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[摘 要 ]智能变电站功能定位在于通过先进的信息、控制技术，提升变电站作为电网基础运行单元的智能化水平，实现作为电网枢纽的变电站的智能化管理，为建设智能电网打下坚实的基础。随着电力市场改革、优化营商环境、电网精益化管理等一系列政策的影响下，智能变电站是常规变电站的发展方向。本文以典型110 kV智能变电站为例，详细介绍了其一次电气系统设计及其关键技术。
[关键词]智能变电站;控制技术;一次电气系统设计
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）11–00–03
[Abstract]The function orientation of Smart Substation is to improve the intelligent level of substation as the basic operation unit of power grid through advanced information and control technology， realize the intelligent management of substation as the hub of power grid， and lay a solid foundation for the construction of smart grid. With the influence of a series of policies， such as power market reform， optimization of business environment， power grid lean management， smart substation is the development direction of conventional substation. Taking a typical 110 kV intelligent substation as an example， this paper introduces the design of its primary electrical system and its key technologies in detail.
[Keywords]intelligent substation; control technology; primary electrical system design
智能变电站是指整个变电站具有有机统一的通信平台和数据模型，站内的一次电气设备和二次保护设备之间具有数字通信的能力，一、二次设备之间可以高效通信、相互操作。它的主要特点：一次电气设备具有数字化功能，主要体现在互感器和主开关均具有数字化输出能力;二次保护设备具有网络化能力，主要体现在二次保护设备与一次电气设备、二次保护设备与二次保护设备之间均具有高速网络通信能力;一、二次设备数据平台化，主要体现在数据的发送和接收都以IEC61850为标准。
1 智能变电站的体系架构简介
1.1 体系架构图
1.2 相关关键技术简介
1.2.1 支撑变电站状态感知
通过数字化采样、标准化模型及信息共享，全面获取变电站运行控制信息及设备状态信息，为电网提供标准、开放、准确共享的基础信息资源池，支撑系统高效的数据收集，为智能电网发展提供所需电力流及信息流。
1.2.2 支撑系统运行控制
通过厂站端一体化电网运行智能系统（OS2）及保护控制等方式协调、优化系统运行，实现自适应闭环运行控制和智能决策，支撑电网优化调度及协调运行控制。
1.2.3 支撑高效运维管理
通过高压设备实现智能化及二次系统智能运维，实现变电站一二次系统全面监视，支撑电网安全、可靠、经济、高效的运维管理。
1.2.4 支撑信息化管理
通过变电站模块化模型，工程配置，主子站源端维护，支撑数字电网平台建设，构建贯穿规划、基建、调度、生产、营销等业务环节的全寿命周期管理体系。
2 电气主接线
智能变电站的电气主接线应优先保证电网结构安全、运行灵活、检修方便。可采用预制舱组合设备，当采用预制舱组合设备时，应充分考虑运行维护环境及舱体寿命要求。特殊环境条件地区，可采用全站预制舱式变电站。图2为高压一次设备舱体图。
高压一次设备舱体、目前，110 kVGIS组合电器国内厂家已经将其实现预制舱化，通过直列一体式结构，可以实现GIS的工厂化组装，零表压配送运输，现场一次建成，不需要现场进行GIS设备的分间隔二次装配，大大节省现场的充气、检漏、除水、局放试验等重复性工作，大大提升建站效率。
舱柜一体化、舱体设计时与柜体充分融合，柜体接地、检修、操作、运维方便;内部装饰和谐美观，照明、环控、暖通、视频、火灾等子系统布线在舱体设计时预设专用布线通道，空调送风采用类似机舱、动车等中央送风风道系统，确保舱内温区均衡，能耗降低。主要采用了新一代的环控、防尘技术和防火、防爆技术，确保一、二次设备能安全稳定地运行。
新一代环控、防尘技术：舱体内设置自动温控系统，监测舱内环境，控制舱内环控设备节能、高效地运行，确保舱体内的一、二次设备具备稳定的运行环境。舱体内的空调采用的是无尘空调系统。
防火、防爆技术：预制舱舱体的内部安装一定数量的自动烟感系统，内置的烟感传感器具有与主站通信的能力，当发生火灾时，烟感传感器监测到火灾后及时将相关信号传递到主站上，這就让运维人员可及早发现火情，防止事故的扩大。预制舱箱体自身具备防火能力，舱体结构壁板可长时间耐火;舱体采用双层保温结构和设置一定数量的泄压通道，具有较强的防爆能力。 3 智能高压设备
应采用智感、智测、智控的智能设备，提升数字化、集成化、标准化、模块化水平，通过集成于设备本体的传感器，实现设备预警、告警、开关位置二次确认、状态信息自我感知等。智能高压设备应遵循DL/T1411，并满足常规高压设备的技术标准要求，实现下列全部或部分智能化功能。
（1）数字测量：一二次设备的相关参数的测量、计算、传输等均采用数字技术，站内数据的相关处理均数字化。
（2）状态感知及评估：基于集成于高压设备本体的传感器，实现对设备状态信息的监测和网络共享，支撑生产运行管理的状态评估。
（3）设备开关位置判定：设备开关位置判定，主要以监控系统的状态位置为主要依据，也可根据实际需要，利用集成于高压设备本体的传感器，实现设备开关位置信息二次确认，为智能巡视及智能操作提供辅助判据。图3为典型的智能开关设备图。
（4）网络控制：受控部件的控制均由站内通信网络完成，包括主站和远方之间的遥控、主控设备和受控设备之间的遥控。
智能变电站宜推进具备智感、智测、智控能力的设备应用，提升设备状态监测，通过集成于设备本体的传感器，实现设备预警、告警、状态信息自我感知及开关位置二次确认，支撑智能变电站高效运维。智能高压设备的选择，应综合考虑以下7个方面：一是变电站应根据实际需要，经技术经济比较后，合理选择智能巡视技术路线，设计站内道路、巡检通道、表计朝向及巡视点等;二是应统筹考虑智能安防设备接入的功能要求，视频及环境监控系统应满足智能运维环境与设施监控的要求;三是应满足各级生产监控指挥中心对厂站端设备状态、操作过程、作业环境、运行水平管理的要求;四是应具备数据辨识与处理功能，保证基础数据的正确性，支持一体化电网运行智能系统对电网状态估计的应用需求。五是应可以采集变电站内主要设备的运行数据，并通过网络上传至变电站主站，为电网运行管理及状态检修提供基础数据支撑;六是应具备充分利用自动调压、无功补偿自动调节等手段自动调节变电站的运行方式，以实现电网安全经济运行;七是应综合主站数据，利用对站内信息的集中处理、判断，智能调整变电站的运行参数，以动态自适应电网运行方式的变化。
4 智能变电站的互感器
应遵循互感器相关标准，并满足以下要求：
①宜采用常规互感器，也可采用光学互感器;②采用常规互感器时，宜通过二次电缆直接接入装置实现采样，也可通通过延时（含交换机转发延时）可测技术实现采样同步;③采用光学互感器时，应遵循GB/T20840，并与配套的合并单元相匹配;④根据需要，光学互感器可集成于其他一次设备，也可独立配置。
有源电子式互感器虽然已经在智能变电站中有成功应用的例子，但其存在着对电源要求高、工作環境恶劣复杂、维护困难等问题，这极大的限制了有源电子式互感器推广使用，目前大多智能变电站都是采用的无源电流电压组合互感器，如图4所示，其主要有如下特点。
（1）电流互感器与电压互感器可以集成为一体，同时实现对一次电流和一次电压的测量;
（2）电流传感器空芯线圈和LPCT相互配合的技术，测量的电流数据具有精度高、动态范围大、暂态特性好等特点;
（3）电压互感器采用电容分压器传感一次电压技术，测量出来的数据具有精度高、稳定性好等特点;
（4）远端模块配置两套系统、互为备用，增加可靠性;
（5）采样模块均采用双A/D采样，并嵌入自检功能，进一步提高采样数据的可靠性;
（6）配置用MU激光供能和一次侧现场取点相结合的方法给远端模块实时供电，电源的供电可靠性高。
5 结语
本文通过对典型110 kV智能变电站为例，从体系架构、电气主接线、智能高压设备和互感器4个方面详细地介绍了智能变电站的特点。
参考文献
[1] 刘柏青.电力系统及电气设备概论[M].武汉：武汉大学出版社，2005.
[2] 王琰.智能变电站技术研究及其应用[D].济南：山东大学，2016.
[3] 高翔.智能变电站技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[4] 李瑞生，李燕斌，周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制，2010（21）：33-36.
[5] 彭志强，刘翌，罗俊，等.智能变电站监控信息自动验收体系架构及关键技术[J].电力系统保护与控制，2020，48（7）：174-181.
[关键词]智能变电站;控制技术;一次电气系统设计
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）11–00–03
[Abstract]The function orientation of Smart Substation is to improve the intelligent level of substation as the basic operation unit of power grid through advanced information and control technology， realize the intelligent management of substation as the hub of power grid， and lay a solid foundation for the construction of smart grid. With the influence of a series of policies， such as power market reform， optimization of business environment， power grid lean management， smart substation is the development direction of conventional substation. Taking a typical 110 kV intelligent substation as an example， this paper introduces the design of its primary electrical system and its key technologies in detail.
[Keywords]intelligent substation; control technology; primary electrical system design
智能变电站是指整个变电站具有有机统一的通信平台和数据模型，站内的一次电气设备和二次保护设备之间具有数字通信的能力，一、二次设备之间可以高效通信、相互操作。它的主要特点：一次电气设备具有数字化功能，主要体现在互感器和主开关均具有数字化输出能力;二次保护设备具有网络化能力，主要体现在二次保护设备与一次电气设备、二次保护设备与二次保护设备之间均具有高速网络通信能力;一、二次设备数据平台化，主要体现在数据的发送和接收都以IEC61850为标准。
1 智能变电站的体系架构简介
1.1 体系架构图
1.2 相关关键技术简介
1.2.1 支撑变电站状态感知
通过数字化采样、标准化模型及信息共享，全面获取变电站运行控制信息及设备状态信息，为电网提供标准、开放、准确共享的基础信息资源池，支撑系统高效的数据收集，为智能电网发展提供所需电力流及信息流。
1.2.2 支撑系统运行控制
通过厂站端一体化电网运行智能系统（OS2）及保护控制等方式协调、优化系统运行，实现自适应闭环运行控制和智能决策，支撑电网优化调度及协调运行控制。
1.2.3 支撑高效运维管理
通过高压设备实现智能化及二次系统智能运维，实现变电站一二次系统全面监视，支撑电网安全、可靠、经济、高效的运维管理。
1.2.4 支撑信息化管理
通过变电站模块化模型，工程配置，主子站源端维护，支撑数字电网平台建设，构建贯穿规划、基建、调度、生产、营销等业务环节的全寿命周期管理体系。
2 电气主接线
智能变电站的电气主接线应优先保证电网结构安全、运行灵活、检修方便。可采用预制舱组合设备，当采用预制舱组合设备时，应充分考虑运行维护环境及舱体寿命要求。特殊环境条件地区，可采用全站预制舱式变电站。图2为高压一次设备舱体图。
高压一次设备舱体、目前，110 kVGIS组合电器国内厂家已经将其实现预制舱化，通过直列一体式结构，可以实现GIS的工厂化组装，零表压配送运输，现场一次建成，不需要现场进行GIS设备的分间隔二次装配，大大节省现场的充气、检漏、除水、局放试验等重复性工作，大大提升建站效率。
舱柜一体化、舱体设计时与柜体充分融合，柜体接地、检修、操作、运维方便;内部装饰和谐美观，照明、环控、暖通、视频、火灾等子系统布线在舱体设计时预设专用布线通道，空调送风采用类似机舱、动车等中央送风风道系统，确保舱内温区均衡，能耗降低。主要采用了新一代的环控、防尘技术和防火、防爆技术，确保一、二次设备能安全稳定地运行。
新一代环控、防尘技术：舱体内设置自动温控系统，监测舱内环境，控制舱内环控设备节能、高效地运行，确保舱体内的一、二次设备具备稳定的运行环境。舱体内的空调采用的是无尘空调系统。
防火、防爆技术：预制舱舱体的内部安装一定数量的自动烟感系统，内置的烟感传感器具有与主站通信的能力，当发生火灾时，烟感传感器监测到火灾后及时将相关信号传递到主站上，這就让运维人员可及早发现火情，防止事故的扩大。预制舱箱体自身具备防火能力，舱体结构壁板可长时间耐火;舱体采用双层保温结构和设置一定数量的泄压通道，具有较强的防爆能力。 3 智能高压设备
应采用智感、智测、智控的智能设备，提升数字化、集成化、标准化、模块化水平，通过集成于设备本体的传感器，实现设备预警、告警、开关位置二次确认、状态信息自我感知等。智能高压设备应遵循DL/T1411，并满足常规高压设备的技术标准要求，实现下列全部或部分智能化功能。
（1）数字测量：一二次设备的相关参数的测量、计算、传输等均采用数字技术，站内数据的相关处理均数字化。
（2）状态感知及评估：基于集成于高压设备本体的传感器，实现对设备状态信息的监测和网络共享，支撑生产运行管理的状态评估。
（3）设备开关位置判定：设备开关位置判定，主要以监控系统的状态位置为主要依据，也可根据实际需要，利用集成于高压设备本体的传感器，实现设备开关位置信息二次确认，为智能巡视及智能操作提供辅助判据。图3为典型的智能开关设备图。
（4）网络控制：受控部件的控制均由站内通信网络完成，包括主站和远方之间的遥控、主控设备和受控设备之间的遥控。
智能变电站宜推进具备智感、智测、智控能力的设备应用，提升设备状态监测，通过集成于设备本体的传感器，实现设备预警、告警、状态信息自我感知及开关位置二次确认，支撑智能变电站高效运维。智能高压设备的选择，应综合考虑以下7个方面：一是变电站应根据实际需要，经技术经济比较后，合理选择智能巡视技术路线，设计站内道路、巡检通道、表计朝向及巡视点等;二是应统筹考虑智能安防设备接入的功能要求，视频及环境监控系统应满足智能运维环境与设施监控的要求;三是应满足各级生产监控指挥中心对厂站端设备状态、操作过程、作业环境、运行水平管理的要求;四是应具备数据辨识与处理功能，保证基础数据的正确性，支持一体化电网运行智能系统对电网状态估计的应用需求。五是应可以采集变电站内主要设备的运行数据，并通过网络上传至变电站主站，为电网运行管理及状态检修提供基础数据支撑;六是应具备充分利用自动调压、无功补偿自动调节等手段自动调节变电站的运行方式，以实现电网安全经济运行;七是应综合主站数据，利用对站内信息的集中处理、判断，智能调整变电站的运行参数，以动态自适应电网运行方式的变化。
4 智能变电站的互感器
应遵循互感器相关标准，并满足以下要求：
①宜采用常规互感器，也可采用光学互感器;②采用常规互感器时，宜通过二次电缆直接接入装置实现采样，也可通通过延时（含交换机转发延时）可测技术实现采样同步;③采用光学互感器时，应遵循GB/T20840，并与配套的合并单元相匹配;④根据需要，光学互感器可集成于其他一次设备，也可独立配置。
有源电子式互感器虽然已经在智能变电站中有成功应用的例子，但其存在着对电源要求高、工作環境恶劣复杂、维护困难等问题，这极大的限制了有源电子式互感器推广使用，目前大多智能变电站都是采用的无源电流电压组合互感器，如图4所示，其主要有如下特点。
（1）电流互感器与电压互感器可以集成为一体，同时实现对一次电流和一次电压的测量;
（2）电流传感器空芯线圈和LPCT相互配合的技术，测量的电流数据具有精度高、动态范围大、暂态特性好等特点;
（3）电压互感器采用电容分压器传感一次电压技术，测量出来的数据具有精度高、稳定性好等特点;
（4）远端模块配置两套系统、互为备用，增加可靠性;
（5）采样模块均采用双A/D采样，并嵌入自检功能，进一步提高采样数据的可靠性;
（6）配置用MU激光供能和一次侧现场取点相结合的方法给远端模块实时供电，电源的供电可靠性高。
5 结语
本文通过对典型110 kV智能变电站为例，从体系架构、电气主接线、智能高压设备和互感器4个方面详细地介绍了智能变电站的特点。
参考文献
[1] 刘柏青.电力系统及电气设备概论[M].武汉：武汉大学出版社，2005.
[2] 王琰.智能变电站技术研究及其应用[D].济南：山东大学，2016.
[3] 高翔.智能变电站技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[4] 李瑞生，李燕斌，周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制，2010（21）：33-36.
[5] 彭志强，刘翌，罗俊，等.智能变电站监控信息自动验收体系架构及关键技术[J].电力系统保护与控制，2020，48（7）：174-181.