除故障的有效對策，達(dá)到避免電力設(shè)備事故發(fā)生，保證設(shè)備安全，可靠，正常運行的目的。

四、結(jié)語

智能變電站是變電站發(fā)展的必然趨勢，其最終實現(xiàn)尚需要較長的時間。結(jié)合ＩＥＣ６１８５０發(fā)展情況與變電站的工程實踐現(xiàn)狀，給出了現(xiàn)階段切實可行的在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案，為今后智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)提供了參考和借鑒。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)逐步實現(xiàn)在線監(jiān)測與測控、保護(hù)等功能的一體化以及一次設(shè)備與智能組件的最終融合。

參考文獻(xiàn)

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[Ｍ].北京:中國電力出版社，２０１０

[2]王昌長，李福祺，高勝友.電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷[Ｍ].北京:清華大學(xué)出版社，２００６．

[3]鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應(yīng)用[Ｍ].北京:中國電力出版社，２０１０