CN111509675A - 一种移动变电站主变保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动变电站主变保护系统及方法，包括监控主站、远动通信装置以及一体化信息平台，所述监控主站通过远动通信装置连接有测控装置，所述测控装置交互连接有电能计量装置，所述远动通信装置通过网络层连接有为变电站的运行、操作和管理提供人机交互的界面的所述一体化信息平台，所述一体化信息平台内部设置有采集以及检测电流、电压信息的智能终端连接器，所述智能终端连接器根据上层控制指令监测断路器以及隔离开关状态，实现了基于虚端子的自动测试配置，通过对两个阶段设置不同的计划检修周期，对变电站的保护系统在不同阶段的计划检修周期进行优化，从而有效的延长保护系统的可靠运行年限，降低了年平均成本。

Description

一种移动变电站主变保护系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及移动变电站技术领域，具体涉及一种移动变电站主变保护系统及方法。

背景技术

目前移动变电站保护系统中采用了大量的电子设备，如交换机、合并单元、智能终端等，电子设备的维护与检修效率与精度成为电网线路可靠性的评估条件，目前的移动变电站主变保护系统还存在以下缺点：

(1)现有的主变保护系统中从过程层网络上收集保护装置需要的采样值报文，增加了交换机作为中间环节，可靠性较低；

(2)现有的移动变电站中，信息均隐含在光缆中，二次回路的连接与设备之间不能明确的一一对应，并且是执行主变保护系统时需要对应配置设备之间的GOOSE连接信息，无法保证配置效率；

(3)移动变电站中缺少对线路设备检修的阶段配置，无法根据线路参数定期对线路设备进行检修周期优化。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种移动变电站主变保护系统及方法，以解决现有技术中由于移动变电站主变保护系统及方法可靠性较低、配置效率差、无法优化检修周期的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种移动变电站主变保护系统，包括监控主站、远动通信装置以及一体化信息平台，所述监控主站通过远动通信装置连接有测控装置，所述测控装置交互连接有电能计量装置，所述远动通信装置通过网络层连接有为变电站的运行、操作和管理提供人机交互的界面的所述一体化信息平台，所述一体化信息平台内部设置有采集以及检测电流、电压信息的智能终端连接器，所述智能终端连接器根据上层控制指令监测断路器以及隔离开关状态，并控制其分合操作。

作为本发明的一种优选方案，所述监控主站内部站控层网络采用双星型网络结构，且每个双星型网络均标记为A网和B网，并配置有网络中心交换机。

作为本发明的一种优选方案，所述网络中心交换机采用共网传输的网络模式以及按间隔配置的方案传输网络数据。

作为本发明的一种优选方案，所述远动通信装置接收来自所述网络中心交换机的网络数据并根据间隔配置时间接收来自所述测控装置的数据信息。

作为本发明的一种优选方案，所述测控装置采用虚端子接口构建电力线路的二次回路，并将二次回路的数据信息实时显示同步至所述一体化信息平台。

一种移动变电站主变保护方法，包括以下步骤：

首先、利用测控装置检测变电站线路的开关位置、刀闸位置和其他信号等开关量的数据信息，并依据所述电能计量装置采集线路实时运行状态的电压、电流数据信息以间隔配置时间绘制所有变电站线路间隔的GOOSE、SV数据流图；

其次、根据变电站各种装置光口之间的光纤连接状态绘制二次系统各装置之间的物理连接图；

最后，根据GOOSE、SV数据流图以及装置之间的物理连接图，构建全站的虚端子连接表，根据虚端子配置文件格式导入虚端子连接表构建二次虚回路体系。

作为本发明的一种优选方案，所述电能计量装置在间隔配置时间内将站内系统运行分为稳定运行期和损耗期，在不同采样跳闸模式下优化检修周期。

作为本发明的一种优选方案，所述检修周期优化步骤如下：

首先，构造变电站各保护系统在不同采样跳闸模式下的系统结构，获得保护设备满足威布尔分布时的尺度参数、形状参数；

其次，采用可靠性框图法获得不同采样跳闸模式下各保护系统采用单套配置和双重化配置时的可靠性框图，得到稳定运行时计划检修周期；

再者，根据各保护系统的相关可靠性指标与故障率，利用不同采样跳闸模式下各保护系统的平均无故障工作时间，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠运行概率；

最后，根据保护设备故障率以及其故障维修成本，结合不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠性框图，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的运行总成本，采取试值法求解不同采样跳闸模式下各保护系统的在稳定运行期的最优计划检修周期、损耗期的最优计划检修周期。

作为本发明的一种优选方案，所述可靠性框图法采样由输入节点进入，再由输出节点终止的逻辑分析实物连接图元件失效产生的概率。

作为本发明的一种优选方案，所述试值法是分别针对单套和双套的线路保护系统、母线保护系统、主变保护系统，先列出各保护系统在直采直跳、直采网跳、网采网跳的采样跳闸模式下可能存在的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期，利用排列组合形式将成本最小的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期最为最优解。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实质上是移动变电站主变保护系统及方法，构建了星型拓扑结构、AB双网的主变保护系统，利用进程工具包PAT建立变电站保护系统的各保护子功能进程，建立了监控主站、远动通信装置以及一体化信息平台等之间的交互模型，实现了基于线路设备的SV采样、GOOSE开关量输入/输出的自动测试配置，具有继电保护测试、时间同步系统测试、同步时钟源以及测控一体化测试等多种实用测试功能，通过对两个阶段设置不同的计划检修周期，使得不同采样跳闸模式下各保护系统的年均运行成本最低，对变电站的保护系统在不同阶段的计划检修周期进行优化，从而有效的延长保护系统的可靠运行年限，降低年平均成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施方式中移动变电站主变保护系统的结构框图；

图2为本发明实施方式中移动变电站主变保护方法的流程图。

图中：

1-监控主站；2-远动通信装置；3-测控装置；4-电能计量装置；5-一体化信息平台；6-智能终端连接器；7-网络中心交换机。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种移动变电站主变保护系统，采用开放式分层分布模式构建星型拓扑结构、AB双网的主变保护系统，采用共网传输的网络模式，减少了交换机的配置，降低了变电站的投资，并利用远动通信装置实现系统设备功能网段的逻辑划分，实现了网络安全隔离，提高了网络交互实时性。。

包括监控主站1、远动通信装置2以及一体化信息平台5，监控主站1通过远动通信装置2连接有测控装置3，测控装置3交互连接有电能计量装置4，远动通信装置4通过网络层连接有为变电站的运行、操作和管理提供人机交互的界面的一体化信息平台5，一体化信息平台5内部设置有采集以及检测电流、电压信息的智能终端连接器6，智能终端连接器6根据上层控制指令监测断路器以及隔离开关状态，并控制其分合操作。

本实施例中，监控主站1、远动通信装置2以及一体化信息平台5构成站控层，能够为变电站的运行、操作和管理提供人机交互的界面，对变电站是所有设备的信号和报文信息进行记录和汇总，测控装置3和电能计量装置4构成站控层间隔层，可以对一次设备进行就地的保护控制，并能完成本间隔过程层实时数据信息的就地监控功能，智能终端连接器6构成过程层，对智能变电站的电流、电压等电气量进行采集和检测，并对变电站的主要设备(变压器、断路器、隔离开关)进行状态监测、并能按上层控制指令进行断路器、隔离开关等一次设备的分合控制。

监控主站1内部站控层网络采用双星型网络结构，且每个双星型网络均标记为A网和B网，并配置有网络中心交换机7。

本实施例中，站控层安全区网络中心交换机配置4台，相邻安全区之间设置防火墙，站控层的设备与交换机之间的通信采用传输速率为100Mbps的电口，站控层与间隔层的交换机的通信采用传输速率为100Mbps的光口，能够保证线路数据的实时同步。

网络中心交换机7采用共网传输的网络模式以及按间隔配置的方案传输网络数据。

本实施例中，网络中心交换机7采用共网传输的网络模式主要为了减少交换机的配置以及降低变电站的投资。

远动通信装置2接收来自网络中心交换机7的网络数据并根据间隔配置时间接收来自测控装置3的数据信息。

本实施例中，远动通信装置2利用WLAN技术按交换机端口划分母线保护单元、合并单元、间隔GOOSE单元以及主变间隔单元，且每个单元接口之间均按照端口协议相互连通，实现了系统设备功能网段的逻辑划分，实现网络安全隔离，提高网络交互实时性。

测控装置3采用虚端子接口构建电力线路的二次回路，并将二次回路的数据信息实时显示同步至一体化信息平台5。

本实施例中，利用测控装置3采集光缆线路信息，将二次回路的连接与设备之间一一对应，能够起到监测和保护设备的作用。

如图2所示，一种移动变电站主变保护方法，包括以下步骤：

首先、利用测控装置检测变电站线路的开关位置、刀闸位置和其他信号等开关量的数据信息，并依据电能计量装置采集线路实时运行状态的电压、电流数据信息以间隔配置时间绘制所有变电站线路间隔的GOOSE、SV数据流图；

其次、根据变电站各种装置光口之间的光纤连接状态绘制二次系统各装置之间的物理连接图；

最后，根据GOOSE、SV数据流图以及装置之间的物理连接图，构建全站的虚端子连接表，根据虚端子配置文件格式导入虚端子连接表构建二次虚回路体系。

本实施例中，以间隔配置时间内的SV、GOOSE数据流，采用保护直采直跳的模式将GOOSE信号、SV信号通过共网线路传输至测控装置。

本实施例中，利用变电站的虚端子连接表来进行变电站的二次虚回路的设计，SV、GOOSE虚端子连接表清晰的表达了二次回路中模拟量SV输入、开关量GOOSE开入、开关量GOOSE开出的数据流向关系，能够反映智能变电站二次系统各设备之间的连接关系，进而完成智能变电站二次虚回路体系的设计。

电能计量装置在间隔配置时间内将站内系统运行分为稳定运行期和损耗期，在不同采样跳闸模式下优化检修周期。

检修周期优化步骤如下：

首先，构造变电站各保护系统在不同采样跳闸模式下的系统结构，获得保护设备满足威布尔分布时的尺度参数、形状参数；

其次，采用可靠性框图法获得不同采样跳闸模式下各保护系统采用单套配置和双重化配置时的可靠性框图，得到稳定运行时计划检修周期；

再者，根据各保护系统的相关可靠性指标与故障率，利用不同采样跳闸模式下各保护系统的平均无故障工作时间，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠运行概率；

最后，根据保护设备故障率以及其故障维修成本，结合不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠性框图，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的运行总成本，采取试值法求解不同采样跳闸模式下各保护系统的在稳定运行期的最优计划检修周期、损耗期的最优计划检修周期。

本实施例中，根据不同采样跳闸模式下各保护系统的故障率变化规律，将保护系统的运行分为稳定运行期与损耗期两个阶段，通过对两个阶段设置不同的计划检修周期，使得不同采样跳闸模式下各保护系统的年均运行成本最低，对变电站的保护系统在不同阶段的计划检修周期进行优化，从而有效的延长保护系统的可靠运行年限，降低年平均成本。

可靠性框图法采样由输入节点进入，再由输出节点终止的逻辑分析实物连接图元件失效产生的概率。

本实施例中，结合可靠性框图法，能够进一步考虑不同的采样跳闸模式以及不同的保护配置对保护系统可靠性的影响，并计算不同采样跳闸模式下单套配置的各保护系统与双重化配置的各保护系统的MTBF、可靠运行时间、年均运行成本等可靠性指标，对各保护系统进行可靠性评估，以验证主变保护系统的可靠性。

试值法是分别针对单套和双套的线路保护系统、母线保护系统、主变保护系统，先列出各保护系统在直采直跳、直采网跳、网采网跳的采样跳闸模式下可能存在的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期，利用排列组合形式将成本最小的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期最为最优解。

该移动变电站主变保护系统及方法，构建了星型拓扑结构、AB双网的主变保护系统，利用进程工具包PAT建立变电站保护系统的各保护子功能进程，建立了监控主站、远动通信装置以及一体化信息平台等之间的交互模型，实现了基于线路设备的SV采样、GOOSE开关量输入/输出的自动测试配置，具有继电保护测试、时间同步系统测试、同步时钟源以及测控一体化测试等多种实用测试功能，通过对两个阶段设置不同的计划检修周期，使得不同采样跳闸模式下各保护系统的年均运行成本最低，对变电站的保护系统在不同阶段的计划检修周期进行优化，从而有效的延长保护系统的可靠运行年限，降低年平均成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，包括监控主站(1)、远动通信装置(2)以及用于为变电站的运行、操作和管理提供人机交互的界面的一体化信息平台(5)，所述监控主站(1)通过所述远动通信装置(2)连接有测控装置(3)，所述测控装置(3)交互连接有电能计量装置(4)，所述远动通信装置(2)通过网络层连接所述一体化信息平台(5)，所述一体化信息平台(5)内部设置有采集以及检测电流、电压信息的智能终端连接器(6)，所述智能终端连接器(6)根据上层控制指令监测断路器以及隔离开关状态，并控制其分合操作。

2.根据权利要求1所述的一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，所述监控主站(1)内部站控层网络采用双星型网络结构，且每个双星型网络均标记为A网和B网，并配置有网络中心交换机(7)。

3.根据权利要求2所述的一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，所述网络中心交换机(7)采用共网传输的网络模式以及按间隔配置的方案传输网络数据。

4.根据权利要求3所述的一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，所述远动通信装置(2)接收来自所述网络中心交换机(7)的网络数据并根据间隔配置时间接收来自所述测控装置(3)的数据信息。

5.根据权利要求1所述的一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，所述测控装置(3)采用虚端子接口构建电力线路的二次回路，并将二次回路的数据信息实时显示同步至所述一体化信息平台(5)。

6.一种移动变电站主变保护方法，采用如权利1-5中任一项所述的一种移动变电站主变保护系统，其特征在于，包括以下步骤：

S01、利用测控装置检测变电站线路的开关位置、刀闸位置和其他信号等开关量的数据信息，并依据所述电能计量装置采集线路实时运行状态的电压、电流数据信息以间隔配置时间绘制所有变电站线路间隔的GOOSE、SV数据流图；

S02、根据变电站各种装置光口之间的光纤连接状态绘制二次系统各装置之间的物理连接图；

S03、根据GOOSE、SV数据流图以及装置之间的物理连接图，构建全站的虚端子连接表，根据虚端子配置文件格式导入虚端子连接表构建二次虚回路体系。

7.根据权利要求6所述的一种移动变电站主变保护方法，其特征在于，所述电能计量装置在间隔配置时间内将站内系统运行分为稳定运行期和损耗期，在不同采样跳闸模式下优化检修周期。

8.根据权利要求7所述的一种移动变电站主变保护方法，其特征在于，所述检修周期优化步骤如下：

首先，构造变电站各保护系统在不同采样跳闸模式下的系统结构，获得保护设备满足威布尔分布时的尺度参数、形状参数；

其次，采用可靠性框图法获得不同采样跳闸模式下各保护系统采用单套配置和双重化配置时的可靠性框图，得到稳定运行时计划检修周期；

再者，根据各保护系统的相关可靠性指标与故障率，利用不同采样跳闸模式下各保护系统的平均无故障工作时间，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠运行概率；

最后，根据保护设备故障率以及其故障维修成本，结合不同采样跳闸模式下各保护系统的可靠性框图，得到不同采样跳闸模式下各保护系统的运行总成本，采取试值法求解不同采样跳闸模式下各保护系统的在稳定运行期的最优计划检修周期、损耗期的最优计划检修周期。

9.根据权利要求8所述的一种移动变电站主变保护方法，其特征在于，所述可靠性框图法采样由输入节点进入，再由输出节点终止的逻辑分析实物连接图元件失效产生的概率。

10.根据权利要求8所述的一种移动变电站主变保护方法，其特征在于，所述试值法是分别针对单套和双套的线路保护系统、母线保护系统、主变保护系统，先列出各保护系统在直采直跳、直采网跳、网采网跳的采样跳闸模式下可能存在的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期，利用排列组合形式将成本最小的稳定运行期的最优计划检修周期和损耗期的最优计划检修周期最为最优解。

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