智能變電站監控系統的研究

趙貴

摘 要：隨著智能化變電站的發展，傳統變電站被智能變電站的設備所取代，光纜、光信號、GOOSE連線成為智能變電站的主要標志，在智能化時代下，數據采集及命令執行的智能系統進入到戶外機構箱內，合并單元集中組屏，提高了變電站的運行與監控效率。

關鍵詞：智能變電站；監控系統；功能特點

1 智能變電站功能特點

智能變電站監控系統對全站設備的運行參數進行采集、測量，并對運行狀態進行監視和記錄，對變電站主要一次設備如斷路器和隔離開關，當變電站的主要設備或輸、配電線路發生故障時，能及時記錄和提供故障信息，將采集到的數據通過先進的網絡通信技術及時上送至調度主站并執行調度主站下達的命令，監控系統主要由數據采集、數據分類及處理、數據存儲、輔助分析決策、優化控制、安全監控、操作與控制、人機聯系、系統維護、同步對時等功能模塊組成。

智能變電站監控系統除完成常規變電站監控與數據采集功能外，還將視頻、在線監測、環境檢測等各種子系統的數據進行有機的結合，并在此基礎上滿足電網實時在線分析和控制決策以及運行狀態可視化的要求，智能變電站監控系統不僅是變電站智能化實現的關鍵，也是調度中心和生產管理等主要系統實現各項高級應用的基礎。

智能變電站監控系統主要是指變電站智能化系統的站控層，與傳統變電站相比，智能變電站監控系統具備以下特點：（1）高度集成系統設備；（2）全面遵循IEC 61850標準；（3）廣泛采用高級應用功能。

2智能監控系統的結構形式

2.1區域供電集中監控系統模式

區域供電集中監控系統適用于供電區域廣、設備分布分散的電力監控系統。系統采用分布通信、主控室統一管理的模式。通過由網絡、光纖附件等組成的站級以太網將各個變電所的通信管理機集成為一個系統，實現對整個區域的電力監控。主控室后臺監控系統采用雙機冗余結構，主、備機的數據始終保持一致，互為熱備用，極大地提高了系統的可靠性、完整性。系統采用標準化、網絡化、功能分布的體系結構，可靠性高，維護方便，具備軟、硬件的擴充能力，支持系統結構的擴展和功能的升級。可以根據系統的規模和特殊需求，充分優化網絡各節點資源，均衡網絡負擔，便于系統的分階段實施。

2.2集中監控系統模式

集中監控系統模式適用于供電范圍集中、監控對象數量不大的電力監控系統。系統采用分層分布式機構，分為間隔層設備、通信層設備、站控層設備。系統間隔層設備采用微機綜合保護裝置、智能配電儀表以及其他智能電子設備（IED）裝置。所有間隔層設備均帶有RS 485通信接口，以Modbus通信協議通過屏蔽雙絞線接入通信管理機。通信管理機和后臺監控主機通過站級以太網連接。系統監控主機可在HMI上顯示整個系統的監控畫面和實時運行狀態。系統監控主機還可以對系統進行常規的控制，并對系統進行維護、修改和配置。

2.3光纖自愈環網集中監控系統模式

此模式針對大型區域供電系統，變電站分布分散的智能化監控系統可采用基于光纖自愈環網的以太網結構。基于光纖自愈環網的以太網結構具有容錯、高速、遠距離傳輸和網絡布線簡潔等優點。光纖自愈環網避免了系統網絡接入設備的多級級聯，進一步提高了網絡的可靠性。整個系統采用星型和光纖自愈網絡混合的網絡，既避免了純環型網絡在節點過多時的缺點，又保存了星型以太網接口標準擴展的優點。主控室后臺監控系統采用雙機冗余結構，主、備機的數據始終保持一致，互為熱備用。各區域子站可根據需要選配子站監控HMI，這樣使得各子站監控系統可以作為獨立子系統運行，又可以組合為一個有機整體，極大地提高了系統的可靠性、完整性。

3監控系統分區

智能變電站是電力網絡的重要一環，為保證電力網絡安全，智能變電站也必須遵循電力二次系統安全防護的總體原則。實現“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向加密”。

變電站結構從橫向來看，存在不同的安全分區，原則上劃分為控制大區和管理信息大區。生產控制大區分為控制區和非控制區。分別成為安全I區和安全II區，二管理大區分為III/IV區。變電站的業務系統的安全分區對應于調度主站業務系統的安全分區。

在安全I區中，監控主機采集電網運行和設備工況等實時數據，經過分析和處理后進行統一展示、統一存儲。I區數據通信網關機通過直采直送的方式來實現與調度中心的實時數據傳輸，并提供運行數據瀏覽服務。

在安全II區中，綜合應用服務器與輸變電設備狀態監測和輔助設備進行通信，采集電源、計量、消防、安防、環境監測信息，經過分析和處理后進行可視化展示。II區數據通信網關機與調度中心進行信息交互，提供信息查詢和遠程瀏覽服務。

綜合應用服務器通過正向隔離裝置向III/IV區數據通信網關機發布信息，并由III/IV區數據通信網關機傳輸給III/IV區的生產管理系統等其他主站系統。

4 監控系統設備配置

綜合應用服務器通過正向隔離裝置向III/IV區數據通信網關機發布信息，并由III/IV區數，智能變電站監控系統主要由站控層設備組成，包括監控主機、數據通信網關機、PMU數據集中器、綜合應用服務器、占用時間同步裝置等。

（1）監控主機實現變電站的SCADA功能。（2）數據服務器用于變電站數據的集中存儲，為站控層設備和應用提供數據訪問服務。存儲數據主要包括歷史采樣數據、事件記錄、錄波文件等。（3）綜合應用服務器，接收站內一次設備在線監測數據、站內復雜應用信息、設備基礎信息等，進行集中處理、分析和展示，是安全II區的設備。（4）I區數據通信網關機：直接采用站內數據，通過專用通道向調度中心傳送實時信息，同時接收調度中心的操作與控制命令。（5）II區數據通信網關機：實現變電站告警信息向調度主站的直接傳輸，同時支持調度主站對變電站的圖形調閱和遠程瀏覽。（6）III/IV區數據通信網關機：實現與PMS、輸變電設備狀態監測等其他主站系統的信息傳輸。（7）操作員站。站內進行監視的主要人機界面，實現對全站一、二次設備的實時監視和操作控制，具有事件記錄及報警狀態顯示、畫面曲線報表展示等功能，具備事件查詢、設備狀態和參數查詢、操作控制等功能。（8）工程師站。實現智能變電站監控系統的配置、維護和管理。（9）“五防”工作站。進行“五防”規則管理，閉鎖不正確的遙控操作。（10）保護信息管理子站：集成站內保護裝置信息，能夠存儲保護故障錄波信息，具備修改保護裝置的保護定值、切換運行定值區的功能。（11）圖形網關機：實現智能變電站的告警直傳與遠程瀏覽功能。（12）PMU集中器：用于站端PMU數據接收和轉發的通信裝置。（13）站用時間同步系統：為全站所有設備提供統一的時間同步信號，應采用GPS和北斗系統雙對時源。

5結語

智能變電站監控系統的應用是建立在常規變電站自動化技術發展的基礎之上的，智能變電站監控系統各種支撐技術對于變電站信息傳輸、應用模式帶來的變化是全方位的。這種變化所體現的特征將更利于實現信息的綜合應用，提高變電站的智能化程度，同時也將對二次系統設計、實驗、運行帶來深刻的影響。智能變電站監控系統的應用技術實現了常規變電站自動化技術的發展與突破，具有明顯的技術特征，智能變電站監控系統的應用體現了網絡通信技術的特點，因此可以獲得更高的可靠性和冗余性。

參考文獻

[1]黃華勇，游步新.通信在線監視分析系統在智能變電站中的應用[J].電力自動化設備，2011（4）：78-79.

[2]楊貴，王文龍.千兆交換機在智能變電站的應用探討[J].電氣技術，2010（8）：58-59.

[3]曹團結，黃國方.智能變電站繼電保護技術與應用[M].北京：中國電力出版社，2013.

[4]國家電網公司基建部.智能變電站建設技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[5]黃亦莊.智能變電站自動化系統原理與應用技術[M].北京：中國電力出版社，2011.