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摘要：一次设备在线监测和智能诊断技术是智能变电站的关键技术，本文简述了国内外目前传统变电站变电设备在线监测技术的发展现状,分析了智能化变电站对变电设备在线监测系统要求,然后遵循模块化，网络化，数字化等设计原则，提出了基于IEC61850标准的现阶段可行的全站统一平台的智能在线监测系统的设计方案。
关键词：智能变电站；一次设备；在线监测；IEC61850；IED
引言
变电设备是电网的基本单元,变电设备智能化是智能电网的重要组成部分,智能变电站要求变电设备状态参数自动采集,在线分析,实现状态可视化,并根据设备的状态对设备进行评估、分析,采取相应的应对措施,实现变电站的智能化。因此，对于智能变电站来说,在线监测技术的应用非常关键。
1变电一次设备在线监测技术发展现状
目前,国内外变电设备在线监测系统在市场上包括具有单一监测功能的系统和具有综合在线监测功能的系统两类。单一功能的在线监测系统只能实现对一类设备单一或部分绝缘参数的监测功能,如专门用于监测变压器油的色谱装置或专门用于监测变压器的局放装置。随着技术的不断发展,各类单一功能的在线监测系统趋向集成,各种变电设备的监测单元通过现场总线与上位机主机相连,监测单元负责数据采集、初步分析,并将数据上传至监控上位机,主机对数据进一步处理,统一生成图形、报表,并将数据存入数据库。变电设备综合在线监测系统的形成实现了对变电站变压器、电抗器、断路器、GIS、高压套管、容性设备等变电设备的实时在线监测功能。
2在线监测和智能诊断技术特点
随着计算机通信技术，微处理器技术，故障诊断技术和多传感器信息融合技术的发展，一次设备在线监测技术达到了实用化阶段并不断进步。目前其研究重点转移到监测项目完善，研究符合智能电网建设需求的智能变电站在线监测与智能诊断系统。
（1）信息共享平台化。支持信息一体化平台化的要求，站内数据信息共享；满足集中监控，顺序控制，状态检修等要求；站控层一体化平台和电力数据网相连。（2）信息展现一体化。站内系统信息平台把经过整合的信息资源展现给用户，提供给用户最全面的全方位监测和故障诊断信息，大大提高了信息系统的效率。（3）监测目标全景化。对整个变电站关键设备包括变压器，开关设备等进行全面的状态监测，实现监测目标全景化（4）系统构架网络化。网络结构分为站控层，间隔层，过程层三层网络结构，系统按照IEC61850协议进行网络化的数据传输和网络化控制。（5）设备状态可视化。系统基于自监测信息和经由信息互动获得的设备其他信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使设备状态在电网中是可观测的。（6）全站信息数字化。对高压设备本体或部件进行智能控制所需设备状态参量及进行就地数字化测量。测量结果可根据需要发送至站控层网络或/和过程层网络。设备状态参量包括开关设备分合闸状态，OLTC分接位置等。（7）监测功能模块化。监测功能可根据需求对监测项目进行灵活配置，各监测功能模块基于统一的通信协议，具有即插即用得特点。（8）通信协议标准化。全站实现通信协议标准化（IEC61850标准）站控层具有智能高级应用，可以向外部提供统一的网络服务接口。
3智能变电站一次设备智能在线监测系统设计分析
依据智能变电站的相关要求以及状态检修的需要,结合在线监测技术的发展现状,对智能变电站中在线监测系统的一些关键因素进行初步的探讨,并分析相应的合理性和适用性。
（1）主要功能。智能变电站变电设备在线监测系统应利用各种传感器,由就地的监测功能组获取相应一次设备的原始监测数据,就地进行分析处理,得到可用的状态数据；然后通过网络将各种状态数据和分析结果汇集到站内统一后台做进一步的分析和存储,后台机能够准确地向上级状态检修平台提供可靠的基础状态信息,为状态检修提供基础数据。
（2）网络配置。依据智能变电站变电设备在线监测系统数据的分区原则,在线监测数据应处于安全Ⅲ区,不应和Ⅰ、Ⅱ区发生关联,因此,在线监测系统应独立组网,即在物理上是独立的,应独立配置交换机和各层装置。鉴于在线监测系统的特点,实时性要求不高,具有非易失性存储功能等,系统的稳定性和数据完整性比较容易保障,因此,只配置单星形以太网即可,所有装置和网络均单套配置,不做任何冗余。
（3）系统分层。变电设备在线监测系统按照智能变电站通用的分层原则,分为站控层、间隔层和过程层。在线监测系统网络分为站控层和过程层两层,分别用于连接间隔层与站控层及间隔层与过程层。站控层设备主要是在线监测的站内后台机(子站),负责收集站内所有的在线监测数据并进行标准化模型的转换以及统计分析功能和数据存储、预警等功能。间隔层设备一般为现场监测功能组的主IED,负责某一类或一批设备的在线监测数据收集和整合、分析及就地存储等。并向上一级后台机按照MMS协议上传数据、接收上级发来的控制和配置命令等。过程层设备是相应的监测单元或传感器,主要完成原始数据的采集和数字化功能,并提供一定的就地存储功能；通过串行总线协议或IEC61850规约向主IED上送数据；响应主IED下发的控制和配置命令等。
（4）传感器配置。传感器是在线监测系统的数据源头,其准确性和安全性、稳定性对于整个在线监测系统至关重要,因此,对于智能变电站,应合理选择在线监测传感器,并采用合理的配置方式,以确保整个系统的准确性和可靠性。目前,传感器分为内置传感器和外置传感器两类。
（5）IED布置。按照智能变电站的需求以及所配置的在线监测系统的特点,如测点数、被测设备分布情况以及被测量的复杂程度等,合理布置IED,一方面使在线监测系统整体结构清晰,另一方面确保最大限度节约成本。
（6）通信协议和接口。系统站控层网络采用IEC61850规定的MMS协议,过程层根据装置的支持程度,可以采用MMS或MODBUS中的一种,如果采用MODBUS协议,则应使用统一的寄存器配置规范。系统子IED与主IED之间通过报告服务形式进行数据交换,子IED应支持多种报告触发模式(品质变化、数据更新、周期、总召唤)和文件传输服务；传感器和主IED/子IED之间应通过MODBUS的03H、04H、06H、10H进行数据交互或直接通过A/D进行数据采集。系统间隔层各主IED和站控层后台之间以报告服务的形式进行数据交换,主IED应支持多种报告触发模式(品质变化、数据更新、周期、总召唤)和文件传输服务。站内后台与远方主站之间通过WebService形式依据相应接入通信规约进行数据交换。
（7）在线监测后台软件设计。软件应采用模块化和分层设计,以方便更新和扩展。各模块可以灵活配置,模块内功能具有高内聚性。不同层次间接口应简洁明了,兼容性和可扩展性强,确保某一层次的技术改造不会影响其它层次。软件应具有信息收集功能、远程通信功能、分析预警功能、管理维护功能、数据存储功能、远程维护功能、安全认证功能、信息展示功能、数据导出功能和运行监视功能等。
4结束语
智能变电站是变电站发展的必然趋势，基于IEC61850标准的智能化变电站在线监测系统能够智能化实时采集、分析变电站主设备的各项数据,建立基于专家系统的在线监测数据库,实时对运行设备的状态进行跟踪和监测,及时对设备的异常状态提供报警和详细分析报告,在线监测系统的智能化功能可为智能电网的整体决策提供坚实的基础。
参考文献：
[1]刘振亚.智能电网技术[Ｍ].北京:中国电力出版社,2010
[2]钟连宏,梁异先.智能变电站技术与应用[Ｍ].北京:中国电力出版社,2010