建设智能变电站必要性及设计关键点
摘要通过比较现有变电站自动化系统存在的不足和智能变电站的优越性，探讨建设智能变电站的必要性。

同时，在技术、运行管理和设计层面上分析建设智能变电站设计关键点。

关键词智能变电站；IEC 61850；效益
变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，要求提供的信息量和实现的集成控制越来越多，因此，目前的变电站迫切需要一个简约的、智能的系统，实现信息共享，以减少投资，提高运行、维护效率。

这些运行和管理的需求使智能变电站成为变电站自动化系统的发展新方向。

随着计算机应用技术和现代电子技术的飞速发展，智能变电站离我们越来越近。

1 建设智能变电站的必要性
1.1 电力市场化改革的需要
变电站作为输配电系统的重要组成部分，市场化改革对其也提出了新的要求：从变电站外部看，更加强调变电站自动化系统的整体信息化程度，和与电力系统整体的协调操作能力；从变电站内部看，体现在集成应用的能力上，也不同于传统的变电站自动化装置的智能。

1.2 现有变电站自动化系统存在的不足
1）装置功能独立，且部分内容重复，缺乏高级应用。

虽然独立的装置实现了智能，但是却没有真正意义上的变电站系统智能，由于功能独立，装置间缺乏整体协调、集成应用和功能优化；高级应用功能，如状态估计、故障分析、决策支持等尚未完全实现。

2）二次接线复杂、CT/VT负载过重由于测量数据和控制机构不能共享，自动化装置之间缺乏通信等原因，变电站内二次接线十分复杂，且系统内使用的通讯规约不统一，不同的厂家使用不同的通讯规约，在系统联调的时候需要进行不同程度的规约转换，加大了调试的复杂性，也增加了运行、维护的难度，给设计、调试和维护带来了一定的困难，降低了系统的可靠性。

同时，存在大量硬接线，造成CT/VT负载过重。

3）装置的智能化优势未得到充分利用。

由于站内各套独立的自动化装置间缺乏集成应用，使得智能装置的作用并未完全发挥，从而降低了自动化系统的使用效率和投资价值。

4）缺乏统一的信息模型。

相互独立的自动化装置间缺乏互操作性，一方面局限了其在站内的应用，另一方面也给集控中心对信息的集成和维护带来困难。

1.3 智能变电站的优越性
1）提高一次设备的优越性。

智能变电站采用ECT和EVT，与传统电磁式互感器相比，具有无磁饱和、抗电磁干扰能力强、频带响应宽、体积小、重量轻、综合成本低等优点。

ECT和EVT的应用提高了采集精度和可靠性，可实现就地信号采集、就地数字信号输出，并采用光缆实现信号的传输，从而在节约了二次电缆的同时提高了传输信号的抗干扰能力，并减少了二次系统防雷的投资和遭受雷击可能带来的损失。

2）提高变电站信息共享和自动化水平。

智能变电站将互感器和一次设备纳入变电站通信网络，且二次设备网络化，大大提高了信息共享水平和自动化水平。

3）提高变电站运行的可靠性。

智能变电站基本取消了复杂的二次回路接线，代之以光纤或网线通信，完全不受负载影响，消除了测量数据传输过程中的系统误差。

智能的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度，大大提高了系统的可靠性。

4）简化了二次设备装置的结构和二次系统的试验。

智能变电站二次设备取消了采样保持、多路转换开关、A/D变换等环节，提高了装置的可靠性。

一次和二次无直接电联系，不存在TV短路，TA开路问题，提高了现场试验接线安全性；数字信号替代了传统模拟量输入信号，无需进行模拟量输入准确度校验；无需校验互感器的极性，无需进行二次回路接线检查；无需回路绝缘电阻测试，回路压降测试，回路接地的检查。

5）摆脱了电磁兼容的难题。

实现了一次设备和二次系统之间的电气隔离。

常规综合自动化为解决电缆传输信息时对二次设备带来的各种干扰问题，对电缆、保护装置的接地、屏蔽有着严格的要求，需二次设计及施工重点考虑；而智能变电站通过光纤传输数字信号可从根本上解决变电站的电磁兼容问题。

6）提高设备的利用率和互操作性。

减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率；减少设备数量，提高设备质量，从而提高变电站自动化的整体可靠性；不再依赖于设备制造商，方便了设备的更换和增加，减少投运时间，提高工作效率；维护方便，系统智能化程度高，在此基础上可望达到即插即用的效果；实现了分层控制和分层数据传输，大大提高了数据传输和应用的效率。

7）节省投资。

减少二次接线，减少占地面积，从而减少建设投资，在新型结构下的变电站自动化系统中，现场和控制室成堆的控制电缆、信号电缆将几乎全部被少量光纤和少量通信电缆所代替；通过延长自动化系统的生命周期，提高自动化系统的经济价值；大大降低了土建构支架，减少了钢材量降低了有色金属消耗，有利于社会的可持续性发展。

数据信号源唯一，数据分布应用且数据准确，结构简洁，升级扩展容易，重复投资少。

2 设计关键点
智能变电站技术将原有电气二次、继电保护、远动、通信专业紧密结合在一起，各专业间应相互渗透，同样需要培养跨专业的复合型设计人员。

1）一次设备智能化。

智能化电气设备快速发展，出现光电式互感器、智能化开关等机电一体化设备。

光电式互感器具有精度高、线性度好、无铁磁谐振和铁磁饱和、抗干扰能力强，安全性好、传输距离远、体积小、重量轻等特点，并且具备自检功能和在线校准功能。

2）二次设备网络化。

二次设备的网络化，是适应光电式互感器的应用、智能化一次设备和IEC61850通讯规约的需要。

如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、故障录波装置、稳控装置、VQC将等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，各设备之间的连接均采用高速的网络通讯，二次设备没有重复的I/O现场接口，主要靠网络真正实现数据共享、资源共享。

3）运行管理系统自动化。

变电站的运行管理系统一般包括运行数据和状态记录无纸化、自动化。

运行设备发生故障时，及时提供故障分析报告，给出故障原因及处理意见。

此外，系统应能自动发送设备检修报告，不再进行传统的定期检修，而是实现状态检修，大大减少劳动力。

4）IEC61850标准规约的应用。

IEC61850是以变电站一、二次设备信息为智能对象，以高速以太网络通讯平台为基础，通过对智能信息进行标准化建模，把电力系统的调度中心、变电站及变电站内部进行无缝连接的唯一的自动化国际通讯标准，不仅规范了继电保护装置等的模型和通讯接口，还规范了数字式CT、PT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口，很好地解决不同的厂家使用不同的通讯规约的矛盾。

大大简化了变电站二次系统，强化了各类应用功能。

3 结束语
本文从多方面对建设智能变电站的必要性进行了探讨，同时从不同层面对建设智能变电站设计关键点诸多问题进行了分析。

智能变电站是一个长期的复杂的系统工程，目前仍有许多技术难题需要解决，如有关保护定值条目在IEC61850中没有约定、数据采集共享问题等。

虽然全部实现智能变电站自动化功能还有很长的路要走，但是智能变电站无疑是变电站自动化系统发展的重要方向。