基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的智能溫度測控體系架構(gòu)研究*

馮俊琨，陳 榮，卓玉潔，王黎光，馬嘯宇

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州 611231）

1 研究背景

2007年10月，東北電網(wǎng)公司啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，到2009 年5 月國家電網(wǎng)提出建設(shè)堅強智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略[1]，堅強智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略涵蓋了發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)[2]。通過十余年的建設(shè)發(fā)展，輸電、變電、配電、用電和調(diào)度五個環(huán)節(jié)得到了飛速的發(fā)展，而作為電力系統(tǒng)最重要環(huán)節(jié)的發(fā)電部分智能化改造卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后，僅有一些大型發(fā)電廠進行了部分智能化改造。四川作為水電大省，水電站受水能資源分布影響[3]，中小型水電站數(shù)量眾多，中小型水電站受水電廠自動控制需要測控管理的對象眾多、市場上未提供成熟的解決方案和足夠的智能化設(shè)備[4]、制造企業(yè)智能化改造成本壓力大[5]等因素影響，中小型水電站智能化改造幾乎處于空白狀態(tài)。

2 現(xiàn)狀分析

溫度是水電站運行狀況檢測的一項重要指標(biāo)，發(fā)電機組的定子線圈及鐵芯、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、推力軸承、水導(dǎo)軸承等地方均需要進行測溫，每臺機組測溫點基本都在十個以上。目前采用的測溫方式，是將測溫電阻直接通過硬接線的方式接到單點表或巡檢表上，通過單點表或巡檢表將測溫電阻回路的電信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)溫度，再利用硬接點的方式開入到機組LCU，這種方式存在機組LCU 開入接點多、二次接線煩瑣且長、接線之間存在相互干擾、不滿足智能電網(wǎng)“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”的技術(shù)要求[6]等缺陷。

3 體系架構(gòu)

3.1 設(shè)備架構(gòu)現(xiàn)狀

目前，水電站溫度測控系統(tǒng)都配有定檢儀和巡檢儀，定檢儀用來測控某些重要位置的單個溫度，巡檢儀巡回檢測顯示多個位置的溫度。下面根據(jù)某個小型水電站溫度測控系統(tǒng)進行分析，該電站配有五個定檢儀和一個巡檢儀，定檢儀與巡檢儀置于主廠房的測溫制動屏內(nèi)（目前水電站普遍采用）。五個定檢儀分別對上導(dǎo)軸承、推力軸瓦、推力油槽、下導(dǎo)軸承、下支架油槽進行溫度測控，然后定檢儀將上導(dǎo)軸承溫度升高、推力軸瓦溫度升高、推力油槽溫度升高、下導(dǎo)軸承溫度升高、下支架油槽溫度升高開出到機組LCU進行溫度升高報警，將上導(dǎo)軸承溫度過高、推力軸瓦溫度過高、推力油槽溫度過高、下導(dǎo)軸承溫度過高、下支架油槽溫度過高開出到機組LCU 進行溫度過高停機。巡檢儀對上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承及六個定子槽間測溫點進行溫度測控，將溫度升高信號開出到機組LCU報警，將溫度過高信號開出到機組LCU進行停機。本測溫系統(tǒng)共計使用3芯電纜3根約40 m，使用5芯電纜1根約7 m，使用7芯電纜7根約90 m，使用11芯電纜2根約26 m，機組LCU開入點11個，存在二次電纜接線長、機組LCU開入點多等缺點。傳統(tǒng)溫度測控示意圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)溫度測控示意圖

3.2 智能化結(jié)構(gòu)改造

目前已有專家提出，在發(fā)電機組上增加一個發(fā)電機組本體端子箱，將溫度定檢儀和巡檢儀安裝于本體端子箱上，發(fā)電機組廠家可將上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子槽間等所有測溫點直接接入定檢儀或巡檢儀，二次電纜接線明顯縮短，相互之間干擾減小。僅此仍不能滿足智能電網(wǎng)的需求，國內(nèi)智能變電站的體系架構(gòu)多采用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)中所推薦的“三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，并且在工程實踐中已得到了成熟應(yīng)用[7]。所謂“三層”分別是“站控層”“間隔層”和“過程層”[8]，“兩網(wǎng)”是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。1）站控層網(wǎng)絡(luò)：間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)站控層設(shè)備之間、站控層與間隔層設(shè)備之間以及間隔層設(shè)備之間的通信；2）過程層網(wǎng)絡(luò)：間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸[9]。為滿足電網(wǎng)智能化需求，在發(fā)電機本體端子箱中增加基于 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的二次設(shè)備[10]——智能溫度合并器。溫度定檢儀、溫度巡檢儀輸出的模擬量和開出量信號傳送至溫度合并器，通過溫度合并器對信息進行采集和處理，將溫度過高機組停機信號通過GOOSE 網(wǎng)絡(luò)傳送至機組LCU，將溫度升高報警信號及各點位溫度數(shù)據(jù)通過MMS 網(wǎng)傳送至操作員工作站及機組在線監(jiān)測裝置。智能化測溫系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 智能化測溫系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 結(jié)論

上述智能溫度測控體系，通過優(yōu)化定檢儀、巡檢儀位置，使得測溫電阻與測溫儀之間的接線距離明顯縮短，接線之間相互干擾將大大降低。定檢儀、巡檢儀輸出的模擬量和開出量連接至智能溫度合并器，由本體端子箱廠家完成內(nèi)部接線，接線距離同樣很短。溫度合并器對信號處理后通過GOOSE 或MMS 網(wǎng)絡(luò)傳送至機組LCU、操作員工作站、機組在線監(jiān)測裝置，可以大大減少機組LCU 的開入、開出點位，同時也能滿足智能電網(wǎng)通信架構(gòu)技術(shù)需求。

綜上所述，新的測溫體系架構(gòu)，可有效解決目前大部分電站測溫系統(tǒng)存在的機組LCU 開入接點多、二次接線煩瑣且長、接線之間存在相互干擾、不滿足智能電網(wǎng)“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”的技術(shù)要求等方面缺陷。