输变电设备状态监测系统技术.docx

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输变电设备状态监测系统技术

输变电设备状态监测系统技术

    输变电设备状态监测是智能电网的重要组成部分。

为适应国家电网公司坚强智能电网的发展要求，促进输变电设备状态监测技术、状态监测装置和主站系统的统一和规范化发展，实现输电线路和变电设备状态监测系统的一体化建设，制定本技术导则。

本标准的附录A为规范性附录。

本导则由国家电网公司科技部归口。

本导则由国家电网公司生产技术部提出并解释。

本导则起草单位：

国网电力科学研究院、中国电力科学研究院。

   本导则主要起草人：

林峰、焦群、于钦刚、冀肖彤、阎春雨、张晓帆、李盛盛、朱江、杨维勇、李莉、洪功义、姚景祺

输变电设备状态监测系统技术导则

1 范围

本技术导则规定了输变电设备状态监测系统的技术原则、系统架构、数据接入、功能要求、接口要求、通信要求、信息安全防护要求等方面的内容。

本技术导则适用于国家电网公司35kV及以上变电设备、交流66kV～1000kV架空输电线路、直流±400kV～±800kV架空输电线路。

2 规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

Q/GDW383-2009智能变电站技术导则

Q/GDWZ414-2010 变电站智能化改造技术规范

高压设备智能化技术导则

DL/T860 变电站通信网络和系统

国家电网公司生产管理系统设备代码（国家电网公司生产技术部第462号文，2008年5月）

电力二次系统安全防护总体方案（国家电力监管委员会第34号文，2006年2月）

国家电网公司SG186工程安全防护总体方案（国家电网公司信息化工作部第316号文，2008年）

3 术语和定义

3.1

   状态量criteria

   指对原始采集量进行加工处理后，能直观反映输变电设备本体运行状态、气象、通道环境的物理量。

3.2

      状态监测装置conditionmonitoringdevice

指安装在被监测的输电或变电设备附近或之上，能自动采集和处理被监测设备的状态数据，并能和状态监测代理、综合监测单元或状态接入控制器进行信息交换的一种数据采集、处理与通信装置。

输电线路状态监测装置也可向数据采集单元发送控制指令。

3.3

      状态监测代理 conditionmonitoringagent（CMA）

能在一个局部范围内管理和协同各类输电线路状态监测装置，汇集各类状态监测装置的数据，并替代各类状态监测装置与主站系统进行安全的双向数据通信的一种状态监测代理装置。

CMA可接入不同类型、不同厂家甚至不同线路上的一组状态监测装置，实现在输电线路环境下各类状态监测装置的标准化接入、安全接入和智能化接入。

3.4

      综合监测单元comprehensivemonitoringunit

部署于变电站内，以变电站被监测设备为对象，接收与被监测设备相关的状态监测装置发送的数据，并对数据进行加工处理，实现与状态接入控制器（CAC）进行标准化数据通信的一种装置。

3.5

      状态接入控制器conditionacquisitioncontroller（CAC）

部署在变电站内的，能以标准方式对站内各类综合监测单元或状态监测装置进行状态监测信息获取及控制的一种装置。

3.6

      状态接入网关机conditionacquisitiongateway（CAG）

部署在主站系统侧的一种关口设备，能以标准方式远程连接状态监测代理（CMA）或CAC，获取并校验CMA或CAC发出的各类状态监测信息，并可对CMA和CAC进行控制的一种计算机。

CAG有变电CAG和线路CAG之分。

3.7

      主站系统masterstationsystem

指能接入各类输变电设备状态监测信息，并进行集中存储、统一处理和应用的一种计算机系统。

主站系统包括变电CAG、线路CAG、集中数据库、数据服务、数据加工及各类状态监测应用功能模块。

3.8

   心跳信息heartbeatinformation

      表征状态监测装置、综合监测单元、CMA、CAC处于正常运行状态的信息总称。

3.9

      受控采集方式 dataacquisitionmodeundercontrol

状态监测装置按照状态监测代理发出的指令进行数据采集、存储、传输的工作方式。

3.10

      自动采集方式automaticdataacquisitionmode

状态监测装置按照设定的时间进行数据的采集和存储，并将数据上传到状态监测代理的工作方式。

3.11

   平均无故障工作时间　meantimebetweenfailures（MTBF）

状态监测装置两次相邻故障间的工作时间的平均值。

3.12

      年故障次数　faulttimeperyear

状态监测装置年故障的平均次数。

3.13

      系统平均维修时间　meantimetorepair（MTTR）

状态监测装置修复故障所需时间的平均值。

3.14

   数据缺失率 missingmeasurerate

未能测得的有效数据个数与应测得的数据个数之比。

3.15

   面向服务的体系结构 service-orientedarchitecture（SOA）

面向服务的体系结构是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。

接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。

4 技术原则

a）        系统应面向智能电网长远发展需要，采用集约化和标准化设计，具有统一性和开放性。

b）       系统应建立输变电设备状态监测一体化的稳定技术框架，具备实用的基础应用功能，在此基础上不断充实和完善高级应用功能。

c）        系统应采用通用和开放的信息系统架构，符合SOA设计思想，采用的通信协议应具有灵活的扩展性，以适应未来监测业务和监测数据的发展需要。

d）       系统中的各类装置应具有高可靠性、高稳定性和高抗干扰性，具有足够的使用寿命。

输电线路的状态监测装置应具备在恶劣运行环境下的正常运行能力。

各类装置应满足数据准确性和数据标准化要求。

变电设备状态监测装置的接入应不影响被监测设备的接线方式及其安全正常运行。

e）        状态监测装置的现场布点应遵循必要性和科学性的基本原则，统筹考虑，优化设计。

f）        在输电线路状态监测部分，系统和装置应尽可能在软硬件方面考虑节电技术的应用，通过智能控制策略等方法逐步降低现场端总功耗，为解决现场电源问题提供技术手段。

g）       系统应用软件应具有良好的人机界面，操作简单，便于使用。

h）       系统应能灵活适应各种通信技术的发展变化。

i）         系统应充分考虑与本系统相关的各类系统边界和接口，最大限度地发挥信息系统建设效益。

j）         系统和状态监测装置均应满足信息安全防护方面的相关要求。

5 系统架构

5.1 系统框架

输变电设备状态监测主站系统采用“两级部署，三级应用”的部署结构，即主站系统部署在国家电网公司总部和网省公司两级，各类输变电设备状态监测数据在网省集中存储，地市（包括基层班组）和网省公司用户均通过登录网省级主站系统使用输变电设备状态监测应用功能。

各类状态监测装置、CMA和CAC部署在变电站和输电线路上，实现对各类输变电设备的状态监测和状态信息接入。

集中于网省公司的状态监测数据进一步上送总部系统，以便总部系统使用。

总部用户也可通过远程调用网省主站系统查看各类状态监测数据。

系统需要的其它相关数据通过国家电网公司企业级一体化平台予以集成。

系统框架中，视频/图像监控子系统相对独立，主站系统通过与视频/图像监控子系统连接实现输变电设备的视频/图像监控功能。

系统架构可参见附录A中的图A.1，图中关于信息安全防护措施可参见“10信息安全防护要求”。

5.2 系统分层

输变电设备状态监测系统从分层角度，可分为装置层、接入层和主站层。

装置层重点发展各种先进实用的传感原理、传感器技术和标准化数据生成技术；接入层重点发展各种集约、高效、智能的信息汇总、信息标准化和信息安全接入技术；主站层重点发展各种监测信息的存储、加工、展现、分析、诊断和预测等数据应用技术。

其分层结构可参见附录A中图A.2。

分层系统结构中各层之间存在两个接口级别，分别是：

第1级接口I1和第2级接口I2。

I1接口是监测层与接入层之间的接口，面向状态监测装置，其设计和实现原则是尽量简单和可靠，并且要考虑节电运行。

I2接口是接入层到主站层之间的接口，面向主站系统，其设计和实现应考虑开放性和可扩展性。

随着需求和技术的发展，在接入数据标准化的基础上，装置层、接入层和主站层均可以逐步开发和应用智能化技术。

装置层在单个装置内部发展智能化技术，接入层基于局部的多装置协同发展智能化技术，主站层则基于电网全局发展智能化技术。

6 监测数据的接入

6.1 接入数据分类编码

所有接入主站系统的输电线路状态监测数据按Q/GDWXXX-2010输电线路状态监测装置通用技术规范中的规定进行统一分类编码。

所有接入主站系统的变电设备状态监测数据按Q/GDWXXX-2010变电设备在线监测系统技术导则中的规定进行统一分类编码。

6.2 输电线路状态监测数据的接入

通过CMA接入主站系统的输电线路状态监测数据是经过处理后的可被主站系统直接使用的标准化数据，应满足输电线路各项技术规范中的数据规范要求。

6.3 变电设备状态监测数据的接入

通过CAC接入主站系统的变电设备状态监测数据是经过处理后的可被主站系统直接使用的标准化数据，应满足Q/GDWXXX-2010变电设备在线监测系统技术导则中的数据规范要求。

7 功能要求

7.1 输电线路状态监测装置的功能

输电线路状态监测装置应具有准确、可靠地自动采集输电线路状态的功能，具有一定的数据缓存能力，并能与CMA进行双向数据通信。

输电线路状态监测装置应满足Q/GDWXXX-2010输电线路状态监测装置通用技术规范及各专项技术规范的功能要求。

7.2 变电设备状态监测装置的功能

变电设备状态监测装置应具有连续、准确、可靠地自动采集变电设备设备状态的功能，具有一定的数据缓存能力，并能与综合监测单元或CAC进行双向数据通信。

变电设备状态监测装置应满足Q/GDWXXX-2010变电设备在线监测装置通用技术规范及Q/GDWXXX-2010变电设备各类在线监测技术规范的各项功能要求。

7.3 CMA功能

对于输电线路状态监测，CMA位于状态监测装置与主站系统之间，承担的主要功能包括：

a）        汇集监测数据。

b）       集中实现数据远传。

c）        集中实现数据的安全接入。

d）       转发主站系统对状态监测装置的配置和控制命令，为主站系统提供一个统一的标准化的远程交互控制节点。

CMA通过替代各类状态监测装置处理复杂多变的远程通信、信息安全、就地智能化等方面的共性问题，以实现在输电线路环境下各类状态监测数据的集中接入。

综合考虑输电线路状态监测技术现状和未来发展变化，CMA可存在两种形态：

独立装置形态和嵌入组件形态，两种形态的结构参见附录A中的图A.3和图A.4。

独立装置形态的CMA是一台可以独立安装的设备，可以接入不同厂家、不同类型的状态监测装置。

嵌入组件形态的CMA则与状态监测装置一体化集成，但仍应具有接入其它状态监测装置的能力。

7.4 综合监测单元功能

对于变电设备状态监测，综合监测单元对应于一台被监测设备的全部监测数据，其承担的主要功能包括：

a）        汇聚被监测设备所有相关状态监测装置发送的数据，结合计算模型生成上级系统可直接利用的标准化数据。

b）       实现现场数据缓存和转发功能。

c）        转发对状态监测装置的配置和控制命令。

7.5 CAC功能

对于变电设备状态监测，CAC对应于一个变电站的全部监测数据，其承担的主要功能包括：

a）        以变电站为对象，汇集全站监测数据并上传主站系统。

b）       实现本站状态监测数据安全接入主站（如身份认证、数据加解密等），确保信息安全。

c）        协调管理全站综合监测单元和状态监测装置，转发主站系统对状态监测装置和综合监测单元的配置和控制命令。

d）       并具有一定的就地数据分析处理能力。

7.6 CAG功能

CAG属于主站系统的一个组成部分，有变电CAG和输电CAG两种。

CAG遵循I2接口标准通过CAC和CMA接收所有的状态监测数据，应能对CMA或CAC下达各种参考配置和控制命令。

CAG的主要功能包括：

a）        接收各变电站CAC发送的变电设备状态监测数据，并解析入库。

b）       接收各CMA收集的输电线路状态监测数据，并解析入库。

c）        接收CAC和CMA转发的状态监测装置、CMA和CAC运行工况信息，并解析入库。

d）       在入库前完成最后一道数据校验，包括输变电设备标准17位码和状态监测装置标准17位码的存在性和配对性校验、坏数据校验、数据完整性校验等。

e）        转发主站系统应用软件或管理软件发出的对状态监测装置、综合监测单元、CAC、CMA的配置和控制命令。

f）        具有完备的日志功能。

可采用集群方式部署CAG，以提高主站系统数据接入的能力和可靠性。

7.7主站系统功能

7.7.1 状态监测数据库

输变电设备状态监测数据库采用企业级关系型数据库，各类型状态监测数据的存储结构统一设计，按分钟级准实时数据的采集速度考虑数据存储的要求。

状态监测数据库的数据模型宜采用面向对象方法进行设计。

数据模型应抽象于具体的状态监测类型及监测内容，各类型监测数据的主体结构应尽可能保持一致，并应可包容输电和变电。

数据模型应方便未来监测类型的调整和扩展。

状态监测数据库中所有的状态监测数据均应具有统一的设备唯一标识，标识采用17位设备编码规范。

状态监测数据库除应包括直接接入的输电线路状态监测数据和变电设备状态监测数据外，还应包括各类二次加工形成的数据、系统配置信息、系统日志信息以及来自于外部系统的状态监测相关数据等。

7.7.2 状态监测数据的二次加工

状态监测数据集中到状态监测数据库中后，系统应提供一个专门的模块用于完成对状态监测数据的二次加工，二次加工功能至少可包括以下方面：

a）        状态监测数据的二次计算、干扰过滤、趋势拟合等。

b）       异常信息获取：

按系统预定的相关规则（如异常状态的阈值）计算发现各类状态监测异常信息并加以定级和记录，以便主站系统统一展现和告警。

c）        汇总统计功能：

进行最大、最小、平均、同比、环比等汇总统计，以方便后续应用的信息处理。

d）       状态评价信息获取：

按输变电设备状态检修辅助决策应用的要求提取生成相关信息并加以记录，作为动态评价的基础依据。

e）        典型数据提取及历史数据清理：

根据类型应用需要，定期提取各类型监测的典型数据样本进行长期保存，并将超过一定时限的历史数据予以清除。

状态监测数据的二次加工宜采用基于可配置任务调度的自动化技术实现，各种二次加工处理算法应可灵活扩充和定义，以适应各种应用需要。

二次加工后的数据可被再次加工，实现循环利用。

7.7.3 状态监测数据服务

系统应提供开放的状态监测数据服务。

数据服务以Web服务的方式挂接在企业级ESB总线上，以方便其它应用系统在线获取各类输变电设备状态监测信息。

状态监测数据服务应提供单点和批量数据服务方式，以适应不同的应用场景需要。

状态监测数据服务所发布的数据均应带有标准的设备17位编码，以此标识监测数据的宿主设备对象。

系统在提供状态监测数据服务时将进行适当的权限控制，以防止状态监测数据的非法访问。

7.7.4 状态监测应用功能

a）        主站系统应能基于GIS平台提供各类状态监测信息、告警信息以及状态监测装置等方面的可视化功能。

b）       主站系统应能提供各类专题图展现功能，如覆冰区、舞动区、污区、雷击区等。

c）        主站系统应能将状态监测数据与设备台帐数据、设备运行检修数据、人工检测数据等进行集成化展现。

d）       主站系统应能针对状态监测数据、告警信息以及状态监测装置等的各种查询统计功能。

e）        主站系统应能提供各种报表功能。

f）        在条件成熟的情况下，逐步开发和推广各种状态监测高级应用功能，如高级分析、故障诊断和趋势预测等功能。

7.7.5 状态监测装置、CMA和CAC管理功能

a）        主站系统应能提供状态监测装置、CMA和CAC的注册和注销管理功能。

b）       主站系统应能提供状态监测装置、CMA和CAC的激活和关闭管理功能。

c）        主站系统应能提供状态监测装置、CMA和CAC的远程调试功能。

d）       主站系统应能提供状态监测装置、CMA和CAC的各种参数配置、远程数据召唤、时间同步等远程控制功能。

e）        建议主站系统提供状态监测装置、CMA和CAC的远程软件更新功能。

7.7.6 系统管理与配置功能

a）        主站系统应能提供权限管理功能，以限制不同用户的数据查看和功能操作范围。

b）       主站系统应提供编码定义、告警规则定义等系统级配置功能。

c）        主站系统可提供状态监测数据的人工修改功能，但应同时提供必要的修改日志功能。

8 接口要求

8.1 输电线路状态监测I2接口通信协议

输电线路状态监测的I2接口采用具有良好扩展性的Web服务方式实现，使系统符合开放的SOA设计理念，通信协议应满足Q/GDWXXX-2010输变电状态监测主站系统数据通信协议（输电部分）的要求。

8.2 变电设备状态监测I2接口通信协议

变电设备状态监测的I2接口采用具有良好扩展性的Web服务方式实现，使系统符合开放的SOA设计理念，通信协议应满足Q/GDWXXX-2010输变电状态监测主站系统数据通信协议（变电部分）的要求。

8.3 输电线路状态监测I1接口通信协议

输电线路状态监测的I1接口通信协议应满足Q/GDWXXX-2010输电线路状态监测装置通用技术规范附录D的要求。

8.4 变电设备状态监测I1接口通信协议

变电线路状态监测的I1接口通信协议应满足DL/T860变电站通信网络和系统的要求。

8.5 相关数据接口

主站系统还需要集成其他系统的相关数据以满足状态监测应用功能的需要。

主站系统与其他相关系统的横向和纵向接口通过国家电网公司企业级一体化平台实现，如：

雷电定位系统、调度系统以及总部状态监测主站系统等）。

其中主站系统从雷电定位系统获取的数据内容包括：

落雷时间、落雷经纬度、电流及回击次数等；从调度系统获取的数据内容包括：

实时电流、实时功率及规定限额等；网省主站系统应上送跨区电网状态监测数据给总部主站系统，具体数据要求在输电线路各项技术规范和Q/GDWXXX-2010变电设备在线监测系统技术导则中规定。

9 通信要求

9.1 通信系统技术要求

a）        通信系统应采用满足监测数据传输要求的标准、可靠的通信网络，应能覆盖所有监测点，同时应考虑监测点的部署可能随时间改变的情况。

b）       通信系统应提供高于监测系统的可用率，同时要求发生自然灾害的时能保障通信，系统设计必须考虑应对灾害的方案。

c）        通信系统应提供报文、静态图片、视频数据的传送服务，数据传递宽带包括窄带、中等带宽和宽带数据。

d）       通信系统可由接入部分和内部数据网络部分组成。

接入网络包括现场网络段和远传网络段，由各种终端、杆塔节点和汇聚节点组成；数据网络部分包括内部数据网和状态接入网关机（CAG）。

e）        现场网络宜采用无线方式；远程网络可采用公网或专网方式，数据网络可采用内部管理数据通信网。

f）        公网可通过租用公共通信网的数据通信业务通道（GPRS、CDMA、3G数据业务、数据通信卫星）实现。

g）       宜采用目前成熟的光通信和无线接力通信组成状态监测专用通信系统，光通信优先选择OPGW光缆分接方式。

无线接力可采用中继接力的通信方式。

h）       系统支持数据、视频、移动等多种通信终端。

i）         通信系统应以加密的方式来保证数据通信的安全。

j）         传递动态视频的通信系统应专门设计，通信时延要求小于200ms，每路有效带宽要求不小于3Mbps。

k）       宜利用通信系统组网方案来提高数据传递的可靠性，方法包括：

简洁的网络结构、可靠的光纤链路、主备路由方式、CMA设备存贮转发和独立视频通道等。

9.2 通信设备技术要求

a）        通信设备需满足输电线路状态监测装置通用技术规范中提出的工作环境要求。

b）       野外工作的通信设备应具备节电的工作方式，提供休眠与唤醒、待机接收、寻址保持、电源管理等功能。

c）        通信设备的可靠性要求应高于状态监测装置，并具有恶略环境下正常工作的能力。

d）       通信设备的安装必须考虑特殊防护，必须特别注意防雷措施。

e）        电源应采取以下保全措施：

采用高可靠性的太阳能电源，选用具备宽动态、高效率供电特性的电源，选用宽温度特性的电池，提供电源远程监测功能等。

10 信息安全防护要求

10.1信息安全防护架构

输变电设备状态监测系统应分别从CMA/CAC、通信网络、CAG、主站系统、应用环境五个层次上进行安全防护设计，实现纵深防御。

10.2安全接入平台

输变电设备状态监测系统应遵循国家电网公司安全接入平台技术要求开展相关信息安全防护工作。

输变电设备状态监测系统安全接入平台的部署结构参见附录A的图A.5。

系统主站部署输变电安全接入网关，输变电安全接入网关作为安全接入平台的一部分，由安全接入平台统一管控。

CAC、CMA和CAG之间的信息交换应经过安全接入平台数据交换系统进行严格的数据内容过滤和访问控制。

10.3 CMA和CAC的信息安全防护

CMA和CAC应提供相应措施保证系统参数、系统数据、监测数据、密钥信息、证书、应用程序等的完整性、机密性，以及关键器件的完整性、可靠性。

对于采用GPRS/CDMA等公网通道接入的CMA，须启用移动运营商提供的APN等安全服务。

对于采用WIFI技术接入的CMA，应按照无线安全策略进行防护，如不进行广播并隐藏接入点SSID、MAC地址限制绑定、采用WPA等高强度加密算法加密或采用WAPI标准认证加密以实现链路层的安全。

CMA和CAC应根据国家电网公司安全接入平台技术要求采用国家密码管理局认可的硬件安全通信模块和通信规约，实现和安全接入平台采集接入网关的身份认证和网络数据的加解密，确保和主站安全接入平台的安全通信。

10.4 安全通信模块

安全通信模块