CN116317114A - 移动变电站监控与保护系统 - Google Patents

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CN116317114A CN202310121576.2A CN202310121576A CN116317114A CN 116317114 A CN116317114 A CN 116317114A CN 202310121576 A CN202310121576 A CN 202310121576A CN 116317114 A CN116317114 A CN 116317114A
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申昱博
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State Grid Heilongjiang Electric Power Co Ltd Electric Power Research Institute
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State Grid Heilongjiang Electric Power Co Ltd
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Qiqihar Power Supply Co Of State Grid Heilongjiang Electric Power Co ltd
State Grid Heilongjiang Electric Power Co Ltd Electric Power Research Institute
State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

移动变电站监控与保护系统，属于移动变电站监控与保护系统技术领域。解决了现有移动变电站监控与保护系统存在电气设备电气量和非电气量信号的监测、站内数据传输及站间互联性能差的问题。本发明述系统能够对终端层设备运行的电气量和非电气量信息进行全面采集和处理，同时监测SF6气体成分，将经过处理后的信息实时传送至传输层的保护控制一体化装置进行分析，获取的知识信息传送站控层实施智能化处理。本发明适用于移动变电站监控与保护。

Description

移动变电站监控与保护系统
技术领域
本发明属于移动变电站监控与保护系统技术领域。
背景技术
移动变电站是电力系统中“突发事件应急抢修预案”的重要组成部分，当发生重大自然灾害时，需要对灾害地区电力供应开展应急抢修时，移动变电站是电力供应的重要保障。移动变电站具有良好的灵活性和机动性，在特殊时期具有极其重要的战略意义。监控与保护系统是移动变电站的重要功能配置，智能化的监控与保护系统应用于移动变电站，能够使其具有灵活、机动的优势外，成为与常规变电站一样的无人值守智能变电站。现有移动变电站电气设备的电气量和非电气量信号通过电缆单独接入控制系统，缺乏智能合并单元及SF6气体成分监测，监控与保护功能运行复杂，站内通讯及站间互联不便，不具备智能化和自动化优势。
发明内容
本发明目的是为了解决现有移动变电站监控与保护系统存在电气设备电气量和非电气量信号的监测、站内数据传输及站间互联性能差的问题，提出了一种移动变电站监控与保护系统。
本发明所述的移动变电站监控与保护系统，包括终端层、传输层和站控层；
所述终端层用于采集变压器的输入电压电流信号，变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压频率，避雷器输入输出电压电流信号、北斗智能终端的电压、电流、时间和功率信号；
传输层用于接收终端层发送的信号，将接收的信号传输至站控层，同时接收站控层发送的控制信号，进行线路保护；
站控层用于接收传输层输出的信号，并根据传输层传输的信号对比计算判断变电站内的变压器、线路、避雷器、HGIS是否存在故障，若是存在故障向传输层发送保护控制信号；
传输层接收到保护控制信号向对应的装置发送断电保护信号。
进一步地，本发明中，终端层包括合并单元、电压互感器、电流互感器、智能终端、变压器检测控制单元、避雷器检测控制单元和HGIS检测控制单元；
电压互感器和电流互感器分别用于采集移动变电站变压器的输入输出电压电流信号，并将采集的电压电流信号发送至合并单元；
所述合并单元用于将接收的电流信号和电压信号发送至传输层；
变压器检测控制单元用于采集变压器的分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分和变压频率；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层；
避雷器检测控制单元用于采集避雷器的电压电流；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层；
HGIS检测控制单元用于采集北斗智能终端的电压、电流和功率；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层；
智能终端用于接收变压器检测控制单元、避雷器检测控制单元和HGIS检测控制单元发送的信号传递给传输层。
进一步地，本发明中，传输层包括变压器保护控制装置、避雷器保护控制装置、HGIS保护控制装置和线路保护控制装置；
变压器保护控制装置接收变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分计算变压器的输入输出功率，并将计算的功率与接收的信号发送至站控层；
避雷器保护控制装置将接收的避雷器的电流电压信号传输至站控层(3)；
HGIS保护控制装置将接收的北斗智能终端的电压、电流、功率信号传输至站控层；线路保护控制装置根据接收的变压器的输入输出电压、电流和北斗智能终端的电压、电流判断变压器与北斗智能终端的电压电流是否超过对应的阈值，当任意参数超过阈值则向对应的检测控制单元发送断电控制信号；
进一步地，本发明中，站控层包括北斗对时模块、数据处理模块、保护控制模块和远动通讯模块；
北斗对时模块用于对接收的北斗智能终端发送的时钟信号进行对比，若存在偏差则通过HGIS保护控制装置向HGIS检测控制单元发送时间调整信号；
数据处理模块用于根据接收的变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压器的输入输出功率、北斗智能终端的电压、电流、功率信号和避雷器的电流电压信号按时间顺序进行存储；
远动通讯模块用于接收远程控制信号，并将接收的控制信号发送至传输层对应的保护控制装置。
进一步地，本发明中，站控层还包括保护控制模块，传输层所有的保护控制装置均向保护控制模块发送状态信号，所述保护控制模块用于接收传输层中保护控制装置的状态信号并进行存储。
进一步地，本发明中，站控层还包括视频监控模块，视频监控模块用于通过摄像机对变压器内的电气设备进行图像采集，并对采集的信号进行存储。
本发明所述系统能够对终端层设备运行的电气量和非电气量信息进行全面采集和处理，同时监测SF6气体成分，将经过处理后的信息实时传送至传输层的保护控制一体化装置进行分析，获取的知识信息传送站控层实施智能化处理，梳理事件类别，同步系统时间，实现站内数据传输及站间互联，对异常信息形成告警，对故障信息执行保护动作，提升移动变电站运行的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明所述移动变电站监控与保护系统示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述移动变电站监控与保护系统，包括终端层1、传输层2和站控层3；
所述终端层1用于采集变压器的输入电压电流信号，变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压频率，避雷器输入输出电压电流信号、北斗智能终端的电压、电流、时间和功率信号；
传输层2用于接收终端层1发送的信号，将接收的信号传输至站控层3，同时接收站控层3发送的控制信号，进行线路保护；
站控层3用于接收传输层2输出的信号，并根据传输层2传输的信号对比计算判断变电站内的变压器、线路、避雷器、HGIS是否存在故障，若是存在故障向传输层2发送保护控制信号；
传输层2接收到保护控制信号向对应的装置发送断电保护信号。
进一步地，本发明中，终端层1包括合并单元101、电压互感器102、电流互感器103、智能终端104、变压器检测控制单元105、避雷器检测控制单元106和HGIS检测控制单元107；
电压互感器102和电流互感器103分别用于采集移动变电站变压器的输入输出电压电流信号，并将采集的电压电流信号发送至合并单元101；
所述合并单元101用于将接收的电流信号和电压信号发送至传输层2；
变压器检测控制单元105用于采集变压器的分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分和变压频率；并将采集的信号通过智能终端104发送至传输层2；
避雷器检测控制单元106用于采集避雷器的电压电流；并将采集的信号通过智能终端104发送至传输层2；
HGIS检测控制单元107用于采集北斗智能终端的电压、电流和功率；并将采集的信号通过智能终端104发送至传输层2。
进一步地，本发明中，传输层2包括变压器保护控制装置201、避雷器保护控制装置202、HGIS保护控制装置203和线路保护控制装置204；
变压器保护控制装置201接收变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分计算变压器的输入输出功率，并将计算的功率与接收的信号发送至站控层3；
避雷器保护控制装置202将接收的避雷器的电流电压信号传输至站控层3；
HGIS保护控制装置203将接收的北斗智能终端的电压、电流、功率信号传输至站控层3；
线路保护控制装置204根据接收的变压器的输入输出电压、电流和北斗智能终端的电压、电流判断变压器与北斗智能终端的电压电流是否超过对应的阈值，当任意参数超过阈值则向对应的检测控制单元发送断电控制信号；
进一步地，本发明中，站控层3包括北斗对时模块301、数据处理模块303、保护控制模块304和远动通讯模块305；
北斗对时模块301用于对接收的北斗智能终端发送的时钟信号进行对比，若存在偏差则通过HGIS保护控制装置向HGIS检测控制单元107发送时间调整信号；
数据处理模块303用于根据接收的变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压器的输入输出功率、北斗智能终端的电压、电流、功率信号和避雷器的电流电压信号按时间顺序进行存储；
远动通讯模块305用于接收远程控制信号，并将接收的控制信号发送至传输层对应的保护控制装置。
进一步地，本发明中，还包括保护控制模块304，传输层所有的保护控制装置均向保护控制模块304发送状态信号，所述保护控制模块304用于接收传输层中保护控制装置的状态信号并进行存储。
进一步地，本发明中，还包括视频监控模块302，所述视频监控模块302用于通过摄像机对变压器内的电气设备进行图像采集，并对采集的信号进行存储。
本发明所述移动变电站监控与保护系统，包括三层设备设计，即终端层、传输层、站控层，两层网络通信，即传输层与终端层之间的网络、站控层与传输层之间网络。终端层配置电压互感器、电流互感器的合并单元、变压器、避雷器、复合式气体绝缘组合电器(HybridGasInsulatedSwitchgear，HGIS)的智能终端；传输层配置变压器保护控制装置、避雷器保护控制装置、HGIS保护控制装置、线路保护控制装置；站控层配置北斗对时模块、视频监控模块、数据处理模块、保护控制模块、远动通讯模块。终端层中电压互感器、电流互感器的合并单元信号及变压器、避雷器、HGIS的智能终端信号通过传输层与终端层之间的网络传送至传输层，经过保护控制装置计算，再通过站控层与传输层之间网络将信息传送到站控层，通过时钟、监控、数据、保护、通讯等模块进行综合分析，对异常信息形成告警，对故障信息执行保护动作。
传输层的变压器保护控制装置、避雷器保护控制装置、HGIS保护控制装置、线路保护控制装置与终端层的合并单元采用点对点通信，通讯采用IEC61850-9-2规约；传输层的变压器保护控制装置、避雷器保护控制装置、HGIS保护控制装置、线路保护控制装置与终端层的智能终端采用GOOSE点对点方式跳闸；站控层的北斗对时模块、视频监控模块、数据处理模块、保护控制模块、远动通讯模块与传输层的变压器保护控制装置、避雷器保护控制装置、HGIS保护控制装置、线路保护控制装置采用IEC61850-8-1通信协议。站控层与终端层独立建网，站控层采用单星型500M以太网，终端层采用单星型500M以太网传输GOOSE信息。
终端层配置的合并单元连接的电压互感器和电流互感器所测量数据，分别标记数据类型及其对应的设备，汇集于单元中，通过点对点传输方式，将数据传送到传输层；终端层配置的变压器、避雷器、HGIS的智能终端能够监测电压、电流、功率、功率、频率、开关位置、断线、故障、异常、变压器分接开关档位、变压器油、温度、SF6气体成分等信号，汇集于终端中，通过GOOSE点对点方式传送至传输层的保护控制一体化装置，并能执行传输层的重合闸、变压器分接头调整等保护和控制动作。
传输层配置的变压器、避雷器、HGIS保护控制一体化装置具有主变差动、后备保护、过流、非电量、有载调压开关档位切换、绝缘油信息采集、遥调控制等功能，通过光纤与站控层的北斗对时模块、视频监控模块、数据处理模块、保护控制模块、远动通讯模块及终端层的合并单元、智能终端实现通讯连接；传输层配置的线路保护控制一体化装置具有距离I段、II段、III段、电流、电压、投切等功能，通过光纤与站控层的北斗对时模块、视频监控模块、数据处理模块、保护控制模块、远动通讯模块及终端层的合并单元、智能终端实现通讯连接。站控层配置的北斗对时模块采用SNTP网络对时协议，支持北斗系统的标准授时信号，确保移动变电站系统内时间同步，通过数据接口与视频监控模块、数据处理模块、保护控制模块、远动通讯模块相连。站控层配置的视频监控模块具有3个全景摄像头，覆盖移动变电站电气设备，对设备运行状态实时监控，通过数据接口与远动通讯模块相连。站控层配置的数据处理模块对采集的模拟量、开关量、脉冲量、微机保护量进行计算和处理，通过数据接口与保护控制模块、远动通讯模块相连。站控层配置的保护控制模块对数据采集模块发送的电压、电流、功率、频率、开关位置、断线、故障、异常、变压器分接开关档位、变压器油、温度、SF6气体、重/轻瓦斯保护、纵差保护、差流速断保护、过电流闭锁有载调压、过负荷保护、过电流保护、重合闸动作、保护定值等进行分析，对于异常事件发出告警，对于故障事件执行保护动作，通过数据接口与远动通讯模块相连。站控层配置的远动通讯模块与层内各模块均建有数据接口连接，实现各功能的同步与实施，同时通过IEC61850-8-1通信协议与传输层连接，传递设备保护控制信号，通过光纤接口，采用IEC61850-9-2规约与其他移动变电站、监控中心、调度中心之间的互联。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.移动变电站监控与保护系统，其特征在于，包括终端层(1)、传输层(2)和站控层(3)；
所述终端层(1)用于采集变压器的输入电压电流信号，变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压频率，避雷器输入输出电压电流信号、北斗智能终端的电压、电流、时间和功率信号；
传输层(2)用于接收终端层(1)发送的信号，将接收的信号传输至站控层(3)，同时接收站控层(3)发送的控制信号，进行线路保护；
站控层(3)用于接收传输层(2)输出的信号，并根据传输层(2)传输的信号对比计算判断变电站内的变压器、线路、避雷器、HGIS是否存在故障，若是存在故障向传输层(2)发送保护控制信号；
传输层(2)接收到保护控制信号向对应的装置发送断电保护信号。
2.根据权利要求1所述的移动变电站监控与保护系统，其特征在于，终端层(1)包括合并单元(101)、电压互感器(102)、电流互感器(103)、智能终端(104)、变压器检测控制单元(105)、避雷器检测控制单元(106)和HGIS检测控制单元(107)；
电压互感器(102)和电流互感器(103)分别用于采集移动变电站变压器的输入输出电压电流信号，并将采集的电压电流信号发送至合并单元(101)；
所述合并单元(101)用于将接收的电流信号和电压信号发送至传输层(2)；
变压器检测控制单元(105)用于采集变压器的分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分和变压频率；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层(2)；
避雷器检测控制单元(106)用于采集避雷器的电压电流；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层(2)；
HGIS检测控制单元(107)用于采集北斗智能终端的电压、电流和功率；并将采集的信号通过智能终端发送至传输层(2)；
智能终端(104)用于接收变压器检测控制单元(105)、避雷器检测控制单元(106)和HGIS检测控制单元(107)发送的信号传递给传输层(2)。
3.根据权利要求1或2所述的移动变电站监控与保护系统，其特征在于，传输层(2)包括变压器保护控制装置(201)、避雷器保护控制装置(202)、HGIS保护控制装置(203)和线路保护控制装置(204)；
变压器保护控制装置(201)接收变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分计算变压器的输入输出功率，并将计算的功率与接收的信号发送至站控层(3)；
避雷器保护控制装置(202)将接收的避雷器的电流电压信号传输至站控层(3)；
HGIS保护控制装置(203)将接收的北斗智能终端的电压、电流、功率信号传输至站控层(3)；
线路保护控制装置(204)根据接收的变压器的输入输出电压、电流和北斗智能终端的电压、电流判断变压器与北斗智能终端的电压电流是否超过对应的阈值，当任意参数超过阈值则向对应的检测控制单元发送断电控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的移动变电站监控与保护系统，其特征在于，站控层(3)包括北斗对时模块(301)、数据处理模块(303)、保护控制模块(304)和远动通讯模块(305)；
北斗对时模块(301)用于对接收的北斗智能终端发送的时钟信号进行对比，若存在偏差则通过HGIS保护控制装置向HGIS检测控制单元(107)发送时间调整信号；
数据处理模块(303)用于根据接收的变压器的输入输出电压、电流、变压器分接开关档位、变压器油的温度、变压器内SF6气体成分、变压器的输入输出功率、北斗智能终端的电压、电流、功率信号和避雷器的电流电压信号按时间顺序进行存储；
远动通讯模块(305)用于接收远程控制信号，并将接收的控制信号发送至传输层对应的保护控制装置。
5.根据权利要求1所述的移动变电站监控与保护系统，其特征在于，站控层(3)还包括保护控制模块(304)，传输层(2)所有的保护控制装置均向保护控制模块(304)发送状态信号，所述保护控制模块(304)用于接收传输层中保护控制装置的状态信号并进行存储。
6.根据权利要求1所述的移动变电站监控与保护系统，其特征在于，站控层(3)还包括视频监控模块(302)，视频监控模块(302)用于通过摄像机对变压器内的电气设备进行图像采集，并对采集的信号进行存储。
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