基于IEC61850 标准的智能温度测控体系架构研究*

冯俊琨，陈 荣，卓玉洁，王黎光，马啸宇

（四川水利职业技术学院，四川 崇州 611231）

1 研究背景

2007年10月，东北电网公司启动了智能电网可行性研究项目，到2009 年5 月国家电网提出建设坚强智能电网发展战略[1]，坚强智能电网发展战略涵盖了发电、输电、变电、配电、用电和调度等环节[2]。通过十余年的建设发展，输电、变电、配电、用电和调度五个环节得到了飞速的发展，而作为电力系统最重要环节的发电部分智能化改造却远远滞后，仅有一些大型发电厂进行了部分智能化改造。四川作为水电大省，水电站受水能资源分布影响[3]，中小型水电站数量众多，中小型水电站受水电厂自动控制需要测控管理的对象众多、市场上未提供成熟的解决方案和足够的智能化设备[4]、制造企业智能化改造成本压力大[5]等因素影响，中小型水电站智能化改造几乎处于空白状态。

2 现状分析

温度是水电站运行状况检测的一项重要指标，发电机组的定子线圈及铁芯、上导轴承、下导轴承、推力轴承、水导轴承等地方均需要进行测温，每台机组测温点基本都在十个以上。目前采用的测温方式，是将测温电阻直接通过硬接线的方式接到单点表或巡检表上，通过单点表或巡检表将测温电阻回路的电信号转换为对应温度，再利用硬接点的方式开入到机组LCU，这种方式存在机组LCU 开入接点多、二次接线烦琐且长、接线之间存在相互干扰、不满足智能电网“一次设备智能化、二次设备网络化”的技术要求[6]等缺陷。

3 体系架构

3.1 设备架构现状

目前，水电站温度测控系统都配有定检仪和巡检仪，定检仪用来测控某些重要位置的单个温度，巡检仪巡回检测显示多个位置的温度。下面根据某个小型水电站温度测控系统进行分析，该电站配有五个定检仪和一个巡检仪，定检仪与巡检仪置于主厂房的测温制动屏内（目前水电站普遍采用）。五个定检仪分别对上导轴承、推力轴瓦、推力油槽、下导轴承、下支架油槽进行温度测控，然后定检仪将上导轴承温度升高、推力轴瓦温度升高、推力油槽温度升高、下导轴承温度升高、下支架油槽温度升高开出到机组LCU进行温度升高报警，将上导轴承温度过高、推力轴瓦温度过高、推力油槽温度过高、下导轴承温度过高、下支架油槽温度过高开出到机组LCU 进行温度过高停机。巡检仪对上导轴承、推力轴承、下导轴承、水导轴承及六个定子槽间测温点进行温度测控，将温度升高信号开出到机组LCU报警，将温度过高信号开出到机组LCU进行停机。本测温系统共计使用3芯电缆3根约40 m，使用5芯电缆1根约7 m，使用7芯电缆7根约90 m，使用11芯电缆2根约26 m，机组LCU开入点11个，存在二次电缆接线长、机组LCU开入点多等缺点。传统温度测控示意图如图1所示。

图1 传统温度测控示意图

3.2 智能化结构改造

目前已有专家提出，在发电机组上增加一个发电机组本体端子箱，将温度定检仪和巡检仪安装于本体端子箱上，发电机组厂家可将上导轴承、推力轴承、下导轴承、水导轴承、定子槽间等所有测温点直接接入定检仪或巡检仪，二次电缆接线明显缩短，相互之间干扰减小。仅此仍不能满足智能电网的需求，国内智能变电站的体系架构多采用IEC61850 标准中所推荐的“三层两网结构”，并且在工程实践中已得到了成熟应用[7]。所谓“三层”分别是“站控层”“间隔层”和“过程层”[8]，“两网”是指站控层网络和过程层网络。1）站控层网络：间隔层设备和站控层设备之间的网络，实现站控层设备之间、站控层与间隔层设备之间以及间隔层设备之间的通信；2）过程层网络：间隔层设备和过程层设备之间的网络，实现间隔层设备与过程层设备之间的数据传输[9]。为满足电网智能化需求，在发电机本体端子箱中增加基于 IEC61850 标准的网络化、信息化的二次设备[10]——智能温度合并器。温度定检仪、温度巡检仪输出的模拟量和开出量信号传送至温度合并器，通过温度合并器对信息进行采集和处理，将温度过高机组停机信号通过GOOSE 网络传送至机组LCU，将温度升高报警信号及各点位温度数据通过MMS 网传送至操作员工作站及机组在线监测装置。智能化测温系统架构图如图2 所示。

图2 智能化测温系统架构图

4 结论

上述智能温度测控体系，通过优化定检仪、巡检仪位置，使得测温电阻与测温仪之间的接线距离明显缩短，接线之间相互干扰将大大降低。定检仪、巡检仪输出的模拟量和开出量连接至智能温度合并器，由本体端子箱厂家完成内部接线，接线距离同样很短。温度合并器对信号处理后通过GOOSE 或MMS 网络传送至机组LCU、操作员工作站、机组在线监测装置，可以大大减少机组LCU 的开入、开出点位，同时也能满足智能电网通信架构技术需求。

综上所述，新的测温体系架构，可有效解决目前大部分电站测温系统存在的机组LCU 开入接点多、二次接线烦琐且长、接线之间存在相互干扰、不满足智能电网“一次设备智能化、二次设备网络化”的技术要求等方面缺陷。