關(guān)于智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

王曉東

摘 要：監(jiān)控系統(tǒng)是智能變電站中的重要組成部分，關(guān)系到變電站的安全可靠運(yùn)行。然而監(jiān)控系統(tǒng)往往因電磁干擾影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給變電站運(yùn)行帶來潛在安全隱患。文章主要針對(duì)智能變電站的功能特點(diǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、安全分區(qū)、設(shè)備配置及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：智能變電站；監(jiān)控系統(tǒng)；功能特點(diǎn)

引言

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)與間隔層設(shè)備通信，具備良好的可視化展示和便捷的人機(jī)操作界面，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的快速處理和歷史數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)功能，還要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)機(jī)的規(guī)約轉(zhuǎn)換功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過這些基本功能配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)一、二次設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視和可靠操作控制，并支持調(diào)度主站對(duì)站內(nèi)的監(jiān)視控制。

1 智能變電站功能特點(diǎn)

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集、測(cè)量，并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和記錄，對(duì)變電站主要一次設(shè)備如斷路器和隔離開關(guān)，當(dāng)變電站的主要設(shè)備或輸、配電線路發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)記錄和提供故障信息，將采集到的數(shù)據(jù)通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及時(shí)上送至調(diào)度主站并執(zhí)行調(diào)度主站下達(dá)的命令，監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類及處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輔助分析決策、優(yōu)化控制、安全監(jiān)控、操作與控制、人機(jī)聯(lián)系、系統(tǒng)維護(hù)、同步對(duì)時(shí)等功能模塊組成。

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)除完成常規(guī)變電站監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能外，還將視頻、在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境檢測(cè)等各種子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)在線分析和控制決策以及運(yùn)行狀態(tài)可視化的要求，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)不僅是變電站智能化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也是調(diào)度中心和生產(chǎn)管理等主要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要是指變電站智能化系統(tǒng)的站控層，與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：（1）高度集成系統(tǒng)設(shè)備；（2）全面遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)；（3）廣泛采用高級(jí)應(yīng)用功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成優(yōu)化和信息共享，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和設(shè)備運(yùn)行信息、狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)信息、計(jì)量信息等變電站信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)智能變電站運(yùn)行監(jiān)視、操作和控制、綜合信息分析與智能告警、運(yùn)行管理和輔助應(yīng)用等功能，并為調(diào)度生產(chǎn)等主站系統(tǒng)提供統(tǒng)一的變電站操作和訪問服務(wù)。

通過IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站采用分層結(jié)構(gòu)，包括過程層、間隔層、站控層，各層之間通過網(wǎng)絡(luò)連接。過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電測(cè)量信息和設(shè)備狀態(tài)信息的采集和傳遞，接受并執(zhí)行各種操作與控制命令。一次設(shè)備不屬于監(jiān)控系統(tǒng)，過程層與站控層無直接聯(lián)系。站控層包括自動(dòng)化站及監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)習(xí)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能。實(shí)現(xiàn)站內(nèi)人機(jī)交互、變電站與調(diào)度信息交互的功能。站控層功能宜高度集成，可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置上實(shí)現(xiàn)，也可分布在多套計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置中。間隔層實(shí)現(xiàn)或支持實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量、監(jiān)測(cè)等功能。間隔層設(shè)備主要包括測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置、計(jì)量表計(jì)、智能高壓設(shè)備的監(jiān)測(cè)主TED等二次設(shè)備。間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于改間隔一次設(shè)備的功能。從三層設(shè)備各自特點(diǎn)看，過程層、間隔層設(shè)備強(qiáng)調(diào)高可靠性，功能相對(duì)單一，一般采用嵌入式裝置。智能變電站一般具備站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)采用高速以太網(wǎng)，通信標(biāo)準(zhǔn)符合IEC61850。

3 監(jiān)控系統(tǒng)分區(qū)

智能變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)，為保證電力網(wǎng)絡(luò)安全，智能變電站也必須遵循電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的總體原則。實(shí)現(xiàn)“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向加密”。

變電站結(jié)構(gòu)從橫向來看，存在不同的安全分區(qū)，原則上劃分為控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)分為控制區(qū)和非控制區(qū)。分別成為安全I(xiàn)區(qū)和安全I(xiàn)I區(qū)，二管理大區(qū)分為III/IV區(qū)。變電站的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全分區(qū)對(duì)應(yīng)于調(diào)度主站業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全分區(qū)。

在安全I(xiàn)區(qū)中，監(jiān)控主機(jī)采集電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備工況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和處理后進(jìn)行統(tǒng)一展示、統(tǒng)一存儲(chǔ)。I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過直采直送的方式來實(shí)現(xiàn)與調(diào)度中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并提供運(yùn)行數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)。

在安全I(xiàn)I區(qū)中，綜合應(yīng)用服務(wù)器與輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備進(jìn)行通信，采集電源、計(jì)量、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)過分析和處理后進(jìn)行可視化展示。II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)與調(diào)度中心進(jìn)行信息交互，提供信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽服務(wù)。

綜合應(yīng)用服務(wù)器通過正向隔離裝置向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)布信息，并由III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)傳輸給III/IV區(qū)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)等其他主站系統(tǒng)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配置

綜合應(yīng)用服務(wù)器通過正向隔離裝置向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)布信息，并由III/IV區(qū)數(shù)，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由站控層設(shè)備組成，包括監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、PMU數(shù)據(jù)集中器、綜合應(yīng)用服務(wù)器、占用時(shí)間同步裝置等。

（1）監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)變電站的SCADA功能。（2）數(shù)據(jù)服務(wù)器用于變電站數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，為站控層設(shè)備和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括歷史采樣數(shù)據(jù)、事件記錄、錄波文件等。（3）綜合應(yīng)用服務(wù)器，接收站內(nèi)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、站內(nèi)復(fù)雜應(yīng)用信息、設(shè)備基礎(chǔ)信息等，進(jìn)行集中處理、分析和展示，是安全I(xiàn)I區(qū)的設(shè)備。（4）I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)：直接采用站內(nèi)數(shù)據(jù)，通過專用通道向調(diào)度中心傳送實(shí)時(shí)信息，同時(shí)接收調(diào)度中心的操作與控制命令。（5）II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)：實(shí)現(xiàn)變電站告警信息向調(diào)度主站的直接傳輸，同時(shí)支持調(diào)度主站對(duì)變電站的圖形調(diào)閱和遠(yuǎn)程瀏覽。（6）III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)：實(shí)現(xiàn)與PMS、輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等其他主站系統(tǒng)的信息傳輸。（7）操作員站。站內(nèi)進(jìn)行監(jiān)視的主要人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站一、二次設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視和操作控制，具有事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示、畫面曲線報(bào)表展示等功能，具備事件查詢、設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)查詢、操作控制等功能。（8）工程師站。實(shí)現(xiàn)智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的配置、維護(hù)和管理。（9）“五防”工作站。進(jìn)行“五防”規(guī)則管理，閉鎖不正確的遙控操作。（10）保護(hù)信息管理子站：集成站內(nèi)保護(hù)裝置信息，能夠存儲(chǔ)保護(hù)故障錄波信息，具備修改保護(hù)裝置的保護(hù)定值、切換運(yùn)行定值區(qū)的功能。（11）圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)：實(shí)現(xiàn)智能變電站的告警直傳與遠(yuǎn)程瀏覽功能。（12）PMU集中器：用于站端PMU數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的通信裝置。（13）站用時(shí)間同步系統(tǒng)：為全站所有設(shè)備提供統(tǒng)一的時(shí)間同步信號(hào)，應(yīng)采用GPS和北斗系統(tǒng)雙對(duì)時(shí)源。

5 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)性能的提高和智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)一體化技術(shù)的發(fā)展，使得實(shí)際智能變電站建設(shè)時(shí)，站控層設(shè)備可進(jìn)行功能集成，減少設(shè)備數(shù)量，即智能變電站設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是集成化。

參考文獻(xiàn)

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