智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)分析

李寧

摘要：變電站變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分析裝置需要整合成穩(wěn)定、開放、規(guī)范、統(tǒng)一，滿足國家智能導(dǎo)則，并能夠向檢修平臺傳輸準確、可靠狀態(tài)信息的系統(tǒng)。對于在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計需要結(jié)合實際情況合理挑選傳感器，科學(xué)布置IED，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性，為變電站的穩(wěn)定、安全運行保駕護航。

關(guān)鍵詞：智能變電站;變電設(shè)備;監(jiān)測系統(tǒng)

引言

本文以智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)為主題展開討論，首先簡要闡述智能變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，然后分析智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，最后提出在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展建議。

1智能變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

智能變電站的建設(shè)是采用經(jīng)濟、可靠、低碳、集成和環(huán)保設(shè)備，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的緊湊化、功能高度集成，共享標準信息數(shù)據(jù)、借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸和通訊、設(shè)備自動、智能運行，能夠?qū)ψ冸娬咀冸娫O(shè)備運行狀況顯示在終端界面，直觀的判斷設(shè)備運行是否存在異常，為電力系統(tǒng)實時監(jiān)測分析、控制提供相應(yīng)對策，確保變電站以及整體電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，提升電力企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)對變電站變電設(shè)備的運行狀態(tài)全面掌握，近些年來我國一直致力于在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)，期望可以對監(jiān)測變電設(shè)備的絕緣狀態(tài)加以實時、準確的判斷檢測。監(jiān)測系統(tǒng)組成如下圖所示。當(dāng)前，高新技術(shù)的發(fā)展進步以及通信技術(shù)的普及應(yīng)用，多數(shù)設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成熟。當(dāng)前市場常見在線監(jiān)測系統(tǒng)分為單一監(jiān)測和綜合監(jiān)測兩種類型。單一性能在線監(jiān)測系統(tǒng)僅能夠?qū)δ骋活愒O(shè)備、少量絕緣參數(shù)進行實時監(jiān)測，例如用于變壓器油色譜裝置監(jiān)測，局放裝置監(jiān)測的設(shè)備。科學(xué)技術(shù)發(fā)展進步，單一性能在線監(jiān)測系統(tǒng)逐漸向集成化方向發(fā)展，變電設(shè)備監(jiān)測單元借助現(xiàn)場總線和上位機的主機連接，監(jiān)測單元的主要作用是采集數(shù)據(jù)，進行初步整理分析，將分析數(shù)據(jù)傳輸至上位機，進行數(shù)據(jù)深度處理，自動生成數(shù)據(jù)報表或者圖形，為管理人員提供信息參考，并將所收集的數(shù)據(jù)信息自動存儲到數(shù)據(jù)庫。變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)ψ儔浩?、斷路器、電抗器、高壓套、GIS以及容性設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。

變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

2智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

按照我國國網(wǎng)企業(yè)技術(shù)導(dǎo)則和相關(guān)規(guī)范對于智能變電站智能化系統(tǒng)的建設(shè)需要遵循IEC61850規(guī)約，信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化。傳統(tǒng)的變電涉筆監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足數(shù)字化需求，但是相關(guān)廠商生產(chǎn)制造監(jiān)測系統(tǒng)時，對于通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置依然為對立狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)體系單獨應(yīng)用，以傳統(tǒng)的串行中心為主，因此，變電站對于通信協(xié)議的建設(shè)應(yīng)當(dāng)按照IEC61850規(guī)約。另外，智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)︻A(yù)試、缺陷等有關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息加以整合，分析、評估設(shè)備綜合狀態(tài)，滿足可視化需求，使系統(tǒng)根據(jù)不同設(shè)備狀態(tài)選用對應(yīng)措施，確保變電站穩(wěn)定運行。

2.1主要功能

變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用不同類型傳感器件，通過就地監(jiān)測組采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，就地分析處理，獲取可用狀態(tài)數(shù)據(jù)，之后借助網(wǎng)絡(luò)把獲取數(shù)據(jù)信息、分析結(jié)果傳輸至終端進行深度分析、存儲。主機可以準確向檢修平臺傳輸準確、可靠的狀態(tài)信息，提供基礎(chǔ)參數(shù)。根據(jù)智能化要求，站內(nèi)便需要完成狀態(tài)評價。但就當(dāng)前狀態(tài)檢修作業(yè)實際開展情況，多數(shù)評價工作難以通過自動化技術(shù)進行，依然需要人工介入，所以，在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用主要是對狀態(tài)信息進行采集與初步分析。

2.2網(wǎng)絡(luò)配置

按照智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分區(qū)原則，監(jiān)測數(shù)據(jù)需要在安全Ⅲ區(qū)，不可與Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)存在關(guān)聯(lián)，所以，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)獨立組網(wǎng)，獨立配置各層裝置和交換機[1]。因為在線監(jiān)測系統(tǒng)具備非易失性儲存功能，保證系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)完整、準確，提升系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，只需要配備單星形以太網(wǎng)，其余網(wǎng)絡(luò)、裝置單套配置。

2.3系統(tǒng)分層

變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)依照通用分層相關(guān)原則，將系統(tǒng)設(shè)計為三層，包括過程層、站控層和間隔層。過程層、站控層組成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，將站控層、過程層和間隔層有效連接。系統(tǒng)中站控層相關(guān)設(shè)備主要為后臺機，主要作用是收集站內(nèi)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)參數(shù)，標準化模型轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析、存儲數(shù)據(jù)參數(shù)、預(yù)警。同時向主站實時傳輸數(shù)據(jù)信息，接收維護命令，實現(xiàn)遠程控制。間隔層通常為監(jiān)測組IED，主要是收集、整理分析、存儲某類或者同一批次設(shè)備運行參數(shù)數(shù)據(jù)，向后臺機按MMS協(xié)議傳輸參數(shù)，接收控制命令與配置命令。過程層設(shè)備主要為監(jiān)測單元和不同類型的傳感器，負責(zé)原始數(shù)據(jù)信息采集，將信息信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信息，并就地儲存，借助串行總線將數(shù)據(jù)傳輸至IED，相應(yīng)IED下發(fā)控制與配置命令。

2.4配置傳感器

傳感器屬于智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)源頭，傳感器選用穩(wěn)定性、安全性、準確性將對監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果、數(shù)據(jù)監(jiān)測質(zhì)量存在直接的影響。所以智能電站的監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況選用傳感器，并確保配置方式的合理性、科學(xué)性，保證系統(tǒng)運行可靠性、準確性?，F(xiàn)階段，傳感器主要內(nèi)置和外置兩種類型。對于傳感器配置應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點：首先，對于內(nèi)置類型傳感器應(yīng)當(dāng)由高壓設(shè)備廠商制造生產(chǎn)中植入，設(shè)備出廠試驗需要在內(nèi)置類型傳感器安裝后進行，傳感器和外部的檢測單元聯(lián)絡(luò)通道需要滿足高壓設(shè)備密封要求。其次，和高壓設(shè)備絕緣介質(zhì)互通外置類型傳感器，機械雜質(zhì)的含量、密封性能需要滿足或者超過高壓設(shè)備性能要求。最后，需要根據(jù)智能化要求選擇傳感器精度，按照設(shè)備重要情況合理選擇使用何種傳感器。

2.5 IED布置

根據(jù)智能變電站需求和配置在線監(jiān)測系統(tǒng)性能特點，例如測點數(shù)、監(jiān)測設(shè)備的分布情況、測量復(fù)雜程度，對IED合理布置，確保在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰明了并盡可能減少成本投入。通常情況下，在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺需要設(shè)置在二次設(shè)備管理室，和數(shù)據(jù)網(wǎng)共同接入屏柜，便于兩者網(wǎng)絡(luò)連接，IED需要設(shè)置在現(xiàn)場對應(yīng)設(shè)備或者間隔控制柜內(nèi)，或者按照在線監(jiān)測系統(tǒng)功能組規(guī)模，獨立設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)匯控柜，監(jiān)測單元根據(jù)形勢不同或布置在控制柜，或布置在設(shè)備本體，同時主IED和子IED設(shè)置距離應(yīng)當(dāng)盡可能靠近，便于集中布置與網(wǎng)絡(luò)連接。

2.6接口和通信協(xié)議

在線監(jiān)測系統(tǒng)的站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)置選擇IEC61850 MMS協(xié)議，過程按照裝置支持程度，能夠選擇MODBUS或者MMS[2]。若選擇MODBUS協(xié)議，需要選擇使用同一寄存器規(guī)范。主IED和子IED間借助報告服務(wù)交換數(shù)據(jù)，子IED需要支持品質(zhì)變化、周期、數(shù)據(jù)更新、總召喚等觸發(fā)模式與文件傳輸?shù)确?wù)。主/子IED和傳感器件需要借助MODBUS 10H、06H、04H、03H交換數(shù)據(jù)，或者借助A/D采集數(shù)據(jù)。間隔層主IED與站控層的后臺間通過報告服務(wù)方式交換數(shù)據(jù)，IED需要支持品質(zhì)變化、周期、數(shù)據(jù)更新、總召喚等觸發(fā)模式與文件傳輸?shù)确?wù)。后臺和遠方主站間以WebService方式按照對應(yīng)通信規(guī)約交換數(shù)據(jù)。

2.7軟件設(shè)計

在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)當(dāng)選擇模塊化、分層設(shè)計，便于擴展和更新升級，模塊靈活配置，同時模塊性能具備高內(nèi)聚性。層次接口間需要簡潔明了，具有較強的擴展性、兼容性，保證某層次技術(shù)改造升級不會對其他層次產(chǎn)生影響。其次，對于系統(tǒng)軟件的設(shè)計應(yīng)當(dāng)有通信、采集信息、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警、維護管理、儲存數(shù)據(jù)、信息的展示與導(dǎo)出以及實時監(jiān)測功能。

3智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展建議

在電網(wǎng)運行中應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)需要確保監(jiān)測信息準確性、有效性，提升設(shè)備實用性，促使電力行業(yè)持續(xù)發(fā)展。同時將傳統(tǒng)技術(shù)和在線監(jiān)測系統(tǒng)融合應(yīng)用，實現(xiàn)一體化功能，為系統(tǒng)提供監(jiān)測、計算、檢修以及保護功能。充分共享變電站信息數(shù)據(jù)，設(shè)備間構(gòu)建通信機制，保證設(shè)備穩(wěn)定、可靠運行。對在線監(jiān)測系統(tǒng)分析功能深入開發(fā)，具備狀態(tài)評價、壽命評測、故障修復(fù)等功能，對在線監(jiān)測系統(tǒng)智能化水平不斷提升，提升系統(tǒng)評估準確性，緩解技術(shù)人員工作疲勞度。充分利用采集參數(shù)數(shù)據(jù)，包括斷路器的電流、容性設(shè)備系統(tǒng)電壓[3]。監(jiān)控主機能夠按照數(shù)據(jù)庫存儲統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如報表統(tǒng)計，豐富功能內(nèi)容，實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)的高效應(yīng)用，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行。

總結(jié)

綜上所述，智能變電站發(fā)展逐漸成熟推動電網(wǎng)智能加強建設(shè)。變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用依靠先進檢測技術(shù)和通信技術(shù)，對變電站相關(guān)設(shè)備的運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，對變電站運行是否存在異常和運行環(huán)境智能化采集，整理分析變電站關(guān)鍵設(shè)備運行參數(shù)，實時跟蹤、監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，發(fā)布檢修信息和故障警告，避免變電站運行過程中出現(xiàn)故障問題，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行。

參考文獻

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