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【摘要】智能化变电站采用大量的非传统互感器，输出电压数字信号代替了模拟信号，导致传统电压监测仪无法采集电压信号。通过技术创新，研制智能电压监测仪，使其支持对IEC61850—9—2等协议电压数字信号的采集、统计和分析。智能电压监测仪使用网络传输信号，经过安全隔离装置的隔离，将数据发送到电能质量管理系统，从而实现智能变电站的电压监测。
【关键词】智能化；电压；监测；IEC61850
【中图分类号】TM56；TP277
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0257-02
0 引言
智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站作为智能电网的重要环节，也是今后变电站发展的主要趋势。据悉，国家电网将在“十二五”期间投资建设大量智能变电站，可以预见，在不远的将来，智能变电站将在全国电网系统遍地开花。基于EC61850标准体系的智能变电站在提升信息化、自动化、互动化水平的同时，也对传统一二次设备提出了新要求和带来新挑战。
变电站电压合格率是衡量供电电压质量一个重要指标，是国家电网优质服务的重要内容，也是电监会电力监管的关键指标。传统电压监测仪作为统计电压合格率主要仪表，已经越来越无法满足智能变电站的技术要求。传统电压监测仪的电压输入量均为传统模拟量输入，而智能变电站大量采用非常规互感器，不再提供模拟量输出接口，因此，设计能够适应智能变电站需求，无缝接入电压合格率管理系统，并实现智能化应用的新型电压监测系统是当前非常紧迫的课题。
1 智能电压监测系统功能需求
根据电压监测仪相关标准规范，结合智能变电站技术特点，设计的智能电压监测系统需具备以下功能：
支持对非传统互感器二次输出采样。智能变电站广泛采用了电子式、光纤式等非常规互感器，其一二次转换和二次输出跟传统互感器相比，不论是原理上和形式上均有较大差异，突出表现在二次输出由模拟电信号变为光电数字信号。输出的光电数字信号通过合并单元MU的处理，以IEC61850-9-2等规范和格式上送采样数据。因此，智能电压监测仪必须支持对IEC61850-9-2等协议规范的电压数字信号的分析和解读，实现对智能站电压电信号的采集，从而解决传统的电压监测仪无法接入智能化变电站的问题。
实现采样数据的就地统计分析。传统统计型电压监测仪接入模拟信号后通过模数转换，获得采样数据后进行处理，而智能统计型电压监测仪则从MU单元获得数字信号后无需模数转换，直接进行处理，并实现电压数据监控、采集、统计、集抄、告警和数据远传等功能。
实现智能化高级应用。长期以来，传统仪器仪表功能较为单，越来越无法满足智能变电站建设需求，随着新技术的发展和应用，对其进行技术升级成为可能，通过智能化改造，使其具备智能化特征，从而服务电力安全生产，提高安全效益。提高智能化方面，主要从信息化、自动化、互动化方面进行探索。
具备电力安全防护隔离功能。智能电压监测仪从厂站采样值传输网采集电压数据，将数据处理后再通过信息网上送到电压合格率管理系统，因涉及两个安全控制区，根据相关管理规定，在生产控制大区与管理信息大区之间必须设置经国家指定部门检测认证的电力专用横向单向安全隔离装置，因此电压监测网还需考虑电力二次安全防护问题。
实现电压合格率统计报表功能。电压合格率的基础管理工作的载体是各种报表的制作，采集和存储的电压数据，需要进行统计分析，实现终端测点管理和配置，统计查询、报表自动生成、终端远程维护，工况信息监视和告警事件查询等功能。
2 项目总体架构
2.1 项目架构
智能变电站电压监测系统由智能电压监测仪、Ⅱ区电压前置子系统、正反向隔离设备、数据库与WEB服务器、以及通讯系统组成。智能变电站电压监测接入总体结构图1所示：
2.2 安全防护与安全隔离
安全Ⅱ区与Ⅲ区间横向隔离根据二次安全防护规定需采用单比特硬件隔离装置。Ⅱ区与Ⅲ区间横向隔离部署在变电站侧，由于主站系统中统计处理子系统与前置子系统间需双向交互，所以应采用正向、反向隔离装置。
2.3 与合并单元交互
智能型电压监测仪与合并单元间的物理接口为光纤以太网接口，通过遵循IEC61850规范的网络交换机进行数据交换。接入母线的电压信号，每段母线有独立的电压合并单元，通过多模光纤经交互机送至智能电压监测仪。
3 电压监测原理及功能设计
3.1 电压监测原理
智能型电压监测仪通过间隔层网络从合并单元获取IEC61850—9-2母线电压的波形采样数据，经过计算、统计得到电压合格率数据，再进行存储、显示，最终通过网络上行通道与主站系统通讯。数据流向及原理如下图所示：
3.2 电压监测数据处理流程
电压监测仪采集到数据后，根据《DL／T 500-2009电压监测仪技术规范》相关要求，对电压监测统计十二项指标进行计算、统计、存储。监测仪软件的统计分析过程，遵循以下流程：
3.3 电压监测仪的功能实现
采集功能。能够遵循／EC61 850-9-2规范获取一个合并单元的三个电压通道波形采样数据，按照10周波数据进行积分运算得到电压有效值。
统计功能。按照《DL／T 500-2009电压监测仪技术规范》要求进行电压合格率的统计，分别按照日和月进行统计：合格率、超上限率、超下限率、统计时间、合格时间、超上限时间、超下限时间、最大值、最大值发生时间、最小值、最小值发生时间、电压平均值，共十二大项。 通讯功能。与合并单元通讯，通过100M／1000M自适应以太网接口与合并单元按照IEC61850-9-2规范进行数据交换。与主站通讯通过100M／1000M自适应以太网接口与主站前置机进行通讯。
存储和显示功能。存储容量满足1分钟间隔、30～90天存储周期的要求，月统计数据及季统计数据可保存一年以上，并具有可扩展性。掉电后数据存储可在10年以上。存储数据可以通过装置面板方便读取和显示。
告警功能。监测仪具有各种事件记录并提供上报功能，能够记录测点来电、停电及越限记录。
维护功能。支持现场或远程维护，包括bash，busybox，tinylogin，telnet，ftp，scp等。支持远程参数设置，如上下限值、结算日的远程设置。
远程升级功能。电压监测仪可以响应远程升级应用程序指令，接受对升级数据，自动更新装置程序。
运行记录。能够自动记录监测仪复位记录，监测仪停电记录，包括停电发生时间、持续时间，按日、月统计的累计停电时间及停电次数，电压异常记录。
自检和自恢复。通过装置自检程序，循环自检，一旦发现异常可以通过设置软启动进行装置重启，恢复设备正常功能。
以上功能的均可通过成熟的软硬件构架实现，构架图如下：
4 智能电压监测系统的特点
1、完全遵循智能变电站标准体系，按照IEC61850规范接入的智能型电压监测仪，实现对智能变电站电压监测，解决了传统的电压监测仪无法接入智能化变电站的问题。
2、商性能的软硬件平台、数字化智能化接口，具备扩展监测谐波、简谐波、三相不平衡度、波动与闪变等电能质量指标的能力。传统的电压监测仪只能监测电压合格率指标，一方面不具备扩展其他电压相关指标的检测能力，另外一方面由于其采用固定模拟通道输入方式，无法扩展采集电流信号的能力，更不具体监测电能质量中与电流、功率等相关的指标。
3、减少周期性校验复杂度，可以轻松在现场完成校验工作。智能型电压监测仪为纯数字化处理，不像传统电压监测仪那样需提供高精度的标准源来校准模拟器件老化、衰变而引起的误差，只需通过数字化校验即可。
4、智能型电压监测大大提高了维护性、稳定性和可靠性。一方面，智能型电压监测仪整机除电源外全部为弱电系统，在安装调试、维护过程中均不需要直接涉及传统的PT回路，提高工作的便利性和工作效率，降低事故概率。另外一方面仪器整机为数字化部件，稳定性和可靠性方面都要比传统的电压监测仪有很大的提升。
5 结论
智能型电压监测系统根据智能变电站特点，在传统统计型电压表的基础上，采用新技术，实现对IEC61850-9-2电压数据的直接采集和处理，采用单比特硬件隔离装置隔离安全Ⅱ区和Ⅲ区，将电压数据上送到电压合格率管理系统，并实现信息化、自动化和互动化高级应用，从而实现对智能变电站电压采集和管理。
参考文献
[1]Q／GDW 383—2009，智能变电站技术导则，国家电网公司，2009—12—25，
[2]国家电力监管委员会第5号令，《电力二次系统安全防护规定》，2004—12—20
[3]DL／1500—2009，电压监测仪适用技术条件，2009-07-22
【关键词】智能化；电压；监测；IEC61850
【中图分类号】TM56；TP277
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0257-02
0 引言
智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站作为智能电网的重要环节，也是今后变电站发展的主要趋势。据悉，国家电网将在“十二五”期间投资建设大量智能变电站，可以预见，在不远的将来，智能变电站将在全国电网系统遍地开花。基于EC61850标准体系的智能变电站在提升信息化、自动化、互动化水平的同时，也对传统一二次设备提出了新要求和带来新挑战。
变电站电压合格率是衡量供电电压质量一个重要指标，是国家电网优质服务的重要内容，也是电监会电力监管的关键指标。传统电压监测仪作为统计电压合格率主要仪表，已经越来越无法满足智能变电站的技术要求。传统电压监测仪的电压输入量均为传统模拟量输入，而智能变电站大量采用非常规互感器，不再提供模拟量输出接口，因此，设计能够适应智能变电站需求，无缝接入电压合格率管理系统，并实现智能化应用的新型电压监测系统是当前非常紧迫的课题。
1 智能电压监测系统功能需求
根据电压监测仪相关标准规范，结合智能变电站技术特点，设计的智能电压监测系统需具备以下功能：
支持对非传统互感器二次输出采样。智能变电站广泛采用了电子式、光纤式等非常规互感器，其一二次转换和二次输出跟传统互感器相比，不论是原理上和形式上均有较大差异，突出表现在二次输出由模拟电信号变为光电数字信号。输出的光电数字信号通过合并单元MU的处理，以IEC61850-9-2等规范和格式上送采样数据。因此，智能电压监测仪必须支持对IEC61850-9-2等协议规范的电压数字信号的分析和解读，实现对智能站电压电信号的采集，从而解决传统的电压监测仪无法接入智能化变电站的问题。
实现采样数据的就地统计分析。传统统计型电压监测仪接入模拟信号后通过模数转换，获得采样数据后进行处理，而智能统计型电压监测仪则从MU单元获得数字信号后无需模数转换，直接进行处理，并实现电压数据监控、采集、统计、集抄、告警和数据远传等功能。
实现智能化高级应用。长期以来，传统仪器仪表功能较为单，越来越无法满足智能变电站建设需求，随着新技术的发展和应用，对其进行技术升级成为可能，通过智能化改造，使其具备智能化特征，从而服务电力安全生产，提高安全效益。提高智能化方面，主要从信息化、自动化、互动化方面进行探索。
具备电力安全防护隔离功能。智能电压监测仪从厂站采样值传输网采集电压数据，将数据处理后再通过信息网上送到电压合格率管理系统，因涉及两个安全控制区，根据相关管理规定，在生产控制大区与管理信息大区之间必须设置经国家指定部门检测认证的电力专用横向单向安全隔离装置，因此电压监测网还需考虑电力二次安全防护问题。
实现电压合格率统计报表功能。电压合格率的基础管理工作的载体是各种报表的制作，采集和存储的电压数据，需要进行统计分析，实现终端测点管理和配置，统计查询、报表自动生成、终端远程维护，工况信息监视和告警事件查询等功能。
2 项目总体架构
2.1 项目架构
智能变电站电压监测系统由智能电压监测仪、Ⅱ区电压前置子系统、正反向隔离设备、数据库与WEB服务器、以及通讯系统组成。智能变电站电压监测接入总体结构图1所示：
2.2 安全防护与安全隔离
安全Ⅱ区与Ⅲ区间横向隔离根据二次安全防护规定需采用单比特硬件隔离装置。Ⅱ区与Ⅲ区间横向隔离部署在变电站侧，由于主站系统中统计处理子系统与前置子系统间需双向交互，所以应采用正向、反向隔离装置。
2.3 与合并单元交互
智能型电压监测仪与合并单元间的物理接口为光纤以太网接口，通过遵循IEC61850规范的网络交换机进行数据交换。接入母线的电压信号，每段母线有独立的电压合并单元，通过多模光纤经交互机送至智能电压监测仪。
3 电压监测原理及功能设计
3.1 电压监测原理
智能型电压监测仪通过间隔层网络从合并单元获取IEC61850—9-2母线电压的波形采样数据，经过计算、统计得到电压合格率数据，再进行存储、显示，最终通过网络上行通道与主站系统通讯。数据流向及原理如下图所示：
3.2 电压监测数据处理流程
电压监测仪采集到数据后，根据《DL／T 500-2009电压监测仪技术规范》相关要求，对电压监测统计十二项指标进行计算、统计、存储。监测仪软件的统计分析过程，遵循以下流程：
3.3 电压监测仪的功能实现
采集功能。能够遵循／EC61 850-9-2规范获取一个合并单元的三个电压通道波形采样数据，按照10周波数据进行积分运算得到电压有效值。
统计功能。按照《DL／T 500-2009电压监测仪技术规范》要求进行电压合格率的统计，分别按照日和月进行统计：合格率、超上限率、超下限率、统计时间、合格时间、超上限时间、超下限时间、最大值、最大值发生时间、最小值、最小值发生时间、电压平均值，共十二大项。 通讯功能。与合并单元通讯，通过100M／1000M自适应以太网接口与合并单元按照IEC61850-9-2规范进行数据交换。与主站通讯通过100M／1000M自适应以太网接口与主站前置机进行通讯。
存储和显示功能。存储容量满足1分钟间隔、30～90天存储周期的要求，月统计数据及季统计数据可保存一年以上，并具有可扩展性。掉电后数据存储可在10年以上。存储数据可以通过装置面板方便读取和显示。
告警功能。监测仪具有各种事件记录并提供上报功能，能够记录测点来电、停电及越限记录。
维护功能。支持现场或远程维护，包括bash，busybox，tinylogin，telnet，ftp，scp等。支持远程参数设置，如上下限值、结算日的远程设置。
远程升级功能。电压监测仪可以响应远程升级应用程序指令，接受对升级数据，自动更新装置程序。
运行记录。能够自动记录监测仪复位记录，监测仪停电记录，包括停电发生时间、持续时间，按日、月统计的累计停电时间及停电次数，电压异常记录。
自检和自恢复。通过装置自检程序，循环自检，一旦发现异常可以通过设置软启动进行装置重启，恢复设备正常功能。
以上功能的均可通过成熟的软硬件构架实现，构架图如下：
4 智能电压监测系统的特点
1、完全遵循智能变电站标准体系，按照IEC61850规范接入的智能型电压监测仪，实现对智能变电站电压监测，解决了传统的电压监测仪无法接入智能化变电站的问题。
2、商性能的软硬件平台、数字化智能化接口，具备扩展监测谐波、简谐波、三相不平衡度、波动与闪变等电能质量指标的能力。传统的电压监测仪只能监测电压合格率指标，一方面不具备扩展其他电压相关指标的检测能力，另外一方面由于其采用固定模拟通道输入方式，无法扩展采集电流信号的能力，更不具体监测电能质量中与电流、功率等相关的指标。
3、减少周期性校验复杂度，可以轻松在现场完成校验工作。智能型电压监测仪为纯数字化处理，不像传统电压监测仪那样需提供高精度的标准源来校准模拟器件老化、衰变而引起的误差，只需通过数字化校验即可。
4、智能型电压监测大大提高了维护性、稳定性和可靠性。一方面，智能型电压监测仪整机除电源外全部为弱电系统，在安装调试、维护过程中均不需要直接涉及传统的PT回路，提高工作的便利性和工作效率，降低事故概率。另外一方面仪器整机为数字化部件，稳定性和可靠性方面都要比传统的电压监测仪有很大的提升。
5 结论
智能型电压监测系统根据智能变电站特点，在传统统计型电压表的基础上，采用新技术，实现对IEC61850-9-2电压数据的直接采集和处理，采用单比特硬件隔离装置隔离安全Ⅱ区和Ⅲ区，将电压数据上送到电压合格率管理系统，并实现信息化、自动化和互动化高级应用，从而实现对智能变电站电压采集和管理。
参考文献
[1]Q／GDW 383—2009，智能变电站技术导则，国家电网公司，2009—12—25，
[2]国家电力监管委员会第5号令，《电力二次系统安全防护规定》，2004—12—20
[3]DL／1500—2009，电压监测仪适用技术条件，2009-07-22