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摘 要 智能电网是电力技术发展的趋势，智能化变电站则是其重要基础。本文阐述了智能化变电站与传统变电站的不同之处，介绍了智能变电站的关键技术，如体积小性能好的电子式互感器、智能化的断路器、IEC61850标准等，并对其可靠性进行分析，指出智能化变电站的可靠性高于传统变电站。
关键词 智能化变电站；电子式互感器；智能化断路器；IEC61850；可靠性
中图分类号：TM766 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0213-02
目前变电站综合自动化系统在变电站中取得了广泛的应用，其通常采用分布式结构，其按照间隔将保护和监控等功能分隔开，装置分散地安装在现场，通过通信网络构成一个完整的系统。相对于集中式结构，这种方式对运行维护人员来说能够方便工作，同时简化二次电缆的接线，有利于变电站的设计和建设，降低变电站的造价，在技改和扩建中更加方便。
但是，目前的变电站是通过常规的电磁型电流互感器和电磁型电压互感器进行模拟量的采样，其采集量从互感器的二次输出端通过二次电缆输送到主控室，供各种保护装置、测控装置及其他需要采集电压电流信号的设备使用，电缆的使用量很大，成本较高。由于二次电缆接入很多设备，其线路较长，对电流互感器的信号采样造成影响，若出现二次电缆接地的情况，其查找起来具有一定难度，增加了工作人员的工作量，同时二次电缆多点接地的情况可能导致保护装置误动或拒动，危险性很高。同时，在变电站扩建间隔时，由于没有统一的标准，可能会因为不同的厂家其通信接口或通信协议不同而需要经过规约转换，各种设备间难以互相操控。扩建时需要增加装置，因此其二次电缆的使用量更大，若需要增加互感器，其接线则更加复杂。
智能化变电站通过光纤通信网络代替金属的二次电缆，利用数字通信技术，以上问题就解决了。智能化变电站内的设备通过光纤接入以太网，实现数据的采集、传送和交流，做到一次设备和二次设备完全隔离开，一方面其安全性大大提高，另一方面对设备的状态更加全面和直观，提高了设备的利用率，其运行和维护的工作量将大大减少。
1 智能化变电站的关键技术
1）电子式互感器。
传统的电磁式的互感器结构比较复杂，其饱和时可能对继电保护装置的正常运行产生不良影响，输出的信号为模拟量，不便于数字化。而电子式互感器没有铁芯结构，采用光纤作为信号传输的通道，将高压的一次和二次隔离开来，从其原理分析可知它也不存在磁饱和以及谐振现象，具有很强的抗干扰能力，绝缘性能突出，具有较大的动态范围，相比于电磁式的互感器优势明显。由于采用了将光缆代替电缆的方式，由于在互感器部分进行了光电隔离，就避免了因二次电缆接线端子松动或其他情况造成电压互感器和电流互感器的事故，大大提高了人身安全和设备安全。能够接入现场总线，大量减少了二次电缆的使用，并且容易将数据进行数字化通信，共享信息。
2）智能化断路器。
智能化断路器采用新型传感器和电子技术，能够实现数字化的智能控制，其机械结构比较简单，减少了设备检修时的停电时间。其控制单元能够独立采集信息对设备是否存在异常进行检测，在缺陷发展成故障前就进行告警，能够有效降低断路器的故障率。智能断路器能在电流正常时以低速进行分闸，降低断路器动作时产生的冲击造成的机械磨损，由此提高断路器的使用年限；若监测到较大的短路电流则较快分闸速度，确保及时断开故障点，实现了断路器动作时间的控制。智能断路器可以实现由于故障断路器断开后，若故障没有消除则不进行误重合闸，因此可以避免传统断路器只能重合一次的不足。
3）通信规约。
智能化变电站内使用统一的网络通信标准IEC61850，不同厂家的设备之间不经过规约转换就能够互相共享信息，实现了设备间的互相操作，简化了通信方式。其式二次设计大大简化，并降低了施工的工作量，变电站运行后维护更加方便。智能变电站的通信协议IEC61850具有以下特点。它使用面向对象数据的统一建模，具有分布式的结构，使用抽象通信服务接口与特定通讯服务映射技术，使用规范的报文技术，面向实时的服务于互操作性。
4）通信网络技术。
智能变电站信号通过光纤传输，抗电磁干扰能力前，同时信号几乎无衰减和失真的状况。同时，由于一根光缆就可以传送几个信号，大量的电缆能够通过几根光纤就能代替，对降低投资成本、简化维护、减少误差、提高精度、信息共享、减少调试工作量等都具有良好的效果。在扩建间隔时，由于智能变电站具有很高的兼容性，降低了重复建设和额外成本。同时利用光纤传送时，若接受信号的合并器没有收到数据，将智能分析其原因并发出告警信号，大大提高了设备运行的可靠性，同时减少了运行维护人员的工作量。
2 智能变电站可靠性指标
1）电子式互感器可靠性分析。
由于电子式互感器的组成结构较为简单，其运行温度相比变压器要小很多，在相同的设计寿命下，若没出现外力破坏和维护不到位的情况下，其使用年限将超过变压器。电子式互感器采用光纤传输信号，而光纤的使用年限一般有20年，且其平均修复时间较短，从总体来看，使用电子式互感器能够提高智能变电站的可靠性。
2）智能化断路器可靠性分析。
断路器在电力系统中地位非常重要，它的可靠性与继电保护装置以及电网主接线的可靠性密切相关。由于智能断路器是独立采集断路器的运行信息，能够非常精确地发现断路器的缺陷，并在缺陷转换为故障前就发出告警。在动作时根据电流的大小控制断路器动作的速度，有效降低断路器动作时产生的损耗。智能断路器一方面能够及时发现并处理缺陷，一方面通过控制动作速度延长寿命，其可靠性的各项指标均明显优于传统断路器，对智能变电站的总体可靠性有积极作用。
3）通信网络可靠性分析。
由于智能变电站内的链路层能够实现数据的稳定传送，将可能出现错误的物理连接变位了逻辑上没有误差的数据链路，信息丢失或出错的情况不会出现。各种设备按照IEC61850直接连接，用统一的通信标准接入通信网络，不需为不同功能专门铺设采集系统。智能化变电站可以根据现场需求选择不同的网络拓扑结构，控制冗余性进而提高系统的可靠性，其采用冗余以太网，利用光以太网交换机提供冗余连接，避免出现数据流量环路的风险，降低网络的重构时间，保证了智能变电站的高可靠性。
3 结论
本文将智能化变电站与传统变电站相对比，并对智能化变电站的关键技术进行剖析，对智能变电站内的电子式互感器、智能化断路器以及通信网络的可靠性进行评估，得出智能化变电站的应用将提高电网供电可靠性的结论。
参考文献
[1]王璐，王步华，宋丽军，郭志红.基于IEC6180的数字化变电站的研究与应用[J].电力系统保护与控制，2008，36（24）.
[2]李九虎，须雷，罗苏南，王邦惠.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].江苏电机工程，2007（26）.
[3]高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006（23）.
关键词 智能化变电站；电子式互感器；智能化断路器；IEC61850；可靠性
中图分类号：TM766 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0213-02
目前变电站综合自动化系统在变电站中取得了广泛的应用，其通常采用分布式结构，其按照间隔将保护和监控等功能分隔开，装置分散地安装在现场，通过通信网络构成一个完整的系统。相对于集中式结构，这种方式对运行维护人员来说能够方便工作，同时简化二次电缆的接线，有利于变电站的设计和建设，降低变电站的造价，在技改和扩建中更加方便。
但是，目前的变电站是通过常规的电磁型电流互感器和电磁型电压互感器进行模拟量的采样，其采集量从互感器的二次输出端通过二次电缆输送到主控室，供各种保护装置、测控装置及其他需要采集电压电流信号的设备使用，电缆的使用量很大，成本较高。由于二次电缆接入很多设备，其线路较长，对电流互感器的信号采样造成影响，若出现二次电缆接地的情况，其查找起来具有一定难度，增加了工作人员的工作量，同时二次电缆多点接地的情况可能导致保护装置误动或拒动，危险性很高。同时，在变电站扩建间隔时，由于没有统一的标准，可能会因为不同的厂家其通信接口或通信协议不同而需要经过规约转换，各种设备间难以互相操控。扩建时需要增加装置，因此其二次电缆的使用量更大，若需要增加互感器，其接线则更加复杂。
智能化变电站通过光纤通信网络代替金属的二次电缆，利用数字通信技术，以上问题就解决了。智能化变电站内的设备通过光纤接入以太网，实现数据的采集、传送和交流，做到一次设备和二次设备完全隔离开，一方面其安全性大大提高，另一方面对设备的状态更加全面和直观，提高了设备的利用率，其运行和维护的工作量将大大减少。
1 智能化变电站的关键技术
1）电子式互感器。
传统的电磁式的互感器结构比较复杂，其饱和时可能对继电保护装置的正常运行产生不良影响，输出的信号为模拟量，不便于数字化。而电子式互感器没有铁芯结构，采用光纤作为信号传输的通道，将高压的一次和二次隔离开来，从其原理分析可知它也不存在磁饱和以及谐振现象，具有很强的抗干扰能力，绝缘性能突出，具有较大的动态范围，相比于电磁式的互感器优势明显。由于采用了将光缆代替电缆的方式，由于在互感器部分进行了光电隔离，就避免了因二次电缆接线端子松动或其他情况造成电压互感器和电流互感器的事故，大大提高了人身安全和设备安全。能够接入现场总线，大量减少了二次电缆的使用，并且容易将数据进行数字化通信，共享信息。
2）智能化断路器。
智能化断路器采用新型传感器和电子技术，能够实现数字化的智能控制，其机械结构比较简单，减少了设备检修时的停电时间。其控制单元能够独立采集信息对设备是否存在异常进行检测，在缺陷发展成故障前就进行告警，能够有效降低断路器的故障率。智能断路器能在电流正常时以低速进行分闸，降低断路器动作时产生的冲击造成的机械磨损，由此提高断路器的使用年限；若监测到较大的短路电流则较快分闸速度，确保及时断开故障点，实现了断路器动作时间的控制。智能断路器可以实现由于故障断路器断开后，若故障没有消除则不进行误重合闸，因此可以避免传统断路器只能重合一次的不足。
3）通信规约。
智能化变电站内使用统一的网络通信标准IEC61850，不同厂家的设备之间不经过规约转换就能够互相共享信息，实现了设备间的互相操作，简化了通信方式。其式二次设计大大简化，并降低了施工的工作量，变电站运行后维护更加方便。智能变电站的通信协议IEC61850具有以下特点。它使用面向对象数据的统一建模，具有分布式的结构，使用抽象通信服务接口与特定通讯服务映射技术，使用规范的报文技术，面向实时的服务于互操作性。
4）通信网络技术。
智能变电站信号通过光纤传输，抗电磁干扰能力前，同时信号几乎无衰减和失真的状况。同时，由于一根光缆就可以传送几个信号，大量的电缆能够通过几根光纤就能代替，对降低投资成本、简化维护、减少误差、提高精度、信息共享、减少调试工作量等都具有良好的效果。在扩建间隔时，由于智能变电站具有很高的兼容性，降低了重复建设和额外成本。同时利用光纤传送时，若接受信号的合并器没有收到数据，将智能分析其原因并发出告警信号，大大提高了设备运行的可靠性，同时减少了运行维护人员的工作量。
2 智能变电站可靠性指标
1）电子式互感器可靠性分析。
由于电子式互感器的组成结构较为简单，其运行温度相比变压器要小很多，在相同的设计寿命下，若没出现外力破坏和维护不到位的情况下，其使用年限将超过变压器。电子式互感器采用光纤传输信号，而光纤的使用年限一般有20年，且其平均修复时间较短，从总体来看，使用电子式互感器能够提高智能变电站的可靠性。
2）智能化断路器可靠性分析。
断路器在电力系统中地位非常重要，它的可靠性与继电保护装置以及电网主接线的可靠性密切相关。由于智能断路器是独立采集断路器的运行信息，能够非常精确地发现断路器的缺陷，并在缺陷转换为故障前就发出告警。在动作时根据电流的大小控制断路器动作的速度，有效降低断路器动作时产生的损耗。智能断路器一方面能够及时发现并处理缺陷，一方面通过控制动作速度延长寿命，其可靠性的各项指标均明显优于传统断路器，对智能变电站的总体可靠性有积极作用。
3）通信网络可靠性分析。
由于智能变电站内的链路层能够实现数据的稳定传送，将可能出现错误的物理连接变位了逻辑上没有误差的数据链路，信息丢失或出错的情况不会出现。各种设备按照IEC61850直接连接，用统一的通信标准接入通信网络，不需为不同功能专门铺设采集系统。智能化变电站可以根据现场需求选择不同的网络拓扑结构，控制冗余性进而提高系统的可靠性，其采用冗余以太网，利用光以太网交换机提供冗余连接，避免出现数据流量环路的风险，降低网络的重构时间，保证了智能变电站的高可靠性。
3 结论
本文将智能化变电站与传统变电站相对比，并对智能化变电站的关键技术进行剖析，对智能变电站内的电子式互感器、智能化断路器以及通信网络的可靠性进行评估，得出智能化变电站的应用将提高电网供电可靠性的结论。
参考文献
[1]王璐，王步华，宋丽军，郭志红.基于IEC6180的数字化变电站的研究与应用[J].电力系统保护与控制，2008，36（24）.
[2]李九虎，须雷，罗苏南，王邦惠.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].江苏电机工程，2007（26）.
[3]高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006（23）.