河南省电力公司南阳分公司IEC61850变电站自动化项目

1 系统介绍

河南岳庄35KV变电站建成于2001年，目前共有5条馈线（岳供一、岳供二、岳供三、岳供五、岳供六）和岳一主变处于运行状态，其保护、监控、电量计费等系统相互独立且不能实现数据远传，由于和电站中控室相距较远，造成运行和日常巡视检查上的不便。本项目基于IEC61850变电站通信体系对岳庄35KV变电站进行监控及保护综合自动化改造，实现保护信息和控制信息等的实时远方监控，使整个变电站的保护自动化系统提升到一个较高的水平，满足未来整个电站信息远传的需求并适应未来若干年系统运行要求及电力系统信息化改造的要求，同时使系统易于扩展升级。

全部改造工程分二期实现，第一期计划完成变电站各馈线和变压器保护装置的信息化改造及电站其他信息的集中处理与自动录波、分析功能；第二期计划实现电站保护和监控信息的远传。

 

                   图1   项目出厂调试中情况（与国外专家讨论GOOSE）

2 系统配置

2.1系统结构

变电站综合自动化系统采用分层分布式系统。系统分为三层：站控层、通讯层、现场监控保护设备层。各现场保护装置直接以以太网星形组网，可靠性高，便于扩展（未来增加网络交换机就可以）。系统配置多路冗余通讯接口，便于采集原系统安装的所有厂家的自动化装置、电表、直流屏数据、并能适应各种设备通讯协议。

2.2网络结构

变电站综合自动化配置如图1。

2.3站控层

系统站控层由嵌入工业计算机兼通讯管理及规约转换职能。该电站综自系统功能齐全、可靠性高、结构紧凑、操作简单。监控软件可灵活运行于WINDOWS2000/XP等WINDOWS XPE操作系统，监控软件采用面向对象编程技术，结合电力综合自动化诸多的特点，是一个组态灵活、开放性的软件系统。系统主站监测管理应用软件系统采用面向对象的Visual C++开发，具备实时数据库管理系统。

所有IEC61850原装进口综合保护装置均直接集中组屏安装在监控柜上，设备通讯全部采用RJ45以太网。现场的直流装置（系统）将采集的过程数据根据各厂商的私有通信协议传输到网关软件模块系统中，服务器将信息进行处理，转换成符合IEC 61850标准的信息格式和通信服务，从而实现设备（系统）与后台主站之间的IEC 61850标准通信功能。IEC 61850通讯软件模块汇集IEC 61850通信网所有信息，与站外调度（集控站）进行通讯连接。

2.4通讯层

通讯采集管理单元采用与主机一体化的工业级嵌入式计算机，就地组屏安装。系统主通讯网均采用10/100M以太网，可与电厂信息网联接，接口充分考虑未来扩展的需求。对目前的系统，利用原有的电站自动化系统中电度表、直流屏等微机接口设备，进行信息抽取和数据整合，实现电力信息的汇总管理。

           

间隔层的主要IEDs（保护装置、测控装置、直流系统、电量计费系统）和站级层之间的通信均应用IEC 61850通信协议标准实现。信息在高速以太网上交换。系统对时采用全站SNTP网络统一对时方式，同时设置独立装置的GPS系统。

2.5现场监控保护设备层

在保护方面配置GE公司的UR系列保护装置，该系列保护具有嵌入式IEC 61850通讯功能。岳一主变的保护配置一台T35变压器管理继电器，该保护具有比率制动的电流差动保护和过流保护功能，通过内部模块配置可实现带比率制动的电流差动保护、差流速断保护以及高、低压侧过流及速断的后备保护功能。通过配置I/O模块可实现瓦斯保护的动作和报警功能。馈线保护采用一台F35多馈线管理继电器，通过配置DSP模块可对五条馈线在物理上提供相对独立的保护监控单元功能，可以满足目前系统运行的监控及保护需求。

35/10KV变压器配置一台T35变压器管理继电器作为主保护和后备保护。提供的主要功能：变压器电流差动保护和瞬时电流差动保护、瞬时及延时过流后备保护、RS485+以太网接口（10/100Base-T）和IEC61850通信规约

5条10KV馈线配置一台F35多馈线管理继电器。提供的主要功能：瞬时及延时过流保护、RS485+以太网接口（10/100Base-T）
和IEC61850通信规约

3、系统软件功能

综合自动化软件系统由多个软件功能模块体系构成，可以进行配电系统的一次接线图的显示与操作、相关参数设置、遥控闭锁操作、报警、事件记录、分析曲线、棒图、实时与历史报表打印、智能报警、负荷分析、定值计算等功能，通讯管理系统软件可以实时采集站内各设备信息，并可同时向上一级自动化系统通过标准规约进行运行监测数据的传输。

3.1电力信息的采集与处理

实现配电系统中，各类电气设备信息监控和四遥功能。系统通过61850 Client从61850保护装置获得各个设备的模型（逻辑设备，逻辑节点，数据属性等），获得报告，日志，实时数据等，并在监控界面显示。提供开放的Activex控件接口，通过网络节点可以远程访问实时和历史数据。通过ODBC接口实现与关系数据库双向数据交换。符合工业自动化的标准通讯，能够以OPC标准和第三方软件进行数据交换。支持INTERNET/INTRANET直接访问，可以用IE浏览器作为一个瘦客户端软件来访问服务器的数据及监控画面。

3.2  图形功能

 运行工况图显示变电站或电网的地理位置图、一次接线图、电气主接线图、实时系统运行工况图、故障报警的详细记录、 跳闸设定的曲线对比图、模拟指针表图等。

分析曲线对实时数据以曲线的方式进行显示，可以对实时电流、电压和能耗等进行显示，并可以灵活的进行设置。

3.3报表功能

通过报表工具可以制作实时数据报表和历史数据报表。报警记录对系统模拟量的越限报警、开关跳闸报警进行记录。事件记录记录系统发生的事件信息和操作信息，并且可以线路情况进行查询。

3.4打印功能

定时打印报表和运行日志和开关操作记录及事件顺序记录打印。

3.5安全权限管理

为保证系统的安全性，系统可根据各工作站的不同用途设置相应权限，系统提供基于用户权限的安全管理系统，可设置系统操作员、系统工程师、外部有关人员等多级的操作权限，每个用户都有自己的加密的个人口令密码。

3.6软件系统开放性

数据库开放接口提供开放的Activex控件接口，通过网络节点可以远程访问实时和历史数据。

3.7事件处理机制

系统含有完善的事件记录服务机制，任何对数据库的访问、通讯数据的事件传送、现场采集数据的变化报警、网络通讯状态等均产生相应的带时间戳的事件，并可被历史记录，用户可以访问和查询这些记录。特别对SOE事件，严格按电力系统的相关规定处理，事件的存储、分类、查询及读取十分方便。

4 方案特点

4.1 IEC61850保护配置方案

系统配置GE公司UR系列保护装置，具备IEC 61850通讯功能。岳一主变配置T35差动主保护系统，内部配有监控模块，可实现高、低压侧过流及速断的保护功能和瓦斯保护动作的报警功能。五条馈线在物理上采用两台集中馈线保护装置F35，其在运行逻辑上完成五个独立的保护监控单元功能，可以满足目前系统运行的监控及保护需求。

4.2站内IEC61850通讯系统

站内IEC 61850通讯网络采用电接口高速星形以太网结构，主计算机采用嵌入式高速计算机系统，具有有3个高速10/100M以太网、8个RS-232/422/485通讯接口，同时承担了系统IEC 61850网络通讯交换机、后台监控主机、网络通讯管理机、协议转换器的作用。计算机结构采用工业级无风扇、全密封，上架式19”的1U结构，嵌入式安装于主保护监控屏上。

4.3与站外电厂监控中心通讯

该功能由站内主计算机采用丰富的通讯接口来完成，采用以太网方式（3个高速以太网接口），按IEC-104通讯规约，将系统信息于电厂信息系统互联通讯。全部监控主机、监控保护装置等设备安装于一面保护监控屏上。系统调试完成后，可在17”触摸显示器，对全站主变、出线及站内其他自动化设备进行监视、控制和保护。系统主站计算机具备监控、保护、信息查询、统计分析、历史数据存储、负荷曲线显示、主接线图显示、保护故障信息报警、工作报表管理等电力数据实时监测管理功能。同时计算机汇总全站信息，可与电厂远方监控主控室通讯。

本项目的实现在国内达到以下几个技术领域的创新成果：

第一个完整信息实现的变电站IEC61850的应用

第一个变电站IEC61850的系统与电厂信息系统互联实现

第一个站内直流、电度表系统设备级转换接入IEC61850系统

第一个变电站IEC61850的系统站内实现设备GOOSE信息闭锁应用