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1、国家电网公司依托工程基建新技术推广应用实施目录（2011年版）国家电网公司基建部二一年十二月国家电网公司依托工程基建新技术推广应用实施目录（2011年版）编号：JXYM-2011-AA-B-01 一、成果名称 500kV智能变电站高压设备综合在线监测系统研究二、项目组织及实施单位项目组织单位：东北电网有限公司项目承担单位：东北电力科学研究院有限公司3、 实施依托工程500kV长春南变电站工程四、技术原理在线监测系统一直以来都没有统一的规范可循，在线监测技术的发展和应用受到了一定制约。在智能化背景下，在线监测系统应具有安全、可靠的体系结构。本项目主要研究智能变电站在线监测系统的装置功能及性能要求
2、、系统体系结构、网络通信、接口规范和模型规范等内容，从而规范智能变电站在线监测系统的建设。依据长春南变电站的一次设备配置情况和型式，对国内外成熟的在线监测技术应用效果进行分析比较，形成了调研分析报告，确定了一次设备在线监测项目、在线监测装置和传感器的形式及技术参数。其中变压器主要采用了油色谱、局部放电、铁芯及夹件接地电流、绕组温度、油温等监测项目；GIS/HGIS主要采用了SF6气体、局部放电监测等项目；氧化锌避雷器采用了阻性电流、动作次数、全电流监测等项目。按照相关的智能化导则以及IEC61850标准的要求，结合在线监测系统自身的特点，通过分析数据交换功能和性能的要求，比较多种设计方案，对智
3、能变电站中在线监测系统的架构、网络通信、服务接口、系统模型等进行了详细的设计，形成了多个规范性成果，对在线监测系统的安全分区、对时方案、网络结构、装置的结构分层、各层网络应采用的通信协议、服务接口、信息模型、通信模型、装置模型等进行了详细的描述和规定。五、功能及应用领域项目主要完成了在线监测产品调研分析报告、智能变电站在线监测系统实施方案、变电设备状态检测系统I2接口规范、变电站在线监测数据模型规范、智能变电站在线监测系统站内接口规范、智能变电站在线监测系统功能分布规范。各个成果的功能和应用领域如下。 1.在线监测产品调研分析报告结合长春南智能变电站的在线监测项目以及在线监测产品的选型工作，编
4、制了在线监测产品调研分析报告，分析了国内外主要在线监测厂家及其产品的发展现状，并给出推荐厂家及产品列表。 2.智能变电站在线监测系统实施方案实施方案对系统的整体设计做出了具体规定，主要包括如下内容：1）数据分区：将整个状态监测系统放入安全III区即综合数据网中，不与站内其他系统交互;2)组网原则：采用单星形网络，带宽100M;3)系统分层：系统分为站控层、间隔层和过程层;4）对时方式：网络采用SNTP对时方式;5）通信协议配置：站控层网络采用MMS协议，过程层采用MODBUS协议;6）通信接口：采用报告服务、日志服务和文件服务。7）信息模型：编制了一套常用变电设备状态监测的信息模型规范。8）I
5、ED配置：主变配置单个主IED，SF6和避雷器监测多个设备配置一个主IED。9）IED布置：按最优布线原则确定IED的分布策略。10）交换机设置：只配备站控层交换机。实施方案同时对各类设备监视功能组的结构、连接方式、通信形式等做了具体要求，对每类设备的主IED、子IED、监测装置、传感器等的功能和性能做了详细的要求，明确了每种设备的实施细节。涉及到的对象主要包括监测后台、交换机、变压器、电抗器、GIS/HGIS、MOA等被监测设备，下面对主要内容进行概略性的介绍：1）状态监测后台：详细的规定了状态监测后台的软件所采用的技术、框架结构、功能需求、性能需求等；给出了状态监测后台的硬件形式和性能要求
6、;2）交换机：指出了交换机配置的台数，交换机的具体参数以及应具有的通信功能和维护功能等等。3）变压器监测功能组：配置主IED及子IED，相互之间采用光纤通信，过程层通信可以根据监测项目的特点采取多种形式。电抗器和变压器结构类似，但监测项目较少。4）SF6及MOA状态监测功能组：按照就近原则，将多个SF6监测和MOA监测数据接入到一个主IED中，过程层采用485总线通信。5）传感器技术要求：给出了各种传感器的详细的测量精度、测量原理、产品形式、数量、安装、抗干扰等方面的要求 3.变电设备状态检测系统I2接口规范给出了变电设备状态监测系统站内后台（CAC）与远方主机（CAG）之间的信息交换逻辑和约
7、定。主要内容如下：给出了接口制定的基本原则；明确了变电站内在线监测系统中各层装置之间的体系结构；给出了站内后台（CAC）与远方主机（CAG）之间的交互逻辑；接口规范部分介绍了基于webservice技术和XML语言的接口定义以及举例，具体包括uploadCACRegister、uploadCACData和downloadCAGCtrl接口以及相应的输入输出参数格式、相应的控制命令等等，通过这三个接口就可以实现站内后台和远方主机之间所有的交互动作。 4.变电站在线监测数据模型规范变电站在线监测数据模型规范统一了站内在线监测信息的建模，弥补了IEC61850在此方面不足。本规范保留了IEC6185
8、0-7.4中关于在线监测方面的数据建模，尽可能保留原有的逻辑节点命名，对其进行数据扩展以满足在线监测系统的需要。对于没有逻辑节点定义的监测设备，则增加了新的逻辑节点，并相应的增加了所需的数据定义。所有的命名和建模都严格遵循IEC61850所要求的建模和扩展原则。 5.智能变电站在线监测系统站内接口规范站内接口规范主要目的是针对智能变电站内的在线监测系统各层网络的通信接口进行详细的规范和定义，以IEC61850标准为基础，结合在线监测的信息交互特点，除了针对站控层网络的站控层与间隔层之间的基于IEC61850标准的接口进行了规范以外，还对过程层网络即监测装置/传感器到主IED的之间基于传统通信协
9、议的接口也进行了规范。通过这些接口规范，明确了在线监测系统所有环节的通信和交互要求，确保整个系统的信息无缝连接。 6.智能变电站在线监测系统功能分布规范在实施方案的基础上，对整个在线监测系统中所有的装置应具有的功能进行详细的描述，明确各种数据的来源、装置应具有安全、控制、分析、管理、配置等各个方面的功能及应达到的性能。本项目成果适用于110kV及以上智能变电站中变电设备在线监测系统实施方案，不同电压等级的在线监测配置按照相关规定执行。 六、主要技术性能指标本项目的系统整体指标要求满足IEC61850规范关于系统性能的规定。考虑在线监测系统通信的特点，对网络带宽、对时精度等给出了特定的要求。另外
10、，还给出了现场所有装置和传感器的环境适应性要求。项目还对各种设备的监测功能组提出了具体的性能要求，下面主要给出变压器在线监测项目的技术性能指标。 1.变压器局放性能指标1) 采用内置UHF传感器。2) 传感器应与变压器进行一体化设计，由变压器制造商在变压器本体选择适当位置植入，在出厂时同变压器一起完成出厂试验。3) 传感器的引出部分应采用合适的密封手段和固定手段，以免影响变压器的整体密封和强度。 传感器的引出信号线的布置不能影响变压器的整体美观。4) UHF传感器的数量不应少于4只，安装位置应合理，以满足局放定位的要求。 5) UHF传感器的寿命应不少于15年6) UHF传感器的带宽一般在30
11、0MHz1500MHz。 2. 油中溶解气体监测1) 取样方法应为色谱法或光谱法。2) 变压器应有符合色谱法或光谱法取样要求的专门管路，并能在变压器不停电条件下进行维护，且不得降低变压器本身的密封性能。整个监测系统应能承受变压器本体油压，不能有渗漏油的现象。所采用的油气分离方式不得存在将外部气体带入变压器本体的风险，不消耗、不污染变压器油。3) 应能测量H2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2、CO、H2O，并可扩展测量O24) 各参量的测量指标如下表：序号特征气体最小可检量测量范围精确度1H210ppm02000 ppmmax(10%,20ppm)2C2H20.5ppm0100 p
12、pmmax(10%,1ppm)3CH4、C2H4、C2H61 ppm01000 ppmmax(10%,1ppm)4CO50 ppm02000 ppmmax(10%,50ppm)5CO250ppm010000ppmmax(10%,50ppm)6H2O2%RH2%100%RH2%RH7O2100ppm10050000ppm1ppm5) 最小采用周期应不大于1小时，且监测周期可调。6) 应提供RS485通信方式，并支持MODBUS RTU通信协议。7) RS485的地址、波特率、数据位、停止位、校验位等应可配置。8) 波特率应至少支持9600bits/S。 3. 铁心接地电流监测1) 采用穿心式CT
13、进行信号的获取。2) 铁心接地线应保持一致的通流能力，不应过度延长。3) 穿心式CT应紧固于适当位置，符合防锈、美观和不影响变压器运行维护的要求。4) 最小可测量应不大于1mA，最大可测量应不小于5A，测量不确定度不大于2.5%。5) 最小监测周期应不大于1min，监测周期可调。6) 具有掉电非易失存储器，可以存储至少1年的数据（最小监测周期）。7) 应具有足够的抗干扰能力和自恢复功能，能够长期稳定运行。8) 应提供RS485通信接口，遵循MODBUS RTU通信协议。9) RS485的地址、波特率、数据位、停止位、校验位等应可配置。10) 波特率应至少支持9600bits/S。11) 数据长
14、度应为12个字节。应提供数据解析要求。 4. 油温及绕组温度监测1) 油温和绕组温度的测量直接从变压器自带的油温及绕组温度表获取420mA（机械表）信号或RS485通信的数字信号（数字表）。2) 油温应测量2个上层油温和2个下层油温。绕组温度为1个。3) 温度的测量不确定度应不大于1。4) 最小监测周期应不大于1min，且周期可调。5) 采用掉电非易失存储器。应能存储1年以上的监测数据（最小监测周期）。七、应用实例本项目成果主要应用于长春南500kV智能化变电站的在线监测系统建设。下面列出长春南的在线监测项目表：序号监测项目监测参量被监测设备1油色谱在线监测H2、CH4、C2H2、C2H4、C
15、2H6、CO、CO2、H2O主变压器、66kV电抗器2铁心接地在线监测铁心接地电流主变压器3局部放电在线监测放电量、放电次数、放电类型、放电位置主变压器4油温在线监测油温度主变压器5绕组温度在线监测绕组温度主变压器6SF6气体在线监测气体压力、密度、微水、温度GIS、HGIS7便携式局放测量放电量、放电次数、放电类型、放电位置HGIS8避雷器在线监测泄漏电流、阻性电流、阻性电流角、动作次数避雷器在线监测系统的网络结构图如下:变压器监测功能组结构图如下：SF6及避雷器监测功能组结构图如下： 八、推广应用建议该项目的研究成果主要是结合在线监测技术的特点和IEC61850规范的要求，确保在线监测系统既智能化的要求，又能够在工程应用中落到实处。具体的推广应用建议如下：1） 在线监测装置或传感器与主IED的连接和通
