基于IEC61850的变电站运行状态监测方法研究

摘要：针对变压器在线监测的建设和运营，研究引入了IEC61850通信标准，并将其应用于智能变电站的状态监测中，同时在系统中引入了油色谱监测单元。结果表明，在横向对比中，该系统的监测上限延迟时间仅为180ms，运行稳定性较高。此外，在油色谱监测中，两个主变压器油中的有害气体含量均在规定值内，说明研究所设计的变电站运行状态监测方法具有较强的可靠性，从而为电力企业提供全面、准确、及时的设备状态信息和管理决策支持。

关键词：变电站IEC61850实时监测油色谱分析

中图分类号：TM63文献标识码：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

随着电子信息技术的高速发展，无人值守变电站监控系统已成为当前电力系统的标准变电站配置[1]。传统的变电站是集中式的能量转换中心，当电力需求发生变化时，变电站需要一定的时间来调整和平衡供需关系，而无人值守的智能变电站具有更好的响应性[2-3]。近年来，计算机信息处理技术迅猛发展，变电站逐步走向数字化，因此，有必要对智能变电站运行状态监测系统进行更深入的研究[4]。为此，研究引入了IEC61850通信标准，设计了变电站运行状态监测系统，同时在系统中引入了有效的监测单元，以期为电力系统的安全、稳定运行提供技术支持。

1变电站运行状态监测系统组网设计

1.1IEC61850标准

在电力系统的自动化领域中，IEC61850标准能够实现标准化、规范化及智能化的变电站运行。IEC61850标准主要将通信体系分为3个层次，包括变电站层、间隔层及过程层[5]。IEC61850标准采用了数据建模技术，其包含了多个层次结构，第一层为智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED），第二层的每一个IED含有若干个服务器，第三层为逻辑设备，第四层为逻辑节点，第五层为数据对象。对通信而言，任意用户可通过通信服务接口及服务器对数据对象进行访问。IEC61850标准的服务实现主要分为三个部分，包括制造消息规范服务、通用面向对象变电站事件服务及采样值服务，各个部分分别用于数据交互、装置之间的通讯及采样值传输。

1.2监测系统组网形式

在变电站的信息模型中，IEC61850标准发挥着重要作用。逻辑节点和设备的大多数交互均通过逻辑节点的数据与服务进行，因此，有必要对逻辑节点进行评估。若无法满足，则需新建节点DkX5uVovDS5+cIQek8TmAFxbFfeIO5d8oEuV8Zi+mII=或采用其他类型的要求。逻辑节点的数据交互必须保持向下兼容性，若超出设定范围，则需进行新标准的构建。随后，进行逻辑设备的设立。最后，采用服务器—客户端的通信模式对基本参数进行实时控制，并实现IED之间的数据传输。变电站运行状态监测系统的核心部分包括数据单元及检测设备。研究对变电站的基础系统加以区分，主要分割成过程层、间隔层及变电站层，其结构如图1所示。图1中，过程层包含了一次设备与监测传感器，通过传感器监测的数据将传递至间隔层的IED中。随后，通过IEC61850标准传递至以太网总线，再通过交换机发送到后台服务器。接着，服务器发送相应指令传递至IEC。

2智能变电站的油色谱监测

在电气设备的运行中，温度的升高会使相关的电热材料产生对设备有害的气体，包括甲烷、氢气等。一旦变压器的运行出现异常，这类有害气体的产生量会明显增加。研究主要采用油色谱分析法进行变压器故障监测。在进行内部故障的诊断时，首先，需要分析有害气体产生的原因，并检测其含量。接着，判断变压器是否存在故障，判别故障的严重程度。最后，制定相应的治理措施。在变压器监测系统中包含了一个油路循环，其主要对管道交接位置的杂物起到干扰作用。接着，除去所有残油，利用色谱柱对有害气体与油进行分离，并对其进行定量分析，数据采集器负责将电信号转化为数字信号，并将数据参数进行实时传输。最后，系统按照原有参数进行数据处理并发出指令。

3变电站运行状态监测系统的实例分析

为验证变电站运行状态监测系统的实际应用效果，研究选取某变电站进行应用分析。在该变电站中，IED的配置主要采用了分布式与集中式的组合方案。研究主要通过对比分析平台的设计工况对其横向数据读取性能进行评估。工况的横向对比读写平均延迟结果以及历史与实时电流的监测数据如图2所示。由图2（a）可知，在横向对比中，与传统的参数运行相比，该系统的监测上限延迟时间仅为180ms，整体延迟与衰减作用均较小；由图2（b）可知，实时监测数据与历史数据的趋势走向基本一致，且在相同的时段接近监测值的上限。说明该系统具有较高的稳定性与可靠性。

研究进一步对该变压器在运行过程中的油色谱进行监测，数字面板数据如表1所示。由表1可知，两个主变压器油中的有害气体含量均在规定值内，说明变电站的运行状态正常。

4结语

针对变电站运行状态的监测，研究设计了基于IEC61850通信标准的变电站运行状态监测系统，并设计了油色谱监测单元。结果显示，实时监测数据的趋势走向与历史数据基本一致，且在相同的时段接近监测值的上限。此外，在油色谱监测结果中，两个主变压器的甲烷、总烃及氢气含量均在规定值内。综合来说，研究提出的监测方法具有较强的实际应用性。但研究仅提出了油色谱监测分析法，后续可引入更多有效的监测方法，以进一步提升故障识别能力。

参考文献

[1]杨超，伏晓燕.智能变电站继电保护设备全防误状态监测技术研究[J].电网与清洁能源，2023，39（7）：73-79.

[2]YuR，AsifIkbalM，RahmanA.Improvementofsubstationmonitoringaimedtoimproveitsefficiencywiththehelpofbigdataanalysis[J].JournalofIntelligentSystems，2021，30（1）：499-510.

[3]彭永磊，陈岩，张发祥.基于信息融合技术的变电站智能运维及安防系统[J].制造业自动化，2023，45（9）：84-88.

[4]沙浩源，郭涛，赵学华，等.基于空间矢量复合判断指标的变电站动力电缆漏电检测算法[J].电力系统保护与控制，2023，51（11）：168-176.

[5]张博，叶云，汪然，等.基于IEC61850的配电自动化终端一致性测试技术[J].制造业自动化，2023，45（5）：77-81.