智能变电站功能架构和设计原则

智能变电站功能架构和设计原则

摘要：电能是经济发展重要能源之一，变电站是电力供应系统重要组成部分。随着科技进步，智能化变电站建设如火如荼。本文就此分析智能变电站功能架构和设计原则。

关键词：智能电网；智能变电站；功能架构；设计原则

引言

在信息化时代，任何事物都向着智能化发展，唯有智能化服务才能提高工作效率，节省成本，提高经济效益。国家电网概莫能外。智能变电站是智能电网的重要组成部分，在提高运作效率、节省人力物力等各个方面都有着不可替代的作用。智能化电站实现的目标不是一蹴而就，也不是遥不可及。

1.智能变电站概述

智能变电站具有先进的功能，在环保和服务用电方面比传统的变电站有显著的提高，不仅体现在自动控制、全站设备的一、二次保护等方面也比传统的变电站有不少的提高，主要的优势集中在以下几个方面：先进的状态监测、诊断和测控功能，与其他变电站和电力调度中心具有互动交流功能，变电站运行具有显著的经济性，还有采集、存贮和分析能力。

2.智能变电站设计原则

2.1存储保护设计

在智能变电站中，通过对数字信息平台的构建，能够对信息集中管理的目的加以反映，在信息集中存储管理中，冗余、转换、调用、集成信息模型等功能发挥良好，对电网互动技术支撑、信息提供等也有较大帮助。针对信息共享，智能变电站设定统一融合标准，实现智能电网与变电站间无缝通信连接。由于应用了分布式电源，智能电网效率与安全性有效提升。

2.2硬件集成技术设计

智能变电站硬件系统运行环境日益复杂，硬件集成技术应用，能有效克服以往硬件设计不足。硬件系统设计要考虑自动化、智能化、集成化技术综合应用，应用功能模块化设计，提升硬件系统功能性。

2.3软件构件技术

软件构件技术需要以系统工程信息数据为基础实现变电站与设备系统自动重构。软件构件是软件系统正常运行的基础，不但减少了功能软件集成与开发的重复性劳动，还加强了自身可靠性与系统间互动性并具有自愈能力。

3.智能变电站功能架构

3.1电子互感器

电子式互感器是基于光学技术、微电子技术、微机技术的非常规互感器，利用光纤传感或光电子技术来实现电压电流量的测量。它从原理上避免了传统互感器的铁芯饱和、有开路和短路危险等诸多问题，具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、效应频带宽，体积小重量轻等优点。根据原理的不同，电子式互感器可分为有源型和无源型两类。

3.2交换机

交换机是常规变电站监控系统网络的重要组成部分，方便可靠的将全站的后台、远动、保护、测控等装置构成一个大的监控网络，实现遥测、遥信、遥控的实时可靠传输。交换机在综合自动化变电站站控层已经得到大规模成熟的发展和应用。随着智能变电站的推广，该技术在变电站过程层网络中得到了全面的推广

应用。与站控层相比，智能变电站过程层的数据交换对可靠性、稳定性和实时性

提出了极高的要求。交换机网络用于传输GOOSE、SMV等组播报文，导致过程层

网络报文流量较常规变电站交换机网络大大增加。同时，过程层网络用于实现保护、测控装置与智能终端、合并单元信息的传输，网络的异常将直接影响到保护

动作的可靠性。因此，交换机技术是否能够完全保证过程层网络的稳定可靠运行，特别是满足继电保护的要求就显得至关重要。

3.3数字化变电站组网

组网方式是否合理直接关系到变电站能否安全稳定运行。智能化数字化变电

站的基本结构继承了分层分布式的特点，其功能在逻辑上被分配到3个不同的层(即过程层、间隔层和变电站层)中，连接三层设备的两个网络，分别是站控层网

络和过程层网络。目前变电站通信网络拓扑物理结构主要有：总线型、星型、环

型拓扑。

3.4断路器智能控制装置

作为过程层的主要元件有传感器、合并单元、数字式断路器控制器、智能型

隔离开关控制器等，目前对于断路器操作技术的智能化尚处于研究、试验阶段，

实际工程应用的许多技术问题有待于解决。与此同时，作为智能断路器技术的补充，断路器智能监视和智能控制技术得到了相应的发展和应用。断路器监视系统

技术的主要特点在于有效监视断路器运行工况;断路器智能控制装置的功能在于将

原控制室内的操作控制回路下放到就地开关站。

3.5程序控制操作技术

随着110kV,35kVGIS的应用，出现了紧凑型结构的中低压开关柜应用模式。

这种开关柜可实现程序控制，开关柜的各项操作，如断路器分、合闸、断路器手

车移进移出、接地刀闸操作可以实现电动式控制;因此，分步操作用计算机软件实现，就可以将所有操作步骤固化在程序控制系统的软硬件中，以往的分部操作命

令可以通过综合令实现，实现操作程序模块化。采取程序操作后可以大大简化变

电站内的操作步骤，最大程度地避免因人员因素造成的误操作，可直接接受调度

任务，省去变电站运行值班操作环节，节省大量人工，操作效率大大提高。

3.6二次设备

采用就地智能终端柜的方式是将间隔层按所内一次设备配置，完全物理分散，将保护、监控、计量和电源组柜分散布置在间隔内，一二次设备完全对应。采用

智能组件室是将原来的二次小室拆散成数个组建室，布置到对应的一次设备旁边。就地智能终端柜采用风扇和散热片进行散热，设备运行温度受外界环境影响大，

对二次设备的工艺提出了更高的要求。此外，就地柜面临的另一个问题是无法做

到二次设备全天候检修，无法在大雨等恶劣的环境下进行抢修。智能组件室能够

满足二次设备全天候检修及消缺的需求，同时由于加装了空调，使得二次设备运

行环境较智能组件柜大大改善。现阶段，二次设备由于制造工艺问题，耐高温和

强电磁干扰能力有限，因此不建议大量采用就地智能终端柜的方式布置在户外。

智能组件室内的条件与常规二次小室类似，同时节省了电缆和光缆，是一种值得

推广的方式。

3.7综合智能组件

一般安置在一次设备旁，当采用电子式互感器和智能操作箱时，综合智能组

件相当于间隔层设备，要与过程层的采样值（SV）网和通用面向对象变电站事件（GOOSE）网通信，同时还要与站控层通信的制造报文规范（MMS）网通信。变

压器综合智能组件包含本体智能终端、设备控制器、非电量保护和组件信息管理