國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司信息通信分公司的研究人員劉世民、袁野等，在2015年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，智能變電站是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要的“終端”。本文簡述了國內(nèi)外智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了智能變電站對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，并對(duì)智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、通信協(xié)議等內(nèi)容進(jìn)行了初步的討論。
電網(wǎng)是指由輸電、變電、配電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的聯(lián)系發(fā)電與用電的統(tǒng)一整體的電力網(wǎng)。電網(wǎng)是關(guān)系到普通人民日常生活、國家經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)。
智能電網(wǎng)(smart grid)是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，是有機(jī)融合了信息、數(shù)字等多種前沿技術(shù)的輸配電系統(tǒng)。智能電網(wǎng)在物理電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將各種技術(shù)（如通信、信息、決策、控制、傳感器、測(cè)量等技術(shù)）高度集成，形成了一個(gè)高度自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化的電力網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，創(chuàng)造了新型的現(xiàn)代化電網(wǎng)。智能電網(wǎng)包含了電力生產(chǎn)全的過程，可以檢測(cè)、控制所有用戶以及相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電能和信息的雙向通信。智能電網(wǎng)保證了電網(wǎng)的環(huán)保、高效、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)等性能。
智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，在自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等功能的同時(shí)還具備了實(shí)時(shí)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析等功能。智能變電站是功能進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)的變電站，是智能電網(wǎng)不可或缺的重要組成部分。
智能變電站要求實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（如系統(tǒng)電壓、電流等）的采集以及分析處理等功能，并能夠根據(jù)采集到的設(shè)備參數(shù)對(duì)其進(jìn)行評(píng)定、分析，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)變電站的智能化。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)智能變電站尤為關(guān)鍵，上述功能基本上都是由在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成。
1、智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著變電站智能化水平的提高，如今的變電站管理趨勢(shì)是無人值守變電站。目前國內(nèi)很多變電站都采用了無人值守管理技術(shù)，如110kV變電站和220kV變電站等。要實(shí)現(xiàn)變電站的無人化管理，智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用，則成為了智能變電站發(fā)展過程中，極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。獲取智能變電站中各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)需要依靠在線監(jiān)測(cè)技術(shù)來完成。
在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的提出是為了實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)變電站設(shè)備的運(yùn)行情況，分析其可能出現(xiàn)的故障，在故障發(fā)生之前能夠進(jìn)行及時(shí)預(yù)警并解除故障危險(xiǎn)，使得變電站設(shè)備運(yùn)行更加安全、降低設(shè)備故障出錯(cuò)率。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是指在變電站設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過檢測(cè)裝置、儀表設(shè)備等，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，用于發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的設(shè)備所存在的潛在性的故障。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是智能變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段。
多年來，我國電力行業(yè)為了提高智能變電站的真實(shí)性、安全性、穩(wěn)定性，持續(xù)不斷的對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。
在傳統(tǒng)變電站中，需要對(duì)變電站進(jìn)行定期停電檢修相關(guān)的設(shè)備，對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行定期檢查，判斷其是否能夠繼續(xù)正常工作。這個(gè)方式的檢修制度具有需要停電、試驗(yàn)真實(shí)性和實(shí)時(shí)性差等問題，不能實(shí)時(shí)掌握變電站的相應(yīng)狀態(tài)信息。
近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)日益走向成熟?，F(xiàn)今，智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有這兩種類型：
具有單一監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的某一類設(shè)備的單一或部分參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能，如
油色譜的監(jiān)測(cè)、變壓器監(jiān)測(cè)、避雷器監(jiān)測(cè)、SF6監(jiān)測(cè)等。
具有綜合在線監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器、GIS、容性設(shè)備、避雷器、開關(guān)柜等變電站內(nèi)設(shè)備的多項(xiàng)監(jiān)測(cè)功能。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，將分析后的信息傳送給監(jiān)控主機(jī)，并存入數(shù)據(jù)庫。
2、智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成
在智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由專門的監(jiān)控后臺(tái)主機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一集成管理。后臺(tái)主機(jī)收集所有分散系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)信息等，將信息資源進(jìn)行共享并進(jìn)行優(yōu)化。
圖1所示為典型的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，將分析后的信息傳送給監(jiān)控主機(jī)，并存入數(shù)據(jù)庫。智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)集成的理念，建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)智能變電站的發(fā)展具有重要意義。
圖1在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
按照智能變電站通用的分層原則，智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的站內(nèi)后臺(tái)主機(jī)（子站）主要分布在站控層。其主要功能為采集變電站內(nèi)的所有在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的模型、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、進(jìn)行報(bào)警提醒等功能。此外，還具有向上一級(jí)（主站）上傳數(shù)據(jù)、接受遠(yuǎn)程控制和維護(hù)命令等功能。
具有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)功能的智能電子設(shè)備分布在間隔層，主要負(fù)責(zé)某一類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、整理、分析和存儲(chǔ)等任務(wù)。按照相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，向上級(jí)后臺(tái)主機(jī)上傳數(shù)據(jù)、接收命令。
相應(yīng)的監(jiān)測(cè)單元或者電子傳感器則分布在過程層。其主要功能為對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的采集并進(jìn)行存儲(chǔ)。通過相關(guān)協(xié)議向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并對(duì)上級(jí)發(fā)送的命令進(jìn)行響應(yīng)。
智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過傳感器、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，獲取設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析處理，以此判斷設(shè)備是否可靠，可以及早發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行處理，使得供電系統(tǒng)更加可靠。智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用在很大程度上減少了設(shè)備維修的費(fèi)用，為設(shè)備的常規(guī)檢修提供了可靠的參照數(shù)據(jù)。
3、智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信協(xié)議
根據(jù)國家發(fā)布規(guī)范性文件要求，智能變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)必須遵循IEC61850規(guī)約，實(shí)現(xiàn)通信的網(wǎng)絡(luò)化、信息的數(shù)字化。
信息的數(shù)字化要求已經(jīng)在傳統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但是由于不同廠家的智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用各自的傳輸方式（主要體現(xiàn)為傳統(tǒng)的串行通信總線方式），因此不同廠家的系統(tǒng)之間不能進(jìn)行相互的通信。
為了統(tǒng)一要求，也為了實(shí)際應(yīng)用時(shí)候的便利性，智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在通信協(xié)議上應(yīng)遵循IEC61850規(guī)約。
智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將變電站內(nèi)設(shè)備的所有狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析處理。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警并進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)智能化變電站。
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是一種通用的通信規(guī)約，通過對(duì)設(shè)備采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議模型，使其具有通用性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的定義對(duì)智能變電站具有舉足輕重的影響。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建立了很多通用模型，如邏輯結(jié)點(diǎn)（LN）、邏輯裝置（LD等等）。這些模型的建立，可以根據(jù)實(shí)際情況任意配置變電站的通信內(nèi)容，優(yōu)化變電站通信質(zhì)量，使得變電站的通信更加通用更加規(guī)范化。
IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)具備以下特點(diǎn)：
信息分層結(jié)構(gòu)：IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提出了分層概念，將變電站的通信系統(tǒng)分為3層，即變電站層、間隔層和過程層。變電站層和間隔層之間采用MMS、TCP/IP等通信協(xié)議進(jìn)行傳輸。間隔層和過程層采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的傳輸方式。
采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)：IEC61850引入“面向?qū)ο蠼！钡母拍?。根?jù)電力系統(tǒng)的相關(guān)特點(diǎn)，定義了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型，用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息以及其他信息通信要求。
采用通信接口服務(wù)：在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，為了適應(yīng)需求，采用相關(guān)的通信接口服務(wù)。
數(shù)據(jù)描述：為了滿足功能的需求以及后續(xù)發(fā)展，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用了建立模型的方式，如邏輯結(jié)點(diǎn)（LN）、邏輯裝置（LD等等）模型等等。
為適應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，快速傳輸變化值、傳輸采樣值等。
采用IED配置語言：建立IEC61850標(biāo)準(zhǔn)專有的IED配置工具。可以在配置工具中進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，包括數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)類型等。
IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)智能變電站的影響巨大，為制定統(tǒng)一的智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸協(xié)議具有深遠(yuǎn)的影響。
4、智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向及建議
智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還處在發(fā)展階段，還有一些不足之處。對(duì)此，提出以下建議：
將在線監(jiān)測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用到電網(wǎng)設(shè)備中，提高對(duì)智能變電站中設(shè)備監(jiān)測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性。只有提高智能變電站設(shè)備的實(shí)用性，才能使其得到良好的發(fā)展。
將智能變電站在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)功能一體化，包括測(cè)量、計(jì)算、控制、檢修、保護(hù)五大功能。將智能變電站的信息充分共享，設(shè)備之間可以建立良好的通信機(jī)制，使得設(shè)備運(yùn)行更加可靠。
進(jìn)一步開發(fā)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的綜合分析功能，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)價(jià)分析、設(shè)備壽命預(yù)估、故障及時(shí)診斷等高級(jí)應(yīng)用功能。若要使變電站的智能化水平進(jìn)行顯著提高，則要對(duì)智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行完善，提高評(píng)估系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，減少專業(yè)技術(shù)人員的工作量。
在當(dāng)今社會(huì)，智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該充分應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一的模型，如服務(wù)器(Server)、邏輯設(shè)備(LD)、邏輯結(jié)點(diǎn)(LN)、數(shù)據(jù)(Data)。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，可以建立統(tǒng)一完善的智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以大大提高變電站的智能化。
智能化變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，包括監(jiān)測(cè)斷路器所需的斷路器電流、監(jiān)測(cè)容性設(shè)備所需的系統(tǒng)電壓等。而監(jiān)控主機(jī)可以根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。可以對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行內(nèi)容的豐富化，如系統(tǒng)所出的報(bào)表可以包含開關(guān)開合、保護(hù)動(dòng)作的信息，還可包含更高級(jí)的設(shè)備狀態(tài)信息等。這將有力地提高智能變電站自動(dòng)化水平，節(jié)約智能變電站維護(hù)成本，提高電力系統(tǒng)綜合效益。
5、結(jié)語
智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)變電站的發(fā)展具有重大意義。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將設(shè)備的參數(shù)狀態(tài)等進(jìn)行采集并分析，并將相關(guān)結(jié)果傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)上，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)智能變電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對(duì)設(shè)備的各種問題進(jìn)行報(bào)警，使得工作人員可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)信息，更好的對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以生成數(shù)據(jù)報(bào)告，以供查看。
智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的問題，而且可以減少成本，為更好的建立智能變電站起到了不可或缺的作用。
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