变电设备状态监测系统的设计方案

1、第32卷第11期2011年11月电力建设Electric Power ConstructionVol32，No11Nov ，2011·31·中图分类号：TM 63文献标志码：A文章编号：1000-7229（2011）11-0031-05变电设备状态监测系统的设计方案王峰，阎春雨，毕建刚，是艳杰，袁帅，杨圆（中国电力科学研究院，北京市，100192）Design Solution for State Monitoring System of Transformation EquipmentWANG Feng ，YAN Chunyu ，BI Jiangang ，SHI Yanj

2、ie ，YUAN Shuai ，YANG Yuan（China Electric Power Research Institute ，Beijing 100192，China ）ABSTRACT ：According to the relevant technical standards and technical solutions ，combined with years of experience in project implementation ，a design solution for state monitoring system of transformation equip

3、ment is proposed in this paperBased on the production management information system （PMS ），a unified statemonitoringsystemoftransformationequipmentisestablished of “two-level deployments ，three-grade applications ”As a result ，the data processing ，access and control of state monitoring device of tra

4、nsformation equipment are standardized ，and the functions for status information display ，warning ，analysis ，diagnosis ，evaluation and forecasting of transformation equipmentprovided ，achievingreal-timemonitoringofsignificant transformation equipment status and critical operating environmental infor

5、mationKEYWORDS ：transformation equipment ；state monitoring ；status maintenance ；design solution ；smart grid摘要：依据相关技术标准和技术方案，并结合多年的项目实施经验，提出了一种变电设备状态监测系统设计方案。该设计方案依托生产管理信息系统，建立“两级部署、三级应用”的统一变电设备状态监测系统，规范变电设备状态监测装置的数据处理、接入和控制，提供变电设备状态信息展示、预警、分析、诊断、评估和预测功能，实现重要变电设备状态和关键运行环境信息等的实时监测。关键词：变电设备；状态监测；状态检修；设

6、计方案；智能电网doi ：103969/jissn1000-72292011110070引言变电设备状态监测系统是智能电网输变电设备状态监测系统的重要组成部分，是实现设备状态管理，提升变电专业生产运行管理精益化水平的重要技术手段。系统通过各种传感器技术、广域通信技术和信息处理技术实现各类变电设备运行状态的实时感知、监视预警、分析诊断和评估预测。目前，状态监测系统装置由各个厂家根据自己的理解实现，通信协议数据格式不统一，功能和接口各不相同，造成数据难以共享；电力企业控制中心端与各个变电站之间，以及中心端状态监测系统与其他系统之间，数据信息模型和通信接口高度异构，难以充分利用状态信息进行设备的状态

7、评价，无法对设备的运行状况进行统筹分析，不能做出有效、经济的检修决策1。鉴于此，急需规划变电设备状态监测系统建设，为生产管理提供在线监测信息。通过在国家电网公司建立起面向电网全局的变电设备状态监测系统，形成多点参数的分散监测、集中监控的系统布局，将现代化的监测技术和管理机制有效结合起来，形成完整、统一的输变电设备运行状态全局描述和资源信息库，把离散的设备状态信息资源按状态监测的角度进行深度整合、分析和应用，对全面提升变电专业的设备运行监视、状态分析、故障诊断和宏观决策能力等方面具有重要意义1-2。1建设目标和原则变电设备状态监测系统的设计目标是面向国家电网公司坚强智能电网建设要求，结合“三集五

8、大”发展战略，依托生产管理信息系统（production management information system ，PMS ），在公司范围内建立“两级部署、三级应用”的统一变电设备状态监测系统，规范各类变电设备在线监测数据的接入，提供各种变电设备在线监测信息的展示、预警、分析、诊断、评估和预测功能，并集中为其他相关系统提供在线监测数据，实现变电设备状态的全面监测和状态运行管理。在总体设计目标的指导下，其主要设计原则包括：（ 集约、统一、经济等角度简化和优化系统设计，突出标准化设计。（2）系统设计首先要面向公司坚强智能电网未来的长远发展3-5，在此前提下，考虑发挥各网省已有变电设备状态监测系

9、统的作用，采取“统一设计、分阶段建设”原则，实现系统建设的平稳过渡。（3）系统设计首先以稳定的技术框架建立和基础应用功能实现为主，在此基础上适当考虑一些较为成熟的高级应用功能。（4）系统设计需要充分考虑本系统与其他相关系统之间的边界和接口关系，最大限度地发挥信息系统建设效益。（5）系统总体技术路线符合“SG186”工程及“SG-ERP ”的相关技术要求。2变电设备状态监测系统术语介绍21在线监测装置在线监测装置指通常安装在被监测设备上或附近，用以自动采集、处理和发送被监测设备状态信息的监测装置（含传感器）。监测装置能通过现场总线、以太网、无线等通信方式与综合监测单元或直接与站端监测单元通信。2

10、2综合监测单元综合监测单元指以被监测设备为对象，接收与被监测设备相关的在线监测装置发送的数据，并对数据进行加工处理，实现与站端监测单元进行标准化数据通信的装置。23站端监测单元站端监测单元以变电站为对象，承担站内全部监测数据的分析和对监测装置、综合监测单元的管理；实现对监测数据的综合分析、预警功能，以及对监测装置和综合监测单元设置参数、数据召唤、对时、强制重启等控制功能，并能与主站进行标准化通信。24前置子系统前置子系统在本设计中专指那些已经投运的部署在变电站或地市公司的原有专用前置类系统。25状态信息接入控制器状态接入控制器（condition acquisition controller

11、，CAC ），是一种部署在变电站内的，能以标准方式连接站内各类在线监测装置或综合监测单元，接收它们所发出的标准化状态信息，并对它们进行标准化控制的设备。26状态信息接入网关机（，），式远程连接CAC ，接收CAC 所发出的标准化状态信息，并对它们进行标准化控制的计算机。CAG 有变电CAG 和线路CAG 之分。27主站系统主站系统指能接入各类输变电设备状态监测信息，并集中存储、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信息编码设计31编码原则（1）唯一性。分析变电专业涉及状态监测的数据类型，定义代码对应于

12、不同的对象，保证代码值和对象的一一对应关系。（2）适应性。充分考虑与其他相关信息系统的衔接，满足大范围数据交换和汇总的需要。对于已有的信息编码规范应尽量直接采用，不适用部分进行扩充或裁减。（3）扩展性。可随着变电设备在线监测技术的不断发展进行相应扩充，满足在线监测持续提高的要求。（4）易用性。从使用角度出发，面向实际应用，降低使用的复杂度。32编码方法信息编码主要采用分层、分类的编码方式。对于被监测变电设备、在线监测装置、综合监测单元和站端监测单元的编码均采用与PMS 一致的17位编码，不再另行编码。33编码内容变电设备状态监测系统的信息编码根据应用范围可分为监测类型编码、监测数据编码和监测设

13、备编码，具体内容参见Q /GDW5342010变电设备在线监测系统技术导则附录B 6。4系统技术方案41系统架构变电设备状态监测系统的总体框架符合Q /GDW 5612010输变电设备状态监测系统技术导则7的架构设计。变电部分系统框架如图1所示。总体上看，变电设备状态监测主站系统在国家电网公司总部和网省公司2级进行完整部署，在变电站部署站端监测单元、综合监测单元和各类在线监测装置。各类变电设备状态监测数据在网省和公司总部。 图1变电设备状态监测系统框架Fig1Framework for state monitoring system of transformation equipment视频/

14、图像监控子系统相对独立。在站内分布的各类变电设备在线监测装置（新投运部分）或综合监测单元通过站内规定的标准方式接入站端监测单元，然后通过本站站端监测单元向上接入网省变电CAG 。对于已经建有在线监测系统的站，若前置子系统部署在变电站内，则站端监测单元通过从原前置子系统集中接入所有状态信息实现对原系统的包容，站端监测单元不直接连接原有的在线监测装置，以降低接入的复杂性；若前置子系统部署在地市级，则变电CAG 直接通过原前置子系统接入所有状态信息实现对原系统的包容。站端监测单元和变电CAG 接入的是Q /GDW5342010变电设备在线监测系统技术导则附录B 6中规定数据，并采用推送方式，要求原变

15、电前置子系统进行相应状态监测数据服务经由企业级服务总线（enterprise service bus ，ESB ）为其他应用系统提供各类变电设备状态监测数据，满足各类业务应用对状态监测数据的应用需要。变电设备状态监测主站系统通过数据中心和ESB 共享调度、雷电、气象等其他应用系统提供的相关数据。与此同时，网省侧PMS 将集中的状态监测信息（跨区电网部分，连同跨区电网设备及运检信息）通过数据中心进一步转发公司总部侧状态监测数据库，以便公司总部PMS 中的跨区电网高级应用模块及其他应用系统使用。数字化的视频图像信息通过专门的信道和流媒体服务器逐级上送网省和公司总部，并集成显示于各类PMS 应用模块

16、之中。PMS 应用模块也可以发出，在需要的时候，公司总部用户也可以通过总部PMS 远程调用网省侧变电设备的状态监测信息（如非跨区电网部分），以满足故障或其他异常情况下的特殊需要。42系统分层系统采用总线式的分层分布式结构，分为过程层、间隔层、站控层和主站层，系统分层如图2所示。若过程层的监测装置均符合DL /T8602006通信标准8-9，则可以省去图2中间隔层的综合监测单元 。图2变电设备状态监测系统分层图过程层包括变压器、电抗器、断路器、气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear ，GIS ）、电容型设备、金属氧化物避雷器等一次设备的在线监测装置，实现变电设

17、备状态信息自动采集、测量、就地数字化等功能。对于过程层到间隔层未采用DL /T8602006变电站通信网络和系统通信标准的在线监测系统，应在间隔层配置综合监测单元，实现在线监测装置通信标准统一转换为DL /T8602006标准与站端监测单元通信。在图2中，间隔层包括变压器/电抗器综合监测单元、断路器/GIS综合监测单元、电容型设备/金属氧化物避雷器综合监测单元，实现被监测设备相关监测装置的监测数据汇集、数据加工处理、标准化数据通讯代理、阈值比较、监测预警等功能。在图2中，过程层的监测装置均符合DL /T8602006通信标准，省去了综合监测单元，监测装置直接与站端监测单元通信。站控层包括站端监

18、测单元，实现整个在线监测系统的运行控制，以及站内所有变电设备的在线监测数据的汇集、综合分析、故障诊断、监测预警、数据展示（设在集控站）、存储和标准化数据转发等功能。主站层包括变电设备状态监测主站系统。变电设备状态监测主站系统作为输变电设备状态监测系统的子系统，利用分析模型和分析方法分析设备的在线数据和离线数据，综合评价设备当前的健康状况。数据及分析结果一方面以Web 方式采用安全信息全网发布，另一方面传送给其他系统，作为设备风险评估、检修策略制定及检修维护等的基础数据。这种分层设计可支持系统的过程层、间隔层、站控层和主站层在各自范围内遵照统一的标准规范相对独立地并行发展。过程层重点发展各种先进

19、实用的传感原理和传感器技术；间隔层重点发展各种高效、可靠、经济的通信接入组网技术和信息处理与信息接入标准化技术；站控层重点发展变电站内在线监测数据的综合分析、预警技术，以及与主站系统的标准化通信技术；主站层重点发展变电设备各种状态检测数据的存储、展现、分析、诊断和预测等检测数据应用技术。系统分层体系的建立有利于推动公司变电设备状态监测系统的持续改进和发展，使得各层技术更新的相互影响最小化。4层结构中的安全通信组件是标准化的，可嵌入在各类在线监测装置、综合监测单元、站端监测单元和主站系统中，统一负责各层之间的数据通信和信息安全任务，各类设备不用考虑底层通信细节和信息安全策略等问题，仅专注于自身专

20、业技术的实现。43接口分级上述分层系统结构中各层之间存在3个接口级别，分别是第1级接口I0、第2级接口I1和第3级接口I2，其具体分布点如图3所示 。图3系统接口分级Fig3Classification of system interfaceI0接口是在线监测装置和综合监测单元之间的接口，监测装置向上层单元传送经过信号调理、模数转换和预处理的被监测设备状态监测数据，以及接受上层单元下传的参数配置、数据召唤、对时、强制重启等控制命令。I1接口是综合监测单元和站端监测单元之间的接口，综合监测单元向站端监测单元传送经过计算模型生成的站端监测单元可以直接利用的标准化数据以及简单的分析结果和预警信息，并

21、接收上层单元下传的更新分析模型、更新配置、数据召唤、对时、强制重启等控制命令。I2接口是站端监测单元到CAG 之间的接口10，面向主站系统，传递的是经过深度加工的数据、分析诊断结果、预警信息以及根据主站需求定制的数据，并接受主站下传的下装分析模型、参数配置、数据召唤、对时、强制重启等控制命令。5结语排，输电设备状态监测系统试点建设工作计划于2011年年底全面完成。同时，变电设备状态监测系统试点建设工作也将陆续展开。中国电力科学研究院作为变电设备在线监测系统系列标准的编写单位，正积极参与变电设备状态监测系统建设的相关工作。本文依据颁布的相关技术标准和技术方案，并结合多年的项目实施经验，提出了一种变电设备状态监测系统设计方案，希望能给国家电网变电设备状态监测系统建设提供一些有用的参考。4参考文献1董明，李元输变电设备状态检修系统的开发与应用J 华东电力，2009，37（