智能变电站监测系统研究与设计.docx

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智能变电站监测系统研究与设计

智能变电站监测系统研究与设计

摘要：

为了满足对智能变电站设备的实时监测，发现设备异常的需求，需要对变电站监测方法、流程进行研究，包括从监测的研究意义、监测方案的选择到监测流程的实现。

本文在此基础上设计并实现了一套智能变电站监测系统，首先从功能上对系统进行了定义，然后对系统的架构进行了设计，最后对实现的原理进行了阐述。

目前，该系统已经投入运行。

Abstract：

Inordertomeetthedemandofmonitoringrunningconditionandexceptionofsubstationenquipement，aresearchwhichfocusesonsubstationmonitoringsystemincludingthesystem'sresearchmeaning，schemeselectionandimplementationisneeded.Thisarticlepresentsthedesignandimplementationofanintelligentsubstationmonitoringsystem，anddefinesthefunctionofthesystem，andthendesignsthesystemarchitecture，andfinallytherealizationoftheprinciplewasdiscussed.Atpresentthesystemhasbeenputintooperation.

关键词：

智能变电站;监测系统;研究设计;应用

Keywords：

intelligentsubstation;monitoring

system;researchanddesign;application

1系统现状目前，随着我国电力系统运行环境的日趋复杂，变电站可靠性要求增加[1]。

因此，对变电站在线监测技术的研究，以及对监测系统的建设与应用变得越来越重要。

同时，为了实现建设资源节约型智能变电站的目标[2]，也需要有相应的变电站监测系统，它可对设备进行有针对性的检修，降低维修费用，从而优化检修模式，提高供电可靠性和运行经济性。

然而，现有的变电站状态监测技术大都针对某一类设备或某一类具体的应用，状态信息的获取和利用层次较低，限制了其在变电站中的综合应用[3]。

在设备监测方面，只是针对单台设备进行监测，进行数据的采集、信息的分析，每个设备都是独立的，相互之间没有联系。

参数量也只是采集某一种，比较单一。

2研究意义智能变电站通过采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。

通过建设智能变电站监测系统，进一步实现变电站计量异常实时处理与异常原因在线诊断分析，为智能化变电站内实现电能计量的可靠性、稳定性、通用性和互连、互通提供了良好的合作平台。

构建智能变电在线监测系统，无疑对于在线监测技术的发展具有重要意义[6]。

3智能变电监测系统目标系统主站是系统运行和管理的中心，配备基于交换式以太网的自动化后台系统和数据库，由计算机网络服务器、工作站、输入输出设备、通信服务器交换机、网关等设备组成

通信网络将完成系统主站与监测终端进行数据的定时轮召，并将各类数据存储于数据库服务器中，工作人员通过WEB服务器对各个检测终端进行数据的查询以及统计分析。

电子式互感器用于传输基本电参量，供给监测装置，在数字接口的情况下，一组电子式互感器公用一台合并单元完成此功能。

合并单元是对于由互感器传输的电参量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给监测装置，实现过程层数据的共享和数字化。

影响计量异常的主要因素包括：

1电子互感准确度与相关工作状态;

2合并单元模块模数转换性能、量化误差、信号时间同步能力;

3电能表数据接收能力、计量算法以及数据处理能力

4数据通信通道可靠性、安全性与实时性。

计量系统在线诊断系统可分以下3个层面实现由点到面、逐层分析、全面监测：

1建立对互感器、合并单元以及电能表等智能设备的在线检测系统，研究对上述设备的在线检测软、硬件方案，实时查阅当前各部件运行状态，并对各设备运行状态进行实时记录与在线分析;

2建立电能表主站校验系统：

由主站定时米集电网实时采样点数据，并利用标准算法获取当前电网的各电参量与运行指标作为数据标准，对当前电能表计的计量状态、准确性进行有效性评估，并对表计计量异常进行分析;

3建立线路计量平衡自动分析系统：

利用线路进、出电能量平衡原理，利用终端或主站对站内各进出线路电量进行自动采集与分析，对不平衡线路进行误差分析与诊断，主动上报各线路运行状态并自动给出分析结果。

首先，信息检测全面。

实现了由点到面的全方位检测，对每一个设备进行数据、报警采集，再从整体进行分析、比较。

其次，智能诊断与分析。

快速检测出有故障的设备及其所在线路，无需人工干预。

再次，智能变电站监测系统的建立和运用，使传统的状

态监测从一个孤立的、参考性的系统过渡到全局的、网络化

的、智能化的综合状态监测、数据分析、诊断和服务管理系统。

为真正实现状态检修提供技术支撑。

4系统设计

4.1系统构成智能变电站监测系统功能划分为智能诊断、在线监测、异常处理三部分功能。

变电站监测系统主要由系统硬件和系统软件组成：

系统硬件包括：

1数据库服务器；②应用服务器；③硬件防火墙。

系统软件模块由展示系统、业务处理系统、数据接收系统三部分组成，其功能架构图如图1所示。

4.2系统实时在线监测

4.2.1在线监测架构原理

通过对现场采集设备运行工况进行实时监测，获取现场采集设备或计量装置产生的异常事件信息，结合终端事件和主站软件对电压、电流、功率等数据，对异常或故障进行快速判断，对暂时无法确认的异常或故障转为后台分析和诊断进行判断。

其整体原理图如图2所示。

其实现的具体过程为：

1现场设备如：

电流互感器、电压互感器、合并单元等

2采集通过网络从数字电能表获取实时的电量数据及

状态信息;

3后台系统对采集到的数据进行分析、处理，并展示给用户。

4.2.2在线监测技术后台处理原理业务处理流程如下：

1实时获取采集设备或计量装置上报的异常事件;

2异常事件存入数据库，并转给分析模块；

3分析模块获取实时异常信息，并从数据库当中获取终

端事件信息及其它数据，以此进行分析判断;

4判断出设备的异常或故障，对无法判断的转为后台分析处理。

数据处理流程的原理如图3所示。

1前置模块接收原始的数据报文，然后发送给接收模块

2接收模块收到后，把原始报文发送给解析模块；

3解析模块把原始数据，解析为业务数据，再转发给入库模块；

4入库模块把最终的数据录入到数据库当中。

4.2.3在线监测处理流程图在线监测的数据传输过程是：

首先，系统从终端设备获

取实时数据，然后传输给数据控制模块，最后，数据控制模块把数据传输给前台界面，展示给用户。

4.3系统异常诊断技术研究通过对用电信息采集系统的负荷、电量及事件信息，根据异常分析模型生成计量装置、用电异常和采集设备异常或故障信息。

与待确认的在线监测异常一起，由后台诊断分析模块结合异常关联事件、电能表事件、终端事件和历史异常等数据，关联线路和台区线损进行综合诊断，通过智能诊断分析，生成计量装置、用电异常和采集设备异常等故障信息。

业务处理流程如下：

①分析、判断计量装置的异常及故障;根据异常及故障信息，进行综合分析，判断出有故障的计量装置，以及状态不稳定的计量装置，并显示出结果或供用户处理。

2对互感器进行准备性分析、判断;把互感器的模拟采样电压、电流与标准电压、电流进行对比，分析出差别比较大的互感器;根据误差公式计算出每个互感器的误差及误差率，从而判断出互感器的准确性，并显示出分析结果。

3对合并单元进行分析、判断。

把输入电压、电流与输出电压、电流分别进行对比、分析，计算出误差及误差率，显示每个合并单元的误差结果，并对误差比较大的进行报警提示。

通过以上的分析，最后判断出有故障的计量装置、准确性可能存在问题的互感器以及转化误差比较大的合并单元，供用户参与处理。

4.4系统线路计量平衡技术研究不平衡率算法为：

通过计算供入、供出电量来计算不平衡率。

首先计算供入总电量，其值为所有供入线路的电量总和，然后计算供出总电量，其值为所有供出线路的电量总和，最后代入不平衡率公式计算出线损率。

下面以计算线路不平衡为例，说明具体的过程、步骤。

计算公式为：

I=i1+i2+…+in

0=01+02+…+On

P=・x100%

式中：

I――供入总电量;

i1,i2,in――第1,2-n路供入量；

0供出总电量；

01,02,On――第1、2、n路供出量；

P――线路不平衡率。

5系统特点

5.1在线监测

通过对现场采集设备运行工况进行实时监测,获取现场采集设备或计量装置产生的异常事件信息,实时监测装置的运行状况。

5.2智能诊断通过对智能变电站系统的负荷、电量及事件信息,根据异常分析模型生成计量装置、用电异常和采集设备异常或故障信息，运用智能诊断分析，生成计量装置、用电异常和采集设备异常等故障信息。

5.3异常分析

异常分析功能设计分为三个部分，第一部是故障分析判断模型，第二部分是针对故障进行分析和诊断的流程，第三部分是针对终端上送的事件，对计量装置的故障进行初步分析的流程。

通过在线监测、智能诊断、异常分析等三大功能，能够实时、全面的掌握现场设备运行状况，掌握这些设备的运行状态，对智能变电站的安全、稳定运行非常重要。

提高了设备运行的可靠性，降低的运行维护成本。

同时，发现异常状态的设备，提早对这些设备进行检查、更换，可以降低故障风险，减少不必要的经济损失，从而提高智能变电站运行的经济效益、社会效益。

6运行数据及结论

6.1现场运行数据

系统在长葛变电站运行，到目前为止，系统一直运行良好，在运行期间，发现存在状态异常的设备，经过排查，更换了新的设备，消除了隐患。

对监测系统运行前后的数据分析如表1所示。

6.2结论

通过对互感器、合并单元及电能表等设备的研究，以及在线监测系统的设计开发，实现以下功能：

达到了实时检测各部件目前的运行状态，并对各设备的运行状态进行记录、展示，从而进一步分析。

实现了对电能表的校验系统，主站实时采集现场数据，与数据标准进行比较，对电能表的计量状态、准确性进行有效的评估，同时对表计异常进行分析、处理。

实现线路计量平衡自动分析系统，利用线路进、出电能量平衡原理，利用终端或主站对站内各进出线路电量进行自动采集与分析，对不平衡线路进行误差分析与诊断，主动上报各线路运行状态并自动给出分析结果。

智能变监测系统信息检测全面，实现了由点到面的全方位检测，对每一个设备进行数据、报警采集，从整体进行分析、比较，其智能诊断与分析功能能实现快速检测出有故障的设备及其所在线路，无需人工干预。

智能变电站监测系统的建立和运用，使传统的状态监测从一个孤立的、参考性的系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测、数据分析、诊断和服务管理系统，为真正实现状态检修提供技术支撑，对于提高智能变电站运行、维护的经济效益有重要

参考文献：

[1]王德文，朱永利，王艳.基于IEC61850的输变电设备状态监测集成平台[J].电力系统自动化，2010（13）.

[2]王勇，梅生伟，何光宇.变电站一次设备数字化特征和

实现[J].电力系统自动化，2010（13）.

[3]刘红伟，李俊峰，王常飞.1000kV特高压输电线路在

线监测管理平台的应用[J].电力系统自动化，2009（23）.

[4]王德文，王艳，邸剑.智能变电站状态监测系统的设计

方案[J].电力系统自动化，2011（18）.

[5]唐喜，任雁铭，孟岩.基于IEC61850的数字化变电站

服务器端模拟系统及实现[J].电力系统自动化，2010（21）

[6]李琪林，肖红，etal.智能变电站在线监测系统架构的研究[J].计算机科学，2010，37（12A）.