数字化变电站意义及关键技术研究 智能变电站关键技术

摘 要：基于IEC61850标准，对研究数字化变电站重要意义进行了探讨。结合数字化变电站二次体系结构，对数字化变电站关键技术进行研究，从整体上对数字化变电站进行阐述。关键词：数字化变电站 ；意义 ；关键技术 ；体系结构
中图分类号：TM76 文献标识码：A
1实现数字化变电站的重要意义
变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，一定程度上提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可靠性。然而，传统变电站自动化系统仍然存在下列问题：
互 *** 作问题
由于不同厂家变电站自动化系统采用的通信技术和协议各不相同，造成产品之间缺乏互 *** 作性，导致集成和维护成本的增加，也降低了系统的可靠性。
电磁式互感器的问题
传统互感器存在铁芯饱和、暂态特性差和体积庞大等缺点，难以满足现代自动化技术的需求。
常规一次设备的问题
目前多数变电站都没有装设状态监视设备，由于缺乏一次设备状态监视信息，通常只能采用计划检修，而不能实现状态检修。同时，非智能断路器设备也不能实现按波形控制合闸角和在线监测的功能。
线缆投资、运行维护费用较高
数字化变电站成功地解决了上述传统变电站存在的问题，是电力系统发展的必然趋势，是通讯技术、信息技术和计算机技术发展的必然结果。IEC61850标准以及数字化技术在变电站内的全面推广应用将是解决这些难题的关键所在。目前，国际电工委员会TC57工作组已经制定了《变电站通信网络和系统》系列标准——IEC 61850，为变电站自动化系统提供了统一平台和标准框架。随着电子式电流、电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行 *** 作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将得到广泛的应用。通过数字化变电站技术的研究和实施，提高变电站自动化系统以及整个电网的技术水平和安全稳定运行水平。
目前我国正在大力建设创新型国家，国家电网公司已成为全国“创新型试点企业”。国家电网公司高度重视科技进步和自主创新，将其作为公司和电网发展的战略支撑，力争掌握一批拥有自主知识产权的关键技术和核心技术，占据世界电力科技发展制高点，在能源技术创新中积极发挥主体作用和表率作用，服务创新型国家建设。而数字化变电站在各个方面均顺应了科技进步和自主创新的要求。首先在技术储备方面，IT技术与通信技术近些年来的突破性进展使得数字化变电站从技术和经济角度而言成为可能，智能化电气设备的发展，特别是智能化断路器、电子式互感器等机电一体化智能设备的出现，使得变电站进入了数字化发展的新阶段；其次在发展水平上看，在数字化变电站的研究、试验、工程推广等方面，国外企业也刚刚开展，尤其国内在ECT/EPT及变电站自动化等方面的研究工作并不落后于国外企业，可以说实现数字化变电站是建设创新型电网的要求，也是我国电力行业赶超国际水平的一个契机。
通过数字化66kV变电所的建设与研究，提出适合中国电网结构及运行方式的完整的66kV数字化变电站系统方案，将对鞍山以至整个辽宁电网的数字化建设工作产生积极影响。
数字化变电站含义及其关键技术
数字化变电站技术是指基于IEC61850标准建立全站统一的数据模型和数据通信平台，实现站内一次设备和二次设备的数字化通信，以全站为对象统一配置保护和自动化功能。
其主要特征包括：
——基于IEC61850的全站统一的数据模型及通信服务平台；
——智能化一次电气设备；
——基于全站统一授时的网络化二次设备。
我们认为实现“数字化变电站”的关键技术包括以下几点：
●IEC61850的体系架构
●全站功能的统一配置
●一体化功能系统控制器
●通信网络架构
●电子式电流/电压互感器
●智能化的一次设备
●全站统一的授时系统
数字化变电站基本内容
分析上述数字化变电站要求可见，完整的数字化变电站方案应包括符合IEC61850标准的全部一次、二次系统的实现。大体可分为以下几部分内容：
a一次部分
●变压器
●开关、刀闸
●直流系统等
b二次部分
二次系统在逻辑上按功能可分为过程层、间隔层和变电站层，结构如图1所示：
●硬件设备
为实现图1所示的逻辑功能，二次系统设备包括：
a电子式互感器、合并单元
b变压器智能单元
c开关、刀闸控制器
d直流系统智能单元
e满足IEC61850标准的系统控制器
f监控主机（ *** 作员站，工程师站）
g远动主机
h打印服务器
i工业以太网交换机和用于光纤通信的光端机
●软件系统
软件系统采用跨平台结构设计，可选择windows、Unix、linux *** 作系统；数据库结构按照IEC61850模型定义、实现，所有程序支持IEC61850模型。系统集成工程化工具为工程人员或用户提供完善、方便的配置、测试、维护手段，包括系统的配置/组态、实时库的管理、模型、通信的一致性测试、SCL配置文件和参数化的管理等功能。
●站内通信网络
系统应以网络交换以太网技术为基础，站级总线采用星型结构光纤10M/100M以太网，组网方式为VLAN虚拟以太网，具有自愈功能；过程总线选择星型结构光纤100/1000Mb以太网，防止出现实时信息在网络上发生碰撞以至影响实时响应要求。必要时可考虑采用VLAN优先级协调多以太网跨过多交换机运行。
在66kV数字化变电站的设计方案中，根据需要传输的数据量的计算结果，站级总线和过程总线均采用星形结构光纤100M以太网。
●授时系统
时钟同步系统由网络时间服务器（主时钟）及时钟扩展输出装置（扩展时钟）组成。时钟同步系统具有两台互为备用的网络时间服务器，时钟扩展输出装置的具体数量根据现场实际进行选项匹配，以满足时间系统对信号数量和种类的要求。网络时间服务器和时钟扩展输出装置既可以集中组屏，也可根据现场的实际情况单独组屏。
参考文献
[1]谢型果IEEE1588时钟同步报文硬件标记研究与实现[A]华中科技大学硕士学位论文[D]2008(06)
[2]许继电气电网保护自动化公司数字化变电站关键技术说明书[Z]2011（06）
[3]何永安IEC61850标准对于数字化变电站自动化系统的意义[J]北京电力高等专科报，2011(03)

摘　要：介绍了武汉电网110kV鲁巷变电站开展智能化改造工程至今所取得的成果，通过一次设备和二次设备的智能化、网络化改造，加装在线监测设备、完善遥视安防系统、改进传统的 *** 巡维管理模式等，真正实现了把鲁巷变电站升级改造为具有信息化、自动化特征的智能化示范变电站的目的。
关键词：智能变电站　在线监测　安防系统　管理模式
中图分类号：TM63文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-065-02
1 引言
110kV鲁巷变电站于1993年投入运行，有两台50MVA主变压器，110kV配电装置采用内桥接线，10kV配电装置采用单母线分段接线方式。2011年7月开始，鲁巷变电站智能化改造工程正式启动，该项目是国家电网公司批准的第二批智能化改造试点项目，是湖北省第一座智能化改造变电站。
2 一次设备的智能化改造
通过对站内一次设备加装智能组件，将控制命令转化为数字化信息接收与发送，实现信号的数字化转换与监测的目的。将传统的互感器更换为GIS式电子式互感器直接接入变电站的直流电源，不需要额外供电。此外，还将传统的一次设备与二次设备之间的电缆连接，改为合并单元(MU)、光纤连接，电子式互感器的采集单元安装在与大地紧密连接的接地外壳上，具备了抗干扰能力强、维护更换方便的优点。
3 二次设备的网络化改造
传统变电站的信息传输是以电缆为媒介，而智能化变电站的二次信号传输基于光纤和以太网，运行工况和信息数据以IEC61850标准接入信息一体化平台，通过网络，真正实现数据共享与资源共享。同时，将MMS接口、GOOSE接口、SV接口采用相互独立的数据接口控制器接入网络，测控装置、继电保护、故障录波、防误闭锁、在线状态检测等装置都是都采用高速网络通信连接，再通过GOOSE协议标准，实现间隔层与过程层、间隔层与设备之间的信息共享和传递。
4 设备在线监测全覆盖
41 过程层在线监测
对变压器、断路器、电容器、MOA避雷器、GIS组合电器等设备配备电子设备、数字通讯接口、传感器等，对变压器监测其局部放电、微水含量、油中气体含量；对电容器监测电容电流、介质损耗、三相不平衡电压；对避雷器监测全电流、阻性电流、功耗、动作次数；对GIS组合电器监测局部放电、气体压力、气体水分含量、避雷器泄漏电流、导体温度、断路器动作次数；对智能开关监测控制回路断线、d簧储能时间、开关工作时间、开关动作次数、切断电流累积、开关柜内温度、触头接触部位的温度、分合闸线圈的电流、电压。通过对以上设备的在线监测，来实时监测其绝缘性能和运行状态，并在出现异常时及时报警。
42 环境在线监测
421 温湿度监测系统
在主要设备区均匀分布安装温湿度探测器，探测信息将以5-20mA电流信息方式传输至环境信息处理器，再由该处理器将信息通过通信智能接口设备传输至站端的智能辅助系统服务器进行监测。
端子箱、机构箱柜内安装有温感自动投切装置，加热器和风冷系统根据环境温度自行投切，维持柜内温度恒定。
422 消防系统
将设备区消防系统的详细信息显示在监控工作站内，包括：火灾报警部位、设备安装位置、设备运行状态、故障报警信号、消防设施的动作状态返回信号等，并能够实时打印输出各种有关数据报告。火灾时，图形计算机应自动d出相应报警区域的平面图，并发出声光报警，报警信息存储于数据库中，成为历史记录，便于查看。
423 远程遥视系统
针对每个设备区的实际情况，布置相应功能的摄像机实现设备的实时监控。对于空间较大的区域配置可旋转云台以及长距离移动轨道的可变焦高清摄像机，并且具备预置位功能，可设置报警联动功能。对于小空间区域可设置定焦摄像机。视频软件可设置报警d出画面功能。监视数据通过光纤传到监控中心，对设备的运行状况、表计参数、压板空开投退情况等可进行直观的远程目视化管理。
5 安防系统
51 双鉴探测器
在变电站内各主要门口上方安装双鉴探测器，以微波和红外方式同时探测该门区域内的移动和发热物体，并将报警信号传输至环境信息处理器，再由该处理器将信息通过通信智能接口设备传输至站端智能辅助系统服务器进行监测。同时发出指令，使环境信息处理器开关量输出端使能，驱动声光报警器报警工作。同时联动该区域摄像机进行视频监视。
52 电子围栏和门禁系统
电子围栏系统使用一台双防区高压脉冲发生器，两个防区的探测端使用两回路交叉，四线制围栏，间距以人，猫等不能通过或通过触碰围栏线为准。各个防区围栏线断路、接地、相邻短路脉冲主机都会发出开关量报警信号，信号及报警处理同双鉴探测器。
门禁系统由站内提供不间断电源保证其正常工作，任何开门动作都将联动摄像机进行视频监视，同时，具有多种开门方式：卡、密码、指纹识别等模式。
6 管理模式科学化
现阶段变电站是采取的调度——监控中心（负责对综自站进行实时监控、电容器远程投切、主变调压等工作）—— *** 巡班（ *** 作、巡视、维护）的三级管理模式，其职责划分有交集，而 *** 巡班在兼顾 *** 作的同时还要负担大量巡视、维护等繁琐工作，并且一个班组管理其所辖区域的十几个站，路程遥远，信息反馈难免有延时，不便于及时发现、解决问题。而通过将信息化系统的采集、处理和反馈高度集中后，使得管理模式能相应得以科学的改进，比如 *** 巡班只负责设备停送电、电容器投切和主变调压等工作；将无人变电站设备区、环境的巡视和监视全部交由监控中心负责；成立专门的维护班进行变电站设备及环境的定期维护，做到 *** 、巡、维分职明确，专职专责，从而达到降低人力资源损耗，提高效率。
7 总结
此次鲁巷变电站智能化改造，通过一次主设备加装在线监测装置、常规互感器更换为电子式互感器、采用智能继电保护装置、搭建一体化信息与监控平台、增设智能辅助控制系统、完善安防系统、改进管理模式等改造措施，有效整合相关的信息资源，全面提高了全站的资源优化配置和抵御各种事故风险的能力。
参考文献：
[1]　国家电网公司Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[S]
[2]　高明华,王冬,王学峰,等智能变电站设备在线监测系统[J]山东电力技术,2011(1)
[3]　高翔,张沛超数字化变电站的主要特征和关键技术[J]电网技术,2006,30(23):67-71

1电流大是与负载有关系的，你首先要检查跳闸断路器下端用户的用电情况，找到跳闸的原因，为什么在晚上12点到2点有那么大电流。2如果是连接UPS的，要检查UPS是否工作正常，先断掉一部分跳闸的设备，看线路是否还有跳闸问题存在，如果有，就再关掉跳闸的设备，这样就能找到问题的根源。

从字面理解，Spring Cloud 就是致力于分布式系统、云服务的框架。

Spring Cloud 是整个 Spring 家族中新的成员，是最近云服务火爆的必然产物。

Spring Cloud 为开发人员提供了快速构建分布式系统中一些常见模式的工具

使用 Spring Cloud 开发人员可以开箱即用的实现这些模式的服务和应用程序。这些服务可以任何环境下运行，包括分布式环境，也包括开发人员自己的笔记本电脑以及各种托管平台。

在Spring Cloud中使用了Hystrix 来实现断路器的功能，断路器可以防止一个应用程序多次试图执行一个 *** 作，即很可能失败，允许它继续而不等待故障恢复或者浪费 CPU 周期，而它确定该故障是持久的。断路器模式也使应用程序能够检测故障是否已经解决，如果问题似乎已经得到纠正，应用程序可以尝试调用 *** 作。

断路器增加了稳定性和灵活性，以一个系统，提供稳定性，而系统从故障中恢复，并尽量减少此故障的对性能的影响。它可以帮助快速地拒绝对一个 *** 作，即很可能失败，而不是等待 *** 作超时（或者不返回）的请求，以保持系统的响应时间。如果断路器提高每次改变状态的时间的事件，该信息可以被用来监测由断路器保护系统的部件的健康状况，或以提醒管理员当断路器跳闸，以在打开状态。

① 服务发现——Netflix Eureka

一个RESTful服务，用来定位运行在AWS地区（Region）中的中间层服务。由两个组件组成：Eureka服务器和Eureka客户端。Eureka服务器用作服务注册服务器。Eureka客户端是一个java客户端，用来简化与服务器的交互、作为轮询负载均衡器，并提供服务的故障切换支持。Netflix在其生产环境中使用的是另外的客户端，它提供基于流量、资源利用率以及出错状态的加权负载均衡。

② 客服端负载均衡——Netflix Ribbon

Ribbon，主要提供客户侧的软件负载均衡算法。Ribbon客户端组件提供一系列完善的配置选项，比如连接超时、重试、重试算法等。Ribbon内置可插拔、可定制的负载均衡组件。

③ 断路器——Netflix Hystrix

断路器可以防止一个应用程序多次试图执行一个 *** 作，即很可能失败，允许它继续而不等待故障恢复或者浪费 CPU 周期，而它确定该故障是持久的。断路器模式也使应用程序能够检测故障是否已经解决。如果问题似乎已经得到纠正，应用程序可以尝试调用 *** 作。

④ 服务网关——Netflix Zuul

类似nginx，反向代理的功能，不过netflix自己增加了一些配合其他组件的特性。

⑤ 分布式配置——Spring Cloud Config

这个还是静态的，得配合Spring Cloud Bus实现动态的配置更新。

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