智能變電站變電設備在線監測系統分析

李寧

摘要：變電站變電設備狀態監測分析裝置需要整合成穩定、開放、規范、統一，滿足國家智能導則，并能夠向檢修平臺傳輸準確、可靠狀態信息的系統。對于在線監測系統的設計需要結合實際情況合理挑選傳感器，科學布置IED，確保監測數據的真實性、可靠性，為變電站的穩定、安全運行保駕護航。

關鍵詞：智能變電站;變電設備;監測系統

引言

本文以智能變電站變電設備在線監測系統為主題展開討論，首先簡要闡述智能變電設備在線監測系統應用現狀，然后分析智能變電站變電設備在線監測系統設計，最后提出在線監測系統發展建議。

1智能變電設備在線監測系統應用現狀

智能變電站的建設是采用經濟、可靠、低碳、集成和環保設備，實現結構設計的緊湊化、功能高度集成，共享標準信息數據、借助網絡技術進行數據傳輸和通訊、設備自動、智能運行，能夠對變電站變電設備運行狀況顯示在終端界面，直觀的判斷設備運行是否存在異常，為電力系統實時監測分析、控制提供相應對策，確保變電站以及整體電力系統安全、穩定運行，提升電力企業經濟效益和社會效益。應用在線監測技術對變電站變電設備的運行狀態全面掌握，近些年來我國一直致力于在線監測系統的研發，期望可以對監測變電設備的絕緣狀態加以實時、準確的判斷檢測。監測系統組成如下圖所示。當前，高新技術的發展進步以及通信技術的普及應用，多數設備在線監測系統逐漸成熟。當前市場常見在線監測系統分為單一監測和綜合監測兩種類型。單一性能在線監測系統僅能夠對某一類設備、少量絕緣參數進行實時監測，例如用于變壓器油色譜裝置監測，局放裝置監測的設備。科學技術發展進步，單一性能在線監測系統逐漸向集成化方向發展，變電設備監測單元借助現場總線和上位機的主機連接，監測單元的主要作用是采集數據，進行初步整理分析，將分析數據傳輸至上位機，進行數據深度處理，自動生成數據報表或者圖形，為管理人員提供信息參考，并將所收集的數據信息自動存儲到數據庫。變電設備在線監測系統能夠對變壓器、斷路器、電抗器、高壓套、GIS以及容性設備運行狀態進行實時監測。

變電設備在線監測系統組成

2智能變電站變電設備在線監測系統設計

按照我國國網企業技術導則和相關規范對于智能變電站智能化系統的建設需要遵循IEC61850規約，信息數字化、通信網絡化。傳統的變電涉筆監測系統能夠滿足數字化需求，但是相關廠商生產制造監測系統時，對于通信網絡的設置依然為對立狀態，網絡體系單獨應用，以傳統的串行中心為主，因此，變電站對于通信協議的建設應當按照IEC61850規約。另外，智能變電站變電設備在線監測系統能夠對預試、缺陷等有關設備的狀態信息加以整合，分析、評估設備綜合狀態，滿足可視化需求，使系統根據不同設備狀態選用對應措施，確保變電站穩定運行。

2.1主要功能

變電站變電設備在線監測系統中應用不同類型傳感器件，通過就地監測組采集設備運行數據，就地分析處理，獲取可用狀態數據，之后借助網絡把獲取數據信息、分析結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、可靠的狀態信息，提供基礎參數。根據智能化要求，站內便需要完成狀態評價。但就當前狀態檢修作業實際開展情況，多數評價工作難以通過自動化技術進行，依然需要人工介入，所以，在線監測系統的應用主要是對狀態信息進行采集與初步分析。

2.2網絡配置

按照智能變電站變電設備在線監測數據分區原則，監測數據需要在安全Ⅲ區，不可與Ⅰ區、Ⅱ區存在關聯，所以，監測系統應當獨立組網，獨立配置各層裝置和交換機[1]。因為在線監測系統具備非易失性儲存功能，保證系統存儲數據完整、準確，提升系統運行的安全性與穩定性，只需要配備單星形以太網，其余網絡、裝置單套配置。

2.3系統分層

變電站在線監測系統依照通用分層相關原則，將系統設計為三層，包括過程層、站控層和間隔層。過程層、站控層組成監測網絡，將站控層、過程層和間隔層有效連接。系統中站控層相關設備主要為后臺機，主要作用是收集站內監測到的數據參數，標準化模型轉換、統計分析、存儲數據參數、預警。同時向主站實時傳輸數據信息，接收維護命令，實現遠程控制。間隔層通常為監測組IED，主要是收集、整理分析、存儲某類或者同一批次設備運行參數數據，向后臺機按MMS協議傳輸參數，接收控制命令與配置命令。過程層設備主要為監測單元和不同類型的傳感器，負責原始數據信息采集，將信息信息轉變為數字化信息，并就地儲存，借助串行總線將數據傳輸至IED，相應IED下發控制與配置命令。

2.4配置傳感器

傳感器屬于智能變電站變電設備在線監測系統數據源頭，傳感器選用穩定性、安全性、準確性將對監測系統的運行效果、數據監測質量存在直接的影響。所以智能電站的監測系統的設計應當結合實際情況選用傳感器，并確保配置方式的合理性、科學性，保證系統運行可靠性、準確性。現階段，傳感器主要內置和外置兩種類型。對于傳感器配置應當考慮以下幾點：首先，對于內置類型傳感器應當由高壓設備廠商制造生產中植入，設備出廠試驗需要在內置類型傳感器安裝后進行，傳感器和外部的檢測單元聯絡通道需要滿足高壓設備密封要求。其次，和高壓設備絕緣介質互通外置類型傳感器，機械雜質的含量、密封性能需要滿足或者超過高壓設備性能要求。最后，需要根據智能化要求選擇傳感器精度，按照設備重要情況合理選擇使用何種傳感器。

2.5 IED布置

根據智能變電站需求和配置在線監測系統性能特點，例如測點數、監測設備的分布情況、測量復雜程度，對IED合理布置，確保在線監測系統結構清晰明了并盡可能減少成本投入。通常情況下，在線監測系統后臺需要設置在二次設備管理室，和數據網共同接入屏柜，便于兩者網絡連接，IED需要設置在現場對應設備或者間隔控制柜內，或者按照在線監測系統功能組規模，獨立設置在線監測系統匯控柜，監測單元根據形勢不同或布置在控制柜，或布置在設備本體，同時主IED和子IED設置距離應當盡可能靠近，便于集中布置與網絡連接。

2.6接口和通信協議

在線監測系統的站控層網絡設置選擇IEC61850 MMS協議，過程按照裝置支持程度，能夠選擇MODBUS或者MMS[2]。若選擇MODBUS協議，需要選擇使用同一寄存器規范。主IED和子IED間借助報告服務交換數據，子IED需要支持品質變化、周期、數據更新、總召喚等觸發模式與文件傳輸等服務。主/子IED和傳感器件需要借助MODBUS 10H、06H、04H、03H交換數據，或者借助A/D采集數據。間隔層主IED與站控層的后臺間通過報告服務方式交換數據，IED需要支持品質變化、周期、數據更新、總召喚等觸發模式與文件傳輸等服務。后臺和遠方主站間以WebService方式按照對應通信規約交換數據。

2.7軟件設計

在線監測系統的軟件設計應當選擇模塊化、分層設計，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，保證某層次技術改造升級不會對其他層次產生影響。其次，對于系統軟件的設計應當有通信、采集信息、數據分析、預警、維護管理、儲存數據、信息的展示與導出以及實時監測功能。

3智能變電站變電設備在線監測系統發展建議

在電網運行中應用在線監測技術需要確保監測信息準確性、有效性，提升設備實用性，促使電力行業持續發展。同時將傳統技術和在線監測系統融合應用，實現一體化功能，為系統提供監測、計算、檢修以及保護功能。充分共享變電站信息數據，設備間構建通信機制，保證設備穩定、可靠運行。對在線監測系統分析功能深入開發，具備狀態評價、壽命評測、故障修復等功能，對在線監測系統智能化水平不斷提升，提升系統評估準確性，緩解技術人員工作疲勞度。充分利用采集參數數據，包括斷路器的電流、容性設備系統電壓[3]。監控主機能夠按照數據庫存儲統計數據，例如報表統計，豐富功能內容，實現在線監測系統的高效應用，確保電力系統穩定、安全運行。

總結

綜上所述，智能變電站發展逐漸成熟推動電網智能加強建設。變電設備在線監測系統的應用依靠先進檢測技術和通信技術，對變電站相關設備的運行參數進行實時監測，對變電站運行是否存在異常和運行環境智能化采集，整理分析變電站關鍵設備運行參數，實時跟蹤、監測設備運行狀態，發布檢修信息和故障警告，避免變電站運行過程中出現故障問題，保證電網系統的穩定、安全運行。

參考文獻

[1]侯雨辰， 田瑛. 智能變電站設備在線監測系統[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2016.

[2]萬順， 許強， 張謝，等. 智能變電站輔助綜合監控系統中的IEC61850應用[J]. 中國科技縱橫， 2016（16）：2.

[3]黃炳珊. 智能變電站主設備在線監測系統的研究與設計[J]. 水電水利， 2019（3）：2.

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