基于IEC61850的SPM-2系统在变电站状态监测系统中的应用20120109

基于IEC61850的SPM-2系统在变电站状态监测系统中的应用

技术研发情况

2SPM-2整体架构3主要性能及故障案例4公司简介15SPM-2/CAC

福建和盛高科技产业有限公司（简称和盛科技）于2004年6月由福建和盛集团有限公司等四家股东共同筹资创办，注册资金5000万元，坐落于福建省高科技企业密集的福州软件园。公司拥有长期从事电力试验研究专家及高级软、硬件研发工程师组成的专业研发队伍，具有强大的技术研发实力和先进的生产工艺和检测手段，公司先后通过了软件企业及软件产品的双软企业认定，并通过了ISO9001:2000标准质量体系认证。公司现有员工200余人，生产办公基地5000多平方米，致力于软件、电子、计算机、通信等高新技术研发和制造，是目前国内同行业中从事在线监测规模最大的专业公司之一。公司简介1

技术研发情况

2SPM-2整体架构3主要性能及故障案例4公司简介15SPM-2/CAC变压器油色谱在线监测单元、容性设备（CT、CVT、OY）在线监测单元、避雷器在线监测单元、变压器铁芯在线监测单元、变压器套管在线监测单元。GIS局放在线监测单元、断路器在线监测单元。国网发布《Q/GDWZ414-2010变电站智能化改造技术规范》、《Q/GDWZ410-2010高压设备智能化技术导则》、《油浸式电力变压器智能化技术条件（试行）》、《高压开关设备/GIS设备智能化技术条件（试行）》。公司基于国网发布的智能化导则，成了在线监测的智能化改造，形成系列如下：2005-2007年2008-2009年2010年2010-2011年

产品研发情况

公司从2004年成立就开始专注于变电设备状态监测系统的研究，推出的SPM-2型变电设备在线监测与故障诊断系统可以完成对变电设备的智能状态监测，在研发上紧跟国网推出的各项标准步骤。设备类型型号上位机屏柜SPM-2/CDC智能变电站状态接入控制器(CAC)SPM-2/CAC变压器智能组件柜SPM-2/TIC

变压器监测（主）IEDSPM-2/TMIED

变压器特高频局部放电在线监测IEDSPM-2/TPDIED

变压器铁芯、油温、气体压力等在线监测IEDSPM-2/TRIED

变压器套管在线监测IEDSPM-2/TB

变压器油色谱在线监测IEDSPM-2/OGCGIS智能组件柜SPM-2/GICGIS监测（主）IEDSPM-2/GMIED

断路器监测在线监测IEDSPM-2/BKIEDGIS特高频局部放电在线监测IEDSPM-2/GPDIEDSF6微水密度监测在线监测IEDSPM-2/WDIED容性设备智能组件柜SPM-2/CIC

容性设备（主）IEDSPM-2/CMIED

母线电压互感器在线监测传感器SPM-2/CVT

耦合电容器/线路电压互感器在线监测传感器SPM-2/OY

电流互感器在线监测传感器SPM-2/CT

系统电压测量单元SPM-2/PT

避雷器在线监测传感器SPM-2/MOA公司的产品应用在210多座变电站中，总计套数为11846套，最长运行时间为7年。从2004年到2010年底，发现的设备故障隐患有42起。其中：变压器（含铁芯故障）24起；电流互感器3起；电压互感器5起；耦合电容器2起；避雷器8起：设备家族性缺陷1例。已为福建电网积累了10多亿笔的变电设备在线监测数据。公司不仅仅为用户提供设备，同时提供在线监测的数据分析和故障分析服务。到目前为此国网发布《Q/GDW616-2011基于DL/T860标准的变电设备在线监测装置应用规范》，公司基于此，完成了在线监测装置的通信规范，使公司的所有产品通信均符合DL/T860标准，并通过了国网电科院、浙江电科院、贵州电科院的一致性测试。满足国网I1接口的SPM-2/CAC装置部署到了变电站中。根据国网的《变电设备在线监测I2接口网络通信规范（报批稿）》，进行SPM-2/CAC装置的I2接口开发，已基本完成，本月可以应用到变电站中。2011年4月2011年6月2011年8月

技术研发情况

2SPM-2整体架构3主要性能及故障案例4公司简介15SPM-2/CAC2输变电状态监测系统总体架构图2.1国网标准输变电设备状态监测系统从分层角度，可分为装置层、接入层和主站层。装置层重点发展各种先进实用的传感原理、传感器技术和标准化数据生成技术；接入层重点发展各种集约、高效、智能的信息汇总、信息标准化和信息安全接入技术；主站层重点发展各种监测信息的存储、加工、展现、分析、诊断和预测等数据应用技术。分层系统结构中各层之间存在两个接口级别，分别是：第1级接口I1和第2级接口I2。I1接口是监测层与接入层之间的接口，面向状态监测装置，其设计和实现原则是尽量简单和可靠，并且要考虑节电运行。I2接口是接入层到主站层之间的接口，面向主站系统，其设计和实现应考虑开放性和可扩展性。变电线路状态监测的I1接口通信协议应满足DL/T860变电站通信网络和系统的要求。变电设备状态监测的I2接口采用具有良好扩展性的Web服务方式实现，使系统符合开放的SOA设计理念，通信协议应满足变电状态监测主站系统数据通信协议的要求。关于CACCAC的概念状态接入控制器：CAC（ConditionAcquisitionController），部署在变电站内的，能以标准方式对站内各类综合监测单元或状态监测装置进行状态监测信息获取及控制的一种装置。

关于CAGCAG的概念状态接入网关机：CAG（ConditionAcquisitionGateway

），部署在主站系统侧的一种关口设备，能以标准方式远程连接状态监测代理（CMA）或CAC，获取并校验CMA或CAC发出的各类状态监测信息，并可对CMA和CAC进行控制的一种计算机。CAG有变电CAG和线路CAG之分。

SPM-2系统整体结构变电站SPM-2整体结构2.3关于CMDCMD的概念状态监测装置：CMD（ConditionMonitoringDevice

），安装在被监测的输电或变电设备附近或之上，能自动采集和处理被监测设备的状态数据，并能和状态监测代理、综合监测单元或状态接入控制器进行信息交换的一种数据采集、处理与通信装置。输电线路状态监测装置也可向数据采集单元发送控制指令。如油色谱监测单元、GIS局放监测单元等。

关于CMUCMU的概念综合监测单元：CMU（ComprehensiveMonitoringUnit

），部署于变电站内，以变电站被监测设备为对象，接收与被监测设备相关的状态监测装置发送的数据，并对数据进行加工处理，实现与状态接入控制器（CAC）进行标准化数据通信的一种装置。如容性设备监测ＩＥＤ、SF6微水密度监测IED等。

总线方式总线方式总线方式油中溶解气体监测装置套管监测装置铁芯电流监测装置局部放电监测装置有载分接开关监测装置冷却风扇监测装置电压监测装置其他监测装置IEDSF6气体监测装置局部放电监测装置机械特性监测装置其他监测装置电容型设备监测装置避雷器监测装置电压监测装置环境监测装置其他监测装置变压器、电抗器综合监测单元/主IED组合电器、断路器综合监测单元/主IED电容型设备、避雷器综合监测单元/主IEDEthernet100/1000Mbps，IEC61850站端监测单元（在线监测站内后台系统）主站（在线监测主站系统）一体化信息平台其他系统在线监测系统框架图Q/GDW534-2010《变电设备在线监测系统导则》过程层间隔层站控层网省1、站控层统一为SPM-2/CAC，作为站控层唯一装置；2、SPM-2/CAC采用IEC61850接入方式；3、现场设备层（CMD、CMU）对CAC通信均采用智能组件柜方式组屏；4、对主站通信支持IEC103+104，IEC61850，I2（WS）；5、网络采用星型方式，汇集到一个或两个组件柜上，原则上采用一路光纤通道接到站控层的光纤交换机上；6、提供WEB数据查询，便于数据的本地维护和远程调试；SPM-2系统特点：

技术研发情况

2SPM-2整体架构3主要性能及故障案例4公司简介15SPM-2/CAC4.1SPM-2/OGC变压器色谱IED4.1.1性能特点产品主要性能特点4油中七种故障组分（H2、CO、CO2、CH4、

C2H4、C2H6、C2H2、油中微水）进行全分析。利用氦离子检测原理，提高检测灵敏度。设备具有现场标油标定功能。案例一：福州220kVNJ变#1主变存在高温过热性故障

福州NJ变#1主变为特变电工沈阳变压器集团有限公司的OSFPSZ9-180000/220主变，出厂日期为1992-12-01，投运日期为1993-04-01，运行时间近20年。在2010年6月3日的迎峰度夏普查中，色谱离线试验正常，色谱在线监测数据正常。2010年8月14日，NJ变＃1主变本体色谱在线监测显示有0.98μL/L乙炔，其它组分无明显变化。之后氢气从28μL/L略增长40μL/L，总烃从18μL/L增至35μL/L。安排色谱离线试验并复检，发现氢气及烃类各组分有明显增长，有1.6μL/L乙炔，总烃93μL/L，总烃的绝对产气速率36mL/d，超过注意值12mL/d；总烃的相对产气速率70％/月，超过注意值10％/月。

该主变在2010.11.30大修后重新投入运行，投运前及投运后的在线监测数据分析该主变内部仍存在高温过热性故障，在现场吊罩大修时绕组未解体看到的绕组外观，故障点位置可能在绕组或铁芯内部。鉴于该主变运行年限较久，设备老旧经综合考量后在2011.1.7退出运行进行技改。4.2SPM-2/TB变压器套管监测IED4.2.1性能特点2.监测变压器套管泄漏电流、介损、等值电容量。套管的监测信号接入采用公司自行研制的多功能套管末屏接线端子装置。该装置同时具有放电间隙保护、电阻保护、电子过压保护、热膨胀保护等功能，既不影响变压器套管的正常安全运行与日常维护检查、试验工作，又能安全、可靠地从套管末屏引出监测信号。1.4.3SPM-2/TR变压器铁芯监测IED4.3.1性能特点接地电流01采用穿心式互感器，测量精度高，与二次回路完全隔离，安全性高02采用数字滤波算法，摒除模拟滤波器带来的“零漂问题”03案例二：福州CT变1#主变铁芯变的案例

2008年1月28日，在线监测系统发现福州局CT变1#号主变铁芯泄漏电流不断变化，从4～5mA迅速上升到7000多mA，相关技术人员迅速赶到现场，使用钳流表测量后证实确为6～7A，进一步的检查表明该设备存在铁芯多点接地缺陷。色谱数据也同样反映了该设备缺陷的变化。4.4SPM-2/TMIED变压器主IED4.4.1性能特点4.5SPM-2/MOA避雷器监测IED4.5.1性能特点全电流、阻性电流、容性电流以及雷击次数、雷击时刻实时在线监测，进行全分析。采用穿心式互感器，测量精度高，与二次回路完全隔离，安全性高采用数字滤波算法，摒除模拟滤波器带来的“零漂问题”带电接末屏，加快工程周期。Textinhere案例三：MQ变110kVI段母线避雷器C相

某公司制造的避雷器。2010年在线监测系统发现其总电流和阻性电流从4月中旬开始持续增大，总电流从450uA增长至520uA，阻性电流从71uA增长至160uA，经避雷器带电测试及红外热成像检测，诊断避雷器内部存在缺陷，经解体后证实系避雷器底部法兰灌胶口密封不严导致的内部受潮。同时与厂家进行沟通，确认该厂03年的该型号产品均存在避雷器法兰灌胶口密封的设计存在固有缺陷，为家族性缺陷，该型号该批次的避雷器现有在线监测监视达300多只，现均实时监控中，保障了电网的安全，省生产部特此还发了关于该问题《技术监督预警书》。4.6SPM-2/RX容性监测IED4.6.1性能特点010203测量泄漏电流、介损、电容量。公司根据容性设备需要停电安装的难题，专门制定了研发课题组，制定了《不停电接入在线监测系统工艺则》，并报备电业系统批准，不停电的施工，大大加快了系统调试进度，缩短了安装时间。采用穿芯式零磁通电流传感器，测量精度高，与二次回路完全隔离，安全性高。案例四：2010年1月发现的500kVQZ变220kVⅠ母线CVT缺陷2010年1月份，XX超高压局500kVQZ变220kVⅠ母线由检修转运行之后，三相电压分别为132.98、132.91、129.54，三相电容量分别为9845.3310001.1910293.41。在线监测系统显示该相CVT二次电压下降了约3.1％，整台CVT的电容量增加约3.5％。同时，综自后台电压显示UA：132.05kV、UB：133.30kV、UC：127.48kV，保护电压显示：UA：59.60V、UB：60.22V、UC：57.29V，一次值C相比其它相低6kV，二次值C相比其它相低3V，开口三角形电压测量为2.5V；其余220kV母线电压平衡。检查220kVⅠ母CVT外观正常。

损坏的电容单元，但外表上看不出来

该CVT型号w为TYD220/√3-0.01H,1997年5月生产，1998年3月份投入运行。通过电容量及介损试验试验，发现C2电容量为69190pF，铭牌额定值为66300pF，变大4.35%，其他数据正常，分析可能C2存在部份电容元件击穿的故障。解体检查电磁单元正常，电容元件外观正常。

对C2单元的23个元件逐个进行电容量测量发现，从上往下数第11个元件电容量无法测出，其他元件电容量正常。取出该元件，发现该元件已经部分击穿。电容单元上的击穿点铝箔上总共有7个击穿点4.7SPM-2/GPDIEDGIS局放监测IED4.7.1性能特点外置式传感器：安装在GIS封孔盖内侧或绝缘子敞开边缘上接收放电源传来的电磁波信号。测量带宽300MHz至1.5GHz；传感器装有前置放大器与过压保护装置。1内置式传感器：在出厂时直接和GIS厂家进行合作，直接安装设备的内部。24.8SPM-2/WDIEDSF6微水密度监测IED4.8.1性能特点产品接口方式灵活，可根据需要装配不同的阀门接口;电磁兼容性.能够抗4000v电压;精度高，采用特别算法和电路校准，压力精度为0.1%，湿度露点为±0.5Co。

技术研发情况

2SPM-2整体结构3主要性能及故障案例4公司简介15SPM-2/CAC1、没有统一的后台，每个厂家均有一个后台系统，查看数据不方便，需要登录到各个厂家的后台上看数据，信息共享难；2、用户想使用统一后台，但各个厂家的接口规范不统一，无法采用统一的规约接入；4、有统一的后台，但数据往主站发送缺少统一、有效的手段，使得变电站在线监测系统无法很好发挥的作用。3、有统一的后台，但现场设备的接入规范不统一，接口众多，导致工作量和维护量均大大增加。现在在线监测系统的问题5SPM-2/CAC

状态接入控制器5.1现有问题SPM-2/CAC部署在变电站内的，以IEC61850方式对站内各类综合监测单元或状态监测装置进行状态监测信息数据接入、处理及向主站系统转发数据的功能，同时提供数据Web查询功能，现已接入的数据包含：

变压器油色谱：

H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、微水

变压器铁心：接地电流

变压器套管：泄漏电流、介损、电容量变压器局放：局部放电量、放电相位、放电次数

GIS局放：局部放电量、放电相位、放电次数

容性设备（CT、CVT、OY）：泄漏电流、介损、电容量

氧化性避雷器监测：泄漏电流、阻性电流、容性电流

SF6微水密度监测：气体密度、微水、气体温度

断路器：合分闸线圈电流、储能电机电流、振动、行程

开关柜测温：上下触头温度、母排温度

蓄电池监测：浮充电压、均充电压、单体电池电压、单体电池内阻

刀闸监测：触头温度5SPM-2/CAC

状态接入控制器5.2解决方案SPM-2/CAC具备对变电站在线监测装置的数据采用I1方式接入，同时支持原在线监测设备的接入，可以采用三种方式：1、在线监测装置采用协议转换器，把专有规约转换为IEC61850进行接入。2、在原先的在线监测后台系统，经转换后采用IEC61850进行接入；3、支持特殊规约（包括RS232、RS485、数据库）等非标准方式接入。SPM-2系统现场布置图2、用1U或2U标准上架型设计，使用嵌入式板卡，取消风扇和转动硬盘，降低故障点，提供设备的可靠性。3、具体参数CPU性能：CPU主频双核1.66G内存容量：2G网络口：至少支持两路100M网口串口：标配2个RS-232/422/485串口电源：采用可调电源供电AC/DC100-240V工作环境：-25℃~65℃。储存器:采用intel40G固态硬盘。扩展性能：3个I/O扩展槽，可扩展光口、电口、串口、4-20mA接口及开关量接口。

1、目前，公司的状态信息接入控制器CAC产品6月份完成试运行，现已应用在广东、福建、浙江等40多个变电站中，运行情况良好。5SPM-2/CAC

状态接入控制器5.3产品设计设备已通过的实验,满足国网《变电状态接入控制器技术规范》要求：高、低温试验绝缘电阻试验介质强度试验冲击电压耐受试验静电放电抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验浪涌(冲击)抗扰度试验振荡波抗扰度试验电压暂降和短时中断抗扰度试验连续通电试验主要性能特点软件特点操作系统：Linux操作系统，内核为2.6及以上版本；数据存储：MySQL数据库，版本在5.0以上，循环存储时间达到3年以上；数据过滤具体方式和算法：实现异常数据过滤，实现信息的挑选和转发。调试手段及方式：CAC与各个CMA的通讯方式为IEC61850，调试分为对CMA

层61850服务端的调试和对CAC层的61850客户端调试。用户界面：CAC带有一定的用户界面操作功能，实现简单的在线数据浏览、运行情况显示，及历史数据信息，以web服务的方式提供。采集数据处理功能:2）对采集的状态监测数据依据时间序列进行本地存储，存储容量可以根据要求扩展。1）支持接入非标准的综合监测单元及在线监测装置；3）根据需要可以进行在线监测数据过滤加工处理；5SPM-2/CAC

状态接入控制器5.4主要功能状态监测数据采集：1）动态识别状态监测装置，获取其所采集的状态监测数据，监测其心跳等工作状态信息；2）支持通过远程配置实现各类型装置的数据采集；3）支持通过数据补采和重采等手段，最大限度保证采集数据的完整性、连续性、可靠性；4）数据采集支持人工召唤和定时自动召唤两种方式；5）支持同时接入的状态监测装置的数目大于128台；4）支持不同厂家的专业诊断分析功能，实现对各类监测装置的远程分析和诊断；1）系统版本自动检测，自动升级功能；2）对装置自身的工作状态进行监测，并将监测信息上报主站系统；3）根据自身的工作状态进行自我诊断，实现容错处理；5）用户操作、系统异常记录功能；自管理功能：CAC的主要功能介绍：2）与主站（CAG）通信中断恢复后，实现上报数据的断点续传；1）将经过处理的状态监测数据向主站系统上报；3）支持上报多台CAG实体（主备CAG）采集数据上报功能:CAC与状态监测装置CMD、状态监测代理CMA通讯（I1接口）CAC与CMD、CMA之间支持IEC61850通讯，也支持其他通讯方式，如103，104，MODBUS等。采用IEC61850方式，已成功接入的状态监测设备包括：变压器油色谱及谱图文件、变压器铁心接地电流、变压器套管监测、变压器局放、GIS局放及谱图文件、容性设备（CT、CVT、OY）的泄漏电流介损监测、氧化性避雷器监测、SF6微水密度监测、断路器机械特性及波形文件、开关柜测温监测、蓄电池电压监测等。GetServerDirectory,读服务器目录Associate（关联）Abort（异常中止）Release（释放）GetLogicalDeviceDirectory（读逻辑设备目录）GetLogicalNodeDirect