基于IEC61850的SPM-2系統在變電站狀態監測系統中的應用

技術研發情況

2SPM-2整體架構3主要性能及故障案例4公司簡介15SPM-2/CAC

福建和盛高科技產業有限公司（簡稱和盛科技）于2004年6月由福建和盛集團有限公司等四家股東共同籌資創辦，注冊資金5000萬元，坐落于福建省高科技企業密集的福州軟件園。公司擁有長期從事電力試驗研究專家及高級軟、硬件研發工程師組成的專業研發隊伍，具有強大的技術研發實力和先進的生產工藝和檢測手段，公司先后通過了軟件企業及軟件產品的雙軟企業認定，并通過了ISO9001:2000標準質量體系認證。公司現有員工200余人，生產辦公基地5000多平方米，致力于軟件、電子、計算機、通信等高新技術研發和制造，是目前國內同行業中從事在線監測規模最大的專業公司之一。公司簡介1

技術研發情況

2SPM-2整體架構3主要性能及故障案例4公司簡介15SPM-2/CAC變壓器油色譜在線監測單元、容性設備（CT、CVT、OY）在線監測單元、避雷器在線監測單元、變壓器鐵芯在線監測單元、變壓器套管在線監測單元。GIS局放在線監測單元、斷路器在線監測單元。國網發布《Q/GDWZ414-2010變電站智能化改造技術規范》、《Q/GDWZ410-2010高壓設備智能化技術導則》、《油浸式電力變壓器智能化技術條件（試行）》、《高壓開關設備/GIS設備智能化技術條件（試行）》。公司基于國網發布的智能化導則，成了在線監測的智能化改造，形成系列如下：2005-2007年2008-2009年2010年2010-2011年

產品研發情況

公司從2004年成立就開始專注于變電設備狀態監測系統的研究，推出的SPM-2型變電設備在線監測與故障診斷系統可以完成對變電設備的智能狀態監測，在研發上緊跟國網推出的各項標準步驟。設備類型型號上位機屏柜SPM-2/CDC智能變電站狀態接入控制器(CAC)SPM-2/CAC變壓器智能組件柜SPM-2/TIC

變壓器監測（主）IEDSPM-2/TMIED

變壓器特高頻局部放電在線監測IEDSPM-2/TPDIED

變壓器鐵芯、油溫、氣體壓力等在線監測IEDSPM-2/TRIED

變壓器套管在線監測IEDSPM-2/TB

變壓器油色譜在線監測IEDSPM-2/OGCGIS智能組件柜SPM-2/GICGIS監測（主）IEDSPM-2/GMIED

斷路器監測在線監測IEDSPM-2/BKIEDGIS特高頻局部放電在線監測IEDSPM-2/GPDIEDSF6微水密度監測在線監測IEDSPM-2/WDIED容性設備智能組件柜SPM-2/CIC

容性設備（主）IEDSPM-2/CMIED

母線電壓互感器在線監測傳感器SPM-2/CVT

耦合電容器/線路電壓互感器在線監測傳感器SPM-2/OY

電流互感器在線監測傳感器SPM-2/CT

系統電壓測量單元SPM-2/PT

避雷器在線監測傳感器SPM-2/MOA公司的產品應用在210多座變電站中，總計套數為11846套，最長運行時間為7年。從2004年到2010年底，發現的設備故障隱患有42起。其中：變壓器（含鐵芯故障）24起；電流互感器3起；電壓互感器5起；耦合電容器2起；避雷器8起：設備家族性缺陷1例。已為福建電網積累了10多億筆的變電設備在線監測數據。公司不僅僅為用戶提供設備，同時提供在線監測的數據分析和故障分析服務。到目前為此國網發布《Q/GDW616-2011基于DL/T860標準的變電設備在線監測裝置應用規范》，公司基于此，完成了在線監測裝置的通信規范，使公司的所有產品通信均符合DL/T860標準，并通過了國網電科院、浙江電科院、貴州電科院的一致性測試。滿足國網I1接口的SPM-2/CAC裝置部署到了變電站中。根據國網的《變電設備在線監測I2接口網絡通信規范（報批稿）》，進行SPM-2/CAC裝置的I2接口開發，已基本完成，本月可以應用到變電站中。2011年4月2011年6月2011年8月

技術研發情況

2SPM-2整體架構3主要性能及故障案例4公司簡介15SPM-2/CAC2輸變電狀態監測系統總體架構圖2.1國網標準輸變電設備狀態監測系統從分層角度，可分為裝置層、接入層和主站層。裝置層重點發展各種先進實用的傳感原理、傳感器技術和標準化數據生成技術；接入層重點發展各種集約、高效、智能的信息匯總、信息標準化和信息安全接入技術；主站層重點發展各種監測信息的存儲、加工、展現、分析、診斷和預測等數據應用技術。分層系統結構中各層之間存在兩個接口級別，分別是：第1級接口I1和第2級接口I2。I1接口是監測層與接入層之間的接口，面向狀態監測裝置，其設計和實現原則是盡量簡單和可靠，并且要考慮節電運行。I2接口是接入層到主站層之間的接口，面向主站系統，其設計和實現應考慮開放性和可擴展性。變電線路狀態監測的I1接口通信協議應滿足DL/T860變電站通信網絡和系統的要求。變電設備狀態監測的I2接口采用具有良好擴展性的Web服務方式實現，使系統符合開放的SOA設計理念，通信協議應滿足變電狀態監測主站系統數據通信協議的要求。關于CACCAC的概念狀態接入控制器：CAC（ConditionAcquisitionController），部署在變電站內的，能以標準方式對站內各類綜合監測單元或狀態監測裝置進行狀態監測信息獲取及控制的一種裝置。

關于CAGCAG的概念狀態接入網關機：CAG（ConditionAcquisitionGateway

），部署在主站系統側的一種關口設備，能以標準方式遠程連接狀態監測代理（CMA）或CAC，獲取并校驗CMA或CAC發出的各類狀態監測信息，并可對CMA和CAC進行控制的一種計算機。CAG有變電CAG和線路CAG之分。

SPM-2系統整體結構變電站SPM-2整體結構2.3關于CMDCMD的概念狀態監測裝置：CMD（ConditionMonitoringDevice

），安裝在被監測的輸電或變電設備附近或之上，能自動采集和處理被監測設備的狀態數據，并能和狀態監測代理、綜合監測單元或狀態接入控制器進行信息交換的一種數據采集、處理與通信裝置。輸電線路狀態監測裝置也可向數據采集單元發送控制指令。如油色譜監測單元、GIS局放監測單元等。

關于CMUCMU的概念綜合監測單元：CMU（ComprehensiveMonitoringUnit

），部署于變電站內，以變電站被監測設備為對象，接收與被監測設備相關的狀態監測裝置發送的數據，并對數據進行加工處理，實現與狀態接入控制器（CAC）進行標準化數據通信的一種裝置。如容性設備監測ＩＥＤ、SF6微水密度監測IED等。

總線方式總線方式總線方式油中溶解氣體監測裝置套管監測裝置鐵芯電流監測裝置局部放電監測裝置有載分接開關監測裝置冷卻風扇監測裝置電壓監測裝置其他監測裝置IEDSF6氣體監測裝置局部放電監測裝置機械特性監測裝置其他監測裝置電容型設備監測裝置避雷器監測裝置電壓監測裝置環境監測裝置其他監測裝置變壓器、電抗器綜合監測單元/主IED組合電器、斷路器綜合監測單元/主IED電容型設備、避雷器綜合監測單元/主IEDEthernet100/1000Mbps，IEC61850站端監測單元（在線監測站內后臺系統）主站（在線監測主站系統）一體化信息平臺其他系統在線監測系統框架圖Q/GDW534-2010《變電設備在線監測系統導則》過程層間隔層站控層網省1、站控層統一為SPM-2/CAC，作為站控層唯一裝置；2、SPM-2/CAC采用IEC61850接入方式；3、現場設備層（CMD、CMU）對CAC通信均采用智能組件柜方式組屏；4、對主站通信支持IEC103+104，IEC61850，I2（WS）；5、網絡采用星型方式，匯集到一個或兩個組件柜上，原則上采用一路光纖通道接到站控層的光纖交換機上；6、提供WEB數據查詢，便于數據的本地維護和遠程調試；SPM-2系統特點：

技術研發情況

2SPM-2整體架構3主要性能及故障案例4公司簡介15SPM-2/CAC4.1SPM-2/OGC變壓器色譜IED4.1.1性能特點產品主要性能特點4油中七種故障組分（H2、CO、CO2、CH4、

C2H4、C2H6、C2H2、油中微水）進行全分析。利用氦離子檢測原理，提高檢測靈敏度。設備具有現場標油標定功能。案例一：福州220kVNJ變#1主變存在高溫過熱性故障

福州NJ變#1主變為特變電工沈陽變壓器集團有限公司的OSFPSZ9-180000/220主變，出廠日期為1992-12-01，投運日期為1993-04-01，運行時間近20年。在2010年6月3日的迎峰度夏普查中，色譜離線試驗正常，色譜在線監測數據正常。2010年8月14日，NJ變＃1主變本體色譜在線監測顯示有0.98μL/L乙炔，其它組分無明顯變化。之后氫氣從28μL/L略增長40μL/L，總烴從18μL/L增至35μL/L。安排色譜離線試驗并復檢，發現氫氣及烴類各組分有明顯增長，有1.6μL/L乙炔，總烴93μL/L，總烴的絕對產氣速率36mL/d，超過注意值12mL/d；總烴的相對產氣速率70％/月，超過注意值10％/月。

該主變在2010.11.30大修后重新投入運行，投運前及投運后的在線監測數據分析該主變內部仍存在高溫過熱性故障，在現場吊罩大修時繞組未解體看到的繞組外觀，故障點位置可能在繞組或鐵芯內部。鑒于該主變運行年限較久，設備老舊經綜合考量后在2011.1.7退出運行進行技改。4.2SPM-2/TB變壓器套管監測IED4.2.1性能特點2.監測變壓器套管泄漏電流、介損、等值電容量。套管的監測信號接入采用公司自行研制的多功能套管末屏接線端子裝置。該裝置同時具有放電間隙保護、電阻保護、電子過壓保護、熱膨脹保護等功能，既不影響變壓器套管的正常安全運行與日常維護檢查、試驗工作，又能安全、可靠地從套管末屏引出監測信號。1.4.3SPM-2/TR變壓器鐵芯監測IED4.3.1性能特點接地電流01采用穿心式互感器，測量精度高，與二次回路完全隔離，安全性高02采用數字濾波算法，摒除模擬濾波器帶來的“零漂問題”03案例二：福州CT變1#主變鐵芯變的案例

2008年1月28日，在線監測系統發現福州局CT變1#號主變鐵芯泄漏電流不斷變化，從4～5mA迅速上升到7000多mA，相關技術人員迅速趕到現場，使用鉗流表測量后證實確為6～7A，進一步的檢查表明該設備存在鐵芯多點接地缺陷。色譜數據也同樣反映了該設備缺陷的變化。4.4SPM-2/TMIED變壓器主IED4.4.1性能特點4.5SPM-2/MOA避雷器監測IED4.5.1性能特點全電流、阻性電流、容性電流以及雷擊次數、雷擊時刻實時在線監測，進行全分析。采用穿心式互感器，測量精度高，與二次回路完全隔離，安全性高采用數字濾波算法，摒除模擬濾波器帶來的“零漂問題”帶電接末屏，加快工程周期。Textinhere案例三：MQ變110kVI段母線避雷器C相

某公司制造的避雷器。2010年在線監測系統發現其總電流和阻性電流從4月中旬開始持續增大，總電流從450uA增長至520uA，阻性電流從71uA增長至160uA，經避雷器帶電測試及紅外熱成像檢測，診斷避雷器內部存在缺陷，經解體后證實系避雷器底部法蘭灌膠口密封不嚴導致的內部受潮。同時與廠家進行溝通，確認該廠03年的該型號產品均存在避雷器法蘭灌膠口密封的設計存在固有缺陷，為家族性缺陷，該型號該批次的避雷器現有在線監測監視達300多只，現均實時監控中，保障了電網的安全，省生產部特此還發了關于該問題《技術監督預警書》。4.6SPM-2/RX容性監測IED4.6.1性能特點010203測量泄漏電流、介損、電容量。公司根據容性設備需要停電安裝的難題，專門制定了研發課題組，制定了《不停電接入在線監測系統工藝則》，并報備電業系統批準，不停電的施工，大大加快了系統調試進度，縮短了安裝時間。采用穿芯式零磁通電流傳感器，測量精度高，與二次回路完全隔離，安全性高。案例四：2010年1月發現的500kVQZ變220kVⅠ母線CVT缺陷2010年1月份，XX超高壓局500kVQZ變220kVⅠ母線由檢修轉運行之后，三相電壓分別為132.98、132.91、129.54，三相電容量分別為9845.3310001.1910293.41。在線監測系統顯示該相CVT二次電壓下降了約3.1％，整臺CVT的電容量增加約3.5％。同時，綜自后臺電壓顯示UA：132.05kV、UB：133.30kV、UC：127.48kV，保護電壓顯示：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，開口三角形電壓測量為2.5V；其余220kV母線電壓平衡。檢查220kVⅠ母CVT外觀正常。

損壞的電容單元，但外表上看不出來

該CVT型號w為TYD220/√3-0.01H,1997年5月生產，1998年3月份投入運行。通過電容量及介損試驗試驗，發現C2電容量為69190pF，銘牌額定值為66300pF，變大4.35%，其他數據正常，分析可能C2存在部份電容元件擊穿的故障。解體檢查電磁單元正常，電容元件外觀正常。

對C2單元的23個元件逐個進行電容量測量發現，從上往下數第11個元件電容量無法測出，其他元件電容量正常。取出該元件，發現該元件已經部分擊穿。電容單元上的擊穿點鋁箔上總共有7個擊穿點4.7SPM-2/GPDIEDGIS局放監測IED4.7.1性能特點外置式傳感器：安裝在GIS封孔蓋內側或絕緣子敞開邊緣上接收放電源傳來的電磁波信號。測量帶寬300MHz至1.5GHz；傳感器裝有前置放大器與過壓保護裝置。1內置式傳感器：在出廠時直接和GIS廠家進行合作，直接安裝設備的內部。24.8SPM-2/WDIEDSF6微水密度監測IED4.8.1性能特點產品接口方式靈活，可根據需要裝配不同的閥門接口;電磁兼容性.能夠抗4000v電壓;精度高，采用特別算法和電路校準，壓力精度為0.1%，濕度露點為±0.5Co。

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2SPM-2整體結構3主要性能及故障案例4公司簡介15SPM-2/CAC1、沒有統一的后臺，每個廠家均有一個后臺系統，查看數據不方便，需要登錄到各個廠家的后臺上看數據，信息共享難；2、用戶想使用統一后臺，但各個廠家的接口規范不統一，無法采用統一的規約接入；4、有統一的后臺，但數據往主站發送缺少統一、有效的手段，使得變電站在線監測系統無法很好發揮的作用。3、有統一的后臺，但現場設備的接入規范不統一，接口眾多，導致工作量和維護量均大大增加。現在在線監測系統的問題5SPM-2/CAC

狀態接入控制器5.1現有問題SPM-2/CAC部署在變電站內的，以IEC61850方式對站內各類綜合監測單元或狀態監測裝置進行狀態監測信息數據接入、處理及向主站系統轉發數據的功能，同時提供數據Web查詢功能，現已接入的數據包含：

變壓器油色譜：

H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、微水

變壓器鐵心：接地電流

變壓器套管：泄漏電流、介損、電容量變壓器局放：局部放電量、放電相位、放電次數

GIS局放：局部放電量、放電相位、放電次數

容性設備（CT、CVT、OY）：泄漏電流、介損、電容量

氧化性避雷器監測：泄漏電流、阻性電流、容性電流

SF6微水密度監測：氣體密度、微水、氣體溫度

斷路器：合分閘線圈電流、儲能電機電流、振動、行程

開關柜測溫：上下觸頭溫度、母排溫度

蓄電池監測：浮充電壓、均充電壓、單體電池電壓、單體電池內阻

刀閘監測：觸頭溫度5SPM-2/CAC

狀態接入控制器5.2解決方案SPM-2/CAC具備對變電站在線監測裝置的數據采用I1方式接入，同時支持原在線監測設備的接入，可以采用三種方式：1、在線監測裝置采用協議轉換器，把專有規約轉換為IEC61850進行接入。2、在原先的在線監測后臺系統，經轉換后采用IEC61850進行接入；3、支持特殊規約（包括RS232、RS485、數據庫）等非標準方式接入。SPM-2系統現場布置圖2、用1U或2U標準上架型設計，使用嵌入式板卡，取消風扇和轉動硬盤，降低故障點，提供設備的可靠性。3、具體參數CPU性能：CPU主頻雙核1.66G內存容量：2G網絡口：至少支持兩路100M網口串口：標配2個RS-232/422/485串口電源：采用可調電源供電AC/DC100-240V工作環境：-25℃~65℃。儲存器:采用intel40G固態硬盤。擴展性能：3個I/O擴展槽，可擴展光口、電口、串口、4-20mA接口及開關量接口。

1、目前，公司的狀態信息接入控制器CAC產品6月份完成試運行，現已應用在廣東、福建、浙江等40多個變電站中，運行情況良好。5SPM-2/CAC

狀態接入控制器5.3產品設計設備已通過的實驗,滿足國網《變電狀態接入控制器技術規范》要求：高、低溫試驗絕緣電阻試驗介質強度試驗沖擊電壓耐受試驗靜電放電抗擾度試驗電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗浪涌(沖擊)抗擾度試驗振蕩波抗擾度試驗電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗連續通電試驗主要性能特點軟件特點操作系統：Linux操作系統，內核為2.6及以上版本；數據存儲：MySQL數據庫，版本在5.0以上，循環存儲時間達到3年以上；數據過濾具體方式和算法：實現異常數據過濾，實現信息的挑選和轉發。調試手段及方式：CAC與各個CMA的通訊方式為IEC61850，調試分為對CMA

層61850服務端的調試和對CAC層的61850客戶端調試。用戶界面：CAC帶有一定的用戶界面操作功能，實現簡單的在線數據瀏覽、運行情況顯示，及歷史數據信息，以web服務的方式提供。采集數據處理功能:2）對采集的狀態監測數據依據時間序列進行本地存儲，存儲容量可以根據要求擴展。1）支持接入非標準的綜合監測單元及在線監測裝置；3）根據需要可以進行在線監測數據過濾加工處理；5SPM-2/CAC

狀態接入控制器5.4主要功能狀態監測數據采集：1）動態識別狀態監測裝置，獲取其所采集的狀態監測數據，監測其心跳等工作狀態信息；2）支持通過遠程配置實現各類型裝置的數據采集；3）支持通過數據補采和重采等手段，最大限度保證采集數據的完整性、連續性、可靠性；4）數據采集支持人工召喚和定時自動召喚兩種方式；5）支持同時接入的狀態監測裝置的數目大于128臺；4）支持不同廠家的專業診斷分析功能，實現對各類監測裝置的遠程分析和診斷；1）系統版本自動檢測，自動升級功能；2）對裝置自身的工作狀態進行監測，并將監測信息上報主站系統；3）根據自身的工作狀態進行自我診斷，實現容錯處理；5）用戶操作、系統異常記錄功能；自管理功能：CAC的主要功能介紹：2）與主站（CAG）通信中斷恢復后，實現上報數據的斷點續傳；1）將經過處理的狀態監測數據向主站系統上報；3）支持上報多臺CAG實體（主備CAG）采集數據上報功能:CAC與狀態監測裝置CMD、狀態監測代理CMA通訊（I1接口）CAC與CMD、CMA之間支持IEC61850通訊，也支持其他通訊方式，如103，104，MODBUS等。采用IEC61850方式，已成功接入的狀態監測設備包括：變壓器油色譜及譜圖文件、變壓器鐵心接地電流、變壓器套管監測、變壓器局放、GIS局放及譜圖文件、容性設備（CT、CVT、OY）的泄漏電流介損監測、氧化性避雷器監測、SF6微水密度監測、斷路器機械特性及波形文件、開關柜測溫監測、蓄電池電壓監測等。GetServerDirectory,讀服務器目錄Associate（關聯）Abort（異常中止）Release（釋放）GetLogicalDeviceDirectory（讀邏輯設備目錄）GetLogicalNodeDirect