智能变电站一体化监控系统.ppt

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1、,智能变电站一体化监控系统,倪益民 中国电力科学研究院 2013年3月,2,智能变电站一体化监控关键概念,3,1,4,智能变电站一体化监控系统功能,热点问题与未来发展,背景概述,目 录,变电站自动化发展历程,数字化 变电站,面向间隔 的系统,集中式 RTU分散分布式 的系统智能变电站,智能变电站建设现状,基于IEC61850标准变电站在国内已经大规模推广 智能变电站已经开始在国家电网公司范围内大规模推广 截止2011年底，国家电网公司范围内新建智能变电站已经投运 41余座,SCADA后台监控系统,问题之一：仍然存在多套系统,监控系统 状态监测系统 辅助应用系统,问题之二：信息交互仍然困难,站内

2、监控系统、状态监测系统和辅助应用系统之间信息交互 困难，无法进行综合分析，且涉及安全分区限制 站外与调度主站、PMS信息传输受规约限制，信息交互困难,顺序控制,防误闭锁,智能操作票,无功优化,智能告警 与分析,数据支撑不够,问题之三：对高级应用和主站 支撑不足,站内高级应用、主站系统缺乏变电站系统全面的信息（实时、准实时和非实时）,-8-,变电 站,调度控制,生产 管理,智能变电站新需求,-,-9,智能变电站的发展新需求,系统需要进一步整合和集成突出体现集成、优化思想，设备和系统都进行整合，减少设备（系统）配置数量，实现信息共享，推动结构紧凑、功能集成、信息融合的智能变电站建设，引领智能变电

3、站关键技术的发展。目前正在开展面向新建变电站的一体化系统和整合型设备技术研究 与应用 站内信息模型需要进一步规范和统一一次设备状态监测模型、辅助设备标准化模型、稳定控制设备模型等皆需要进一步规 范和统一,调度主站的新需求,数据校核变电站为调度数据的源头，在变电站内对数据进行校核效果更好，同时也能够有效 降低调度（调控）中心的负担 远程浏览实现对管辖范围内所有变电站图形、模型、故障分析报告、操作记录的浏览 源端维护实现变电站SCD模型与调度（调控中心）CIM模型的无缝转换，自动生成并校验工程数 据库,生产管理的新需求,输变电状态在线监测系统能够对状态监测设备发送配置命令、设定采样频率 设备台帐信

4、息维护与生产管理信息系统（PMS）交互 设备缺陷管理通过站内智能设备的自检信息、告警信息和故障信息，自动生成设备缺陷信息 保护定值管理接收保护定值单、具备保护定值校核及显示修改部分的功能 检修管理支持对设备检修情况的记录功能，并与设备台账、缺陷信息融合，为故障分析提供数 据支持,2,智能变电站一体化监控关键概念,3,1,4,智能变电站一体化监控系统功能,热点问题与未来发展,背景概述,目 录,-13-,总体思路,成熟一个、规范一个、推广一个,2011年1月，成立标准编写组。2011年2-3月，收集厂家资料，提出“五类应用”，编制两个规 范草稿。2011年3月31日至4月2日，国家电力调度通信中心

5、召开草稿讨 论会，商讨确定重大原则性问题和总体编写思路。2011年5月16日，编写组将两个规范的题目修改为智能变电 站监控一体化系统建设技术规范和智能变电站监控一体化 系统技术功能和信息传输规范2011年7月7-8日，在南京召开标准初稿讨论会，进一步明确 监控一体化系统内涵，明确远动网关机的功能定位。,编制过程,2011年8月18-19日，在成都召开了标准初稿审查会，题目修改为智 能变电站一体化监控系统建设技术规范及智能变电站一体化监控 系统技术功能和信息传输规范。,2011年9月7-8日，在南京召开讨论会，明确110kV及以上电压等级分 成安全I区和II区；讨论了各应用功能和信息传输内容，并

6、将第二个规 范的题目修改为智能变电站一体化监控系统功能规范。,2011年10月25-26日，苏州召开两个标准第一次审查会,2011年11月15日，北京召开两个标准第二次审查会，一致同意通过 评审，并形成报批稿。,编制过程,一体化监控系统建设技术规范,研究智能变电站监控一体化系统体系架构。研究智能变电站监控一体化系统主要功能及其配置 研究智能变电站监控一体化系统安全防护和信息需求,数据通,信网关,的基本要机求，通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、信息综合 分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能。,数据服,务器服务器,综合应用,按照全站信息数字

7、化、通信平台网络化、信息共享标准化,系统定义,智能变电站自动化由一体化 监控系统和输变电设备状态监 测、辅助设备、时钟同步、计 量等共同构成。一体化监控系 统纵向贯通调度、生产等主站 系统，横向联通变电站内各自 动化设备，是智能变电站自动 化的核心部分。智能变电站一体化监控系统 直接采集站内电网运行信息和 二次设备运行状态信息，通过 标准化接口与输变电设备状态 监测、辅助应用、计量等进行 信息交互，实现变电站全景数 据采集、处理、监视、控制、运行管理等。,智能变电站自动化体系架构,-19-,通过人工录入或系 统交互等手段，建 立完备的智能变电 站设备基础信息，实现一、二次设备 运行、操作、检修

8、、维护工作的规范 化。,通过标准化接口和信息交 互，实现对站内电源、安 防、消防、视频、环境监 测等辅助设备的监视与控 制。,通过可视化技术，实现对电网运 行信息、保护信 息、一、二次设 备运行状态等信 息的运行监视和 综合展示。,操作与控制,通过对智能变电站 各项运行数据的综 合分析处理，提供 分类告警、故障诊 断及故障报告等结 果信息。信息综合分析 与智能告警,实现智能变电站内设备就 地和远方的操作控制。,运行监视,辅助应用,运行管理,五大功能,数据通 信网关 机,数据服 务器,综合应用 服务器,满足一体化监控系统对 调度及其他主站应用的 支撑设备，对功能进行 重新设计，覆盖了原有 远动工

9、作站功能，满足 各主站对变电站内信息 的查询和浏览需求；,满足变电站全景数据的 分类处理和集中存储需 求，并经由消息总线向 主机、数据通信网关机 和综合应用服务器提供 数据的查询、更新、事 务管理及多用户存取控 制等服务；,接收在线监测、计量、电源、消防、安防、环 境监测等信息采集装置（系统）的数据，进行 综合分析和统一展示，对外提供在线监测分析 结果以及辅助应用监视 与控制功能；,产品：支撑智能变电站数 据的统一存储。,产品：支撑变电站其他子 系统数据的收集和处理。,产品：支撑I、II区数据的 上送和远程查询。,重要概念,监控主机采集电网运行和设备工况等实时数据，并经过分析和处理存入数据服务

10、器。数据服务器 可向监控主机和I区数据通信网关机提供I区数据和II区数据。I区数据通信网关机直接与站控层网络 连接，实现远动数据的直采直送。PMU数据集中器通过独立数据通道向主站传送数据。综合应用服务器接收在线监测、电源、计量、消防、安防、环境监测等数据，并经过分析和处理 存入数据服务器。数据服务器可向综合应用服务器和II区数据通信网关机提供I区数据和II区数据。II区数据通信网关机访问数据服务器，实现对II区数据的查询与操作。计划检修终端可提供变电站设 备基础信息。视频监控和计量各自通过独立通道上送数据，同时视频接收联动指令。III/IV区-数21据-通 信网关机实现对PMS、输变电状态监测

11、等各类主站的数据通信服务功能。,智能变电站一体化监控系统架构,-22-,智能变电站一体化监控系统的应用功能结构分为三个层次：数据采集和统一存 储、数据消息总线和统一访问接口、五类应用功能。,五类应用功能包括：运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行,管理、辅助应用。,应用功能结构,lED,ED,ED,-2-,4,110kV智能变电站总体结构,220kV及以上电压等级智能变电站主 要设备配置要求：,监控主机宜双重化配置；数据服务器宜双重化配置；操作员站和工程师工作站宜与监控主机 合并；综合应用服务器可双重化配置；区数据通信网关机双重化配置；区数据通信网关机单套配置；/区数据通信网关机单

12、套配置；,500kV及以上电压等级有人值班智能变电 站操作员站可双重化配置；500kV及以上电压等级智能变电站工程师 工作站可单套配置。,110kV（66kV）智能变电站主要设备 配置要求：监控主机可单套配置；数据服务器单套配置；操作员站、工程师工作站与监控主机 合并，宜双套配置；综合应用服务器单套配置；区数据通信网关机双重化配置；区数据通信网关机单套配置；/区数据通信网关机单套配置。,系统配置,2,智能变电站一体化监控关键概念,3,1,4,智能变电站一体化监控系统功能,热点问题与未来发展,背景概述,目 录,一体化监控系统功能规范总体结构,数据采集,系统功能,信息传输,系统 功能信息综合,运行

13、监视,操作与控 制,分析与智 能告警,运行管理,辅助应用,-27-,一体化监控系统功能规范,五 大 应 用 数 据 流 向,一体化监控系统功能规范,1、电网运行数据采集：,稳态、暂态和动态,2、设备运行信息采集：,一次设备、二次设备、辅助设备,数据采集,一体化监控系统功能规范,电网运行数据采集稳态,状态信息馈线、联络线、母联（分段）、变压器各侧断路器位置；电容器、电抗器、所用变断路器位置；母线、馈线、联络线、主变隔离开关位置；接地刀闸位置；压变刀闸、母线地刀位置；主变分接头位置，中性点接地刀闸位置等量测数据馈线、联络线、母联（分段）、变压器各侧电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数；母线电压

14、、零序电压、频率；3/2接线方式的断路器电流；电能量数据：主变各侧有功/无功电量；联络线和线路有功/无功电量；旁路开关有功/无功电量；馈线有功/无功电量；并联补偿电容器电抗器无功电量；站（所）用变有功/无功电量。统计计算 数据。,一体化监控系统功能规范,电网运行数据采集暂态和动态动态信息线路和母线正序基波电压相量和正序基波电流相量；频率和频率变化率；有功、无功计算量。暂态信息主变保护录波数据；线路保护录波数据；母线保护录波数据；电容器/电抗器保护录波数据；开关分/合闸录波数据；量测量异常录波数据。,设备运行数据采集一次设备变压器油箱油面温度、绕阻热点温度、绕组变形量、油位、铁芯接地电 流、局部

15、放电数据等；变压器油色谱各气体含量等；GIS、断路器的SF6气体密度（压力）、局部放电数据等；断路器行程时间特性、分合闸线圈电流波形、储能电机工作状态等；避雷器泄漏电流、阻性电流、动作次数等；其它监测数据可参考Q/GDW616。,-32-,一体化监控系统功能规范,设备运行数据采集二次设备装置运行工况信息；装置软压板投退信号；装置自检、闭锁、对时状态、通信状态监视和告警信号；装置SV/GOOSE/MMS链路异常告警信号；测控装置控制操作闭锁状态信号；保护装置保护定值、当前定值区号；网络通信设备运行状态及异常告警信号；二次设备健康状态诊断结果及异常预警信号。,-33-,一体化监控系统功能规范,设备

16、运行数据采集辅助设备辅助设备量测数据和状态量由电源、安防、消防、视频、门 禁和环境监测等装置提供。量测信息：直流电源母线电压、充电机输入电压/电流、负载电流；逆变电源交、直流输入电压和交流输出电压；环境温、湿度；开关室气体传感器氧气或SF6浓度信息状态信息：交直流电源各进、出线开关位置；设备工况、异常及失电告警信号；安防、消防、门禁告警信号；环境监测异常告警信号。-34-,一体化监控系统功能规范,运行监视,电网运行监视,设备运行监视,可视化展示,远程流程,操作与控 制,站内控制,智能操作票,调度控制权限管理,防误闭锁,顺序控制,操作可视化,保护定值管理无功优化,信息综合分析及智运行管理 能告警

17、,数据辨识,故障分析,智能告警,远端维护,设备管理,检修管理,辅助应用,电源监测,安全防护,环境监测,辅助控制,系统功能,-35-,一体化监控系统功能规范,-36-,1/5运行监视1、电网运行监视和现有SCADA系统相同2、设备运行监视涉及一次设备状态监测,一体化监控系统功能规范,-37-,3、可视化展示,1/5运行监视,一体化监控系统功能规范,-38-,4、远程浏览数据通信网关机应为调度（调控）中心提供远程浏览和调阅服务；远程浏览只允许浏览，不允许操作；远程浏览内容包括一次接线图、电网实时运行数据、设备状态等；远程调阅内容包括历史记录、操作记录、故障综合分析结果等信息。,1/5运行监视,一体

18、化监控系统功能规范,1、站内操作（1）分级操作（就地、间隔层、站控层和调度）（2）单设备控制（3）同期操作（4）定值修改（5）软压板投退（6）主变分接头调节,2/5操作与控制,-39-,一体化监控系统功能规范,-40-,2/5操作与控制2、调度（调控）中心的操作（1）通过I区数据通信网关机控制断路器、电动刀闸等设备的遥控操作保护定值的在线召唤和修改、软压板的投退稳定控制装置策略表的修改变压器档位调节和无功补偿装置投切（2）通过II区数据通信网关机和综合应用服务器的控制 实现全站辅助设备的远程操作与控制,一体化监控系统功能规范,3、防误闭锁4、顺序控制5、无功优化6、智能操作票7、操作可视化,-

19、41-,2/5操作与控制,一体化监控系统功能规范,-42,下一个顺控操作-,“一键式”顺控原理图调度/集控中心变电站,传送操作票文件,执 行 顺 控 操 作,.传送单步骤过程信息(等待)对等待步骤，确认继续执行继续执行.程.序化操作,根据程控命令读 取操作票,操作票校验通过,程序化操作遥控执行,传送单步骤过程信息（步,骤成功/失败等待信号）,11（顺控总成功/失败信号）,返回操作结果信息,2/5操作与控制“一键式”顺控操作界面,程序化操作遥控选择 遥控选择确认,一体化监控系统功能规范,1、数据辨识数据合理性检测（母线的功率量测总和是否平衡、母线电压量测是否一致 等）不良数据检测（检测量测值是否

20、在合理范围，是否发生异常跳变、断路器/刀闸状态和量测值是否冲突等）2、故障分析在故障情况下对事件顺序记录、保护事件、相量测量数据及故障波形等 信息进行数据挖掘和综合分析，生成分析结果，以保护装置动作后生成的 报告为基础，结合故障录波、设备台账等信息，生成故障分析报告。通过II区数据通信网关机上送给调度（调控）中心-43-,3/5信息综合分析与智能告警,一体化监控系统功能规范,-44-,3、智能告警采集信息统一命名格式，见附录A全站告警信息分类，见附录B 结合遥测越限、数据异常、通信故障等信息，对电网实时运行信息、一次 设备信息、二次设备信息、辅助设备信息进行综合分析，通过单事项推理 与关联多事

21、件推理，生成告警简报。智能告警的分析结果应以简报的形式上送给调度（调控）中心，具体内容 参见附录C；,3/5信息综合分析与智能告警,一体化监控系统功能规范,45-,-,3/5信息综合分析与智能告警告警简报,一体化监控系统功能规范,1、源端维护利用基于图模一体化技术的系统配置工具，统一进行信息建模及维护，生成标准配置文件，为各应用提供统一的信息模型及映射点表；提供的信息模型文件应遵循SCL、CIM、E语言格式；图形文件应遵循 Q/GDW624；实现DL/T860的SCD模型到DL/T890的CIM模型的转换，满足主站系统 自动建模的需要；具备模型合法性校验功能，包括站控层与间隔层装置的模型一致性

22、校验，站控层SCD模型的完整性校验，支持离线和在线校验方式。,4/5运行管理,-46-,一体化监控系统功能规范,2、权限管理区分设备的使用权限，只允许特定人员使用针对不同的操作，运行人员设置不同的操作权限 3、设备管理设备台账信息（可采用与生产管理信息系统（PMS）交互、SCD文件读取 和人工录入的方式，建立变电站运行设备完备的基础信息）设备缺陷信息（通过站内智能设备的自检信息、告警信息和故障信息，自 动生成设备缺陷信息，也可人工录入或与PMS交互）保护定值管理（接收保护定值单，显示定值修改部分）检修管理（根据调度检修计划或工作要求生成检修工作票，支持对设备检 修情况的记录功能，并与设备台账、

23、缺陷信息融合）-47-,4/5运行管理,一体化监控系统功能规范,1、电源监测监测范围包括：交流电源、直流电源、通信电源、逆变电源、绿色电源等电源运行状态信息、电源告警信息、绿色电源监测信息 2、安全防护 监测范围包括：视频、安防（红外对射报警、电子围栏报警及警笛）、消 防（烟雾报警及火灾报警等）及门禁（门开关状态、人员进出记录；对非 法闯入、门长时间未关闭及非法刷卡进行告警等）等3、环境监测监控范围应包括：户内外环境、照明、暖通、给排水等 4、辅助控制对照明系统分区域、分等级进行远程控制；远程控制空调、风机和水泵的启停；远程控制声光报警设备；远程开关门禁；支持与视频的联动-48-,5/5辅助应

24、用,一体化监控系统功能规范,-49-,一体化监控系统功能规范5/5辅助应用,交直流一体化电源,-50-,一体化监控系统功能规范5/5辅助应用,陕西750kV延安辅助系统,浙江500kV兰溪变巡检机器人,信息传输站内信息传输稳态信息传输（DL/T860）（与网络交换机信息传 输应采用SNMP协议）暂态信息传输（录播文件GB/T22386）动态信息传输（Q/GDW 131）（当同一厂站内 有多个PMU装置时，应设置通信集中处理模块，汇集各PMU装置的数据后，再与智能变电站一体 化监控系统通信）,-51-,一体化监控系统功能规范,站外信息传输 与调度（调控）中心信息传输（I区、II区数据通信服务器）

25、与输变电站设备状态监测主站及PMS信息传输（III/IV区数 据通信服务器）,信息传输,-52-,一体化监控系统功能规范,信息传输调度（调控）中心1、通过I区数据通信网关机电网实时运行的量测值和状态信息；保护动作及告警信息；设备运行状态的告警信息；调度操作控制命令。2、通过II区数据通信网关机告警简报、故障分析报告；状态监测数据；电能量数据；辅助应用数据；模型和图形文件：全站的SCD文件，导出的CIM、SVG文件等；日志和历史记录：SOE事件、故障分析报告、告警简报等历史记录和全站 的操作记录-53-,一体化监控系统功能规范,信息传输生产管理系统(PMS)1、通过III/IV区数据通信网关机变

26、压器监测数据；断路器监测数据；避雷器监测数据；监测分析结果；设备台账信息；设备缺陷信息；保护定值单；检修票；操作票。-54-,一体化监控系统功能规范,附录附录A：信息命名原则（规范性附录）命名结构：电网.厂站/电压.间隔.设备/部件.属性附录B：告警信息分类（规范性附录）事故、异常、变位、越限、告知五类附录C：智能告警简报（资料性附录）E 语言描述附录D：故障分析报告（资料性附录）依据Q/GDW396-55-,一体化监控系统功能规范,2,智能变电站一体化监控关键概念,3,1,4,智能变电站一体化监控系统功能,热点问题与未来发展,背景概述,目 录,57,智能变电站一体化监控系统的开发数据通信网关

27、机的开发（图形浏览、远程调阅）智能变电站一体化监控系统的检测智能变电站一体化监控系统检测及验收规 范，由中国电力科学研究院、国网电力科学 研究院编写,近期工作重点,-58-,前言1范围（适用于传统变电站、数字化变电站和智能变电站）2规范性引用文件3术语和定义,4 总则5 系统构成5.1系统结构5.2 网络结构5.3 系统设备6、系统功能6.1 数据采集6.2运行监视6.3操作与控制6.4 信息综合分析与智能告警6.5运行管理6.6辅助应用,6.7信息传输（站内、站外；远动功能）7、系统性能（性能指标）,智能变电站一体化监控系统的两个规范合并，形成行 业标准！（2012年）,行标目录设计,单元强

28、调实现的功能，主要是逻辑概念，非物理实物，功能实 现可以跨越多个装置，可以是装置的一部分。此概念同 IEC61850相同。装置是单元或者部分单元的物理载体。在常规变电站中，单元 和装置的概念是重合的，但在数字化变电站中开始分离 设备也是一个物理概念，大于装置。智能设备是一系列一次设,备、功能的集合 虚端子是典型的逻辑概念,LN 2,LN 3,LN 1,LN 6,LN 4,LN 5,PD 1,PD 3,PD 2,F1,F2,PC 13,PC 23,PC 1 2,LC 36,LC 3 5LC 56,LC 14,LC 1 2,物理设备与逻辑设备,智能组件的概念是灵活的。可以只完成一个功能，比如测 控

29、，这时其就是一个测控装置；可以完成保护与测控功能，这时就是一个四合一装置。它可以外置，符合现有设备 的状况，也可以内嵌于高压设备，这时就是一个智能一次 设备的概念。,智能设备演化图,控制室,小室,间隔柜,汇控柜,设备本体,综合自动化数字化智能化趋势:光纤越来越长（多），电缆越来越短（少）一次设备与合并单元接口标准化,智能设备演化图,智能变电站标准体系,为规范和统一智能变电站技术标准，指导智能变电 站建设，在充分总结变电站技术现状的基础上，公司启 动了智能变电站标准体系建设，分5个系列：智能变电站技术导则智能变电站建设标准系列智能变电站运行控制标准系列智能变电站自动化系统功能规范标准系列智能变电

30、站设备标准系列,智能变电站与数字化变电站,数字化变电站 电子式互感器用于扩大数字化技术范围、统一简化采集源IEC61850解决信息建模和互操作问题 智能变电站的重要特征体现“智能”设备智能化+高级智能应用数字化变电站技术是智能变电站的一部分智能变电站是变电站整体技术的跨越,潜在的与现行标准、规定的冲突,协同互动安全防护总体方案GOOSE国网十八项反错措施,非技术冲突,问题：智能变电站一体化监控系统II区 远动网关机上送的通信规约不明确问题 一,建议：加快制定完善的变电站与主站之 间、变电站之间的相关规范,问题与建议,问题：信息共享度和链路共享度明显上 升，保护、计量等专业特定的、独立的 物理链

31、路被模糊，取而代之的是逻辑链 路，这给运行维护带来了新课题。在现 阶段，存在基于SV、GOOSE网络运行 的设备如何检修、检定和溯源、交换机 丧失互换性等问题,建议：编写智能变电站运行维护导则，解决目前存在的共性问题，为各地电力 公司编制具体的智能变电站运行规程提 供依据。,问题 二,问题与建议,变电站与主站交互原则,告警直传、远程浏览、数据优化、认证安全重要告警信息优先直送、普通告警信息先分析 后上送、其他全景数据远程浏览时按需上送,新一代智能变电站目标,系统高度集成、结构布局合理、技术装备先进、经济节能环保占地少、造价省、效率高,小结,数字化向过程层拓展,统一信息化建模 一、二次设备出现融合迹象 通信上送方式改为“服务器、客户端”模式 逻辑设备概念比物理设备概念重要 由“条”向“块”转变 核心是设备智能化、系统集成化 高科技需要高素质,谢谢,