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1、从变电站一次接线图到61850 61850数据模型 61850系列之一 1 一、变电站通讯的物理背景 数据采集 数值计算 逻辑判断 命令生成 数据显示、转 发、存储 命令执行 一次系统 SAS 当地手动命令 远方命令 图1 SAS注简化数据流图 注：变电站自动化系统（Substation Automation System，SAS）是指在变电 站内提供自动化功能（含保护），由IED和通讯网络构成的系统。 2 1. 实例系统 图2 某变电站一次接线图 注：IEC-61346：220KV和132KV分别用D和E表示 1.1 基本情况 10km ID01 IE02 IE01IE03 UE01 UE0
2、2 UE03 A站 220KV 132KV 重要负荷一般负荷 3 图3 某变电站主变接线图 消弧线圈 并联电阻 220KV侧 4 图4 某变电站间隔划分图 注：IEC-61346 220KV和132KV分别用D和E表示 10km ID01 IE02 IE01IE03 UE01 UE02 UE03 D1Q1 E1Q2 E1Q1E1Q3 E1Q4 1 2 3 45 5 间隔：一个变电站中的设备可以按功能划分为若干个子集 ，每一个子集中的设备不仅有直接的电连接，而且有较强的 逻辑关系，它们紧密连接在一起为相应的变电站功能服务。 在SAS中，我们把每个这样的设备子集定义为一个间隔。间 隔的识别对于维修
3、(哪些部分可以同时断开,哪些部分的操作 需要相互闭锁 )或者扩充设计(如果一个新的线路将要投运, 需要在变电站内增加哪些设备)是非常重要的。在SAS中，间 隔由间隔控制器（bay controller）设备来管理，与其相关 的保护系统又被称为间隔保护（bay protection）。 6 图5 某变电站功能图 10km ID01 IE02 IE01IE03 UE01 UE02 UE03 Central Function IHMI Distance Protection Overload Protection Transformer-Differential-Protection Automat
4、ic LoadShedding Earth fault neutralizer Power shunt Voltage Regulation Interlocking Distance Protection Differential Protection Interlocking Distance Protection Differential Protection 1.2 变电站自动化系统功能 7 图6 某变电站装置分布图 1.3 按照功能定义装置（IED） No. NameID 1 Dist E1Q1BP3 2 Difn E1Q1BP2 3 Dist E1Q3BP3 4 Difn E1Q3
5、BP2 5 TDifn D1Q1BP2 6 Trafo D1Q1SB1 7 LVBay1 E1Q2SB1 8 LVBay2 E1Q1SB1 9 LVBay3 E1Q3SB1 10 Central D1Q1SB4 Central Function IHMI Overload Protection Transformer-Differential-Protection Voltage Regulation Differential Protection TDifn Dist Dist Diff Diff Interlocking Distance Protection Differential P
6、rotection Interlocking Distance Protection 6 5 7 10 1 2 89 3 4 W01 Automatic LoadShedding Earth fault neutralizer Power shunt 8 图7a 变压器测控装置的信息交互渠道 Bay1 (Transformer bay) D1Q1SB1IED 变 压 器 测 控 W01 2. 变压器测控装置 上行数据： 一次测电流、 分接头位置等 下行数据： 控制命令、装 置配置数据 9 自动切负荷功能通过采集变压器的运行数据，判断变压器是否过负 荷并根据变压器过负荷的程度在需要时发出报警或跳
7、开相应的出线 以实现LoadShedding功能。 自动切负荷功能需要采集变压器油温、环境温度和负荷电流等数据 ，然后通过热物理模型对采集的数据进行分析得到Hot-Spot温度， 这一温度是一个在IEEE C57.91-1995标准中定义的假想的物理量， 标准把这个物理量作为衡量变压器工作状态的一个重要参量。 HEAT TRANSFER DIFFERENTIAL EQUATIONS T-OVERLOAD SHEDDING ALGORITHMS HOT SPOT TEMP THERMAL MODEL LShed LOAD CURRENT AMBIENT TEMP TRIP OR ALARM OU
8、TPUTS 图7b 自动切负荷功能模型1 10 表1: hot spot 温度与变压器寿命耗损速率之间的关系 Hot Spot Temp. (0C)Rate of Loss of Life relative to normal 110 (design value)1 1172 1244 1318 13916 14732 11 图7c 自动切负荷功能模型2 LShed 12 二、数据结构模型 1. 从功能讲起 Current Transformer (TCTR1) Power Transformer (YPTR1) Tap Changer (YLTC1) Earth neutraliser (Y
9、EFN1) Power Shunt (YPSH1) Bay1 (Transformer bay) D1Q1SB1IED LN 图8a 变压器测控装置模型图1 W01 注：LN：Logical Node 13 TCTR1：电流互感器。在61850中，电流互感器的每一相都 要定义成TCTR类的一个实例，在我们的例子中，这个逻辑节 点用于变压器220KV侧电流的测量。这里我们假设只测量A相 电流，所以装置中只包含一个TCTR类的实例。 YPTR1：电力变压器。这个逻辑节点实现了自动切负荷功能 ，另外，它计算得到的变压器Hot-Spot温度等数据还可以传 送给其它设备（如操作员站IHMI），用于信息的
10、显示和保存 。 YLTC1：为变压器分接头建立映像，可以通过它改变绕组分 接头以实现电压调整。 YEFN1：消弧线圈。星型接法变压器中性点与地之间的连接 。 YPSH1：PowerShunt，旁路电阻。上面两个逻辑节点用来实 现对主变中性点接地方式的调节。比如可以通过开关的控制 实现旁路电阻的接入和退出。 14 图8b 装置交互图 Current Transformer (TCTR1) Power Transformer (YPTR1) Tap Changer (YLTC1) Earth neutraliser (YEFN1) Power Shunt (YPSH1) Bay1 (Transfo
11、rmer bay) D1Q1SB1IED LN TDifn Protection (PDIF1) D1Q1BP2IED LN 2. 一个具体逻辑节点的数据结构 W01 15 图8c 逻辑节点交互 Client Server Client Server TCTR1PDIF1 W01 61850把定义的重点放在了逻辑节点如何提供数据上（ Server）。 在61850中有一类特殊的逻辑节点，这类逻辑节点一般只 做Client，如IHMI。 16 YPTR class Attribute Name Attr. TypeExplanationT M/O LNNameShall be inherited
12、 from Logical-Node Class (see IEC 61850-7-2). Data Common Logical Node Information LN shall inherit all Mandatory Data from Common Logical Node Class. M EEHealthISIExternal equipment healthO EENameDPLExternal equipment name plateO OpTmhISIOperation timeO Measured values HpTmpMVWinding hotspot temper
13、ature(in C)O 表2 逻辑节点交互YPTR类 注：Common Logical Node 包含除了逻辑节点LPHD之外所有LN都具备的属性。 T列表示Transient。 具体逻辑节点类 17 Status Information HPTmpAlmSPSWinding hot point temperature alarmO HPTmpTrSPSWinding hot point temperature tripTO OANLSPSOperation at no loadO OpOvASPSOperation at overcurrentO OpOvVSPSOperation at
14、overvoltageO OpUnVSPSOperation at undervoltageO CGAlmSPSCore ground alarmO Settings HIVRtgASGRated Voltage(High voltage level)O LoVRtgASGRated Voltage (low voltage level)O PwrRtgASGRated powerO 表2 逻辑节点交互YPTR类（续） 18 表3 Common Logical Node类 Common Logical Node class Attribute NameAttr. TypeExplanation
15、TM/O LNNameShall be inherited from Logical- Node Class (see IEC 61850-7-2). Data Mandatory Logical Node Information (Shall be inherited by ALL LN but LPHD) ModINCMode M BehISIBehaviourM HealthISIHealthM NamPltLPLName plateM 61850中，把除了逻辑节点LPHD之外的所有其它逻辑节点 都具备的属性提取出来定义了一个新的类Common Logical Node类（公共逻辑节点类
16、）。 注：Common Logical Node 中的属性描述了逻辑节点所代表功能的运行状态。 19 表3 Common Logical Node类（续） Optional Logical Node Information LocSPSLocal operationO EEHealthISIExternal equipment healthO EENameDPLExternal equipment nameO OpCntRsINCOperation counter resetableO OpCntISIOperation counterO OpTmhISIOperation timeO Data Sets (see IEC 61850-7
