基于IEC61850 標準的智能溫度測控體系架構研究*

馮俊琨，陳 榮，卓玉潔，王黎光，馬嘯宇

（四川水利職業技術學院，四川 崇州 611231）

1 研究背景

2007年10月，東北電網公司啟動了智能電網可行性研究項目，到2009 年5 月國家電網提出建設堅強智能電網發展戰略[1]，堅強智能電網發展戰略涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電和調度等環節[2]。通過十余年的建設發展，輸電、變電、配電、用電和調度五個環節得到了飛速的發展，而作為電力系統最重要環節的發電部分智能化改造卻遠遠滯后，僅有一些大型發電廠進行了部分智能化改造。四川作為水電大省，水電站受水能資源分布影響[3]，中小型水電站數量眾多，中小型水電站受水電廠自動控制需要測控管理的對象眾多、市場上未提供成熟的解決方案和足夠的智能化設備[4]、制造企業智能化改造成本壓力大[5]等因素影響，中小型水電站智能化改造幾乎處于空白狀態。

2 現狀分析

溫度是水電站運行狀況檢測的一項重要指標，發電機組的定子線圈及鐵芯、上導軸承、下導軸承、推力軸承、水導軸承等地方均需要進行測溫，每臺機組測溫點基本都在十個以上。目前采用的測溫方式，是將測溫電阻直接通過硬接線的方式接到單點表或巡檢表上，通過單點表或巡檢表將測溫電阻回路的電信號轉換為對應溫度，再利用硬接點的方式開入到機組LCU，這種方式存在機組LCU 開入接點多、二次接線煩瑣且長、接線之間存在相互干擾、不滿足智能電網“一次設備智能化、二次設備網絡化”的技術要求[6]等缺陷。

3 體系架構

3.1 設備架構現狀

目前，水電站溫度測控系統都配有定檢儀和巡檢儀，定檢儀用來測控某些重要位置的單個溫度，巡檢儀巡回檢測顯示多個位置的溫度。下面根據某個小型水電站溫度測控系統進行分析，該電站配有五個定檢儀和一個巡檢儀，定檢儀與巡檢儀置于主廠房的測溫制動屏內（目前水電站普遍采用）。五個定檢儀分別對上導軸承、推力軸瓦、推力油槽、下導軸承、下支架油槽進行溫度測控，然后定檢儀將上導軸承溫度升高、推力軸瓦溫度升高、推力油槽溫度升高、下導軸承溫度升高、下支架油槽溫度升高開出到機組LCU進行溫度升高報警，將上導軸承溫度過高、推力軸瓦溫度過高、推力油槽溫度過高、下導軸承溫度過高、下支架油槽溫度過高開出到機組LCU 進行溫度過高停機。巡檢儀對上導軸承、推力軸承、下導軸承、水導軸承及六個定子槽間測溫點進行溫度測控，將溫度升高信號開出到機組LCU報警，將溫度過高信號開出到機組LCU進行停機。本測溫系統共計使用3芯電纜3根約40 m，使用5芯電纜1根約7 m，使用7芯電纜7根約90 m，使用11芯電纜2根約26 m，機組LCU開入點11個，存在二次電纜接線長、機組LCU開入點多等缺點。傳統溫度測控示意圖如圖1所示。

圖1 傳統溫度測控示意圖

3.2 智能化結構改造

目前已有專家提出，在發電機組上增加一個發電機組本體端子箱，將溫度定檢儀和巡檢儀安裝于本體端子箱上，發電機組廠家可將上導軸承、推力軸承、下導軸承、水導軸承、定子槽間等所有測溫點直接接入定檢儀或巡檢儀，二次電纜接線明顯縮短，相互之間干擾減小。僅此仍不能滿足智能電網的需求，國內智能變電站的體系架構多采用IEC61850 標準中所推薦的“三層兩網結構”，并且在工程實踐中已得到了成熟應用[7]。所謂“三層”分別是“站控層”“間隔層”和“過程層”[8]，“兩網”是指站控層網絡和過程層網絡。1）站控層網絡：間隔層設備和站控層設備之間的網絡，實現站控層設備之間、站控層與間隔層設備之間以及間隔層設備之間的通信；2）過程層網絡：間隔層設備和過程層設備之間的網絡，實現間隔層設備與過程層設備之間的數據傳輸[9]。為滿足電網智能化需求，在發電機本體端子箱中增加基于 IEC61850 標準的網絡化、信息化的二次設備[10]——智能溫度合并器。溫度定檢儀、溫度巡檢儀輸出的模擬量和開出量信號傳送至溫度合并器，通過溫度合并器對信息進行采集和處理，將溫度過高機組停機信號通過GOOSE 網絡傳送至機組LCU，將溫度升高報警信號及各點位溫度數據通過MMS 網傳送至操作員工作站及機組在線監測裝置。智能化測溫系統架構圖如圖2 所示。

圖2 智能化測溫系統架構圖

4 結論

上述智能溫度測控體系，通過優化定檢儀、巡檢儀位置，使得測溫電阻與測溫儀之間的接線距離明顯縮短，接線之間相互干擾將大大降低。定檢儀、巡檢儀輸出的模擬量和開出量連接至智能溫度合并器，由本體端子箱廠家完成內部接線，接線距離同樣很短。溫度合并器對信號處理后通過GOOSE 或MMS 網絡傳送至機組LCU、操作員工作站、機組在線監測裝置，可以大大減少機組LCU 的開入、開出點位，同時也能滿足智能電網通信架構技術需求。

綜上所述，新的測溫體系架構，可有效解決目前大部分電站測溫系統存在的機組LCU 開入接點多、二次接線煩瑣且長、接線之間存在相互干擾、不滿足智能電網“一次設備智能化、二次設備網絡化”的技術要求等方面缺陷。