220kV智能变电站在线监测系统设计及应用

仪荣 贾光波

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

摘要：本文结合220kV 智能变电站对站内设备进行在线监测的需求，提出建立基于IEC61850 标准的全站统一平台在线监测系统的技术方案，对各在线监测装置前端数据采集输出进行规范，建立了由智能单元和监测单元组成集成智能组件的智能设备模型，并在集成智能组件将在线监测信息与测控信息分开上传。设计了基于IEC61850通信标准并统一后台的全站在线监测系统网络框架。

０引言

智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，不仅需要完成信息采集、测量、计量、控制与保护等常规功能，还必须在线监测站内设备的运行状态，智能评估设备的检修周期，从而完成设备资产的全寿命周期管理。近年来，国内外变电站状态监测技术得到了迅猛发展，各单位相继研制了不同类型的监测装置，包括容性设备监测装置、油中溶解气体分析（DGA）监测装置与局部放电监测装置等。本文对智能变电站的体系结构以及IEC61850的应用进行分析，给出智能变电站中状态监测系统面临的问题。结合状态监测的实际特点与功能需要，提出了现阶段切实可行的状态监测系统设计方案。

1 智能变电站在线监测技术方案

智能变电站要实现各类设备在线监测系统的有效整合，必须采用IEC61850 标准统一建模。虽然目前尚无人建立基于IEC61850 标准的对上述几种设备在线监测的统一模型，但就单种设备在线监测而言，已有工程实现了将前端数据统一为4 ~ 20 mA 标准电信号，有的还建立了IEC61850 标准模型，下面分别简述之，并提出上述几种设备在智能变电站中在线监测的技术方案。

1.1 变压器在线监测

在220kV变电站采用气相色谱原理实现主变油中溶解气体在线监测，可以将传感器输出转换为标准的4 ~ 20 mA 电信号并直接接入主变本体智能组件。

1.2 GIS 微水在线监测

GIS 微水在线监测装置的传感器主要有湿度传感器、温度传感器及压力传感器3 类。湿度传感器是信号采集的核心部分，目前大多数选用低湿环境测量的电容型湿度传感器。湿度传感器输出为常规电信号，而温度传感器、压力传感器输出均为常规电信号，可以规范这些传感器输出为统一的4~20 mA 电流信号，直接接入相应间隔集成智能组件，从而省略GIS 微水线监测单元。

1.3 断路器在线监测

断路器在线监测分为机械状态监测和电寿命监测2个方面。目前，断路器在线监测原始信息采集量主要有以下内容：主回路电流及电压、开断电流、合分闸线圈电流、断路器动触头行程及速度、断路器的操动次数、储能电机打压信号和开关位置状态信号等。其他采集量如合分闸线圈电流（采用霍尔传感器采集）、断路器动触头行程及速度等目前均由在线监测单元采集，在技术条件成熟后这些采集量也可以直接由集成智能组件采集。

2.4 避雷器在线监测

避雷器在线监测包括全电流、阻性电流及动作次数。由于避雷器监测会受到系统电压、环境温度、湿度、避雷器外表面污秽、安装位置及电磁干扰等多种因素的影响，因此，应注意结合这些因素综合监测。目前大多数避雷器在线监测系统原始数据采集主要是电流信号、放电次数及温度，虽然这些都是常规信号（可接入集成智能组件），但由于电流传感器输出信号微弱，且离集成智能组件较远，考虑抗干扰等因素，均由就地在线监测单元转换为数字信号后上传。数据上传方式主要有有线和无线2种，其中有线传输方式主要为RS- 485 总线和CAN 总线，无线传输方式主要有FM 调频发射、GSM及GPRS。由于变电站占地面积不很大，采用有线传送方式成本很低，无线传输方式适用于偏远山区线路且避雷器监测仪均安装在杆塔高处场合。本文推荐220kV智能变电站避雷器在线监测采用就地在线监测单元采集前端数据，然后采用有线方式以IEC61850 通信标准上传。

3 智能变电站在线监测系统的设计

3.1 在线监测单元与智能组件的集成

根据IEC62063 理论，智能设备有以下3 种主要实现方式：a. 一次设备机构+智能单元＋监测单元；b. 一次设备机构+集成智能组件（智能单元兼监测单元）；c. 一次设备机构本体内嵌集成智能组件（智能单元和监测单元。现阶段，一次设备机构本体内嵌集成智能组件方式技术上尚未实现，市场也无相应的成熟产品供应，已投运或在建的数字化变电站均采用一次设备机构+智能单元＋监测单元的方式。

3.2 集成智能组件在线监测信息上传

集成智能组件需将采自传感器的信息处理后上传，该部分信息数据连续采集，数据量很大，但实时性要求相对较低，同时集成智能组件通过光纤以太网口和光缆与间隔层设备连接，接收来自保护测控等二次设备的面向通用对象的变电站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）下行控制命令，以GOOSE 方式上传一次设备的状态信息，该部分上、下行信息实时性要求高。为避免大量在线监测信息造成网络拥堵，影响一次设备的正常操作，建议集成智能组件将上述两部分信息加以区分处理，以不同的光纤以太网口上传，状态监测信息以制造报文规范MMS（Manufacturing Message Specification）报文上传。

3.3 基于IEC61850 的在线监测系统整合

IEC61850 有助于形成统一的在线监测系统通信规范。所有的在线监测信息均转换成数字信号后上传至站内统一的在线监测后台系统，在线监测终端和站内统一的在线监测后台系统的数据通信就采用IEC61850 标准。

4结语

智能变电站是变电站发展的必然趋势，其最终实现尚需要较长的时间。状态监测系统在建设过程中应考虑采用分阶段的技术方案。结合IEC61850发展情况与变电站的工程实践现状，给出了现阶段切实可行的状态监测系统的设计方案，对于智能变电站的工程实践具有重要的参考价值。方案中的状态监测IED仍然是功能独立与分散布置，随着技术的发展，应逐步实现状态监测与测控、保护等功能的一体化以及一次设备与智能组件的最终融合。