基于IEC61850的變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法研究

摘要：針對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，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(cè)中，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了油色譜監(jiān)測(cè)單元。結(jié)果表明，在橫向?qū)Ρ戎校撓到y(tǒng)的監(jiān)測(cè)上限延遲時(shí)間僅為180ms，運(yùn)行穩(wěn)定性較高。此外，在油色譜監(jiān)測(cè)中，兩個(gè)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(jì)的變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法具有較強(qiáng)的可靠性，從而為電力企業(yè)提供全面、準(zhǔn)確、及時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油色譜分析

中圖分類號(hào)：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)，變電站需要一定的時(shí)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(jì)算機(jī)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(duì)智能變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(jì)了變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了有效的監(jiān)測(cè)單元，以期為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支持。

1變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

1.1IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

在電力系統(tǒng)的自動(dòng)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(yùn)行。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要將通信體系分為3個(gè)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(gè)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(gè)IED含有若干個(gè)服務(wù)器，第三層為邏輯設(shè)備，第四層為邏輯節(jié)點(diǎn)，第五層為數(shù)據(jù)對(duì)象。對(duì)通信而言，任意用戶可通過通信服務(wù)接口及服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行訪問。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)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(gè)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(cè)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(diǎn)和設(shè)備的大多數(shù)交互均通過邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與服務(wù)進(jìn)行，因此，有必要對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。若無法滿足，則需新建節(jié)點(diǎn)DkX5uVovDS5+cIQek8TmAFxbFfeIO5d8oEuV8Zi+mII=或采用其他類型的要求。邏輯節(jié)點(diǎn)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(duì)基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并實(shí)現(xiàn)IED之間的數(shù)據(jù)傳輸。變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分包括數(shù)據(jù)單元及檢測(cè)設(shè)備。研究對(duì)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(cè)傳感器，通過傳感器監(jiān)測(cè)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(jī)發(fā)送到后臺(tái)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(cè)

在電氣設(shè)備的運(yùn)行中，溫度的升高會(huì)使相關(guān)的電熱材料產(chǎn)生對(duì)設(shè)備有害的氣體，包括甲烷、氫氣等。一旦變壓器的運(yùn)行出現(xiàn)異常，這類有害氣體的產(chǎn)生量會(huì)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(cè)。在進(jìn)行內(nèi)部故障的診斷時(shí)，首先，需要分析有害氣體產(chǎn)生的原因，并檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)中包含了一個(gè)油路循環(huán)，其主要對(duì)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(duì)有害氣體與油進(jìn)行分離，并對(duì)其進(jìn)行定量分析，數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)例分析

為驗(yàn)證變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)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(duì)比分析平臺(tái)的設(shè)計(jì)工況對(duì)其橫向數(shù)據(jù)讀取性能進(jìn)行評(píng)估。工況的橫向?qū)Ρ茸x寫平均延遲結(jié)果以及歷史與實(shí)時(shí)電流的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2（a）可知，在橫向?qū)Ρ戎校c傳統(tǒng)的參數(shù)運(yùn)行相比，該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)上限延遲時(shí)間僅為180ms，整體延遲與衰減作用均較小；由圖2（b）可知，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)走向基本一致，且在相同的時(shí)段接近監(jiān)測(cè)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(duì)該變壓器在運(yùn)行過程中的油色譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)字面板數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，兩個(gè)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(yùn)行狀態(tài)正常。

4結(jié)語

針對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，研究設(shè)計(jì)了基于IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的變電站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了油色譜監(jiān)測(cè)單元。結(jié)果顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)走向與歷史數(shù)據(jù)基本一致，且在相同的時(shí)段接近監(jiān)測(cè)值的上限。此外，在油色譜監(jiān)測(cè)結(jié)果中，兩個(gè)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(cè)方法具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性。但研究?jī)H提出了油色譜監(jiān)測(cè)分析法，后續(xù)可引入更多有效的監(jiān)測(cè)方法，以進(jìn)一步提升故障識(shí)別能力。

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