变电站设备状态监测系统及其IEC61850-IEC61970模型协调..docx

变电站设备状态监测系统及其IEC 61850/IEC 61970模型协调2010-1-　　1引言　　近年来，变电站设备状态监测与状态检修技术在国内外逐步开展并取得显著成效[1-4]。然而，变电站设备状态监测目前仍然面临三方面突出的问题急需解决：1)变电站内的状态监测装置的标准化问题。目前状态监测系统装置是由各个厂家根据自己的理解实现的，功能和接口各不相同，难以互操作和互替换，装置的升级与维护困难[1-3];2)状态监测信息共享问题。当前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，难以充分利用不同的信息进行设备的状态评估和寿命预测[1-3];3)在线监测装置本身的可靠性问题。由于这些装置严酷的现场运行环境要求和制造工艺水平的矛盾，状态监测装置面临比一次设备更不可靠的尴尬境地，误报漏报时有发生[2-3]，与一次设备一样，二次设备的维护也成为电力企业面临的重大挑战。建立一套标准的、开放的变电站设备状态监测系统，对于全面评估变电站设备的健康状况，及早发现并消除设备故障隐患，提高设备的可靠性具有重要意义[1-6]。　　IEC 61850、IEC 61970系列标准分别在变电站自动化和电力企业能量管理系统及信息化中展示了各自优势，由于这两个系列标准在多个方面存在较大的差异，两者的发展与协调，即电力系统统一建模和无缝通信是IEC/TC 57近年来的目标之一[7-9]，也是国内外专家一直努力探索的方向[10-15]，文献[10]讨论了继电保护故障信息处理系统中IEC 61850 XML数据向主站CIM数据库的转换问题;文献[11-13]讨论了这两个系列标准的差异及进行扩展协调的必要性，并从概念层次上论述了SCL(变电站配置语言)的信息模型与CIM模型的转换。文献[14]从原理层、设计层和实现层上研究了这两个标准在保护系统上的协调方案，并认为系统化的协调与转换框架上需要进一步研究;文献[15]则研究并建立了基于两个标准的SCADA通信接口试验系统，验证了其可行性。然而，在设备状态监测系统方面这两个标准存在着较大的空缺，目前尚未见IEC 61850与IEC 61970标准应用于状态监测系统的相关研究，仅文献[12]所提出的监控信息集成方案中考虑了面向SCADA/EMS实时系统的断路器状态的信息，并指出了对于准确识别网络拓扑状态及提高电力系统鲁棒性的意义。　　本文提出了IEC 61850与IEC 61970系列标准协调的变电站设备状态监测的系统结构，分析了变电站一次设备、二次设备及资产管理与评估相关的设备信息模型的构建、扩展及协调等问题，设计了支持统一信息模型、通信接口的状态监测信息集成平台，并在实际应用中实现了主要的关键技术，为基于国际标准的变电站设备全面状态监测做了有意义的探索。　　2 状态监测系统的构成与信息模型协调　　变电站设备的状态信息收集是进行设备状态评价、风险评估、检修策略制定及检修维护等的基础[4]，变电站设备状态监测系统中的设备状态信息包括在线信息和离线信息两大类，如图1所示，前者主要是运行设备中的在线状态信息，主要实现基于IEC 61850标准的设备状态实时在线收集;后者包括设备档案、安装调试记录等投运前信息、设备缺陷及检修记录以及同类设备的参考信息等，主要实现基于IEC 61970及61968系列标准的离线信息接入及设备状态的综合分析，二者的协调统一是变电站设备状态监测信息技术发展的关键。　　图1 变电站设备状态监测信息系统的构3变电站设备状态监测系统的模型构建　　3.1 IEC 61850的典型设备状态模型　　IEC 61850标准中，仅定义了4个专门用于高压设备状态监测的逻辑节点：液体介质绝缘SIML、气体介质绝缘SIMG、电弧SARC、局部放电SPDC。随着状态监测及传感器技术的发展，这些逻辑节点及其包含的数据不能满足需要，应按IEC 61850的扩展原则进行扩充，并根据当前变电站状态监测装置的现状，对一次设备和二次设备同时建模。　　包括变压器、断路器及环境监测的IEC 61850设备状态典型模型如图2。其中SCBR、SENV、SDGA、INTP、ICTP、ISTP属于IEC 61850中未定义的扩展逻辑节点。SCBR逻辑节点实现断路器电气、机械特征的状态监测，用以反映断路器状态监测常用的电气、机械性能、气体绝缘等状态特征量。SENV逻辑节点实现温度、湿度、气压等站内环境监测功能;而SDGA逻辑节点则是根据油浸式变压器最常用的DGA(Dissolved Gas Analysis)状态监测装置创建的逻辑节点，实现油中H2、CO、CH4、C2H2等特征气体组份浓度的曲线记录、浓度定值设置及速率变化报警等功能。另外INTP、ICTP、ISTP分别是为网络、CANBU