关于智能变电站监控系统的研究

王晓东

摘 要：监控系统是智能变电站中的重要组成部分，关系到变电站的安全可靠运行。然而监控系统往往因电磁干扰影响了系统的稳定性，给变电站运行带来潜在安全隐患。文章主要针对智能变电站的功能特点、系统结构、安全分区、设备配置及发展趋势进行分析。

关键词：智能变电站；监控系统；功能特点

引言

智能变电站监控系统采用IEC 61850标准与间隔层设备通信，具备良好的可视化展示和便捷的人机操作界面，要实现实时数据的快速处理和历史数据的海量存储功能，还要实现网关机的规约转换功能。监控系统通过这些基本功能配置，实现对站内一、二次设备的实时监视和可靠操作控制，并支持调度主站对站内的监视控制。

1 智能变电站功能特点

智能变电站监控系统对全站设备的运行参数进行采集、测量，并对运行状态进行监视和记录，对变电站主要一次设备如断路器和隔离开关，当变电站的主要设备或输、配电线路发生故障时，能及时记录和提供故障信息，将采集到的数据通过先进的网络通信技术及时上送至调度主站并执行调度主站下达的命令，监控系统主要由数据采集、数据分类及处理、数据存储、辅助分析决策、优化控制、安全监控、操作与控制、人机联系、系统维护、同步对时等功能模块组成。

智能变电站监控系统除完成常规变电站监控与数据采集功能外，还将视频、在线监测、环境检测等各种子系统的数据进行有机的结合，并在此基础上满足电网实时在线分析和控制决策以及运行状态可视化的要求，智能变电站监控系统不仅是变电站智能化实现的关键，也是调度中心和生产管理等主要系统实现各项高级应用的基础。

智能变电站监控系统主要是指变电站智能化系统的站控层，与传统变电站相比，智能变电站监控系统具备以下特点：（1）高度集成系统设备；（2）全面遵循IEC 61850标准；（3）广泛采用高级应用功能。

2 监控系统结构

智能变电站监控系统通过系统集成优化和信息共享，实现电网和设备运行信息、状态监测信息、辅助设备监测信息、计量信息等变电站信息的统一接入、统一存储和统一管理，实现智能变电站运行监视、操作和控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能，并为调度生产等主站系统提供统一的变电站操作和访问服务。

通过IEC 61850标准，智能变电站采用分层结构，包括过程层、间隔层、站控层，各层之间通过网络连接。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子设备，实现电测量信息和设备状态信息的采集和传递，接受并执行各种操作与控制命令。一次设备不属于监控系统，过程层与站控层无直接联系。站控层包括自动化站及监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等，实习面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能。实现站内人机交互、变电站与调度信息交互的功能。站控层功能宜高度集成，可在一台计算机或嵌入式装置上实现，也可分布在多套计算机或嵌入式装置中。间隔层实现或支持实现测量、控制、保护、计量、监测等功能。间隔层设备主要包括测控装置、继电保护装置、计量表计、智能高压设备的监测主TED等二次设备。间隔层设备实现使用一个间隔的数据并且作用于改间隔一次设备的功能。从三层设备各自特點看，过程层、间隔层设备强调高可靠性，功能相对单一，一般采用嵌入式装置。智能变电站一般具备站控层网络和过程层网络。网络采用高速以太网，通信标准符合IEC61850。

3 监控系统分区

智能变电站是电力网络的重要一环，为保证电力网络安全，智能变电站也必须遵循电力二次系统安全防护的总体原则。实现“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向加密”。

变电站结构从横向来看，存在不同的安全分区，原则上划分为控制大区和管理信息大区。生产控制大区分为控制区和非控制区。分别成为安全I区和安全II区，二管理大区分为III/IV区。变电站的业务系统的安全分区对应于调度主站业务系统的安全分区。

在安全I区中，监控主机采集电网运行和设备工况等实时数据，经过分析和处理后进行统一展示、统一存储。I区数据通信网关机通过直采直送的方式来实现与调度中心的实时数据传输，并提供运行数据浏览服务。

在安全II区中，综合应用服务器与输变电设备状态监测和辅助设备进行通信，采集电源、计量、消防、安防、环境监测信息，经过分析和处理后进行可视化展示。II区数据通信网关机与调度中心进行信息交互，提供信息查询和远程浏览服务。

综合应用服务器通过正向隔离装置向III/IV区数据通信网关机发布信息，并由III/IV区数据通信网关机传输给III/IV区的生产管理系统等其他主站系统。

4 监控系统设备配置

综合应用服务器通过正向隔离装置向III/IV区数据通信网关机发布信息，并由III/IV区数，智能变电站监控系统主要由站控层设备组成，包括监控主机、数据通信网关机、PMU数据集中器、综合应用服务器、占用时间同步装置等。

（1）监控主机实现变电站的SCADA功能。（2）数据服务器用于变电站数据的集中存储，为站控层设备和应用提供数据访问服务。存储数据主要包括历史采样数据、事件记录、录波文件等。（3）综合应用服务器，接收站内一次设备在线监测数据、站内复杂应用信息、设备基础信息等，进行集中处理、分析和展示，是安全II区的设备。（4）I区数据通信网关机：直接采用站内数据，通过专用通道向调度中心传送实时信息，同时接收调度中心的操作与控制命令。（5）II区数据通信网关机：实现变电站告警信息向调度主站的直接传输，同时支持调度主站对变电站的图形调阅和远程浏览。（6）III/IV区数据通信网关机：实现与PMS、输变电设备状态监测等其他主站系统的信息传输。（7）操作员站。站内进行监视的主要人机界面，实现对全站一、二次设备的实时监视和操作控制，具有事件记录及报警状态显示、画面曲线报表展示等功能，具备事件查询、设备状态和参数查询、操作控制等功能。（8）工程师站。实现智能变电站监控系统的配置、维护和管理。（9）“五防”工作站。进行“五防”规则管理，闭锁不正确的遥控操作。（10）保护信息管理子站：集成站内保护装置信息，能够存储保护故障录波信息，具备修改保护装置的保护定值、切换运行定值区的功能。（11）图形网关机：实现智能变电站的告警直传与远程浏览功能。（12）PMU集中器：用于站端PMU数据接收和转发的通信装置。（13）站用时间同步系统：为全站所有设备提供统一的时间同步信号，应采用GPS和北斗系统双对时源。

5 结束语

计算机性能的提高和智能变电站监控系统一体化技术的发展，使得实际智能变电站建设时，站控层设备可进行功能集成，减少设备数量，即智能变电站设备的发展趋势是集成化。

参考文献

[1]曹团结，黄国方.智能变电站继电保护技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2]国家电网公司基建部.智能变电站建设技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3]黄亦庄.智能变电站自动化系统原理与应用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.