变电站设备状态监测的建模及实现

1、变电站设备状态监测的建模及实现摘 要变电站作为电力系统不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，它能否正常运行直接影响到整个电力系统能否安全、稳定经济的运行。因此开展变电站电力设备监测对于保证电网安全运行具有重要意义。变电站设备状态的建模是实现监测的基础工作,研究变电站的建模方法，对变电站设备采用有效及时的监测方法，以便对电力设备做出及时的维护，提高变电站评估结果的可靠性的同时降低变电站维护成本。因此本文将uml建模方法应用到变电站设备的建模,在原有建模方法的基础上,利用rational rose软件对其进行实现,在实验阶段，还将采用c

2、#编程语言对具体变电站设备变压器进行状态监测实现，通过实验说明了此种方法的有效性，并且具有一定的应用前景。关键词：变电站；建模；状态监测modeling and realization of substation equipment condition monitoringabstractas essential important link in electric power system of transformer substation, it bore the redistribution of the electrical energy and heavy tasks, safety

3、 and economic operation of power network plays a crucial role, it can be up and running can directly affect the entire power system safety and stability of economic operation. therefore for ensuring safety operation of electrical equipment in substation monitoring is of great significance. substatio

4、n equipment model is the basis for realization of monitoring of the status of work, research on modeling method of substation, valid for the device used in substations monitoring method in a timely manner in order to make timely maintenance of electric power equipment, improving the assessment of re

5、liability while reducing of substation maintenance costs. therefore this uml modeling method modeling applied to substation devices, on the basis of the original modeling method using rational rose software to implement it, in the experimental stage, it also will use the c programming language to st

6、ate monitoring of the specific equipment of substation transformer, by experiment illustrates the effectiveness of such methods, and have a certain application. keywords: substation; modeling; status monitoring23目录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 变电站电力设备状态监测主要内容及国内外研究现状21.2.1 电力设备状态监测与诊断的概念21.2.

7、2 电力设备在线监测技术的研究现状及趋势21.3 论文的主要研究工作4第2章 iec61850标准的基本理论与变电站设备5状态监测的结合52.1 iec61850的背景和现实必要性52.2 iec61850的内容62.3 基于iec61850的建模7第3章 利用rational rose的变电站的建模93.1 变电站抽象为逻辑节点93.2 本次建模所抽象的逻辑节点93.3 rose与可视化建模113.3.1 rose简介113.3.2 类图的创建123.4 利用rational rose对变电站进行建模13第4章 基于iec61850的变电站监测的设计实现154.1 在线监测系统的任务和总体构

8、成154.2 变电站主电气设备状态监测方法154.2.1 变压器状态监测164.2.2 断路器状态监测164.2.3 避雷器状态监测174.2.4 gis状态监测184.2.5 gis局部放电监测184.3 基于iec61850变压器状态监测184.3.1 监测方法和主要步骤184.3.2 变压器状态监测的编程实现19结论22参考文献23致谢25第1章 绪论本章主要介绍论文选题目的及意义，简述变电站设备在线监测的主要方法，存在的问题及发展方向,国内外发展状况。最后简述本文主要工作。1.1 选题背景及意义随着社会的发展,各行各业生产规模的扩大和自动化程度的提高，其对电力需求也越来越大，促使电网规

9、模不断扩大。相应的对电网供电的安全性、可靠性要求也大大提高了。然而传统的定期检修在一定程度上存在盲目开展、工作强度大、误操作高等缺点，难以满足电力系统的要求，因此以状态检修代替定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势。状态监测在状态检修制度中的重要性是预知性检修，是以设备的状态参数为基础，以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。它包含三方面的内容：设备状态监测、设备状态诊断、维修决策。状态监测是状态维修的基础，状态诊断以状态监测为依据。其核心在于获取设备的状态信息，然后对信息加以综合分析决策。而状态信息来源于监测系统。因此，对设备进行在线监测是实现状态检修的基础和基本条件，是实现状态检修的重要

10、一环1。而对监测结果的有效管理和科学应用，则是状态检修得以实现的保证。实时在线监测及诊断技术是电力设备状态评价的基础，通过在线监测手段，及时准确的掌握运行设备的绝缘状况，根据设备在线监测数据的变化趋势，结合巡视、离线检查等评价设备绝缘状态，准确制定检修策略。而变电站作为电力系统不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，它能否正常运行直接影响到整个电力系统能否安全、稳定经济运行。因此开展变电站电力设备监测对于保证电网安全运行具有重要意义。然而，我国的状态监测技术在很多方面仍处于发展之中，当前的研究工作主要集中在监测系统的灵敏性、可靠性、和

11、自动化方面，同时希望系统成本不致太高。长期以来，我国对变压器的检修策略主要采用以时间为标准的定期维修。虽然定期维修一般可在维修时发现设备存在的缺陷，对保证设备安全运行发挥了重大作用，但是定期维修存在“维修过剩”和“维修不足”的缺陷，不仅造成部分电力设备的盲目检修，导致人力和物力的大量浪费，而且增加了产生新隐患的几率，降低了供电可靠性。状态评估是对电力设备的运行状态及其他信息进行记录、分类和评估，为设备维修提供决策，它是电力变压器状态检修的基础工作。故障诊断是指根据故障特征，对已发生的故障进行定位和对故障发展程度进行判断，故障诊断是状态评估的特例。在当前电力企业走向市场的形势下，根据当前的电力设

12、备当前状态来预测检修的时间是电力企业自身发展的必然趋势。2,3目前的变电站自动化技术只包括了基本的运行监控、测量、故障保护功能，少了电力设备状态监测环节，因此不能对电力设备的安全状况做出评估和判断，不能实现真正意义上的无人值守。从这个概念上说变电站自动化的内容也应包括高压电气设备体的监视信息，即包括电气即包括电气设备的状态监测。4除了为调度中心提供变电站的信息外，还要为运行方式科和检修中心提供检修决策所需要的电气设备状态信息，做到真正的无人值守变电站自动化。1.2 变电站电力设备状态监测主要内容及国内外研究现状1.2.1 电力设备状态监测与诊断的概念在线状态监测及故障诊断分析系统，主要是指利用

13、现代传感器技术、综合构成的辅助运行系统。随着这些技术的迅猛发展实时在线状态监测成为可能。状态监测与故障诊断是一个有机的整体。状态监测是故障诊断的基础、先决条件及必要手段，而故障诊断则是综合利用监测数据和信息的决策部分1,2,4。状态监测分析及故障诊断系统的基本结构如图1-1所示。图1-1在线监测系统框图1.2.2 电力设备在线监测技术的研究现状及趋势我国在线监测技术起始于20世纪80年代，经过数十年的研究和实践，在线监测技术已呈快速发展趋势，部分成熟产品正逐渐向电网设备推广和应用，并涵盖了主要的电气设备。以氧化锌避雷器总泄漏监测仪为例，它在使用中不但本身故障少，而且发现了不少主设备缺陷，为设备

14、的安全运行发挥了积极作用。虽然变压器在线监测系统还存在着影响主设备运行的误报漏报现象，但一些日益走向成熟的监测设备和产品(如油中溶解气体监测仪，对电容量和介损的连续监测) 对发现和跟踪故障起到了积极的作用。电力系统中的供电设备种类繁多，数量庞大，目前实施在线监测的主要有变压器、开关类设备（如断路器等）、避雷器、电容型设备、gis 等多项在线监测技术5。近年来，开展这方面技术研究的高等院校、科研院所结合新理论、新技术、 新监测手段的发展，取得了长足的进步变压器作为变电站的关键设备，对变压器及其组件的在线监测研究及应用具有重大的意义。国外主要从以下几个方面进行监测，油中气体在线监测、绝缘在线监测、

15、局部放电、热点监测、绕组变形和移位分析以及变压器有载调压分接开关的监测。一些公司和研究机构相继开发出了自己的在线监测系统。如日本关西电力和三菱电机公司采用色谱分离技术，于1981年研制出“变压器油中气体自动分析装置”并投入现场试用，可以在线监测油中永久性气体和烃类气体等11 种组分的含量变化。美国的一些公司也开发了相应的系统，包括色谱、油温、油中水分、套管特性、局放、油中水分和有载分接开关状况等多个监测项目，欧洲的公司也推出了类似的系统，而且开发了新型的传感器。总体而言，由于新材料、新技术的应用，变压器在线监测系统的发展是比较迅速的。国内有诸多单位近年来也开始研制变压器等的在线监测装置，经过不

16、断的探索与实践，已逐步走向应用化阶段。而且已有相应在线监测装置投入了商业化运行。6介绍了包括变压器在线监测装置在内的多种电力设备在线装置在电网中的运行情况。其中国网公司共装有大约30个型号的综合在线监测装置，来自约20个制造厂家，全部为国内公司所产。高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备之一。对高压断路器实施在线监测，及时了解其运行情况，对降低设备故障率，提高电力系统的安全性和可靠性具有重要的现实意义。目前，国内许多单位和研究机构都在开展这一方面的工作，其中有清华大学、西安交通大学、上海交通大学、山东大学、武汉理工大学、江苏科技大学等高等院校，还有国家电网公司武汉高压技术研究院、南京自动

17、化研究院等科研院所。其项目包括: 绝缘特性、机械特性、触头磨损监测等，并已有开发完成的装置挂网运行。分别介绍了基于微处理器、dsp等现场信息处理。结合上位机专家处理软件所组成的断路器在线监测系统7。由上可见，状态监测在电力系统中已得到了广泛的重视与应用，并在不断的发展中。将来电力系统状态监测技术发展的趋势将体现在以下几个方面6,7：(1)越来越多的电力设备将被纳入状态监测的范畴；(2)随着传感器技术和计算机技术的发展，可以监测的状态量将越来越多，处理的数据量越来越大，多功能、多状态的在线监测系统将得以发展；(3)由于可获得的数据量的增大，常规的数据处理方法会遇到更大的困难，智能状态监测系统将得

18、到进一步研究和应用尤其是神经网络技术、知识系统、模糊逻辑等会得到更广泛的应用；(4)研究中将运用一些新的数学工具，如小波变换等；状态监测系统与其它系统的联网和和集成问题将得到进一步研究。状态监测系统与继电保护将有机地结合起来，尤其是在分布式的监控系统中，如分布式的变电所综合自动化系统；(5)根据检测到的数据作出相应的判断，以及对新的更有效的检测项目和检测方面的基础研究将得到进一步加强。1.3 论文的主要研究工作变电站设备状态监测是被广泛研究和关注的问题,其目的是为了更好的对变电站设备进行维护,确保整个电力系统工作高效有序的进行，国内外众多学者对此进行了大量的研究也取得了不少理论研究成果并应用与

19、实际，本文在总结前人工作的基础上采用iec61850的建模方法对变电站设备进行建模的同时用c#语言实现了一定的监测功能 。全文的章节安排如下:第1章绪论,介绍了本课题背景及研究重点,论述了变电站电力设备状态监测的研究现状及发展前景。第2章对iec61850标准进行了研究。分析了标准的结构体系，揭示了标准的内涵特征。以及在电力系统监测的应用。第3章详细论述基于iec61850的uml建模实现，论述uml建模的步骤和方法。利用rational rose开发环境对变电站进行整体建模。第4章设计并实现基于iec61850状态监测系统。将各指标权重隐含在模型中，避免人为确定各指标权重的主观性。实验说明该

20、设计具有良好的实用性。最后对本文论文总结。第2章 iec61850标准的基本理论与变电站设备状态监测的结合当前电力系统中，对变电站自动化的要求越来越高，为方便变电站中各种ied的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。iec61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。2.1 iec61850的背景和现实必要性由于大规模集成电力技术强劲的发展，导致了先进的、快速的、功能强的微型处理器出现，使得变电站自动化系统实现成为可能。自然，提出了在智能电子设备直接高效通信的要求，特别是标准协议的要求。工业实践表明，已出现制定标准协议

21、的强烈需求及其机遇，以支持不同制造厂生产的只能电子设备具有互操作性。变电站自动化标准化的目的是制定一个满足功能和性能要求的通信标准，并能够支持将来技术的发展。互操作性是电力公司、设备制作厂和标准化组织的共同目标。事实上，近年来许多国家和国际研究单位开展积极活动去达到这个目的。本标准的目的既不是对在变电站运行的功能进行标准化，或对功能以任何方式进行限制，也不对变电站自动化系统内的功能分配进行标准化。对应用功能进行标示和描述是为了定义它们的通信要求。本标准具有一系列的优点：分层的智能电子设备和变电站自动化系统；根据电力系统生产过程的特点，制定满足实时信息和其他信息传输要求的服务模型；采用抽象通信服

22、务接口、特定通信服务映射以适应网络技术迅猛发展的要求；采用对象建模技术，面对设备及按摩自我描述以适应应用功能的需要和发展，满足应用开放互操作要求。利用iec61850建立模型，帮助理解、描述、或藉助于探索特定实体或现象的简单表示，预测实际世界发生的事情。本表转为变电站设备（例如保护设备、断路器、变压器、变电站的主站等）之间通信和交互的概述。8,9在智能电子设备中（ied）实现许多功能；允许几种功能在一个ied中实现。或一个功能在一个ied中实现，其他功能在另外的ied中实现。ied采用本标准的信息交换机制和其他ied的功能通信。因此功能也可分布在多个ied中实现。ied的通信结构构成如图2-1

23、所示。 图2-1变电站自动化拓扑例子图2-1ied通信结构构成2.2 iec61850的内容iec61850标准系列由十个部分构成8,9,10。第1部分：介绍与概述。对iec61850标准系列的结构与框架内容、标准制定的方法以及基本原则进行了介绍。第2部分：术语。介绍标准所用到的sas术语、定义词汇以及标准其它部分所引用到的标准。第3部分：总体要求。介绍sas对通信网络的总体要求，强调了对通信网络质量的要求。同时还述及环境条件和辅助服务的指导方针，并根据其它的标准与规范，对相关的特定要求提出了建议。第4部分(iec61850-4)：系统与项目管理。对工程过程的内容及其相关支持工具进行了规定。包

24、括sas及其环境的结构、ied的结构、工程任务及相互关系以及与项目管理有关的文档等内容。第5部分(iec61850-5)：功能的通信要求与装置模型。对sas自动化功能做出了基本通信要求。对所有已知的功能和它们的通信要求均加以辨别。在iec61850-5中对功能的描述不是用于功能的标准化，而是为了区分变电站与技术服务、变电站内ied之间的通信要求，其基本目的是在设备的相互作用中实现互操作性。第6部分（iec61850-6）ied配置和参数。包括:基本要求、逻辑节点的分析、逻辑通信链路、通信信息片的概念、逻辑节点和相关的通信信息片、性能、功能等方面的要求。以及它们之间关系的文件格式，即变电站智能电

25、子设备ied的配置描述语言scl。第7部分(iec61850-7)：变电站与馈线设备的基本通信结构。该部分作为整个标准的核心内容，分为四个子项：7-1介绍该部分使用到的建模方法、通信原理以及信息模型；7-2部分定义用于ied之间实现实时协作功能并且独立于底层通信系统的抽象通信服务接口acsi；7-3定义与变电站应用相关的公共属性类型和公共数据类；7-4定义与变电站相关的设备及功能的信息模型，即用于ied之间通信的可兼容逻辑节点和数据。第8部分(iec61850-8)：特殊通信服务映射scsm。定义了抽象通信服务接口(acsi)的对象、服务与制造报文规范(mms)之间的映射关系。说明了在局域网上

26、交换数据的方法。第9部分(iec61850-9)：特殊通信服务映射scsm。定义过程层与间隔层之间的映射，包含两个子项：9-1规范了间隔层与过程层之间通信的特殊通信服务映射，包括用于采样值传输的抽象服务的映射。适用于电子式电流/电压互感器(ect/evt)的合并单元与继电保护等间隔设备之间的通信；9-2定义采样值类模型到iso/iec8802-3的映射，在混合通信栈的基础上使用对iso/iec 8802-3连接的直接访问来实现采样值的传输。第10部分(iec61850-10)：一致性测试。定义了变电站自动化系统设备一致性测试的方法。包含一致性测试规则、质量保证测试，以及一致性测试所需要的文件、

27、测试手段、测试设备要求和有效性证明等。本论文主要研究的重点集中在第七部分，关于变电站设备的建模，即抽象为逻辑设备建模。逻辑设备主要由逻辑节点和附加服务组成。逻辑设备中逻辑节点组是基于这些逻辑节点的公共特征，例如所有这些逻辑节点的模式共同的一起介入、退出或处于测试模式。逻辑设备提供了关于物理设备的（铭牌、设备运行状况）信息或者关于由逻辑设备控制的外部设备（外部设备铭牌、设备运行状况）信息。2.3 基于iec61850的建模iec61850标准采用面向对象的建模技术，使系统模型具有继承性、可复用性等特点。定义了基于客户机/服务器(client/server)的结构数据模型。每个ied 包含客户端和

28、服务器功能，向其它ied 请求或确认服务时，充当客户机的角色；当为其它ied 提供功能服务时，充当服务器的角色。每个服务器又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。为表示繁多复杂的数据对象， 规约定义了抽象数据属性，每个公共数据由数据属性或数据属性的序列组成。信息模型的属性包含逻辑设备(logical device，ld )、逻辑节点(logical node，ld)、数据对象(data object，do)和数据属性(data attribute，da)4个层次11,12：（1）逻辑设备。由逻辑节点和附加的功能服务

29、聚合而成，包含1组特定应用功能。（2）逻辑节点。交换数据的最小功能单元，可以与其它逻辑节点进行信息交互，并完成有关功能。逻辑节点由数据对象、数据属性、数据属性列表以及对应的功能服务组成。（3）数据对象。包含逻辑节点的所有信息，从不同的cdc及cpdc继承而来，是cpdc 的命名实例(named instance)。（4）数据属性。数据对象的内涵，是模型中信息的最终承载者。信息模型不仅仅是数据的集合，而且是数据与功能服务的有机统一体，是一个面向对象的模型，模型中的数据和功能服务相互对应，数据的交换通过访问对应的功能服务逻辑节点来实现。数据与功能服务的紧密结合使模型具备了良好的稳定性、可重构性和易

30、维护性。建模步骤iec61850标准对变电站自动化系统建模，采用面向对象的建模方法，标准从应用的角度（系统层面）和设备的角度分别做了阐述。包括采用分层、分类思想建立的基本信息模型和对基本信息模型进行操作的其它附加服务模型。其中基本信息型包括：server（服务器）、logical device（逻辑设备）、logical node（逻辑节点）、data（数据）和data attribute（数据属性）。附加服务模型包括： data set（数据集）、substitution（替代）、定值组控制块、报告控制块、日志控制块、通用变电站事件控制块、采样值传输控制块、控制、时间和时间同步、文件传输。利

31、用这些模型就可以建立起整个变电站系统模型。基于iec61850的建模包括3个步骤：(1)抽象逻辑节点和相应的数据属性。全面分析ied的功能情况，对其功能进行分解，抽象出若干个能够完成其功能的逻辑节点(logical node，ln)，定义涉及到的数据、操作以及相应的语义模型类。(2)抽象逻辑设备。对照语义模型类，将ied的自动化功能和相关信息抽象、分解，并通过对语义模型类的继承、重载或直接引用，生成特定的应用实例。逻辑设备有逻辑节点及附加服务，例如goose、采样值交换、设置等构成。(3)确定通信服务。将这些实例按照“类”的形式，构成具有一致性和确定性的信息交换服务模型(服务器)。iec618

32、50采用服务器/客户端和发布/订阅式两种通信模式。服务器/客户端模型用于发出读取数据和设置控制参数等；发布/订阅方式采用点到点对等通信模式，以事件触发传输数据，如断路器位置变化事件作为启动事件。这种通信方式适合快速可靠地在保护ied之间传递数据和从一个ied到远端多个ied之间循环传输采样测量值。因此说iec61850标准的数据建模是对变电站自动化功能以及系统中ied与通信相关的功能进行抽象，按照iec61850标准中的数据模型，组织构造出能够进行数据交换的数据构造模型，并且定义这些数据类型的抽象通信服务接口，进而完成变电站自动化系统的各种功能。第3章 利用rational rose的变电站的

33、建模本章利用rational rose建模工具，基于iec61850标准，把变电站抽象为逻辑节点，利用面向对象的建模方法，对变电站建立类图。3.1 变电站抽象为逻辑节点变电站的建模首先要明确有关装置和功能的信息模型。特别是智能电子装置间通信用兼容逻辑节点名和数据包，包括逻辑节点和数据的相互关系。逻辑节点名应以代表该逻辑节点所属逻辑节点组的组名字符为其节点名的第一个字符。对分组建模（如，开关、互感器），应每组建立一个实例。如表3-1为iec61850抽象出的变电站逻辑节点13。表3-1逻辑节点组表逻辑节点组指示符节点标示a监控c通用功能引用g接口和存档i系统逻辑节点l计量和测量m保护功能p保护相

34、关功能r传感器，监视s*仪用互感器t*开关设备x*电力变压器和相关功能y*其他（电力系统）设备z*）若用过程总线，这组逻辑节点存在于专用智能电子装置ied中若没有过程总线，这些逻辑及诶单是位于较高层次上、电缆接线的智能电子装置ied的输入/输出（如，间隔单元中输入/输出），通过其输入/输出代表外部装置（过程映像）3.2 本次建模所抽象的逻辑节点系统逻辑节点：定义了系统专用信息。这包括公用逻辑节点信息（如，逻辑节点模式控制、铭牌信息、操作计数），以及有关物理装置（lphd）实现逻辑装置和逻辑节点的信息。这些逻辑节点（lphd 和公用逻辑节点）与应用域无关，所有其他逻辑节点应用域专用，但从这些系统

35、逻辑节点中继承“指定”和“可选”，如图3-1为系统逻辑节点见的关系。图3-1逻辑节点关系保护功能逻辑节点。又分为差动，基于各种电流差动保护。对特定应用，需适当电流采样数据。方向比较，该逻辑节点 跳闸决策基于对故障点周围故障传感器提供的故障方向确认（如，方向继电器）。线路方向比较用逻辑节点psch 实现。距离保护，取决于定制给定的距离功能特性。过功率方向。该逻辑节点应用作逻辑节点pdpr 过功率部分。此外，当dirmod 参数设置为反向时，pdop 用于对反向过功率功能（根据ieee 32r.2，1996，ieee装置功能代码为32r）建模。此外还包括欠功率方向、谐波振动、接地检测、瞬时过流等1

36、4。主要有以下几类逻辑节点。(1)欠功率因素。此逻辑节点用于逻辑节点ppfr欠功率因素部分。分为低周、电压控制限时过电流、电压频率。保护功能逻辑节点。例如扰动记录功能为建模的一致性，在 iec61850-5 中作为一个要求描述的扰动记录功能被分解为两个逻辑节点类，一个是模拟量通道逻辑节点类radr，另一个是状态量通道节点类rbdr。这个功能的输出引用“电力系统瞬态数据交换ieee 标准格式（comtrade）（iec 60255-24）。扰动记录由多个逻辑装置构成，每个通道有一个逻辑节点radr 或rbdr 实例。由于逻辑装置内容未标准化，若使用其它逻辑节点，其它逻辑节点可置于逻辑装置“扰动记

37、录”中。记录中，包括所有允许的通道，与触发模式（trgmod）无关15,16。(2)方向元件。该逻辑节点用于在方向继电器专用逻辑节点中表示全部方向数据。保护功能本身由专用保护逻辑节点建模。(3)告警处理。单个告警在相应逻辑节点中产生，如，逻辑节点mmxu或mmtr给出计量告警。逻辑节点calhoun允许创建成组预告和告警。用于计算成组告警预告的单个告警从别处取得。单个告警组合计算是本地的事情。通用过程控制。包括通用过程i/o、通用安全应用17,18。(1)接口和存档逻辑节点组。即人机接口、遥控接口、远方监视接口。(2)自动控制逻辑节点组。电压电流控制(3)计量和测量逻辑节点。如果计量和测量值由

38、外部传感器通过 420ma 电流连接提供，则由数据外部健康提供“零电流”告警。主要有差动测量、谐波和间谐波、相关五官谐波和间谐波。(4)传感器监视逻辑节点。主要包括电弧监视和诊断、：绝缘介质监视（气体）、绝缘介质监视（液体）、逻辑节点：局部放电监视和诊断。(5)开关设备相关逻辑节点。如断路器该逻辑节点用于为具有切断短路电流能力的开关建模。注意：为对所要表示的断路器完成逻辑建模。可能要求额外逻辑节点。隔离开关该逻辑节点用于为不具备切断短路电流能力的开关建模，如，刀闸、空气开关、接地开关等。 (6)仪用互感器逻辑节点。主要有电流电压互感器。(7)电力变压器逻辑节点。(8)其他电力设备逻辑节点19。

39、3.3 rose与可视化建模3.3.1 rose简介可视化建模是开发人员及其团队获得应用程序完整设计蓝图的理想方法，是理解复杂问题和相互交流的有效手段。可视化建模有助于软件开发人员20：(1)可视化应用程序(2)说明应用程序的完整结构(3）创建模板，引导应用程序构建工作(4)将质量保证贯穿整个开发生命周期(5)将开发过程中的所有决策信息整理归档rose：优秀的可视化建模工具rose占据了市场上可视化建模工具的主导,衡量可视化建模工具的标准：易于使用、灵活性、整合到应用程序生命周期的容易程度、可伸缩性、基于的标准如图3-2所示为rose的窗口组成图3-2rose窗口构成如图3-2所示主要有应用程

40、序窗口：显示载体；浏览器窗口：模型图超出屏幕显示范围时用于选择观察区域；文档窗口：记录用户操作和模型元素信息的辅助提示窗口；模型图窗口：用于建立和修改当前模型的图形化视图。3.3.2 类图的创建类图是逻辑视图的重要组成部分，用于对系统的静态结构建模，涉及到具体的实现细节。在系统分析阶段，类图主要用于显示角色和提供系统行为的实体的职责；在系统设计阶段，类图主要用于捕捉组成系统体系结构的类结构；在系统编码阶段，根据类图中的类及它们之间的关系实现系统的功能，图3-3说明了类图的地位和作用。图3-3类图的地位和作用类是一组具有相同属性、相同行为、和其他对象有相同关系、有相同表现的对象描述。类具有属性和

41、操作。图形表示，类名、属性、和操作。类图是逻辑视图的重要组成部分，用于对系统的静态结构建模，设计到具体的实现细节。在系统分析阶段，类图主要用于显示角色和提供系统行为的实体的职责；在系统设计 阶段，类图主要用于捕捉组成系统体系结构的类结构；在系统编码阶段，根据类途中的类 及它们之间的关系实现系统的功能。类的属性：一般描述类的某个特征，可以确定并区分对象以及对象的状态。完整的语法表示：可见性属性名多重性：类型初值特殊串 操作：操作是与类相关联的行为，表示类提供的服务完整的语法表示：可见性 操作名(参数表)：返回类型 特殊串 对象：对象是一个类的实例，对象的每一个属性都有具体的值图形表示：john是

42、对象名，person是类名对象在交互图和状态机中使用接口 一组可重用的操作，描述类的部分行为3.4 利用rational rose对变电站进行建模建模的结果如图3-4所示，本次建模是基于iec61850抽象出的十三类逻辑节点的基础上，利用rational rose建模工具，对变电站进行的建模。主要应用面向对象的方法，将变电站抽象为逻辑节点进而抽象为类。建立关于变电站的类模型21。图3-4 用rose对变电站系统进行建模第4章 基于iec61850的变电站监测的设计实现本章主要利用c#对变电站的电力设备变压器进行具体的实现。动态描绘监测曲线，形象表现监测结果。4.1 在线监测系统的任务和总体构成

43、变电站是一个多种类设备统一协调工作的整体，通常各种分离电力设备有：电力变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、电力电缆、电抗器、隔离刀闸及避雷器等。因此需要监测的参数也较多，具体有：(1)电力变压器：局部放电；中性点接地电流；油中溶解气体分析；微水含量。(2)高压断路器：机械特性；温度特性；绝缘泄漏电流；开断次数；分、合闸线圈电流；sf6 气体压力；气体湿度。电力电容器：介质损耗；绝缘电阻。(3) gis：局部放电；气体压力；(4) 避雷器：全电流（容性电流和阻性电流）；以上是变电站典型电力设备的状态监测参量，从信号性质可以分为非电量监测和电量监测两大类。如图4-1为具体非电量、电量监测分类。

44、 变压器油中微水含量 h2、ch4、c2h6、c2h2c2h4、co的组分含量非电量监测 sf6气体压力、湿度分合闸线圈电流电压 储能电机电流 三相电流 三相电压 全电流阻性电流图4-1电力设备常用监测4.2 变电站主电气设备状态监测方法随着经济、社会的发展，对电力系统发电书店、供电和用电可靠性的要求越来越高。变压器、断路器、避雷器及气体绝缘组合电气（gis）作为变电站中的主要设备，其运行状况关系到整个电力系统的安全、稳定运行。因此有必要对他们的运行状态进行监测，及时了解和掌握设备的状况，以确保整个电力系统的安全、稳定运行。状态监测是指通过各种测量、检测和分析方法，结合系统运行的历史和现状，对

45、设备的运行状态进行评估，以便了解和掌握设备的运行状况，并且对设备状态进行显示和记录，对异常情况进行处理，并为设备的故障分析诊断、性能评估提供基础数据22。4.2.1 变压器状态监测主要方法有：变压器油气色谱分析、局部放电、绝缘监测等。(1)变压器油色气谱分析变压器运行时，变压器油中的固体有机绝缘材料在运行电压的作用下会因电、热、局部电弧等多种因素作用逐渐变质，裂解出包括co、ch等在内的多种气体。变压器油色气谱分析法主要是通过监测和分析变压器油中气体的组分、浓度及产生速率，进而判断变压器内部是存在过热性故障和放电性故障等。由于这种方法具有实时性和连续性的特点，能及时发现被监测设备存在的故障，被

46、公认为是监测变压器（包括本体、套管缺陷最直接、准确的方法，一直受到人们的重视。(2)变压器局部放电测试局部放电，及时设备绝缘老化的先兆，也是造成绝缘老化并最终发生绝缘击穿的一个重要原因。很多故障都可以从局部放电量和放电模式的变化中反映出来。变压器局部放电过程中伴随着电脉冲、电磁辐射、超声波等现象，可能引起变压器局部过热及产生特征油气。常用的声学检测法是将几个高频声学传感器附在变压器箱的外部，这些传感器对局部放电或电弧产生的暂态声音信号非常敏感，能够检测出放电信号和放电部位。局部放电检测的其他方法还有光学检测、化学检测、电气测量等。我国自主开发的jfy-3型变压器局部放电在线监测系统能连续监测多

47、台大型变压器的局部放电，并具有事故追忆、故障报警和定位等功能，目前已获得广泛应用。(3)变压器绝缘状态监测变压器绝缘状态监测是保证变压器可靠运行的手段之一，变压器绝缘的老化、失效是一个缓慢发展的潜伏性故障。变压器绝缘状态主要有外壳接地线电流监测和高、低压管套接地引下线电流监测以及铁心接地线电流监测等。电容套管监测是为了检测套管的正常运行电容电流、电容量的变化和介损的变化；外绝缘泄漏电流监测是为了监测变压器套管外绝缘的积污程度，并通过纵向、横向的比较进行判断；铁心接地在线监测装置能及时监视主变压器铁心接地的情况。4.2.2 断路器状态监测(1)断路器是电力系统中最重要的开关设备，它担负着控制和保

48、护的双重任务，其开关状态的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定运行。断路器状态监测主要包括机械性能监测、触头电寿命监测、真空灭弧室真空度检测等。(2)断路器机械性能监测调查表明，80%的高压断路故障是由于机械特性不良造成的，所以对断路器机械性能的监测显得尤为重要。断路器机械状态监测主要有行程速度监测和操作过程中振动信号检测等。行程速度监测是指通过光电传感器，根据行程时间特性，将连续变化的位移量离散成一系列的电脉冲信号。记录脉冲的个数，就可以实现动触头全行程参数的测量；同时记录每一个电脉冲产生的时刻值，就可以计算出动触头运动过程中的最大速度和平均速度。因此测得断路器主轴联动杆的分合闸特性，即可反映

49、动触头的特性。断路器操作过程中机械振动信号监测是根据每个振动信号出现时间的变化、峰值的变化，结合分、合闸线圈电流波形来判断断路器的机械状态。机械性能稳定的断路器，其分、合闸振动波形的各峰值大小和各峰值间的时间差是相对稳定的。因此，我们可以对新断路器或大修后的断路器进行多次分、合闸试验，记录其稳定的振动波形作为该断路器的特征波形“指纹”，以后即可以以此“指纹”作为判别依据来判断断路器振动信号及其机械性能是否正常。(3)断路器触头电寿命监测触头电磨损是影响断路器电寿命的重要因素，是状态监测的重要参数之一。根据不同的开关电流下的电寿命曲线（n-ib），计算每次电流开断时所杜婴的电磨损量的加权累计：q

50、t =niab， 作为每台断路器的允许电磨损总量，以此作为判断其寿命的依据。在式qt =niab，中，qt 为允许的总的电量磨损，ib为开断电流的有效值，n为开断电流为ib 时断路器允许的开断次数，为开断电流的加权指数（通常介于1-2）。(4)真空灭弧室真空度检测真空开关在电力系统中已经获得了广泛应用，其工作的有效性和稳定性很大程度上取决于真空灭弧室的真空度。目前，国内外还无法实现真空度的直接测量，用于真空度在线检测的间接方法有耦合电容法和电光变换法，而用于检测灭弧室内真空度的方法也比较多也比较成熟，主要有工频耐压法、磁控放电法、德斯拉线圈法、火花计法等。工频耐压法师以往检测真空度常用的方法，

51、但他只能进行定性检测，不能判断真空度的变化趋势。磁控放电法是目前公认的真空度测试灵敏度较高的方法，应用比较广泛。4.2.3 避雷器状态监测避雷器是一种过电压保护设备，在电力系统中应用较广泛，其运行质量主要是指密封性与阀片运行稳定性，其中密封性主要依靠全泄露电流监测来检验；阀片运行稳定性主要依靠阻性电流监测来检验；而功耗则直接反应避雷器的劣化程度。变电站中最常见的是氧化锌避雷器（moa），moa在运行电压作用下阀片会逐渐老化或进水受潮，其状态监测包括全泄露电流监测、阻性电流检测等。(1)全电流监测在氧化锌避雷器地步与底之间串接全电流监测装置吗，对踏实行连续在线监测，比较全电流变化情况，以判断设备

52、是否进水受潮。对阀片的内部接触不良，容性电流反映较为灵敏。全电流数据分析时要着重进行纵向比较，应注意运行电压、环境温度、相对湿度和表面污秽等因素的影响。(2)阻性电流监测阻性电流对阀片的初期老化、受潮等反应比较灵敏，氧化锌避雷器在运行电压和各种过电压作用下会逐渐老化，引起阻性电流增大，所以监测moa阻性电流变化是检验其阀片运行稳定性的一个重要手段。当监测到的阻性电流增加50%时应缩短监测周期，加强监视；当阻性电流增加一倍时应停止检查，进行验证。阻性电流数据分析时应注意测试结果的历次变化，以纵向比较为主，同时应注意相间干扰、系统电压、环境温度、湿度、避雷器外表面污秽、安装位置等多种因素的影响。4

53、.2.4 gis状态监测气体绝缘组合电器（gis）带电部分密封在容器内，运行可靠性高，维护省力，因此，被广泛应用于变电站，输变电线路等重要电力设备中。但是gis设备一旦发生事故，维护难度较大。通过对gis的故障分析，发现除了绝缘降低和通电异常外开关的闭合性能及气体密封异常占其全部故障的70%80%。殷殷因此，从设备的可靠性出发，非常有必要对gis开关的绝缘开闭性和密封情况进行监测，对gis的状态监测集中在以下几方面23,4：sf6 气体监测主要是指气体压力监视、泄露监测以及湿度监测以及湿度监测等。由于sf6 在局部放电和电火花作用下会产生分解物，所以通过比较sf6 离子迁移率谱与纯气体的参考频

54、谱，对其变化根据气体色谱分析便可以判断其是否发生变化。sf6机械特性的监测sf开关合、分闸线圈电流监测。用补偿式霍尔电流互感器监测开关合、分闸线圈电流波形，通过比较与正常电流波形比较，可监视开关机械异常情况。行程、速度监测。用条形码读出器通过非接触方法光学测定开关的动作特性（行程、合/分时间、平均速度等），综合诊断开关的动作特性是否良好。4.2.5 gis局部放电监测gis内大部分绝缘故障如绝缘子表面金属微粒浮着、绝缘子内部气泡、高压导体表面的突起等，都会引起较为严重的局部放电。gis局部放电的监测方法有很多，监测分解气体的化学法、机械法、光电法、脉冲电流法和超高频率（uhf）。uhf法不仅可检测到gis中局部放电飞发生并识别绝缘缺陷类型，而且还可实现局部放电源的准确定位，抗干扰能力强，因此获得了广泛的应用。4.3 基于iec61850变压器状态监测 由于变电站设备很多，各种指标很多，涉及到具体实现时工作量很大，所以具体实现的时候选择了对变压器设备进行状态监测22。4.3.1 监测方法和主要步骤监测方法：监测时采用模拟数据实时划线的方法动态显示监测结果。具体步骤如下23,24,25：(1)建立变压器状态综合评判体系，按照建立的评判体系收集状态数据；(2)利用层次分析法确定各评判的指标，然后根据实际数据