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［摘要］：本文介绍了智能变电站二次部分设计思路及经验，根据工程实践经验，提出了现阶段智能变电站的特点及设计中需要考虑的问题。
［关键词］：智能变电站、IEC61850，网络结构，GOOSE
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：
智能变电站特点
IEC 61850标准
国际电工委员会 TC57制定了变电站通信网络和系统系列标准——IEC 61850，该标准成为基于通信网络平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。IEC 61850 是关于變电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系，与传统的通信标准体系相比，在技术上有如下特点：
（1）使用面向对象建模技术；
（2）使用 MMS 技术；
（3）使用分层、分布体系；
（4）具有互操作性；
（5）具有面向未来的、开放的体系结构。
IEC 61850 标准系列覆盖了变电站的所有接口通讯。它按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和继电保护三大功能从逻辑上将系统分为 3 层：变电站层、间隔层、过程层。过程层主要完成开关量 I/O、模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能。间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护或间隔单元控制设备就属于这一层。变电站层的功能分为 2类：一是与过程相关的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围内的闭锁等；二是与接口相关的功能，主要指与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信。
1.2 智能变电站增加的设备
1.2.1 电子式互感器
电子式互感器与传统互感器相比，具有绝缘简单、体积小、重量轻、电流互感器(TA)动态范围宽、无磁饱和、电压互感器(TV)无谐振现象、TA二次输出可以开路等优点，受到普遍关注, 并逐步在工程中应用。根据构成原理的不同，电子式互感器可分为有源式和无源式，有源式电子式互感器是指高压平台的传感头部分需要供电电源的电子式互感器，而无源式电子互感器是指高压平台的传感头部分不需要供电电源的电子式互感器。在桂林500kV智能变电站中应用的是采用Rogowski线圈的有源式电子式互感器。
1.2.2 合并单元
合并单元（简称 MU）是针对智能输出的电子式互感器而定义的，连接了电子式互感器二次转换器与变电站二次设备。采用一台合并单元（MU）汇集多达 12 个二次转换器数据通道。一个数据通道承载一台电子式互感器或一台电子式互感器采样测量值的单一数据流。在多相或组合单元时，多个数据通道可以通过一个实体接口从二次转换器传输到合并单元。合并单元的主要功能是同步采集三相电流电压输出的数字信息并汇总按照一定的格式输出给二次保护控制设备。
1.2.3 智能终端
当智能终端与保护、测控设备间按照IEC 61850-9-2 的规范进行双向通信时, 即可实现智能操作箱的功能。实际工程中对于同一个断路器, 会有多套保护装置( 如线路保护、母线保护、断路器保护、测控装置) 向其发跳闸或合闸命令，传统的做法是将各保护装置的命令通过继电器输出接点进行并联，接至开关的跳合闸线圈。而采用了智能终端后，各保护装置不仅可以通过以太网进口，按照IEC 61850-9-2的规范接收智能终端的模拟量数值信号，同时也可以将保护逻辑的计算结果，通过以太网输送到智能终端，由智能终端统一控制一次开关，即完成智能操作的功能。
2 智能变电站的网络结构
2.1智能变电站自动化系统在功能逻辑上可分配在三个不同的层，即站控层(变电站层)、间隔层、过程层。三层之间用分层、分布、开放式网络系统实现连接，即连接站控层设备和间隔层设备的站控层网络，连接间隔层设备和过程层设备的过程层网络。
站控层网络与常规综合自动化站的站控层网络类似。网络结构可参照目前已成熟运用的综自站的网络结构。
过程层网络中用于传输保护信息和跳闸命令的G00SE网，实时性要求较高，在确定G00SE网的拓扑结构时，应先确定网络的节点类型和统计节点数量，根据网络节点数量和单台交换机的端口数量确定交换机数量，根据交换机数量和传输延时要求确定G00SE网的拓扑结构。
2.2 网络设备的配置及选择
考虑到安全性、可靠性和经济性，变电站网络在交换机台数允许的情况下可选择冗余星形网络结构或双以太网接口冗余配置，智能变电站中交换机是最为重要的网络设备，它的正常运行是网络可靠性、实时性的保证，因此，合理的选择交换机尤显重要。更加工程经验，当交换机台数大于等于4台时，选择冗余星形网络结构作为变电站网络的拓扑结构。
3 智能变电站电气二次设计模式的变化
常规综合自动化站电气二次图含电流电压回路图、控制信号回路图、端子排图、电缆清册等，所有不同设备间的连接均通过从端子到端子的电缆连接实现。这些图纸反映了二次设备的原理及功能，一、二次设备间的连接关系，以及可用于指导施工接线和运行的检修维护。
而智能变电站电气二次设计与常规综合自动化站比较发生了很大的变化。智能变电站各层设备通过网络进行连接，设备间的连接是基于网络传输的数字信号，原有二次回路中点对点的电缆连接被网络化的光缆连接所取代，已不再有传统的端子的概念。
SCD全站数据库在智能变电站的设计中已经部分取代了传统变电站的二次蓝图，所以在智能变电站设计中，至少应具备一套基于虚端子的二次接线工具，能够直观并且简易的实现各厂家虚端子部分的连线工作，真正在设计层面上完善和实现智能变电站的透明性和开放性。
4 智能变电站的设计经验及建议
在总结以往智能变电站从技术协议的签订到工程验收，各厂商智能设备互连互通问题多、时间长、改动大等等问题比较集中。所以建议智能变电站应遵循以下设计思路：
在工程设计前期，建议举行设计联络会，就各设备厂家提供的设备型号、数量、组屏方案以及各电力公司特殊要求进行讨论并形成会议纪要，各厂家及设计院在工程的设计中就有章可循，有效避免由于理解的误差带来的图纸修改。
工程设计中期，建议重视及围绕网络拓扑图、交换机配置图、光纤接口定义图、虚端子图进行二次设计，尽量避免由于某一个环节的错误而影响后期整个变电站的施工，例如设备配置错误、交换机数量不够等问题。
设备厂家之间的接口要求逐步逐条进行规范，同时集中设计、运行及各设备制造商，以系统集成商为主进行设备出厂前的互联试验，以验证各厂家设备的标准化。
5 结语
智能变电站较综合自动化站有着明显的优势，它也是未来变电站发展的趋势。但每种新技术的应用都有它总结、提高、再总结、再提高的过程。目前，在进行智能变电站建设时，建议根据目前技术发展情况及将来发展方向，进行技术方案及经济方案的比较，同时借鉴已建智能变电站的成功经验，建设具备可靠性、安全性、效益性的智能变电站。
［关键词］：智能变电站、IEC61850，网络结构，GOOSE
中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：
智能变电站特点
IEC 61850标准
国际电工委员会 TC57制定了变电站通信网络和系统系列标准——IEC 61850，该标准成为基于通信网络平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。IEC 61850 是关于變电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系，与传统的通信标准体系相比，在技术上有如下特点：
（1）使用面向对象建模技术；
（2）使用 MMS 技术；
（3）使用分层、分布体系；
（4）具有互操作性；
（5）具有面向未来的、开放的体系结构。
IEC 61850 标准系列覆盖了变电站的所有接口通讯。它按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和继电保护三大功能从逻辑上将系统分为 3 层：变电站层、间隔层、过程层。过程层主要完成开关量 I/O、模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能。间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护或间隔单元控制设备就属于这一层。变电站层的功能分为 2类：一是与过程相关的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围内的闭锁等；二是与接口相关的功能，主要指与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信。
1.2 智能变电站增加的设备
1.2.1 电子式互感器
电子式互感器与传统互感器相比，具有绝缘简单、体积小、重量轻、电流互感器(TA)动态范围宽、无磁饱和、电压互感器(TV)无谐振现象、TA二次输出可以开路等优点，受到普遍关注, 并逐步在工程中应用。根据构成原理的不同，电子式互感器可分为有源式和无源式，有源式电子式互感器是指高压平台的传感头部分需要供电电源的电子式互感器，而无源式电子互感器是指高压平台的传感头部分不需要供电电源的电子式互感器。在桂林500kV智能变电站中应用的是采用Rogowski线圈的有源式电子式互感器。
1.2.2 合并单元
合并单元（简称 MU）是针对智能输出的电子式互感器而定义的，连接了电子式互感器二次转换器与变电站二次设备。采用一台合并单元（MU）汇集多达 12 个二次转换器数据通道。一个数据通道承载一台电子式互感器或一台电子式互感器采样测量值的单一数据流。在多相或组合单元时，多个数据通道可以通过一个实体接口从二次转换器传输到合并单元。合并单元的主要功能是同步采集三相电流电压输出的数字信息并汇总按照一定的格式输出给二次保护控制设备。
1.2.3 智能终端
当智能终端与保护、测控设备间按照IEC 61850-9-2 的规范进行双向通信时, 即可实现智能操作箱的功能。实际工程中对于同一个断路器, 会有多套保护装置( 如线路保护、母线保护、断路器保护、测控装置) 向其发跳闸或合闸命令，传统的做法是将各保护装置的命令通过继电器输出接点进行并联，接至开关的跳合闸线圈。而采用了智能终端后，各保护装置不仅可以通过以太网进口，按照IEC 61850-9-2的规范接收智能终端的模拟量数值信号，同时也可以将保护逻辑的计算结果，通过以太网输送到智能终端，由智能终端统一控制一次开关，即完成智能操作的功能。
2 智能变电站的网络结构
2.1智能变电站自动化系统在功能逻辑上可分配在三个不同的层，即站控层(变电站层)、间隔层、过程层。三层之间用分层、分布、开放式网络系统实现连接，即连接站控层设备和间隔层设备的站控层网络，连接间隔层设备和过程层设备的过程层网络。
站控层网络与常规综合自动化站的站控层网络类似。网络结构可参照目前已成熟运用的综自站的网络结构。
过程层网络中用于传输保护信息和跳闸命令的G00SE网，实时性要求较高，在确定G00SE网的拓扑结构时，应先确定网络的节点类型和统计节点数量，根据网络节点数量和单台交换机的端口数量确定交换机数量，根据交换机数量和传输延时要求确定G00SE网的拓扑结构。
2.2 网络设备的配置及选择
考虑到安全性、可靠性和经济性，变电站网络在交换机台数允许的情况下可选择冗余星形网络结构或双以太网接口冗余配置，智能变电站中交换机是最为重要的网络设备，它的正常运行是网络可靠性、实时性的保证，因此，合理的选择交换机尤显重要。更加工程经验，当交换机台数大于等于4台时，选择冗余星形网络结构作为变电站网络的拓扑结构。
3 智能变电站电气二次设计模式的变化
常规综合自动化站电气二次图含电流电压回路图、控制信号回路图、端子排图、电缆清册等，所有不同设备间的连接均通过从端子到端子的电缆连接实现。这些图纸反映了二次设备的原理及功能，一、二次设备间的连接关系，以及可用于指导施工接线和运行的检修维护。
而智能变电站电气二次设计与常规综合自动化站比较发生了很大的变化。智能变电站各层设备通过网络进行连接，设备间的连接是基于网络传输的数字信号，原有二次回路中点对点的电缆连接被网络化的光缆连接所取代，已不再有传统的端子的概念。
SCD全站数据库在智能变电站的设计中已经部分取代了传统变电站的二次蓝图，所以在智能变电站设计中，至少应具备一套基于虚端子的二次接线工具，能够直观并且简易的实现各厂家虚端子部分的连线工作，真正在设计层面上完善和实现智能变电站的透明性和开放性。
4 智能变电站的设计经验及建议
在总结以往智能变电站从技术协议的签订到工程验收，各厂商智能设备互连互通问题多、时间长、改动大等等问题比较集中。所以建议智能变电站应遵循以下设计思路：
在工程设计前期，建议举行设计联络会，就各设备厂家提供的设备型号、数量、组屏方案以及各电力公司特殊要求进行讨论并形成会议纪要，各厂家及设计院在工程的设计中就有章可循，有效避免由于理解的误差带来的图纸修改。
工程设计中期，建议重视及围绕网络拓扑图、交换机配置图、光纤接口定义图、虚端子图进行二次设计，尽量避免由于某一个环节的错误而影响后期整个变电站的施工，例如设备配置错误、交换机数量不够等问题。
设备厂家之间的接口要求逐步逐条进行规范，同时集中设计、运行及各设备制造商，以系统集成商为主进行设备出厂前的互联试验，以验证各厂家设备的标准化。
5 结语
智能变电站较综合自动化站有着明显的优势，它也是未来变电站发展的趋势。但每种新技术的应用都有它总结、提高、再总结、再提高的过程。目前，在进行智能变电站建设时，建议根据目前技术发展情况及将来发展方向，进行技术方案及经济方案的比较，同时借鉴已建智能变电站的成功经验，建设具备可靠性、安全性、效益性的智能变电站。