摘要：智能变电站是实现电能集中分配与电压电流变换的场所，在输配电系统中具有极其重要的地位。因此当变电站发生故障时，需要相关运行人员快速准确地定位故障区域，识别真正的故障元件并将其隔离，从而快速恢复非故障区域的正常运行。但是，由于系统发生复杂的多重故障、开关或保护在上传信息时存在信道干扰造成的信息丢失等因素的影响，其后台报警信息往往存在不确定性和不完整性的问题，这带给状态监测和故障诊断工作很多困难。
关键词：智能变电站；状态监测；系统设计
近年来，电子信息技术得到飞速发展，网络通信技术获得重大变革，无人值守变电站微机监控系统及安全自动装置迅速普及，己经成为现代电力系统中变电站的标准配置。与过去的传统变电站相比，无人值守变电站在设备操作、信息传输、正确快速切除故障方面具有明显的优势，远远超过传统变电站运行人员操作水平和快速故障处置水平。但近年来，随着智能设备、计算机信息处理技术的快速发展，光电式互感器、光纤通信技术等开始应用到变电站数字化、智能化中，为实现设备状态在线监测和数字化信息采集处理、信息交换提供了技术支撑。
1 智能变电站
1.1 智能一次设备
智能变电站的一次侧装置是用来采集数据的，设备上任一数据都有一个点与之对应，通过硬接线把信息传送出去，这会消耗大量的电缆，不符合经济性的要求。因此在对数据进行采集的时候，需要简化流程，一次侧装置智能化是必然的趋势。
1.2 智能变电站信息类型
智能变电站采集的数据与传统变电站采集的数据在规模上并无太大区别，其中的差异主要在采集所用的设备不一样。其信息按类型划分成两类：（1）在电网的运行中有关的调度控制信号尤为重要，其包含了变电站常规运动信息以及电网调度对实现变电站综合自动化所需要的监控信息。（2）变电站内监控信息，包括测量控制单元和自动化装置的信息，其可用于站内监视及控制。按信息的类型来区别，可以确定为以下3种，模拟量信息、开关量信息以及设备异常和故障预告信息。
2 智能变电站状态监测系统构成
变电站态监控系统性能的不断提升，其组成结构也发生了很大变化，目前分层级分布式是一个新趋势，利用智能变电站IEC61850站控层、间隔层和过程层分成结构，一方面提高完善了状态监控系统功能，一方面减少了投资成本。智能变电站的设备传统分为一、二次设备，但在IEC61850中分别通过过程层、间隔层和站控层、用户层重新进行了划分，并对每层作用进行了明确定义。
变压器、断路器等一次设备，是IEC61850变电站结构中的过程层。智能变电站过程层设备，安装有数据采集器和传感器，以收集过程层设备运行状态；间隔层是通过智能终端（IED）来实现变电站过程层设备的状态测量、控制和继电保护的功能，从而确保智能电站运行的安全性和可靠性。站控层由高级应用服务器组成，其主要功能是将IED采集、分析得到数据进行集中及分析，并进行信息交换、传输。
3 系统的设计
3.1 系统功能设计
首先，得益于先进的传感和测量技术在智能变电站的应用，电气设备的在线状态监测的范围得到了扩大。例如GIs或变压器设备局部放电监测、避雷器阻性电流监测、电容和泄漏电流监测等单一功能监测系统的广泛使用。因此，智能变电站内重要的高压电气设备，如：开关类设备（断路器、GIS）、变压器、容性设备、氧化锌避雷器等，均应安装有在线状态监测系统，以便监控其运行状态。其次，智能变电站的状态监测信息系统应具备获得多个变电站设备的全状态运行监控数据。通过大数据的分析比对对设备的劣化水平、健康价值进行监控。
3.2 整体设计
过程层由变电一次设备如断路器、隔离开关、变压器等设备通过加装智能组建而组成。随着传感器技术、计算机和通信技术的发展，状态监测系统设计时对每个智能组件进行布置安装，通过一次设备和智能组件将实现过程层和间隔层之间的通讯、整合。
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间隔层，在IEC61850分层结构中布置了测控、计量、保护、状态监测等智能组件，但在状态监控系统中一般按照在线监测装置对应设备类型进行划分，其主要功能有：一是对过程层安装智能终端采集的设备状态信息进行汇总、筛选、数字化处理、储存等；二是向过程层设备传送站控层的控制指令，如进行数据采样等指令；三是向站控层推送相关监控信息；四是承担站控层和过程层间的数据传送任务。
对于变压器状态监测系统，过程层安装了油色谱监测模块、局部放电监测模块、铁芯电流监测、温度监测、有载开关监测等功能模块，在间隔层安装了变压器状态监测主机，用于收集过程层各子模块传输的数据，并进行分析处理。
3.3 模块设计
1）变压器状态监测
电力变压器作为电力网络中核心一次设备，其安全可靠运行，对国民生产和生活具有非常重大的意义。国内外各厂家、机构提出了变压器故障在线监测系统，以解决变压器工作状态下各类故障类型早期异常信息的采集、判断，从而进行检修决策。目前常见的变压器状态监测技术包括：变压器油色谱在线监测、铁心泄漏电流监测等。
2）容性设备状态监测
容性设备绝缘在线监测系统分两个部分组成，第一部分由传感器及其对应监测组件构成的状态监测子模块，完成数据收集、采样功能。第二部分是状态监测模块主机，按IEC61850标准规约通过通讯环网汇总全站状态监测子模块收集到的数据信息。用户通过站控层服务器调取容性设备状态监测主机内保存的相关数据就可以全面掌握全站容性设备的运行状态。
3）氧化锌避雷器
在线监测通过母线电压监测终端和容性设备监测终端测量的电压和电流相位数据信息，计算出其各自的基波相位，然后得到介质损耗角，取其正切值便得到了介质损耗因数；阻性电流分量和容性电流分量的计算是利用其与泄漏电流的三角函数关系求得，泄漏电流和介质损耗角正弦乘积既是阻性电流；容性电流是泄漏电流和介质损耗角余弦的乘积得到，之后将数据信息上传至过程层的监测功能模块系统，进行数据处理和分析，并将处理后的数据推送至站控层主机。
3.4 系统测试
1）IEC61850协议一致性测试
IEC61850协议一致性测试项目涵盖智能变电站过程层传感器、智能终端、间隔层设备、站控层设备等，涉及各监控模块的采样、各层间设备通讯协议、站控层主机和功能模块的全部通信协议的测试，排除由于建模描述错误、参数设定错误致使等原因导致的系统异常，使系统功能和性能满足设计要求。
2）一致性测试测试用例
对智能变电站状态监测系统而言，在设计测试用例时，主要是针对系统是否满足IEC61850标准而设计的测试方案，重点进行SV一致性、MMS一致性测试，设计了各个测试的具体项目，以综合评估系统运行可靠性。
3）其他测试
1.数据处理测试用例设计
在变电站智能状态监测系统中，对各个监控模块以及监控主机的数据的处理测试项目，主要包括：添加数据、保存数据等。另外为保证变电站智能状态监测系统数据的真实有效，对于数据记录禁止人工进行删减、修改，本次也进行测试。
2.功能模块测试用例设计
功能模块的测试是对软件系统各模块的通讯、调用进行测试。测试的目标是功能模块进程的开启关闭、核实数据的接受、显示和检索是否正确，数据库连接是否正常等内容，以此来核实功能是否完整，运行是否可靠。
总之，变电站设备状态监测系统涉及到了多个方面与学科的内容，为了促进无人值班变电站智能监控系统的发展与完善，在智能变电站状态监测系统方面开展了大量的研究工作，希望文章中介绍的内容能够对相关人士起到借鉴作用。
参考文献：
[1] 许万军,孝小昂. 智能变电站综合状态监测系统的研究与应用[J]. 陕西电力,2010,10:33-36.
[2] 赵锐. 智能变电站状态监测系统研究及设计[D]. 山东大学,2016.
论文作者:胡宗贵,黄星亮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：变电站论文; 状态论文; 智能论文; 设备论文; 数据论文; 在线论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第16期论文;