整合智慧型電子裝置(IED)及監控系統於斷路器之預知性維護

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研究生：	劉純貴 CHUN-GUI LIOU
論文名稱：	整合智慧型電子裝置(IED)及監控系統於斷路器之預知性維護 Integrated IEDs to SCADA System in the Condition Based Maintenance of Circuit Breakers
指導教授：	辜志承 Jyh-Cherng Gu
口試委員:	楊明達 Ming-Ta Yang 黃培華 Pei-Hwa Huang 吳啟瑞 Chi-Jui Wu 郭明哲 Ming-Tse Kuo
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	148
中文關鍵詞：	預知性維護、智慧型電子裝置、斷路器
外文關鍵詞：	Condition Based Maintenance, Intelligent Electronic Device, Circuit Breakers
相關次數：	點閱：221 下載：4
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本論文主旨為建立一斷路器預知性維護平台，由於過去國內外傳統的一/二次變電所均是採用週期性之時間基準維護(TBM)，且此維護方式帶來了過度維護或欠維護的問題，不僅造成不必要之成本支出，亦存在欠維護而引起事故的風險，因此，如何將不同廠製斷路器之相關維護資訊整合至維護平台，利用預知性維護(CBM)，是新設變電所維護斷路器的趨勢。本論文首先介紹台灣電力公司變電所自動化架構演進之過程，由於通訊設備更新迅速，且智慧型電子裝置(IED)內部除了具有保護、量測、控制和通訊之功能以外，還附有紀錄維護資訊、電力參數與存放暫態波形等功能。為了測試斷路器預知性維護平台之可行性，本論文使用不同廠製之IED與斷路器作接線，透過序列式伺服器與集線器，將不同通訊協定作轉換且儲存在伺服器，並採用集中式通訊架構，將資料集中送回遠端監控主機，遠端主機經由網路連結設備端IED，經由監控軟體擷取電力參數、斷路器維護資訊與故障波形，且將這些資料存放至資料庫(SQL Server)，並利用監控軟體設計人機介面及斷路器預知性維護平台，最後將資料連結至平台作監測。藉由測試與變電所現場之驗證程序，可望作為我國未來建立斷路器維護平台之參考。

The thesis focuses on the studying of establishing a predictable maintenance platform of circuit breakers. Time Based Maintenance brings about the problems of over-maintenance or under-maintenance due to adopting cyclic maintenance in primary/second substations of home and abroad in the past. They not only waste money but exists the accidents of under-maintenance. Therefore, maintaining circuit breakers by Conditon Based Maintenance are the current trend about how to let them which were made by different manufacturers integrated into the maintenance platform. The thesis introduced automatic substations structure progressive processs of Taipower Company first. The predictable maintenance concept arose from keeping the communication devices updated and IEDs possess Protection, Measurement, Control, Communication, maintenance information records, disturbance waveforms and so on. In order to test the possibility of the maintenance platform, the thesis used different IEDs and circuit breakers to do some wiring. Through serial servers and hubs, we can let that different protocols were transformed and stored them in the servers and we adopted the centralization of communication to transfer the information back to remote supervisory computers. The computer could link the IEDs with network and get the power parameters, maintenance information and disturbance waves by supervisory software. We can store the data in the SQL Server and then we could display information in HMI finally. This experiment example and validation process could make a signify basis for future development of establishing a predictable maintenance platform of circuit breakers in Taiwan.

摘要…………………………………………………………………...I
Abstract…………………………………………………………….....II
誌謝……………………………………………………………….....III
目錄………………………………………………………………….IV
圖目錄………………………………………………………………..X
表目錄……………………………………………………………..XVI
第一章  緒論………………………………………………………...1
1  研究背景與動機…………………………………………..1
2  文獻回顧…………………………………………………..2
3  研究方法…………………………………………………..4
4  論文架構…………………………………………………..5
第二章  變電所預知性維護雛形架構……………………………...7
1  簡介………………………………………………………..7
2  台灣電力公司階層調度控制系統架構…………………..7
3  台灣電力公司變電所自動化架構之演進………………..8
3.1  傳統變電所自動化設備架構……………………...8
3.2  傳統變電所自動化設備之改良型架構……………9
3.3  新設D/S自動化架構…………………………….11
4  運用IED維護資訊建置預知維護管理平台…………....11
4.1  預知性維護之概念……………….……………….11
4.2  運用IED於預知維護管理系統………………….12
4.3  傳統變電所之預知維護管理系統架構………….13
4.4  新設變電所之預知維護管理系統架構………….13
4.5  未來變電所之預知維護管理系統架構………….14
5  本章小結…………………………………………………15
第三章  斷路器與智慧型電子裝置(IED)………………………....17
1  簡介………………………………………………………17
2  製斷路器介紹……………………………………………17
2.1  中壓氣體斷路器………………………………….17
2.1.1  GIS結構……………………………………18
2.1.2  GCB結構………………………………….20
2.1.3  GCB消弧原理…………………………….20
2.2  中壓真空斷路器………………………………….21
2.2.1  GIS結構……………………………………21
2.2.2  VCB結構………………………………….23
2.2.3  VCB消弧原理…………………………….24
3  斷路器之操作原理……………………………………....25
4  智慧型電子裝置(IED)介紹……………………………..26
4.1  SEL生產之IED……………………………….…27
4.2  GE生產之IED…………………………………..28
4.3  SIEMENS生產之IED…………………………..29
4.4  ABB生產之IED………………………………...30
4.5  AREVA生產之IED……………………………..31
5  本章小結………………………………………………...32
第四章  智慧型電子裝置之通訊協定…………………………....33
1  簡介……………………………………………………...33
2  DNP 3通訊協定………………………………………...33
2.1  DNP 3之基本架構與功能………………………33
2.2  應用層……………………………………………34
2.2.1  應用控制………………………………….36
2.2.2  功能碼………………………………….…38
2.2.3  內部狀態………………………………….40
2.2.4  物件標頭……………………………….…41
2.3 傳輸層……………………………………………..42
2.4  資料連結層……………………………………….43
3  IEC 61850通訊協定……………………………………..45
3.1  技術前景與根源……………………………….....46
3.2  IEC 61850通訊協定標準系統之定義…………..46
3.2.1  IEC 61850協定標準規範之各部分定義...46
3.2.2  IEC 61850擴增之新標準………………....48
3.2.3  IEC 61850標準變電所自動化系統功能...49
3.3  IEC61850標準資訊模型………………………...50
3.3.1  標準資訊模型結構……………………….50
3.3.2  邏輯節點群組分類與資料物件群組名稱.51
3.3.3  邏輯節點與邏輯連結…………………….53
3.3.4  應用資料模型建立IED檔位與自動化系統...54
4  本章小結……………………………………………...…56
第五章  應用IED於斷路器之預知性維護………………………57
1  簡介………………………………………………………57
2  測試波形產生器…………………………………………57
3  SEL-351A………………………………………………..58
3.1  主接點磨損量監視………………………….……58
3.2  跳脫迴路斷線監視………………………………61
3.2.1  內部邏輯規劃及參數設定……………….62
3.2.2  實體接線………………………………….63
3.3  彈簧儲能監視…………………………………....64
3.3.1  內部邏輯規劃及參數設定……………….64
3.3.2  實體接線………………………………….66
3.4  動作時程監視……………………………………66
3.4.1  內部邏輯規劃及參數設定……………….66
3.4.2  實體接線………………………………….68
4  GE-SR760……………………………………………......68
4.1  主接點磨損量監視………………………………69
4.2  跳脫迴路斷線監視…………………………….....72
4.2.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..72
4.2.2  實體接線…………………………………..72
5  ABB-REF541…………………………………………….73
5.1  主接點磨損量監視…………………………….....73
5.2  跳脫迴路斷線監視……………………………….76
5.2.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..76
5.2.2  實體接線…………………………………..77
5.3  彈簧儲能監視…………………………………….78
5.3.1  內部邏輯規劃及參數設定…………….….79
5.3.2  實體接線……………………………….….80
5.4  動作時程監視…………………………………….81
5.4.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..83
5.4.2  實體接線…………………………………..84
6  Siemens-7SJ62…………………………………………...84
6.1  主接點磨損量監視……………………………….84
6.2  跳脫迴路斷線監視…………………………….....86
6.2.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..86
6.2.2  實體接線…………………………………..87
6.3  彈簧儲能監視…………………………………….88
6.3.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..88
6.3.2  實體接線…………………………………..89
6.4  動作時程監視…………………………………….89
6.4.1  內部邏輯規劃及參數設定………………..89
6.4.2  實體接線…………………………………..91
7  本章小結…………………………………………………91
第六章  變電所之斷路器預知維護管理平台之建立…………….93
1  簡介………………………………………………………93
2  平台架構之建立…………………………………………93
2.1  集中式資料處理通訊架構……………………….94
2.2  分散式資料處理通訊架構……………………….94
2.3  時間同步通訊架構……………………………….95
3  建立資料庫………………………………………………98
3.1  Microsoft Access……………………………….....99
3.1.1  Access資料庫系統簡介…………………..99
3.1.2  建立Access資料庫……………………...100
3.2  MySQL…………………………………………..101
3.2.1  MySQL資料庫系統簡介………………..101
3.2.2  建立MySQL資料庫…………………….102
3.3  SQL Server…………………………………….…103
3.3.1  SQL Server資料庫系統簡介…………….103
3.3.2  建立SQL Server資料庫…………………104
4  應用Elipse Power Studio監控軟體建構預知維護管理平台.105
4.1  各廠家IED之Driver設定……………………..106
4.2  監控人機介面之設計…………………………...109
5  本章小結…………………………………………….…..111
第七章  範例系統之驗證………………………………………....113
1  簡介……………………………………………………...113
2  範例系統之平台架構…………………………………..113
3  範例系統驗證之環境…………………………………..115
4  範例系統平台之驗證結果……………………………..116
4.1  Driver之連結畫面……………………………....116
4.2  區域變電所連結………………………………...118
4.3  變電所單線圖…………………………………...119
4.4  類比資料與狀態值之監視畫面………………...121
4.5  即時警報與歷史事件記錄……………………...124
4.6  暫態波形連結畫面……………………………...125
5  本章小結………………………………………………..126
第八章  結論與未來研究方向…………………………………...127
1  結論……………………………………………………..127
2  未來研究方向…………………………………………..128
參考文獻………………………………………………………...…131
作者簡介…………………………………………………………...135
附錄A   序列式伺服器硬體與軟體之應用介紹…………..........137
附錄B   遠端讀取………………………………………………..141
附錄C    SEL-351A之DNP 3與SELASC協定之數位資料點表…147

                                

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[16] 日亞電機23kV GIS 出廠技術資料
[17] GE在台灣的現況http://www.ge.com/tw/company/factsheet_tw.html
[18] Siemens公司
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[19] ABB公司http://www.abb.com.tw/cawp/twabb011/d34750ce5d7e6bd7c1256e59000d9468.aspx?v=FEE&leftdb=global/TWABB/TWABB011.NSF&e=zt&leftmi=77809b0c2c4dfd01c125719b00421f61
[20] “DNP 3 Specification Volume 2 Application Layer version 2.01, 3 Feb. 2007”. DNP Users Group, http://www.dnp.org.
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[39] NTP Time Server網站http://linux.vbird.org/linux_server/0440ntp.php
[40] Access網站http://ycc.tsu.edu.tw/S1/AccessBuild.htm
[41] My SQL網站http://chensh.loxa.edu.tw/php/C_1.php
[42] SQL Server網站http://www.dahsun.net.tw/sql.htm
[43] 嘉南供電區處提供之二次系統連接圖

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