（1、荆州市荆力工程设计咨询有限公司湖北荆州434000；
2、南京国电南自电网自动化有限公司江苏省南京市211153）
摘要：结合新一代智能变电站一体化信息平台要求，提出符合IEC61850标准的在线监测系统设计方案，并对系统的传感器配置、通讯协议、系统安全性以及数据应用进行了探讨。
关键词：新一代智能变电站；在线监测；智能组件；一体化信息平台
0引言
智能变电站状态监测技术与传统变电站状态监测的不同在于：通信规约从不统一变为统一；设计原则从面向监测功能转变为面向监测设备；监测形式从单一、分散变为全景、集成；系统形式从各自为政变为一体化；状态评估方式从按项目评估转变为综合评估；数据由分散存储变为统一存储；信息展现从多系统界面变为统一系统界面。这表明智能变电站对状态监测的技术需求提升了一个很高的层次，信息获取范围更广、信息关联性更强、应用层次更高，监测目标除站内一、二次设备外还包括运行状态信息等内容，不仅应用于设备状态检修，还能够实现知识层面的互补与重构。因此，在具体设计与实现新一代智能变电站在线监测系统的过程中，需要考虑通信规约的开放性、监测平台的统一性、数据信息的整合性、评估方式的综合性、应用范围的广泛性。
1.整体方案
新一代智能变电站变电设备状态监测系统利用各种传感器，获取相应一次设备的原始监测数据，由智能组件采集，汇总到按功能划分的状态监测主IED进行分析处理，得到可用的状态数据；然后通过网络将各种状态数据和分析结果统一汇集到站内综合应用服务器做进一步的分析和展示。Ⅰ区的数据库服务器统一存储状态监测数据。整体结构如图1所示。
2.系统层次
状态监测系统按照智能变电站通用的分层原则，分为站控层、间隔层和过程层。状态监测系统网络分为站控层和过程层两层，分别用于连接间隔层与站控层及间隔层与过程层。
站控层的综合应用服务器，负责收集站内所有的状态监测数据以及统计分析功能、数据预警和图形展示等功能。综合应用服务器收集的数据通过防火墙存储在Ⅰ区的数据库服务器。数据通讯网关机负责另外还应向上一级（主站）及时上传相应的数据，并接收远程控制和维护命令等。
间隔层设备为现场监测功能组的主IED，负责某一类或一批设备的状态监测数据收集和整合、分析及就地存储等。并向综合应用服务器按照MMS协议上传数据、接收上级发来的控制和配置命令等。
过程层设备是相应智能组件和传感器，主要完成原始数据的采集和数字化功能，并提供一定的就地存储功能；通过串行总线协议或GOOSE、MMS等向主IED上送数据；响应主IED下发的控制和配置命令等。
3.通讯协议
智能组件采用符合IEC61850标准的通讯方式。如果通用检测单元输出信号不符合IEC61850标准，则需要经过通建模和转换来实现。
智能组件通过过程层数据单元实现智能组件之间的IEC61850通信。综合应用服务器通过网络直接访问综合应用服务器的数据库，对数据进行配置、存储和读取。
智能组件通过间隔数据单元实现与系统层的IEC61850通信。
系统站控层网络采用IEC61850规定的MMS协议，状态监测主IED与综合应用服务器之间通过报告服务形式进行数据交换。状态监测IED应进行IEC61850标准的建模，支持多种报告触发模式（品质变化、数据更新、周期、总召唤）和文件传输服务。
数据通信网关机对外有两种接口方式：
（1）与上级系统之间按I2接口规范采用WebService、XML技术，向网省侧监控中心进行推送和接收下发指令。I2接口功能包括I2接口配置管理工具及模板、传输信息类型。接入CAG配置，开机自启动、可手动关启、日志、数据库设置、与主站通信、支持主站控制指令功能。可在规定传输时间间隔内，定时传送，支持断点续传。对大数据量问题，采用分段技术传输。
（2）与其他业务系统之间通过企业服务总线实现数据和功能的交互。将变电站子站实时监测到的设备在线状态、量测值、告警信息等数据，以WebService服务包注册到企业服务总线，供其他系统调用，也可用其他应用系统的服务。
4.传感器配置
传感器是状态监测系统的数据源头，其准确性和安全性、稳定性对于整个状态监测系统至关重要，因此，对于智能变电站，应合理选择状态监测传感器，并采用合理的配置方式，以确保整个系统的准确性和可靠性。目前，传感器分为内置传感器和外置传感器两类。传感器的配置主要考虑以下几个方面。
（1）内置传感器宜由高压设备制造厂在制造时植入，高压设备的所有出厂试验应在安装内置传感器后进行，内置传感器与外部自检测单元的联络通道应符合高压设备的密封要求。
（2）与高压设备内部绝缘介质相通的外置传感器，其密封性能、机械杂质含量等应符合或高于高压设备的相应要求。
（3）应按照智能化导则的要求选取传感器的精度。根据设备的重要情况确定应选取哪些传感器。
（4）传感器的输出应标准化，要求满足接入本间隔集成智能组件条件。目前暂无法直接接入集成智能组件，则在每个间隔配置现场监测单元，接收并处理本间隔的传感器信号。要求现场监测单元输出以以太网口直接接入站内统一的在线监测后台系统。
（5）智能变电站电流、电压经合并单元已经转换为数字信号，可直接接入需要这些数据的现场监测单元。
5.系统安全设计
输变电设备状态监测系统中，监测子站通过生产管理网将数据传输到网省变电监测主站。输变电设备状态监测系统需要分别从监测IED、通信网络、监测子站、监测主站、应用环境5个层次上进行安全防护设计，实现纵深防御。
监测IED自身的防护，状态监测装置应保证系统参数、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。测装置关键器件的完整性、可靠性以及用户身份的真实性。
监测IED通过近距离无线通信网络通信时。采用国家密码管理局认可的硬件安全模块实现数据的加解密。
状态监测子站若通过GPRS等无线公网接入信息网络，应按照国家电网公司《安全接入平台规范》部署安全接入平台。以及在状态监测子站部署安全通信模块进行防护。
对采用无线技术的状态监测传感装置、安全通信模块应实现链路的安全。
状态监测装置和监测子站、主站采用专用安全模块或加密机．并采用经过国家密码管理局批准的加密方式、密码算法和密钥管理技术来增强安全保障。
6.智能分析软件
站端状态监测系统分析软件部署在综合应用服务器上。应采用模块化和分层设计，以方便更新和扩展。各模块可以灵活配置，模块内功能具有高内聚性。不同层次间接口应简洁明了，兼容性和可扩展性强，确保某一层次的技术改造不会影响其它层次。软件应具有信息收集功能、远程通信功能、分析预警功能、管理维护功能、数据存储功能、远程维护功能、安全认证功能、信息展示功能、数据导出功能和运行监视功能等。
（1）统一分析模型
采用SOA架构，数据分析算法支持动态添加、删除、修改操作，能适应状态监测技术与星形管理方法的不断发展，分析模型具有同一接口与参数，高可扩展性和便于二次开发。由于设备情况的复杂性，需要采集数理统计或人工智能方法，利用已有的导则、标准、规程、各种成熟的经验等，将监测数据与以往积累的经验进行类比及推理，得出比较正确的分析结果
（2）智能告警及趋势预测
对不同监测特征量提供不同的分析手段，对状态监测数据进行处理分析，反映设备的状态，对出现缺陷征兆的设备进行预警或报警处理，对趋势不明朗的，结合各相关联信息进行故障诊断及趋势预测。对告警年信息分类分级区分，提供短信、弹出信息、邮件等多种告警方式。
（3）状态可视化展示
将采集到的设备信息、通信链路信息等进行可视化展示，为电网提供基于状态监测的设备全寿命周期的综合优化管理提供基础数据支撑。展示体现在通信状态、设备状态、间隔状态、变电站状态的展示等几个方面。
（4）规范数据表结构
标准化数据是规范应用的基础，主站CAG主机上接收到的子站IEC61850标准实时熟数据，需按“数据接入规范”，插入到历史库的数据表中。该规范向制造厂家开放、共享、共同遵循。
（5）对外提供统一接口
主IED到CAC、CAC到变电站CAG接口（变电I2接口）。遵循I2接口网络通信规范，采用IEC61850标准协议。CAC接收各IED传输的满足IEC61850加工的熟数据，在向网省侧监控中心的变电CAG进行推送。
站端监测单元CAG与其他业务系统之间的数据交互可以采用以下方式：①WebService、XML技术；②采用数据中心方式，将主站实时监控设备的状态信息、各个测量值的实时数据，各种告警信息上传至数据中心服务器，供其他系统调用。
7.结语
本文提出的智能设备状态监测系统，由功能传感变送器、智能组件柜、系统层网络、状态监测系统软件有机组成。通信协议完全符合IEC61850标准，模型符合IEC61850-9-3的标准框架。具有“测量数字化、控制网络化、分析就地化、状态可视化、功能一体化、信息互动化”的特征。其标准化、模块化、智能化的设计思路具有以下特点：
（1）在线监测传感器接入方式多样，根据变电站实际情况，自由拓扑，减少施工量、降低施工强度、提高施工效率、节省施工经费。
（2）状态监测IED按照IEC61850标准建模，解决设备间的互操作问题，简化信息传输通道，提高信息传输可靠性，便于后续功能扩展。
（3）状态监测系统与一体化监控平台共享数据库服务器，实现一次、二次设备的状态监测。
参考文献：
[1]付兆远，郑风玲，李琮，等.变电站设备状态监测发展现状[J].山东电力技术，2013，（6）：24-27.
[2]吴旭东，夏志澜.状态监测数据管理与故障诊断专家系统研究[J].江苏船舶，2002，3（10）：10-12.
[3]宋璇坤，刘颖，孙佳，等.新一代智能变电站一体化信息平台设计[J]电力建设，2013，39（9）：21-25.
[4]束娜，刘尧，赵翠玲，等.智能变电站一体化信息平台整合方案研究[J].水电能源科学，2012，30（9）：142-144.
[5]李文书，徐国政，关永刚，等.IEC61850标准在GIS在线监测系统中的应用探讨[J].高压电气，2005，41（5）：347-353.
[6]张金江，郭创新，曹一家，等.变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调.[J].电力系统自动化，2009，33（20）：67-72.
[7]周永忠，叶鹏，张治桥，等.智能变电站状态监测系统网络结构研究.[J].电测与仪表，2012，49（563）：39-43.
作者简介：
孙琴1980.8女，汉族，湖北省天门市，大学本科，工程师，研究方向为变电站设计技术（荆州市荆力工程设计咨询有限公司）
周伟民1984.5，男，汉族，湖北省天门市，大学本科，工程师，研究方向为电网设计技术。（荆州市荆力工程设计咨询有限公司
包琪文（1985-），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为智能变电站自动化监控系统；