基于IEC61850的變電站運行狀態(tài)監(jiān)測方法研究

摘要：針對變壓器在線監(jiān)測的建設(shè)和運營，研究引入了IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，并將其應(yīng)用于智能變電站的狀態(tài)監(jiān)測中，同時在系統(tǒng)中引入了油色譜監(jiān)測單元。結(jié)果表明，在橫向?qū)Ρ戎?，該系統(tǒng)的監(jiān)測上限延遲時間僅為180ms，運行穩(wěn)定性較高。此外，在油色譜監(jiān)測中，兩個主變壓器油中的有害氣體含量均在規(guī)定值內(nèi)，說明研究所設(shè)計的變電站運行狀態(tài)監(jiān)測方法具有較強的可靠性，從而為電力企業(yè)提供全面、準(zhǔn)確、及時的設(shè)備狀態(tài)信息和管理決策支持。

關(guān)鍵詞：變電站IEC61850實時監(jiān)測油色譜分析

中圖分類號：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

ResearchontheMonitoringMethodofSubstationOperationStatusBasedonIEC61850

QIXiangmin

FangshanBranchofBeijingHuitongshengPowerEngineeringCo.，Ltd.，Beijing，102401China

Abstract：Inviewoftheconstructionandoperationofonlinemonitoringoftransformers，IEC61850communicationstandardhasbeenintroducedandappliedtothestatusmonitoringofintelligentsubstations.Atthesametime，OilChromatographyMonitoringUnithasbeenintroducedintothesystem.Theresultsindicatethatinthehorizontalcomparison，themonitoringupperlimitdelaytimeofthesystemisonly180ms，highoperationalstabilityishigh.Inaddition，inOilChromatographyMonitoring，theharmfulgascontentintheoilofbothmaintransformersiswithinthespecifiedvalue，indicatingthattheoperationstatusmonitoringmethoddesignedbytheresearchinstituteforsubstationshasstrongreliability，providingcomprehensive，accurate，andtimelyequipmentstatusinformationandmanagementdecisionsupportforpowerenterprises.

KeyWords：Substation;IEC61850;Realtimemonitoring;OilChromatographyAnalysis

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)變電站配置[1]。傳統(tǒng)的變電站是集中式的能量轉(zhuǎn)換中心，當(dāng)電力需求發(fā)生變化時，變電站需要一定的時間來調(diào)整和平衡供需關(guān)系，而無人值守的智能變電站具有更好的響應(yīng)性[2-3]。近年來，計算機信息處理技術(shù)迅猛發(fā)展，變電站逐步走向數(shù)字化，因此，有必要對智能變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究[4]。為此，研究引入了IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，同時在系統(tǒng)中引入了有效的監(jiān)測單元，以期為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供技術(shù)支持。

1變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計

1.1IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

在電力系統(tǒng)的自動化領(lǐng)域中，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化及智能化的變電站運行。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要將通信體系分為3個層次，包括變電站層、間隔層及過程層[5]。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用了數(shù)據(jù)建模技術(shù)，其包含了多個層次結(jié)構(gòu)，第一層為智能電子設(shè)備（IntelligentElectronicDevice，IED），第二層的每一個IED含有若干個服務(wù)器，第三層為邏輯設(shè)備，第四層為邏輯節(jié)點，第五層為數(shù)據(jù)對象。對通信而言，任意用戶可通過通信服務(wù)接口及服務(wù)器對數(shù)據(jù)對象進(jìn)行訪問。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)實現(xiàn)主要分為三個部分，包括制造消息規(guī)范服務(wù)、通用面向?qū)ο笞冸娬臼录?wù)及采樣值服務(wù)，各個部分分別用于數(shù)據(jù)交互、裝置之間的通訊及采樣值傳輸。

1.2監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)形式

在變電站的信息模型中，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著重要作用。邏輯節(jié)點和設(shè)備的大多數(shù)交互均通過邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)與服務(wù)進(jìn)行，因此，有必要對邏輯節(jié)點進(jìn)行評估。若無法滿足，則需新建節(jié)點DkX5uVovDS5+cIQek8TmAFxbFfeIO5d8oEuV8Zi+mII=或采用其他類型的要求。邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)交互必須保持向下兼容性，若超出設(shè)定范圍，則需進(jìn)行新標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建。隨后，進(jìn)行邏輯設(shè)備的設(shè)立。最后，采用服務(wù)器—客戶端的通信模式對基本參數(shù)進(jìn)行實時控制，并實現(xiàn)IED之間的數(shù)據(jù)傳輸。變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分包括數(shù)據(jù)單元及檢測設(shè)備。研究對變電站的基礎(chǔ)系統(tǒng)加以區(qū)分，主要分割成過程層、間隔層及變電站層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，過程層包含了一次設(shè)備與監(jiān)測傳感器，通過傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)將傳遞至間隔層的IED中。隨后，通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)傳遞至以太網(wǎng)總線，再通過交換機發(fā)送到后臺服務(wù)器。接著，服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)指令傳遞至IEC。

2智能變電站的油色譜監(jiān)測

在電氣設(shè)備的運行中，溫度的升高會使相關(guān)的電熱材料產(chǎn)生對設(shè)備有害的氣體，包括甲烷、氫氣等。一旦變壓器的運行出現(xiàn)異常，這類有害氣體的產(chǎn)生量會明顯增加。研究主要采用油色譜分析法進(jìn)行變壓器故障監(jiān)測。在進(jìn)行內(nèi)部故障的診斷時，首先，需要分析有害氣體產(chǎn)生的原因，并檢測其含量。接著，判斷變壓器是否存在故障，判別故障的嚴(yán)重程度。最后，制定相應(yīng)的治理措施。在變壓器監(jiān)測系統(tǒng)中包含了一個油路循環(huán)，其主要對管道交接位置的雜物起到干擾作用。接著，除去所有殘油，利用色譜柱對有害氣體與油進(jìn)行分離，并對其進(jìn)行定量分析，數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行實時傳輸。最后，系統(tǒng)按照原有參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出指令。

3變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的實例分析

為驗證變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，研究選取某變電站進(jìn)行應(yīng)用分析。在該變電站中，IED的配置主要采用了分布式與集中式的組合方案。研究主要通過對比分析平臺的設(shè)計工況對其橫向數(shù)據(jù)讀取性能進(jìn)行評估。工況的橫向?qū)Ρ茸x寫平均延遲結(jié)果以及歷史與實時電流的監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2（a）可知，在橫向?qū)Ρ戎?，與傳統(tǒng)的參數(shù)運行相比，該系統(tǒng)的監(jiān)測上限延遲時間僅為180ms，整體延遲與衰減作用均較?。挥蓤D2（b）可知，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的趨勢走向基本一致，且在相同的時段接近監(jiān)測值的上限。說明該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。

研究進(jìn)一步對該變壓器在運行過程中的油色譜進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)字面板數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，兩個主變壓器油中的有害氣體含量均在規(guī)定值內(nèi)，說明變電站的運行狀態(tài)正常。

4結(jié)語

針對變電站運行狀態(tài)的監(jiān)測，研究設(shè)計了基于IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的變電站運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并設(shè)計了油色譜監(jiān)測單元。結(jié)果顯示，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的趨勢走向與歷史數(shù)據(jù)基本一致，且在相同的時段接近監(jiān)測值的上限。此外，在油色譜監(jiān)測結(jié)果中，兩個主變壓器的甲烷、總烴及氫氣含量均在規(guī)定值內(nèi)。綜合來說，研究提出的監(jiān)測方法具有較強的實際應(yīng)用性。但研究僅提出了油色譜監(jiān)測分析法，后續(xù)可引入更多有效的監(jiān)測方法，以進(jìn)一步提升故障識別能力。

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