智能变电站在线监测系统的研究与应用
国网内蒙古东部电力有限公司信息通信分公司的研究人员刘世民、袁野等，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，智能变电站是智能电网的一个重要的“终端”。本文简述了国内外智能变电站在线监测技术的发展现状，分析了智能变电站对在线监测系统的要求，并对智能变电站在线监测系统的系统组成、通信协议等内容进行了初步的讨论。
电网是指由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体的电力网。电网是关系到普通人民日常生活、国家经济的重要产业。
智能电网(smart grid)是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统。智能电网在物理电网的基础上，将各种技术（如通信、信息、决策、控制、传感器、测量等技术）高度集成，形成了一个高度自动化、信息化、互动化的电力网络传输系统，创造了新型的现代化电网。智能电网包含了电力生产全的过程，可以检测、控制所有用户以及相应的节点，实现了电能和信息的双向通信。智能电网保证了电网的环保、高效、可靠、安全、经济等性能。
智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，在自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等功能的同时还具备了实时控制、智能调节、在线分析等功能。智能变电站是功能进行了优化升级的变电站，是智能电网不可或缺的重要组成部分。
智能变电站要求实现设备状态数据（如系统电压、电流等）的采集以及分析处理等功能，并能够根据采集到的设备参数对其进行评定、分析，进行相应的应对措施，实现变电站的智能化。在线监测技术的应用对智能变电站尤为关键，上述功能基本上都是由在线监测系统完成。
1、智能变电站在线监测技术发展现状
随着变电站智能化水平的提高，如今的变电站管理趋势是无人值守变电站。目前国内很多变电站都采用了无人值守管理技术，如110kV变电站和220kV变电站等。要实现变电站的无人化管理，智能变电站在线监测技术的研究与应用，则成为了智能变电站发展过程中，极其重要的一个环节。获取智能变电站中各种设备运行状态需要依靠在线监测技术来完成。
在线监测技术的提出是为了实时的监测变电站设备的运行情况，分析其可能出现的故障，在故障发生之前能够进行及时预警并解除故障危险，使得变电站设备运行更加安全、降低设备故障出错率。在线监测技术是指在变电站设备的正常运行状态下，通过检测装置、仪表设备等，对其进行检测，用于发现运行中的设备所存在的潜在性的故障。在线监测技术是智能变电站状态监测的主要实现技术手段。
多年来，我国电力行业为了提高智能变电站的真实性、安全性、稳定性，持续不断的对在线监测技术进行研究。
在传统变电站中，需要对变电站进行定期停电检修相关的设备，对变电站设备进行定期检查，判断其是否能够继续正常工作。这个方式的检修制度具有需要停电、试验真实性和实时性差等问题，不能实时掌握变电站的相应状态信息。
近年来，随着计算机技术的不断发展，在线监测技术已经日益走向成熟。现今，智能变电站在线监测系统主要有这两种类型：
具有单一监测功能的系统：实现对变电站的某一类设备的单一或部分参数的监测功能，如
油色谱的监测、变压器监测、避雷器监测、SF6监测等。
具有综合在线监测功能的系统：实现了对变压器、GIS、容性设备、避雷器、开关柜等变电站内设备的多项监测功能。该在线监测系统负责采集数据并进行分析，将分析后的信息传送给监控主机，并存入数据库。
2、智能变电站在线监测系统的系统组成
在智能变电站在线监测系统中，由专门的监控后台主机进行统一集成管理。后台主机收集所有分散系统的相关数据状态信息等，将信息资源进行共享并进行优化。
图1所示为典型的在线监测系统结构图。该在线监测系统负责采集数据并进行分析，将分析后的信息传送给监控主机，并存入数据库。智能变电站在线监测系统，提出了系统集成的理念，建立了统一的数据平台，对智能变电站的发展具有重要意义。
图1在线监测系统结构图
按照智能变电站通用的分层原则，智能变电站在线监测系统分为站控层、间隔层和过程层。
在线监测系统的站内后台主机（子站）主要分布在站控层。其主要功能为采集变电站内的所有在线监测数据，并转换为统一标准化的模型、进行统计分析数据以及存储数据、进行报警提醒等功能。此外，还具有向上一级（主站）上传数据、接受远程控制和维护命令等功能。
具有现场监测功能的智能电子设备分布在间隔层，主要负责某一类设备的数据采集、整理、分析和存储等任务。按照相关规定的标准协议，向上级后台主机上传数据、接收命令。
相应的监测单元或者电子传感器则分布在过程层。其主要功能为对变电站设备进行原始数据的采集并进行存储。通过相关协议向上进行数据传输，并对上级发送的命令进行响应。
智能变电站在线监测系统通过传感器、计算机、通信网络等技术，获取设备参数进行分析处理，以此判断设备是否可靠，可以及早发现故障隐患并进行处理，使得供电系统更加可靠。智能变电站在线监测系统的应用在很大程度上减少了设备维修的费用，为设备的常规检修提供了可靠的参照数据。
3、智能变电站在线监测系统的通信协议
根据国家发布规范性文件要求，智能变电站的自动化系统必须遵循IEC61850规约，实现通信的网络化、信息的数字化。
信息的数字化要求已经在传统的在线监测系统中广泛应用，但是由于不同厂家的智能变电站在线监测系统使用各自的传输方式（主要体现为传统的串行通信总线方式），因此不同厂家的系统之间不能进行相互的通信。
为了统一要求，也为了实际应用时候的便利性，智能变电站在线监测系统在通信协议上应遵循IEC61850规约。
智能变电站在线监测系统将变电站内设备的所有状态信息进行统计，并对相关信息进行分析处理。在线监测系统可以根据设备状态进行预警并进行处理，最终实现智能化变电站。
IEC61850标准是一种通用的通信规约，通过对设备采用统一标准的通信协议模型，使其具有通用性，实现系统的通用性。IEC61850标准协议的定义对智能变电站具有举足轻重的影响。IEC61850标准建立了很多通用模型，如逻辑结点（LN）、逻辑装置（LD等等）。这些模型的建立，可以根据实际情况任意配置变电站的通信内容，优化变电站通信质量，使得变电站的通信更加通用更加规范化。
IEC61850系列标准具备以下特点：
信息分层结构：IEC61850标准提出了分层概念，将变电站的通信系统分为3层，即变电站层、间隔层和过程层。变电站层和间隔层之间采用MMS、TCP/IP等通信协议进行传输。间隔层和过程层采用单点向多点的传输方式。
采用面向对象的建模技术：IEC61850引入“面向对象建模”的概念。根据电力系统的相关特点，定义了基于客户机/服务器结构数据模型，用来实现实时信息以及其他信息通信要求。
采用通信接口服务：在网络技术高度发达的今天，为了适应需求，采用相关的通信接口服务。
数据描述：为了满足功能的需求以及后续发展，IEC61850标准采用了建立模型的方式，如逻辑结点（LN）、逻辑装置（LD等等）模型等等。
为适应系统实时性的要求，快速传输变化值、传输采样值等。
采用IED配置语言：建立IEC61850标准专有的IED配置工具。可以在配置工具中进行数据定义，包括数据属性、数据类型等。
IEC61850系列标准的制定，对智能变电站的影响巨大，为制定统一的智能变电站在线监测系统传输协议具有深远的影响。
4、智能变电站在线监测系统的发展方向及建议
智能变电站在线监测技术还处在发展阶段，还有一些不足之处。对此，提出以下建议：
将在线监测技术广泛应用到电网设备中，提高对智能变电站中设备监测的有效性和准确性。只有提高智能变电站设备的实用性，才能使其得到良好的发展。
将智能变电站在线监测技术与传统的监测技术进行融合，实现功能一体化，包括测量、计算、控制、检修、保护五大功能。将智能变电站的信息充分共享，设备之间可以建立良好的通信机制，使得设备运行更加可靠。
进一步开发在线监测系统的综合分析功能，实现状态评价分析、设备寿命预估、故障及时诊断等高级应用功能。若要使变电站的智能化水平进行显著提高，则要对智能变电站在线监测系统的智能评估系统进行完善，提高评估系统的准确性，减少专业技术人员的工作量。
在当今社会，智能变电站在线监测系统应该充分应用IEC61850标准，建立统一的模型，如服务器(Server)、逻辑设备(LD)、逻辑结点(LN)、数据(Data)。按照IEC61850标准进行建模，可以建立统一完善的智能变电站在线监测系统数据平台，可以大大提高变电站的智能化。
智能化变电站在线监测系统对采集到的数据进行充分利用，包括监测断路器所需的断路器电流、监测容性设备所需的系统电压等。而监控主机可以根据存储在数据库中的相关内容进行数据统计，如报表统计等。可以对相关功能进行内容的丰富化，如系统所出的报表可以包含开关开合、保护动作的信息，还可包含更高级的设备状态信息等。这将有力地提高智能变电站自动化水平，节约智能变电站维护成本，提高电力系统综合效益。
5、结语
智能变电站在线监测系统对变电站的发展具有重大意义。在线监测系统将设备的参数状态等进行采集并分析，并将相关结果传输到监控主机上，建立相应的数据库。在线监测系统对智能变电站设备进行实时监控，可以对设备的各种问题进行报警，使得工作人员可以实时掌握设备状态信息，更好的对设备进行监测，还可以生成数据报告，以供查看。
智能变电站在线监测系统可以及时发现变电站内设备的问题，而且可以减少成本，为更好的建立智能变电站起到了不可或缺的作用。