智能变电站一次设备在线监测系统的研究

依据相关标准、导则、算法对每个评价项逐一打
分，并最终采用加权平均方式得出设备评价结果。
变电设备的状态评价结果以分值（如百分制）表
示，并可分为“良好”、“正常”、“注意”、
“异常”、“重大异常”五级，如下表所示：
分值
健康状 态
0 ～ 30
重大异 常
30 ～ 50 50 ～ 65 65 ～ 85 85 ～ 100
建立好逻辑节点后，以这些逻辑节点的公共特
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征为依据，划分逻辑设备。一个逻辑设备至少包含3
个逻辑节点、1个LLN0（逻辑节点零）、1个LPHD（物
理设备信息）和l～n个LN（待定逻辑节点）。最后
将IED建模为一个或多个Server类的实例，通信模式
采用为客户/服务器模式或订阅者/发布者模式。
在对一个IED装置进行建模时，首先要确定该 IED具有哪些功能，哪些功能是用来交换数据的。 然后，根据IEC61850-7-4标准，将每个需要进行数 据交换的变电站自动化功能逐一分解为若干个逻辑 节点。一旦确定了某个逻辑节点，就得到了逻辑节 点类中所有的兼容数据。这些数据都分为“必选” 和“可选”两类。“必选”数据是强制性的，逻辑 节点的实例化必须具有，而“可选”数据应根据 IED的实际情况选取。如果“必选”和“可选”都不 能满足该IED的实际功能需求时，需要扩展数据。
及其含义如下：（1）Mode有On、Blocked、Test、
Test／Blocked、off五种模式，不同值表示不同
的工作模式；（2）Beh指明逻辑节点SIML的性能；
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（3）Health指明逻辑节点相关的软硬件状态，有 正常、异常、报警三种情况；（4）Name即逻辑节 点的铭牌，表示设备铭牌信息，如生产厂商、生 产日期等；（5）H2ppm表示油中H2气体的含量； （6）SupDevRun表示在线监测设备通信异常； （7）CDC表示数据属性的功能约束，如MV表示遥测 数据。 1.3.2 逻辑设备建模
建模方法 [J]．电网技术，2008，32（1）． [4] 杨刚，杨仁刚，郭喜庆．嵌入式以太网在变电站自动化系
统智能化电气设备上的实现 [J]．电力系统自动化，2004， 28（3）．
（责任编辑：王书柏）
Hale Waihona Puke 2012.0747
图3 茂名文冲口变油色谱监测装置通讯的报告控制 块与数据集
2 在线监测综合诊断
2.1 数据处理服务 数据分析处理服务层的功能是接收由数据接入
层所获得的实时数据和其他数据并进行处理，完成 各种分析功能，并向上层应用提供实时数据信息服 务。具体功能包括数据的合法性及有效性分析、关 联性分析及处理、历史数据存盘处理等。数据处理 功能包含在数据处理模块中，系统中对所有数据的 处理都是该模块完成的。 2.2 监测预警
1.3 典型设备（油色谱在线监测IED）建模 1.3.1 逻辑节点建模
IEC61850定义的逻辑节点大约有一半是关于保
护功能或者与保护功能相关的。文章在选取油色谱
在线监测IED设备中比较典型的逻辑节点进行分析
以说明问题。
油色谱在线监测IED SIML：
描述
数据名
CDC M/O
模式（Mode） 性能
（Behaviour） 健康（Health）
IEC61850标准中没有规范逻辑设备的模型，因 此在具体的逻辑设备建模的时候有较大的灵活性。 逻辑设备主要由逻辑节点和附加的服务组成。逻辑 设备中，逻辑节点的分组以这些逻辑节点的公共特 性为基础。任何一个逻辑设备必须位于某一个物理 设备上。逻辑设备提供了它所在的IED的信息或由 逻辑设备控制的外部设备信息。每个逻辑设备必须 包含LLN0和LPHD两个逻辑节点，LLN0用来描述逻辑 设备本身，LPHD用来描述逻辑设备所在的IED。逻 辑设备LDevice实例如下图所示：
1 在线监测IEC61850通信
1.1 信息模型层次 变电站在线监测系统由IED组成，并由分布于
IED中LD的LN交互完成其系统功能。IEC61850-7部 分采用面向对象的建模技术，描述了若干类以及这 些类的特征和类的服务。这些类描述了变电站自动 化通信系统模型的层次结构：服务器、逻辑设备、 逻辑节点和数据对象等部分，如下图所示：
图 1 IED的分层信息模型 IED的分层信息模型自上而下分为4个层级： Server（服务器）、Logical Device（逻辑设 备）、Logical Node（逻辑点）、Data Object （数据对象）。每个IED包含一个或多个服务器，
每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。逻 辑设备包括逻辑节点，逻辑节点包含数据对象， 数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名 实例。任何一个客户都可以通过抽象通信服务接口 （ASIC）和服务器通信访问数据。 1.2 建模思路
ISC
O
报警阈值设置
AlmThreSet
ISC
O
对表中组成部分作简单的说明：
以 min 1970
年计 以 min 1970 年计
第一，逻辑节点名（LN Name）。在逻辑设备
作用域内定义的逻辑节点的名称，采用IEC61850-
7-4中定的标准逻辑节点名称或按IEC61850提供的
方法扩充的名称。
第二，数据（Data）。SIML中包含的数据对象
监测预警模块实时监控状态量指标变化，对于 超出状态评价导则和规程规定阈值范围的劣化指 标，根据不同的类别和等级及时向各级设备管理人 员发布预警信息，同时启动设备状态诊断模块，辅 助分析具体部位和故障原因。 2.3 分析诊断 2.3.1 变压器数据分析诊断
变压器数据分析诊断处理软件必须能够接收前 端通信软件发送的数据，并进行分析处理，对设备 的运行与故障状况进行智能诊断，监测缺陷发展情 况，揭示故障现象的本质，并提供措施建议。系统 应采用分层诊断的模式及逐层深入细化的策略，实现 较细致、准确的故障诊断。 2.3.2 容性设备数据分析诊断
IEC61850关注的是可以在网络上传输的信息。 所谓建模，就是把功能可以对外交互的信息组织在 模型中，并建立合适的通信服务以确定信息的传输 方式和过程。基于IEC61850的IED建模思想是：对 实际间隔层设备功能进行抽象，依据面向对象思想 分析设备的逻辑构成，对传统的过程化流程实现的 功能进行解耦分析，抽象出设备所含有的逻辑节点 以及每个逻辑节点所含的参数、属性，找出逻辑节 点之间的数据流向，再利用统一建模语言工具对其 进一步分析。
间的介损差额，以观察在同等条件下各设备介损间的
差异是否过大。同时可以通过选择同一变电站下同类
型的预选设备来指定不同的参考设备进行比较。
2.3.3 断路器监测分析诊断 断路器监测分析软件主要监测合、分闸线
圈电流、断路器动触头行程、断路器动触头速
度、开断电流、断路器的操动次数统计、断路器
操动过程中的机械振动等物理量，并结合这些
监测参量来预测断路器的电寿命和机械寿命。
2.4 状态评价 状态评价是根据设备投运前的性能、设备投运
后的综合性能和同类设备及故障类型和风险对设备
当前健康状态进行评价。状态评价的方法主要有两
种：一种是根据状态检修导则定义的状态及其判定
规则。另一种是评分法，评分法根据评价内容的三
大部分，采用部分评价与整体评价相结合的方式，
一次设备在线监测系统是实现对变压器、 GIS、避雷器等变电设备的实时在线监测。系统产 品在测量方式、测量原理和系统结构上，相对于传 统的监测技术作了重大的改进，采用先进的分层分 布式系统结构，应用总线控制技术和模块化设计原 理，使系统的抗干扰性能、测量的准确性和稳定性都 得到了很大的提高，满足工业现场实用要求，并采用 独有的专家诊断系统对采集的数据进行科学分析诊 断，便于及时了解并掌握变电设备的健康状态。
图2 逻辑设备LDevice实例 1.3.3 通信服务模型
建立变电站自动化远动通信服务模型要充分考 虑信息的类型和通信要求。IEC61850-7部分定义 了一套面向对象的、与实际通信协议无关的抽象 通信服务接口（ACSI），该接口定义了用于变电站 自动化系统通信过程的完整模型，如连接逻辑节点 的应用关联模型及读取和设置数据：定义数据集， 形成报告和记录；召唤数据（状态和测量值）；控 制装置：交换文件；传输采样值与服务模型。在 IEC61850中，报告（Reporting）由报告控制块控 制，报告上传送的都是数据集（Data Set）所引用 的数据。当报告控制块所监视数据集中的数据属性 发生变化（数据值改变、品质属性改变或者数据更 新等）时，就会触发一个报告的产生。下图为茂名 文冲口变油色谱监测装置通讯的报告控制块与数 据集。
异常
注意
正常
良好
参考文献 [1] 殷志良．基于 IEC61850 的变电站过程总线通信的研究
[D]．华北电力大学电气工程学院，2005． [2] 谭文恕．变电站通信网络和系统协议 IEC61850 介绍
[J]．电网技术，2001，25（9）． [3] 徐敏，王钢，王智东．基于 IEC61850 标准的电抗器保护
铭牌（NamPlt）
Mode Beh Health Name
ISC
M
ISI
M
ISI
M
ISI
M
测量量
氢气 H2 甲烷 CH4
H2ppm CH4ppm
MV
O
MV
O
乙烷 C2H6
C2H6ppm
MV
O
乙烯 C2H4
C2H4ppm
MV
O
乙炔 C2H2
C2H2ppm
MV
O
总烃
TDCG
MV
O
单位
ul/l ul/l ul/l ul/l ul/l ul/l
数据 类型
微水含量 一氧化碳 CO
H2O COppm