智能变电站状态监测系统的设计研究及应用 李杰

智能变电站状态监测系统的设计研究及应用李杰

发表时间：2018-08-13T16:33:15.890Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：李杰

[导读] 摘要：近年来，随着科学技术的进步，智能化技术在变电站中的应用十分广泛。

（国网河南省电力公司南阳供电公司变电运维室河南南阳 473000）

摘要：近年来，随着科学技术的进步，智能化技术在变电站中的应用十分广泛。为了能够确保智能变电站的设备可以达到实时监测的水平，需要针对变电站的监测方法、监测流程等内容展开详细的研究，对设备出现异常的情况进行切实的了解与掌握。本文通过对智能变电站监测系统的设计内容进行研究，希望能够为相关人员，起到一些积极的参考作用。

关键词：变电站；智能电网；在线监测；设计

引言

智能电网是现阶段电网发展的主要方向，它结合现代化设备实现变电站信息的数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化。智能变电站自动化在线监测系统实现对智能电网的全方位实时监控。该系统可以自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能，提高智能变电站的运行稳定性和安全性。本文对智能变电站自动化在线监测系统的结构设计和实际功能进行详细分析。

1智能变电站监测系统的研究意义

在实际应用过程中，智能变电站具备可靠的运行特点，同时其低碳、环保的智能化运行方式，可以对信息展开自动的采集、测量、监测等基本操作功能，并且在这个过程中，可以实现数字化、网络化和共享化的工作流程。在电网中实现更高级的功能，这样可以进一步完善电网的运行与发展，有效提升变电站的智能化水平。设计出一套适合智能变电站的监测系统，能够及时发现变电站中潜在的一些计量异常问题，并能随即开展具体的分析工作，为智能化变电站实现电量计量的稳定可靠做出贡献，并在此基础上，可以构建一个具有通用性和互通性的合作平台，这对电力系统中在线监测技术的发展大有裨益。

2在线监测系统架构设计

2.1站控层

监测系统的站控层是整个系统的核心部分，主要提供信息化一体平台，给在线监测装置和各个综合监测单元提供通信，从而实现对监测单元的数据采集和通信控制。此外，终端监测单元对在线采集的数据信息，按照Q/GDW534标准进行分析整理并进行储存，轻松实现了对整个智能变电站状态的实时监测、数据分析以及故障诊断，然后通过CAC与上层进行数据通信。

2.2间隔层

间隔层主要按照智能变电站中设备的类别，设置相对应的监测单元，并通过协议转换功能，对过程层收集到的各种监测信息，按照IEC61850标准协议进行统一建模，实现对站控层的信息互联、数据加工、监测预警以及阈值比较等功能，如果监测装置和站控层采用统一的通信标准，则无需设置综合监测单元，可直接与终端监测单元进行通信连接。

2.3过程层

过程层主要对智能变电站中变压器、断路器等一次设备进行在线监测，然后，采用IEC61850标准协议或者Modbus等协议与间隔层进行信息互联。过程层对智能变电站中各个电气设备的状态信息进行收集和整理，并将这些信息转化成数字信号，对于不符合IEC61850标准协议的在线检测单元，则需要进行相应的数据转换，然后才能接入间隔层的综合监测单元。

2.4协调器节点硬件设计

协调器节点要负责接收终端节点的数据，并对数据进行处理和储存，同时还要负责无线局域网的建立以及与GPRS协议之间的转换。因此，LM3S9B96作为无线芯片CC2520的微控制器单元构成协调器节点，节点的硬件设计还包括电源供电模块、JTAG和GPRS无线通讯模块电路。通过节点配置，实现了ZigBee协议下的终端数据采集和无线组网通信功能，以及超低功耗，能够满足系统设计需要。电源供电模块：因为协调器节点所需用电量大并一直处于供电状态，所以节点的供电模块采用交流互感器自给供电。在母线上安装电流互感器，经过整流、滤波、稳压等处理后，提供各节点所需要的电源。模块自给供电，解决了“电池供电”需要定期更换电池的问题。

2.5ZigBee组网

ZigBee无线局域网包括信标和非信标两种工作模式。本设计采用非信标的模式，允许终端设备进行周期性休眠，而协调器和路由器设备则处于长期工作状态。终端设备大多数时间都处于休眠模式，周期性醒来与路由器一并把数据传送给协调器，最大限度地节约终端节点的功耗。ZigBee网络的组建主要包括两个基本步骤：先是协调器初始化，然后是路由器节点或者终端节点加入网络。

3智能变电站状态监测系统的应用

3.1变电站状态检修

状态检修应该包括状态信息采集、状态诊断方法和检修策略应用。状态信息采集的内容是应用体系的整体输入，检修策略是应用系统的输出，状态诊断方法合理建立分析模型，从而科学客观地进行变电站运行的状态，这也是数字化变电站状态检修的重要内容，也是一项工作难点。智能化一次设备的被检测信号回路和操作驱动回路的设计采用了光电技术，使用了微处理器，对常规的继电器和控制回路进行了简化，传统的导线连接也被数字公共信号网络和数字程控器取代。网络化的二次设备能够通过网络进行数据和资源的共享，常规的功能装置变成了灵活地功能模块，模块的设计制造全部标准化，模块之间使用网络通信。数字化变电站为了能够进行设备的实时状态监测，需要建设自动化的运行管理系统，自动记录设备运行状态和数据，能够进行故障检测和分析，并且发出警报。

3.2变电站设备的状态监测

技术发展的走向必然是状态检修，而且现在的电网正在从定期维修向状态检修过渡。定期维修是预防故障，状态检修是要在设备实时监测的基础上进行设备运行状态的判断和检修。电气设备状态检修工作内容主要有在线监测、故障判断、实施维修。要想顺利进行状态检修工作必须要研究电气设备的各种运行状态和故障模型，对设备运行中的数据和参数、检修情况等进行了解，对设备状态进行客观的评价。对电力变压器的状态监测可以通过分析故障模式进行，变压器和有载开关的在线监测是重点部分。变压器的在线状态监测内容主要有油中气体测量与分析、有载开关的触头磨损等。变压器在运行过程中会遇到老化的问题，设备的机械强度会变弱，材料老化收缩，变压器的有些运行方式会产热过多，会导致介质失效，可能会导致更为严重的后果。铁心温度测量、绕组温度多点测量、内部局部放电量检测等