智能化GIS在线监测系统的应用

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摘要：国家电网公司第一座智能化GIS教学实训站———国网技术学院220kV变电站，采用了多种数字化新技术，通过分析智能化252KVGIS在线监测设备，阐述了数字化变电站设备的特点。表明数字化在线监测必然成为未来变电站的发展方向。

关键词：智能化GIS；在线监测设备；发展方向

1.电站概述

国家电网公司第一座智能化GIS教学实训站———国网技术学院220kV变电站于2011年12月27日建成投运。

电站建设地点位于济南国网技术学院西南区，是2011年国网公司和国网技术学院的重点建设项目，具有220kV、110kV、10kV三个电压等级，占地面积为5720平方米，220kV配电装置采用户外智能GIS设备、架空出线，双母线接线，110kV配电装置采用户外敞开式设备、架空出线，双母线接线，主变压器户外布置，是全国范围内第一座基于IEC61850标准，并采用先进的数字化在线监测设备、全站采用数字化网络配置变电站，也是目前国内最大的实训变电站。我公司在线监测设备在此站的成功应用，表明了我公司研发的智能化GIS在线监测设备是适应当今电力发展的需要的。

2．252KV智能化GIS结构配置

国网技术学院252KV智能化GIS结构配置采用了智能化一次GIS设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化的在线监测设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，电气设备之间的通信是以数字方式传递和共享，由建立在IEC61850通信规范基础上［1］，能够实现变电站GIS智能电气设备间信息资源共享和智能操作的现代化变电站。GIS变电站中信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化。

2．1智能化GIS一次设备

图1智能化GIS一次设备图

电站智能化GIS设备所用互感器采用了先进的光电式互感器，控制系统使用了先进的数字化智能组件控制柜，并安装了我公司自主研发的BMC-100断路器机械特性在线监测系统、ZMW微水密度综合监测装置、TKHD-2000GIS局部放电在线监测、JSM和JCQ避雷器在线监测等在线监测设备，是我公司针对国内外前期已有的GIS监测设备存在的安全性不高、可靠性差、灵敏度低、抗干扰能力差、运行成本高等缺陷，和凭借多年来对高压电气设备研发和生产的经验，并经过大量的科研及工程实践研制出的一系列技术先进的数字化在线监测产品，设备均采用了微处理器和光电通讯技术设计，简化了常规机电及继电器式控制回路的结构，用数字程控器及数字公共信号网络取代了传统的导线连接。一次设备和二次设备间采用了光纤通讯等方式进行数据传输，简化了常规数据采集、状态监测和开关控制带来的麻烦。在线监测产品已在潍坊怡明数字化站、陕西铜川柳湾数字化站、赤峰党校等多个变电站中得到了很好的应用，这些数字化在线监测设备的应用，表明我公司研发的数字化在线监测设备技术的先进性和产品质量的安全、稳定、可靠，为公司今后智能电网产品的研发积累了宝贵的经验。

2．2网络化的二次设备

国网技术学院220KV智能化GIS二次系统，将SF6气体状态IED、机械特性IED、局放监测IED、避雷器IED、合并单元、过程交换机等监测设备和控制系统集成在一台智能控制柜中，减少了屏柜个数，显著减少了控制柜的占地面积，同时大大减少了二次电缆及光缆数量，具有很好的经济效益。

二次系统在逻辑控制结构上按IEC61850通信协议定义分为了过程层、间隔层、站控层三个层次。（电站分层控制原理图如图2所示）各层次内部及层次之间采用高速网络通信。过程层主要利用光学、电子、信息、通信、计算机等技术分别对断路器操纵机构的运行情况，局部放电情况，气室的SF6气体状态，以及避雷器运行情况进行了实时监测并上传至间隔层的子IED设备；间隔层子IED主要负责接收过程层传感器的数据采集、处理并以61850规约通讯方式上传至主IED设备；主IED设备主要用来负责下面子IED的采集和把采集的数据与站控层61850后台进行通讯，负责子IED的故障诊断，起到上传下达的作用；站控层61850后台界面，以人机对话方式将监测数据和设备运行情况给出分析，方便运行人员形象直观的了解电站运行情况。

电站二次设备全部采用了基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接采用了基于IEC61850通信规约基础上的高速的网络通信，不再出现常规功能装置重复的1/0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令信息，基本取消控制电缆。在线监测网络系统图如图3所示。

图3在线监测网络系统图

3、先进的光电式互感器

智能GIS变电站采用了光电式电流互感器，与传统互感器相比，结构和输出信号的方式上发生了根本的改变，由传统量直接输送至测量和保护单元改变为在互感器内部直接转换为数字信号，将数字信号通过光纤输出。高压端进行转换的采集器所需能量由供能光纤进行输送。光学电流互感器相对于传统电磁式电流互感器具有如下优点［2］：（1）暂态特性好；（2）绝缘优势明显；（3）抗电磁干扰能力强；（4）无二次开路问题；（5）体积小重量轻的优点。

4、先进的后台监控系统

4.1监测系统自动化

智能GIS变电站后台监控系统实现了运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；监测运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；自动发出变电站设备故障报告，使常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。为智能电网安全、经济、稳定运行起了很好的作用，是今后变电站自动化系统发展的方向［3］。

4.2采用IEC61850通信标准

智能化GIS监测系统以IEC61850通讯规约方式，通过规范数据命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言［4］，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。在通过抽象通信服务接口、特定通信服务映射适应网络化二次设备要求，通过面向设备建模和自我描述，避免了以往综合自动化系统通信规约自我描述不清晰，不同厂家间设备需要规约转换、互操作性差等问题，实现数据共享，提高了数据的安全性。

5总结

国网技术学院220kV变电站GIS在线监测系统实现了信息共享平台化、系统框架网络化、设备状态可视化、在线监测数字化、通讯协议标准化，是今后数字化变电站发展的方向。电站的投运是国家电网科技创新的充分体现，对提高我国电力技术创新的效率和水平具有重大意义；该实训变电站的建成投用，标志着国家电网在数字化变电站的发展和应用方面跨出了具有里程碑式的一步，也为国家培养高技能智能变电站运维人员打下坚实的基础，为智能变电站建设的全面开展创造了良好的条件。

参考文献：

[1]申狄秋．数字化变电站自动化系统的研究［J］．中国新技术新产品，2010（10）：20．

[2]辛耀中，王永福，任雁铭．中国IEC61850研发及互操作试验情况综述［J］．电力系统自动化，2007（12）．

[3]韩海昕，朱学科，江宏，等．基于数字化技术的超高压变电站自动化系统［J］．电气时代，2010（2）：86－88．

[4]孙司正，王晋，盛本云，等．数字化变电站自动化系统方案探讨［J］．继电器，