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【摘要】文章详细介绍了智能变电站中监控系统的3种结构模式，以及监控系统在智能变电站中的应用，并结合实际，阐述了系统与传统变电站相比的可靠性与优越性。
【关键词】智能化变电站；监控系统；系统模式
【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0090-01
1、前言
随着智能技术的广泛发展，在智能化变电站中，光缆取代了电缆，光信号取代了电信号，GOOSE连线取代了传统的电气物理连接，数据采集及命令执行的智能终端下放至户外机构箱内，合并单元集中组屏，由于这些新技术的出现，使得传统监控系统的功能也已经无法满足智能变电站的功能要求，当前输变电建设和城乡电网的建设与改造，正在逐渐采用智能监控系统的变电站综合自动化技术，以取代传统的继电保护与仪器仪表及测量控制、当地监控及远动等各自分离的功能，实现变电站的无人化、小型化和基本免维护，大大提高电网运行的安全可靠性和经济效益。
2、智能变电站系统网络架构
智能化变电站首先必须有一个完整的网络框架，一个好的网络构架是智能变电站监控系统稳定运行的基础。开元变电站网络架构按照逻辑接受与执行功能，可被分配到站控层、间隔层、过程层、面向通用对象的变电站事件网及制造报文规范网。
其中站控层是由囊括了保护信息子站的监控系统、一体化五防系统、远动系统、报文监测系统等；间隔层由不同电压等级的保护装置、测控装置、保护测控一体装置、录波单元、交直流一体电源等组成；过程层则由电子式互感器、合并单元、智能终端等采集和执行单元（设备）组成。从物理上看，智能化变电站仍然是一次设备和二次设备两个层面。由于一次设备的智能化及二次设备的网络化，并且在数字化变电站基础上增加了一些高级应用，使得智能化变电站一次设备和二次设备之问的结合更加紧密。
变电站综合监控系统可由站端系统、传输网络、主站系统这三个相互衔接、缺一不可的部分组成。站端系统对站内的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁、照明、给排水和空调通风系统进行了整合，主要负责对变电站视音频、环境量、开关报警量等信息进行采集、编码、存储及上传，并根据制定的规则进行自动化联动。
3、智能监控系统的结构形式
智能监控系统按结构形式可分为集中监控系统模式、区域供电集中监控系统模式和光纤自愈环网集中监控系统模式。下面分别介绍这3种系统的结构及功能特点。
3.1 集中监控系统模式
集中监控系统模式适用于供电范围集中、监控对象数量不大的电力监控系统。系统采用分层分布式机构，分为间隔层设备、通信层设备、站控层设备。系统间隔层设备采用微机综合保护装置、智能配电仪表以及其他智能电子设备（IED）装置。所有间隔层设备均带有RS 485通信接口，以Modbus通信协议通过屏蔽双绞线接入通信管理机。通信管理机和后台监控主机通过站级以太网连接。系统监控主机可在HMI上显示整个系统的监控画面和实时运行状态。系统监控主机还可以对系统进行常规的控制，并对系统进行维护、修改和配置。
3.2 区域供电集中监控系统模式
区域供电集中监控系统适用于供电区域广、设备分布分散的电力监控系统。系统采用分布通信、主控室统一管理的模式。通过由网络、光纤附件等组成的站级以太网将各个变电所的通信管理机集成为一个系统，实现对整个区域的电力监控。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用，极大地提高了系统的可靠性、完整性。系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，可靠性高，维护方便，具备软、硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级。可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化网络各节点资源，均衡网络负担，便于系统的分阶段实施。
3.3 光纤自愈环网集中监控系统模式
此模式针对大型区域供电系统，变电站分布分散的智能化监控系统可采用基于光纤自愈环网的以太网结构。基于光纤自愈环网的以太网结构具有容错、高速、远距离传输和网络布线简洁等优点。光纤自愈环网避免了系统网络接入设备的多级级联，进一步提高了网络的可靠性。整个系统采用星型和光纤自愈网络混合的网络，既避免了纯环型网络在节点过多时的缺点，又保存了星型以太网接口标准扩展的优点。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用。各区域子站可根据需要选配子站监控HMI，这样使得各子站监控系统可以作为独立子系统运行，又可以组合为一个有机整体，极大地提高了系统的可靠性、完整性。
4、变电站监控系统设计
（1）变电站监控系统包括站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、分布式结构。站控层为全所设备监视、测量、控制、管理的中心，通过光缆与间隔层相连。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散于继电气室中，在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔层的监测和开关控制功能。
（2）当地监控主站具有主处理器及服务器的功能，为站控层数据收集、处理、存储及发送的中心。当地监控主站是站内计算机控制系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导操作控制命令的解释和下达等。通过当地监控主站，运行值班人员能实现对全站生产设备的运行监测和操作控制。
（3）间隔层直接采集处理现场原始数据，通过网络传送给站级计算机，同时接收站控层发来的控制操作命令，经过有效的判断、闭锁检测、同步检测等，最后对设备进行操作控制。间隔层也可独立完成对开关的控制操作。
（4）监控子站内的所有装置由通信管理机进行集中管理。管理机提供接口，接入以太网，将数据处理后与监控中心的监控系统进行数据交互。监控子站与监控中心之间通过光纤进行通信，光纤经转换后接入以太网交换机，形成全区光纤以太网络。
（5）智能监控系统的数据更新周期可控制在10秒以内，可在小于1秒的时间内完成对一级数据的更新处理；实现了对多种不同厂家设备的接入及通信控制；人机界面简单、易操作；与设备配合，实现了遥控、遥测、遥调、SOE信息采集、事件记录、报警记录等电力监控功能，确保了监控系统与间隔层继电保护装置和智能仪表之间的无缝结合。
5、结论
（1）智能化变电站系统“三层两网”通信网络采用统一的通信规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通信速度，降低了系统的复杂度，降低了调试及维护的难度，提高了通信系统的性能。
（2）智能变电站监控系统的应用是建立在常规变电站自动化技术发展的基础之上的，智能变电站监控系统各种支撑技术对于变电站信息传输、应用模式带来的变化是全方位的。这种变化所体现的特征将更利于实现信息的综合应用，提高变电站的智能化程度，同时也将对二次系统设计、实验、运行带来深刻的影响。
（3）智能变电站监控系统的应用技术实现了常规变电站自动化技术的发展与突破，具有明显的技术特征，智能变电站监控系统的应用体现了网络通信技术的特点，因此可以获得更高的可靠性和冗余性。
【关键词】智能化变电站；监控系统；系统模式
【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0090-01
1、前言
随着智能技术的广泛发展，在智能化变电站中，光缆取代了电缆，光信号取代了电信号，GOOSE连线取代了传统的电气物理连接，数据采集及命令执行的智能终端下放至户外机构箱内，合并单元集中组屏，由于这些新技术的出现，使得传统监控系统的功能也已经无法满足智能变电站的功能要求，当前输变电建设和城乡电网的建设与改造，正在逐渐采用智能监控系统的变电站综合自动化技术，以取代传统的继电保护与仪器仪表及测量控制、当地监控及远动等各自分离的功能，实现变电站的无人化、小型化和基本免维护，大大提高电网运行的安全可靠性和经济效益。
2、智能变电站系统网络架构
智能化变电站首先必须有一个完整的网络框架，一个好的网络构架是智能变电站监控系统稳定运行的基础。开元变电站网络架构按照逻辑接受与执行功能，可被分配到站控层、间隔层、过程层、面向通用对象的变电站事件网及制造报文规范网。
其中站控层是由囊括了保护信息子站的监控系统、一体化五防系统、远动系统、报文监测系统等；间隔层由不同电压等级的保护装置、测控装置、保护测控一体装置、录波单元、交直流一体电源等组成；过程层则由电子式互感器、合并单元、智能终端等采集和执行单元（设备）组成。从物理上看，智能化变电站仍然是一次设备和二次设备两个层面。由于一次设备的智能化及二次设备的网络化，并且在数字化变电站基础上增加了一些高级应用，使得智能化变电站一次设备和二次设备之问的结合更加紧密。
变电站综合监控系统可由站端系统、传输网络、主站系统这三个相互衔接、缺一不可的部分组成。站端系统对站内的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁、照明、给排水和空调通风系统进行了整合，主要负责对变电站视音频、环境量、开关报警量等信息进行采集、编码、存储及上传，并根据制定的规则进行自动化联动。
3、智能监控系统的结构形式
智能监控系统按结构形式可分为集中监控系统模式、区域供电集中监控系统模式和光纤自愈环网集中监控系统模式。下面分别介绍这3种系统的结构及功能特点。
3.1 集中监控系统模式
集中监控系统模式适用于供电范围集中、监控对象数量不大的电力监控系统。系统采用分层分布式机构，分为间隔层设备、通信层设备、站控层设备。系统间隔层设备采用微机综合保护装置、智能配电仪表以及其他智能电子设备（IED）装置。所有间隔层设备均带有RS 485通信接口，以Modbus通信协议通过屏蔽双绞线接入通信管理机。通信管理机和后台监控主机通过站级以太网连接。系统监控主机可在HMI上显示整个系统的监控画面和实时运行状态。系统监控主机还可以对系统进行常规的控制，并对系统进行维护、修改和配置。
3.2 区域供电集中监控系统模式
区域供电集中监控系统适用于供电区域广、设备分布分散的电力监控系统。系统采用分布通信、主控室统一管理的模式。通过由网络、光纤附件等组成的站级以太网将各个变电所的通信管理机集成为一个系统，实现对整个区域的电力监控。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用，极大地提高了系统的可靠性、完整性。系统采用标准化、网络化、功能分布的体系结构，可靠性高，维护方便，具备软、硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级。可以根据系统的规模和特殊需求，充分优化网络各节点资源，均衡网络负担，便于系统的分阶段实施。
3.3 光纤自愈环网集中监控系统模式
此模式针对大型区域供电系统，变电站分布分散的智能化监控系统可采用基于光纤自愈环网的以太网结构。基于光纤自愈环网的以太网结构具有容错、高速、远距离传输和网络布线简洁等优点。光纤自愈环网避免了系统网络接入设备的多级级联，进一步提高了网络的可靠性。整个系统采用星型和光纤自愈网络混合的网络，既避免了纯环型网络在节点过多时的缺点，又保存了星型以太网接口标准扩展的优点。主控室后台监控系统采用双机冗余结构，主、备机的数据始终保持一致，互为热备用。各区域子站可根据需要选配子站监控HMI，这样使得各子站监控系统可以作为独立子系统运行，又可以组合为一个有机整体，极大地提高了系统的可靠性、完整性。
4、变电站监控系统设计
（1）变电站监控系统包括站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、分布式结构。站控层为全所设备监视、测量、控制、管理的中心，通过光缆与间隔层相连。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散于继电气室中，在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔层的监测和开关控制功能。
（2）当地监控主站具有主处理器及服务器的功能，为站控层数据收集、处理、存储及发送的中心。当地监控主站是站内计算机控制系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导操作控制命令的解释和下达等。通过当地监控主站，运行值班人员能实现对全站生产设备的运行监测和操作控制。
（3）间隔层直接采集处理现场原始数据，通过网络传送给站级计算机，同时接收站控层发来的控制操作命令，经过有效的判断、闭锁检测、同步检测等，最后对设备进行操作控制。间隔层也可独立完成对开关的控制操作。
（4）监控子站内的所有装置由通信管理机进行集中管理。管理机提供接口，接入以太网，将数据处理后与监控中心的监控系统进行数据交互。监控子站与监控中心之间通过光纤进行通信，光纤经转换后接入以太网交换机，形成全区光纤以太网络。
（5）智能监控系统的数据更新周期可控制在10秒以内，可在小于1秒的时间内完成对一级数据的更新处理；实现了对多种不同厂家设备的接入及通信控制；人机界面简单、易操作；与设备配合，实现了遥控、遥测、遥调、SOE信息采集、事件记录、报警记录等电力监控功能，确保了监控系统与间隔层继电保护装置和智能仪表之间的无缝结合。
5、结论
（1）智能化变电站系统“三层两网”通信网络采用统一的通信规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通信速度，降低了系统的复杂度，降低了调试及维护的难度，提高了通信系统的性能。
（2）智能变电站监控系统的应用是建立在常规变电站自动化技术发展的基础之上的，智能变电站监控系统各种支撑技术对于变电站信息传输、应用模式带来的变化是全方位的。这种变化所体现的特征将更利于实现信息的综合应用，提高变电站的智能化程度，同时也将对二次系统设计、实验、运行带来深刻的影响。
（3）智能变电站监控系统的应用技术实现了常规变电站自动化技术的发展与突破，具有明显的技术特征，智能变电站监控系统的应用体现了网络通信技术的特点，因此可以获得更高的可靠性和冗余性。