略谈智能监控系统在变电站中的应用

【摘 要】随着我国经济的发展，人们对电的需求越来越高，电能已经成为国民经济发展的重要基础，因此，变电站运行的安全性、可靠性是当前电力行业发展的重点。在变电站中智能监控系统的应用为变电站的安全运行提供了保障，本文中将对智能监控系统的功能特点以及应用进行了探讨，希望对我国电力行业的发展起到推动作用。

【关键词】变电站；智能监控；二次技术；应用

变电站是电力行业的基础性建设，分布较广，运行的安全性及可靠性一直都电力系统管理的重点，智能监控系统的应用能够为电力管理部门提供全自动的保护和控制，在网络环境下实现分布式智能管理，不仅帮助电力企业节约了大量成本，而且有效的提高了工作者的办公效率。当前变电站智能监控系统主要是对二次设备（如继电保护装置等）的运行状况的实时监测，

1 我国变电站发展现状

近些年，随着我国电网建设步伐的逐渐加快，国内变电站数量越来越多，输电网络越来越复杂，同时所使用的继电保护设备也随之迅速增加，这使得校验继电保护设备的工作量极为繁重；再加上大部分电力公司在编工作人员数量相对较少，继电保护工作人员常处于超负荷工作状态；此外，继电保护工作具有很强的技术性要求，新招的工作人员需要接受很长时间的培训，真正熟练地投入到工作当中需要较长周期。如何利用先进的电网继电保护在线状态监测技术，以有效降低继电保护设备的维护、检修工作量及周期已成为广大学者重点研究的课题。

在理想状态下，传统的微机保护设备能够有效监测逆变电源、电压、电流输入回路、保护的通信数据、输入输出接点等，理论上可实现监测的合理性、完整性及可靠性。然而该形式需要监测大量的网络节点，具有庞大的数据量，实施需要建立大量的通信通道。而随着数字继电保护装置、智能变电站技术及集中式数字继电保护装置在电网中的应用，状态监测技术得到了显著的优化。

2 智能变电站二次系统

IEC61850为智能变电站信息交换及信息建模方式的标准，与传统的变电站相比，用于智能变电站的IEC61850标准能够实现功能的自由分配，这也是其主要的优越性之一，主要表现在逻辑集成及物理集成两个方面。逻辑集成是指通过利用逻辑连接来实现信息的逻辑运算和交换，实现了间隔与间隔之间、变电站与变电站之间的系统级功能，为区域功能、全局功能的联系与协调奠定了基础；物理集成是指在同一设备装置中同时融合了多个功能。

变电站二次设备及其通信网络构成了智能变电站二次系统，整个系统的所有设备均执行的IEC61850标准，整个变电站系统按其功能从逻辑上可将设备划分为三层设备（站控层、间隔层、过程层）及两层网络结构（站控层总线、过程层总线），层与层之间及每层内部的设备之间的数据传输均采用高速以太网，数字化信息交换采用GOOSE、SV、MMS报文。与传统的变电站不同的是，智能变电站二次系统在其物理结构上拥有智能变电站设备及通信网络。

2.1 智能变电站设备

智能变电站中部署很多具有高度功能集成的一体化智能装置，能够对三态数据（稳态数据、暂态数据、动态数据）进行统一采集和处理。例如，相量测量单元（PMU）将与保护、测控或录波装置实现集成化、一体化，从而大大提高智能调度系统对全景信息的感知能力，提高高级应用的精度和鲁棒性，实现自动化、互动化的目标。

在智能变电站二次技术中，智能化电气设备为过程层的主要设备，主要负责对设备运行状态、驱动功能、操作控制指令的执行等各电气量参数的检测；间隔层设备不同于普通的自动化电气设备，并在此基础上进行了较大改进，主要采用了统一建模、通信接口的统一、自描述的规范及通信信息分层等技术；站控层一方面在数字式变电站中负责控制系统与变电站的无缝通信，另一方面在站级层通过信息共享实现与变电站信息的协调。站控层总线及过程层总线均接入上述三层设备。

2.2 智能变电站通信网络

随着现代信息通信技术的不断完善，通信网络的信息传输技术完全可用于智能变电站二次技术中。智能变电站中的通信网络如同人体的神经系统，将各个变电站中的设备相互交叉连接起来，并且二次系统中每一个功能（如：控制、监测、计量、保护等）的实现均以通信网络为基础。所以说智能变电站通信网络在整个系统中起着至关重要的作用，其运行的稳定性与可靠性直接影响整个电网系统运行的安全性。

3 智能变电站的二次设备状态监测

智能变电站中基于微电子、计算机技术、网络技术的继电保护设备其强大的“自检”能力为状态检修技术的实现提供了良好的基础。智能变电站的继电保护装置二次电流、二次电压输入的方式不同于常规变电站，取而代之的是光纤以太网传输的数字采样值报文的输入；保护动作出口不再是跳闸、重合闸接点，而是光纤以太网传输的GOOSE开关量信息。因此，二次设备的状态监测不同于一次设备，二次设备由于继电保护及安全自动装置一般都具有在线自检功能及通讯功能，一般不另外附加监测设备，属于嵌入式状态监测。利用装置本身自检及装置之间的互相监测来实现在线监测。

3.1 分布式数字化保护装置的状态监测

IEC61850标准为智能变电站实现数字化管理提供了通信基础，数字信息技术多采用数字互感器，如EVT、ECT，一次模拟信号通过该技术转化成数字信号，然后数字信号由合并器以IEC61850标准进行整合并通过光纤将信息传输给继电保护装置，在此过程中，电网接点的状态监测与控制已不再是传统的跳合闸信号的传输，而是GOOSE信息通过光纤以太网的传输，在此标准的基础上轻松地实现对继电保护装置运行状态的监测。

单台IED功能通过分布式保护装置得以实现，该形式将整个电网视为多个间隔，每个间隔均设有独立的过程层接口及继电保护装置，重要间隔（如母线间隔、高于220KV级的线路、主变间隔等）按双重结构配置。

数字式互感器在二次技术中的应用使得对继电保护装置的在线监测更加容易。这主要是因为继电保护装置接收到的为光数字信号，不存在AD采样、电压输入及二次电流的环节，因此更容易实现运行状态监测。另外装置本身还也可以监测SMV采样值报文，若出现数据帧CRC错误、数据帧丢失、数据扶疏中断等异常现象，则会发出告警信号提示SMV采样异常。

数字化智能开关的使用，使二次控制系统的操作回路通过软件编程的方式实现智能化，本身具备在线监测功能，继电保护状态监测不存在常规变电站操作回路无法在线监测的瓶颈问题。

3.2 集中式数字化保护装置的状态监测

集中数字保护装置能够同时实现若干台IED功能，能够同时监测与控制数条线路的保护装置，集中数字保护通常为双重保护配置，这样可有效提高保护的可维护性与运行可靠性。分布式保护技术与集中数字保护技术在继电保护装置状态监测中的应用，使状态监测相对更加容易实现，并且有效减少了整个系统中的监测对象。

一方面双重保护更有利于装置的自检及装置间的互检，另一方面集中式保护将各个间隔中的软压板监测、装置自检、电源监测等功能均总体视为一个LD，这就使得监测对象大大减少，同时减少了数据的传输量，降低了设备的检修维护难度。

4 结语

监测信息的标准化、信息传输的网络化、监测信息的数字化为智能变电站二次技术的实现奠定了基础，尤其是集中数字继电保护设备的应用，有效减少了二次设备的监测数量，使系统的整体结构更加合理，更利于智能变电站二次技术的实现。

参考文献：

[1]刘娇，刘斯佳，王刚.智能变电站建设方案的研究[J].华东电力，2010（07）.

[2]关杰，白凤香.浅谈智能电网与智能变电站[J].中国电力教育，2010（21）.