CN103475092A - 一种传统变电站断路器智能化改造方法 - Google Patents

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Abstract

一种传统变电站断路器智能化改造方法。其包括下列步骤：在站控层设置后台监控计算机的S01阶段、建立间隔层智能组件柜的S02阶段、在电力设备的一次侧安装各信号采集传感器的S03阶段、使用过程网络交换机，建立过程层各传感器与间隔层各智能组件之间连接的S04阶段、建立IEC6185标准化信息模型，通过光纤网络建立后台监控计算机与智能组件柜之间连接的S05阶段；本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法的效果：1、通过主监测组件对信息进行集中处理，多方信息的融合可以更准确地了解设备状况；2、主监测组件通过光纤上送到站控层，减少了电缆数量的同时还提高了传输速度和效率。

Description

一种传统变电站断路器智能化改造方法
技术领域
本发明属于电力输变电控制技术领域，特别是涉及一种传统变电站断路器智能化改造方法。
背景技术
以往对常规变电站中的高压设备（如断路器）采用加装各类监测传感器及相应专业监测装置的方法来达到对高压设备的状态感知，以实现对高压设备状态监测的目的，虽然这样做在一定程度上取得了预期的效果，然而这样做存在诸多弊端：
一是众多的监测装置之间信息融合度差，导致监测参量虽多却无法据此对高压设备的状态进行综合诊断；另一方面是各个监测装置均独立引出电缆与变电站监控室或二次小室相连，随着监测装置和高压设备数量的增加，电缆的数量也呈爆发式增长，不但成本增加、接线复杂，也在一定程度上埋下了诸多安全隐患。
在智能电网发展的新形势下迫切需要提出一种新型的、灵活、可靠的传统变电站的断路器智能化改造手段，以克服上述的各项弊病。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种传统变电站断路器智能化改造方法。
为了达到上述目的，本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤一、在站控层设置后台监控计算机的S01阶段：在站控层设置具有IEC6185标准化信息接口的后台监控计算机，作为站内监测计算机；
步骤二、建立间隔层智能组件柜的S02阶段：建立由多个智能组件组成的针对断路器各状态信号和常规信息进行监测的智能组件柜，用于采集现场信号并上传至后台监控计算机；断路器间隔层由断路器智能组件完成其相关功能，智能组件柜内的各类状态监测装置及主IED（智能电子设备）实现过程层各类状态信息的就地数字化，并由主IED统一建模并集中上送至站控层网络；
步骤三、在电力设备的一次侧安装各信号采集传感器的S03阶段：在电力设备的一次侧即过程层加装各类状态监测外置传感器，即在断路器的一次侧安装各类用于采集现场信号的传感器，实现SF6气室温湿度、SF6气体浓度、SF6气体压力、断路器分合闸线圈电流、电机电流等数据的现场获取；
步骤四、使用过程网络交换机，建立过程层各传感器与间隔层各智能组件之间连接的S04阶段：建立智能组件柜内各智能组件与相应的各传感器之间的连接；
步骤五、建立IEC6185标准化信息模型，通过光纤网络建立后台监控计算机与智能组件柜之间连接的S05阶段：建立设置在间隔层的智能组件柜与设置在站控层的后台监控计算机之间的通信连接。
在S02阶段中，所述的智能组件柜包括主监测组件、气体监测组件和机械状态监测组件；其中：主监测组件为安装在智能组件柜内部的断路器监测主IED，其通过光纤网络与设置在站控层的站内监测计算机相连接，同时通过柜内通信网络与气体监测组件和机械状态监测组件相连接；
气体监测组件为安装在智能组件柜内部的SF6监测IED，其通过模拟量采集接口分别与安装在变电站断路器机构箱内的气体传感器相连接；
机械状态监测组件为安装在智能组件柜内部的断路器状态监测IED，其与安装在断路器机构箱内的状态量传感器相连接。
所述的气体传感器包括SF6微水变送器、SF6气体压力传感器和SF6气体浓度传感器。
所述的状态量传感器包括分闸线圈电流互感器、合闸线圈电流互感器和储能电机电流互感器。
所述的智能组件柜内部还包括：局放监测组件、可扩展组件、过程层通信端子排和站控层通信端子排；其中：局放监测组件为扩展监测组件；可扩展组件为预留扩展组件的位置；过程层通信端子排用于连接过程层的各类传感器；站控层通信端子排为与站内监测计算机相连接的连接端口。
所述的柜内通信网络由RS-485、CAN、以太网之中的一种构成，在智能组件柜的内部设有与柜内通信网络相对应的间隔层网络交换机。
所述的主监测组件提供RS-485、CAN、以太网通信接口。
所述的机械状态监测组件的相关传感器布置在断路器机构箱内，均为穿心式霍尔传感器，利用过程层通信端子排接入；气体监测组件与SF6微水变送器之间通过RS485通信；机械状态监测组件与气体监测组件均通过IEC61850规约与主监测组件通信，主监测组件通过站控层通信端子排连接光纤将经过汇总的信息上传给站控层的站内监测计算机。
本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法具有如下有益效果：
1、通过主监测组件对信息进行集中处理，多方信息的融合可以更准确地了解设备状况；
2、主监测组件通过光纤上送到站控层，减少了电缆数量的同时还提高了传输速度和效率。
附图说明
图1为本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法流程框图。
图2为本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法所采用的智能组件柜组成框图。
图3为上述智能组件柜内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤一、在站控层设置后台监控计算机的S01阶段：在站控层设置具有IEC6185标准化信息接口的后台监控计算机，作为站内监测计算机；
步骤二、建立间隔层智能组件柜的S02阶段：建立由多个智能组件组成的针对断路器各状态信号和常规信息进行监测的智能组件柜，用于采集现场信号并上传至后台监控计算机；断路器间隔层由断路器智能组件完成其相关功能，智能组件柜内的各类状态监测装置及主IED（智能电子设备）实现过程层各类状态信息的就地数字化，并由主IED统一建模并集中上送至站控层网络；
步骤三、在电力设备的一次侧安装各信号采集传感器的S03阶段：在电力设备的一次侧即过程层加装各类状态监测外置传感器，即在断路器的一次侧安装各类用于采集现场信号的传感器，实现SF6气室温湿度、SF6气体浓度、SF6气体压力、断路器分合闸线圈电流、电机电流等数据的现场获取；
步骤四、使用过程网络交换机，建立过程层各传感器与间隔层各智能组件之间连接的S04阶段：建立智能组件柜内各智能组件与相应的各传感器之间的连接；
步骤五、建立IEC6185标准化信息模型，通过光纤网络建立后台监控计算机与智能组件柜之间连接的S05阶段：建立设置在间隔层的智能组件柜与设置在站控层的后台监控计算机之间的通信连接。
如图2所示，在S02阶段中，所述的智能组件柜2包括：主监测组件21、气体监测组件22和机械状态监测组件23；其中：主监测组件21为安装在智能组件柜2内部的断路器监测主IED，其通过光纤网络与设置在站控层的站内监测计算机1相连接，同时通过柜内通信网络与气体监测组件22和机械状态监测组件23相连接；
气体监测组件22为安装在智能组件柜2内部的SF6监测IED，其具备采集断路器各气体状态量功能，通过模拟量采集接口分别与安装在变电站断路器机构箱内的气体传感器3相连接；
机械状态监测组件23为安装在智能组件柜2内部的断路器状态监测IED，其具备采集断路器各类状态量功能，与安装在断路器机构箱内的状态量传感器相连接。
所述的气体监测组件22所采集的各气体模拟量包括：SF6气体含水量、SF6气体压力、SF6气体浓度等，所述的气体传感器3包括SF6微水变送器、SF6气体压力传感器和SF6气体浓度传感器。
所述的机械状态监测组件23所采集的各机械状态量包括：分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流等，所述的状态量传感器包括分闸线圈电流互感器4、合闸线圈电流互感器5和储能电机电流互感器6。
如图3所示，所述的智能组件柜2内部还包括：局放监测组件24、可扩展组件25、过程层通信端子排26和站控层通信端子排28；其中：局放监测组件24为扩展监测组件，用于监测断路器的局部放电情况；可扩展组件25为预留扩展组件的位置；过程层通信端子排26用于连接过程层的各类传感器；站控层通信端子排28为与站内监测计算机1相连接的连接端口。
所述的柜内通信网络由RS-485、CAN、以太网等通信网络之中的一种构成，在智能组件柜2的内部设有与柜内通信网络相对应的间隔层网络交换机27，用于实现主监测组件21与其它监测IED之间的信息交换。
所述的主监测组件21提供RS-485、CAN、以太网等通信接口，其与各类监测装置之间通过智能组件的柜内通信网络接入相关监测装置的状态监测信息，同时监测装置配套模拟量采集接口，具备接入断路器各类模拟量(诸如SF6气体含水量、SF6气体压力、SF6气体浓度等)功能，通过断路器就近配置的智能组件柜2内的主监测组件21实现对断路器的全部状态信息采集，并就地实现初步分析、诊断功能；
所述的主监测组件21接入断路器各类监测装置信息，并建立统一的IEC61850标准化信息模型，通过光纤网络接入站控层网络，位于高压设备现场的智能组件柜2与二次小室或变电站监控室之间仅须配套必要的交、直流供电电源线缆及通信光纤，即可完成从变电站断路器监测现场到变电站监控小室的状态监测信息的接入需求。
所述的机械状态监测组件23的相关传感器布置在断路器机构箱内，均为穿心式霍尔传感器，利用过程层通信端子排26接入，通过电信号进行通信；气体监测组件22与SF6微水变送器之间通过RS485通信。机械状态监测组件23与气体监测组件22均通过IEC61850规约与主监测组件21通信，主监测组件21通过站控层通信端子排28连接光纤将经过汇总的信息上传给站控层的站内监测计算机1。
在S02、S03阶段中，对于智能组件柜2柜内组件设置和传感器的安装，可根据监测项目数量、场地条件的不同来对子项监测组件的安放位置和传输信道进行调整。传感器的安放应遵循不破坏原断路器结构的原则进行，如安装分合闸线圈电流传感器时使用钳形表或类似装置进行安装。如果场地条件不允许开挖电缆沟，为了保证数据的正常传输，在传感器和监测组件之间设立无线通讯信道。
在S02阶段中，对于SF6气室的温湿度、SF6气体含水量、SF6气体浓度、SF6气体压力等各类模拟量的采集，借助断路器自身已有的补气口，通过安装带有三通管的传感器将信号输出并接入到气体监测组件22所对应的模拟量采集接口完成上述信息的就地采集；针对储能电机电流监测、分合闸线圈电流监测的功能需求，分别在断路器机构箱内的对应控制电缆上安装穿心式霍尔传感器，实现断路器的各类状态参量的传感测量，断路器的各类监测传感器与其设备本体附近部署的智能组件柜2内的机械状态监测组件23之间通过信号电缆及电源电缆实现连接，完成各监测装置的现场状态监测信号接入工作。
所述的智能组件柜2安装在断路器本体附近，在智能组件柜2内配置各类断路器智能组件，包括各类监测组件及主监测组件21。
本发明提供的传统变电站断路器智能化改造方法，针对断路器的智能化改造，提出对断路器加装传感器和智能组件的方式，完成断路器的状态量采集、常规量采集、初步分析、诊断和数据发送功能。通过在断路器本体附近加装智能组件柜，柜内将集合各类监测装置而不是将监测装置安放在二次小室或变电站监控室内。智能组件柜将适应安放地区的各类恶劣工况，并具有专门的温控除湿功能以保证柜内监测装置稳定运行。

Claims (8)

1.一种传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述方法包括按顺序进行的下列步骤：
步骤一、在站控层设置后台监控计算机的S01阶段：在站控层设置具有IEC6185标准化信息接口的后台监控计算机，作为站内监测计算机；
步骤二、建立间隔层智能组件柜的S02阶段：建立由多个智能组件组成的针对断路器各状态信号和常规信息进行监测的智能组件柜，用于采集现场信号并上传至后台监控计算机；断路器间隔层由断路器智能组件完成其相关功能，智能组件柜内的各类状态监测装置及主IED（智能电子设备）实现过程层各类状态信息的就地数字化，并由主IED统一建模并集中上送至站控层网络；
步骤三、在电力设备的一次侧安装各信号采集传感器的S03阶段：在电力设备的一次侧即过程层加装各类状态监测外置传感器，即在断路器的一次侧安装各类用于采集现场信号的传感器，实现SF6气室温湿度、SF6气体浓度、SF6气体压力、断路器分合闸线圈电流、电机电流等数据的现场获取；
步骤四、使用过程网络交换机，建立过程层各传感器与间隔层各智能组件之间连接的S04阶段：建立智能组件柜内各智能组件与相应的各传感器之间的连接；
步骤五、建立IEC6185标准化信息模型，通过光纤网络建立后台监控计算机与智能组件柜之间连接的S05阶段：建立设置在间隔层的智能组件柜与设置在站控层的后台监控计算机之间的通信连接。
2.根据权利要求1所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：在S02阶段中，所述的智能组件柜（2）包括主监测组件（21）、气体监测组件（22）和机械状态监测组件（23）；其中：主监测组件（21）为安装在智能组件柜（2）内部的断路器监测主IED，其通过光纤网络与设置在站控层的站内监测计算机（1）相连接，同时通过柜内通信网络与气体监测组件（22）和机械状态监测组件（23）相连接；
气体监测组件（22）为安装在智能组件柜（2）内部的SF6监测IED，其通过模拟量采集接口分别与安装在变电站断路器机构箱内的气体传感器（3）相连接；
机械状态监测组件（23）为安装在智能组件柜（2）内部的断路器状态监测IED，其与安装在断路器机构箱内的状态量传感器相连接。
3.根据权利要求2所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述的气体传感器（3）包括SF6微水变送器、SF6气体压力传感器和SF6气体浓度传感器。
4.根据权利要求2所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述的状态量传感器包括分闸线圈电流互感器（4）、合闸线圈电流互感器（5）和储能电机电流互感器（6）。
5.根据权利要求2所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述的智能组件柜（2）内部还包括：局放监测组件（24）、可扩展组件（25）、过程层通信端子排（26）和站控层通信端子排（28）；其中：局放监测组件（24）为扩展监测组件；可扩展组件（25）为预留扩展组件的位置；过程层通信端子排（26）用于连接过程层的各类传感器；站控层通信端子排（28）为与站内监测计算机（1）相连接的连接端口。
6.根据权利要求2所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述的柜内通信网络由RS-485、CAN、以太网之中的一种构成，在智能组件柜（2）的内部设有与柜内通信网络相对应的间隔层网络交换机（27）。
7.根据权利要求2所述的传统变电站断路器智能化改造方法，其特征在于：所述的主监测组件（21）提供RS-485、CAN、以太网通信接口。
8.根据权利要求2所述的变电站断路器智能组件柜，其特征在于：所述的机械状态监测组件（23）的相关传感器布置在断路器机构箱内，均为穿心式霍尔传感器，利用过程层通信端子排（26）接入；气体监测组件（22）与SF6微水变送器之间通过RS485通信；机械状态监测组件（23）与气体监测组件（22）均通过IEC61850规约与主监测组件（21）通信，主监测组件（21）通过站控层通信端子排（28）连接光纤将经过汇总的信息上传给站控层的站内监测计算机（1）。
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