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摘要：智能变电站是智能电网的重要组成部分，智能变电站与数字化变电站及传统变电站在一次设备上的主要区别是一次设备智能化。本文简略介绍智能变电站的定义、结构及特征，探讨智能变电站中一次设备智能化应用的有关问题，总结智能变电站与数字化变电站及传统变电站在一次设备上的主要区别。
关键字：智能变电站；一次设备；智能化
中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：
智能變电站的定义
保证电网安全稳定运行不是单靠提高变电站的智能化就可以实现的，它是一个系统工程，取决于诸多因素，变电站的安全稳定运行是与变电站接入方案是否可靠、系统网架是否合理、运行方式是否合适分不开的。在智能电网建设过程中，必须明确“智能化”是确保电网安全、可靠、经济运行的手段，而不是目的；智能化不能牺牲电网原有的安全性、可靠性和经济性。
智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成。以光纤通道为媒介，高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要，支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。
智能变电站的特征
一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化是智能变电站的主要特征。高效、可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是发展方向。
智能变电站的结构
智能变电站设备分为过程层、间隔层、站控层。
（1）过程层：过程层的主要功能有电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。
（2）间隔层：其设备的主要功能是汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
（3）站控层：其主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度域控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能；具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。过程层设备是联系一次设备和二次系统的桥梁，为间隔层设备提供一次设备的数据，执行间隔层和站控层对一次设备的控制、调节等功能。间隔层设备完成对一次设备的测量、控制、保护、计量、检测等功能。智能组件以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，集成了过程层和间隔层的部分功能，具备测量、控制、保护、计量、检测中的全部或部分功能。高压一次设备与相关智能组件的有机结合构成了智能化一次设备，这种有机结合可以是独立运行的高压设备加外置的智能组建，也可以是高压设备内嵌部分智能组建再加外置智能组件，还可以是高压设备内嵌相关智能组件。智能组件是一次设备实现智能化的主要途径。
变电站一次设备的智能化应用
变电站设备主要包括变压器、断路器、互感器、母线等一次设备和变电站自动化系统、辅助系统、智能组件等二次设备。一次设备智能化是智能变电站的重要标志之一。采用标准的信息接口，实现实时状态监测、测控保护、信息通信等技术于一体的智能化一次设备，可满足整个智能电网电力流、信息流、业务流一体化的需求。智能化一次设备通过先进的状态监测手段和可靠的自评价体系，可以科学地判断一次设备的运行状态，识别故障的早期征兆，并根据分析诊断结果为设备运维管理部门合理安排检修和调度部门调整运行方式提供辅助决策依据，在发生故障时能对设备进行故障分析，对故障的部位、严重程度进行评估。我国现阶段大规模间隙发电和分布式发电接入方式，要求电网调度具有很高的灵活性，而一次设备智能化是满足这种要求的重要基础。把一次设备智能化的信息传输至信息一体化平台，接入变电站状态监测系统，通过状态监测单元实现一次设备重要参数的在线监测，为电网设备管理提供基础数据支撑。实时状态信息通过专家系统分析处理后可作出初步决策，实现站内智能设备自诊断功能。
智能组件是一次设备智能化的核心部分，对智能组件应有如下要求：智能组件的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行；智能组件应能自动连续地进行监测、数据处理和存储；智能组件应具有自检和报警功能；智能组件应具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；监测结果应具有较好的可靠性、重复性以及合理的准确度；应具有状态标定其监测灵敏度的功能。
（1）主变压器智能化。主要包括绝缘油中溶解气体在线监测、微水在线监测；套管绝缘在线监测（含环境温湿度监测）、局部放电在线监测、温度负荷在线监测等单元，从而实现对变压器正常运行中进行常态化，持续不断的绝缘监测；但变压器智能化的核心——专家诊断系统开发与应用中，还需要积累大量运行数据，挖掘设备运行特性，研究诊断方法，开发分析系统，从而完善设备状态诊断智能化。另外，考虑到传感器的使用寿命，尤其是内置传感器对于主设备本体运行的影响，监测量的选择以及传感器布点方面仍有待研究、提高。
（2）开关设备智能化。例如封闭式组合电器：GIS充气设备在线监测系统已基本实现了SF6气体的密度、微水监测功能；GIS局放在线监测系统实现了GIS局放的在线监测功能；GIS设备光纤测温在线监测，利用温度传感器采集GIS内部温度数据，可以直观地反映GIS内部温度变化。目前GIS绝缘在线监测最有效的方法是局部放电监测，可以发现GIS设备制造和安装及维修时引入的导电微粒及其他杂物，电极表面产生的毛刺、刮伤等损伤，导电或接地接触不良，支持绝缘内部的气隙等缺陷，同时多点监测可以实现故障定位。常规断路器在线监测系统实现了断路器的SF6气体密度、微水；分合闸线圈电流的波形状态、断路器的特征分合闸速度、储能电机电流波形、储能状态、储能时间、频率等参量的在线监测功能。
（3）避雷器设备智能化。避雷器在线监测系统实现了避雷器的全电流、泄漏电流值以及计数器动作次数的在线监测功能。
（4）电容性设备智能化。主要实现介质损耗因数、电容量以及三相不平衡电流的监测，掌握其绝缘特性。
（5）电缆。主要监测电力电缆的局部放电、介质损耗因数、直流分量等参量，掌握其绝缘特性。
（6）电子式互感器。电子式互感器是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一，在电网动态观测、提高继电保护可靠性等方面具有重要作用。准确的电流、电压动态测量，为提高电力系统运行控制的整体水平奠定测量基础。
电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号，对于电子式电流互感器，采用罗氏线圈；对于电子式电压互感器，则采用电阻、电容或电感分压等方式。罗氏线圈为缠绕在环状非铁磁性骨架上的空心线圈，不会出现磁饱和及磁滞等问题。电子式互感器的高压平台传感头部分具有需用电源供电的电子电路，在一次平台上完成模拟量的数值采样，采用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、测控和计量系统。电子式互感器的关键技术包括电源供电技术、远端电子模块的可靠性和采集单元的可维护性等。
光学电子式电流互感器采用法拉第磁光效应感应被测信号，传感头部分又分为块状玻璃和全光纤两种方式。目前的光学电子式电压互感器大多利用Pokels电光效应感应被测信号。光学电子式互感器传感头部分不需要复杂的供电装置，整个系统的线性度比较好。光学电子式互感器的关键技术包括光学传感材料的稳定性、传感头的组装技术、微弱信号调制解调器、温度对精度的影响、振动对精度的影响、长期运行的稳定性等。
参考文献
[1] 王文超.浅谈状态检修的发展及应用[J]. 赤峰学院学报(科学教育版). 2011(02)
[2] 方磊,翁舟波,张海梁.智能电网中智能一次设备实现方式探讨[J]. 中国电力教育. 2010(07)
[3] 关杰,白凤香.浅谈智能电网与智能变电站[J]. 中国电力教育. 2010(21)
关键字：智能变电站；一次设备；智能化
中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：
智能變电站的定义
保证电网安全稳定运行不是单靠提高变电站的智能化就可以实现的，它是一个系统工程，取决于诸多因素，变电站的安全稳定运行是与变电站接入方案是否可靠、系统网架是否合理、运行方式是否合适分不开的。在智能电网建设过程中，必须明确“智能化”是确保电网安全、可靠、经济运行的手段，而不是目的；智能化不能牺牲电网原有的安全性、可靠性和经济性。
智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成。以光纤通道为媒介，高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要，支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。
智能变电站的特征
一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化是智能变电站的主要特征。高效、可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是发展方向。
智能变电站的结构
智能变电站设备分为过程层、间隔层、站控层。
（1）过程层：过程层的主要功能有电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动。
（2）间隔层：其设备的主要功能是汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
（3）站控层：其主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度域控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能；具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。过程层设备是联系一次设备和二次系统的桥梁，为间隔层设备提供一次设备的数据，执行间隔层和站控层对一次设备的控制、调节等功能。间隔层设备完成对一次设备的测量、控制、保护、计量、检测等功能。智能组件以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，集成了过程层和间隔层的部分功能，具备测量、控制、保护、计量、检测中的全部或部分功能。高压一次设备与相关智能组件的有机结合构成了智能化一次设备，这种有机结合可以是独立运行的高压设备加外置的智能组建，也可以是高压设备内嵌部分智能组建再加外置智能组件，还可以是高压设备内嵌相关智能组件。智能组件是一次设备实现智能化的主要途径。
变电站一次设备的智能化应用
变电站设备主要包括变压器、断路器、互感器、母线等一次设备和变电站自动化系统、辅助系统、智能组件等二次设备。一次设备智能化是智能变电站的重要标志之一。采用标准的信息接口，实现实时状态监测、测控保护、信息通信等技术于一体的智能化一次设备，可满足整个智能电网电力流、信息流、业务流一体化的需求。智能化一次设备通过先进的状态监测手段和可靠的自评价体系，可以科学地判断一次设备的运行状态，识别故障的早期征兆，并根据分析诊断结果为设备运维管理部门合理安排检修和调度部门调整运行方式提供辅助决策依据，在发生故障时能对设备进行故障分析，对故障的部位、严重程度进行评估。我国现阶段大规模间隙发电和分布式发电接入方式，要求电网调度具有很高的灵活性，而一次设备智能化是满足这种要求的重要基础。把一次设备智能化的信息传输至信息一体化平台，接入变电站状态监测系统，通过状态监测单元实现一次设备重要参数的在线监测，为电网设备管理提供基础数据支撑。实时状态信息通过专家系统分析处理后可作出初步决策，实现站内智能设备自诊断功能。
智能组件是一次设备智能化的核心部分，对智能组件应有如下要求：智能组件的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行；智能组件应能自动连续地进行监测、数据处理和存储；智能组件应具有自检和报警功能；智能组件应具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；监测结果应具有较好的可靠性、重复性以及合理的准确度；应具有状态标定其监测灵敏度的功能。
（1）主变压器智能化。主要包括绝缘油中溶解气体在线监测、微水在线监测；套管绝缘在线监测（含环境温湿度监测）、局部放电在线监测、温度负荷在线监测等单元，从而实现对变压器正常运行中进行常态化，持续不断的绝缘监测；但变压器智能化的核心——专家诊断系统开发与应用中，还需要积累大量运行数据，挖掘设备运行特性，研究诊断方法，开发分析系统，从而完善设备状态诊断智能化。另外，考虑到传感器的使用寿命，尤其是内置传感器对于主设备本体运行的影响，监测量的选择以及传感器布点方面仍有待研究、提高。
（2）开关设备智能化。例如封闭式组合电器：GIS充气设备在线监测系统已基本实现了SF6气体的密度、微水监测功能；GIS局放在线监测系统实现了GIS局放的在线监测功能；GIS设备光纤测温在线监测，利用温度传感器采集GIS内部温度数据，可以直观地反映GIS内部温度变化。目前GIS绝缘在线监测最有效的方法是局部放电监测，可以发现GIS设备制造和安装及维修时引入的导电微粒及其他杂物，电极表面产生的毛刺、刮伤等损伤，导电或接地接触不良，支持绝缘内部的气隙等缺陷，同时多点监测可以实现故障定位。常规断路器在线监测系统实现了断路器的SF6气体密度、微水；分合闸线圈电流的波形状态、断路器的特征分合闸速度、储能电机电流波形、储能状态、储能时间、频率等参量的在线监测功能。
（3）避雷器设备智能化。避雷器在线监测系统实现了避雷器的全电流、泄漏电流值以及计数器动作次数的在线监测功能。
（4）电容性设备智能化。主要实现介质损耗因数、电容量以及三相不平衡电流的监测，掌握其绝缘特性。
（5）电缆。主要监测电力电缆的局部放电、介质损耗因数、直流分量等参量，掌握其绝缘特性。
（6）电子式互感器。电子式互感器是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一，在电网动态观测、提高继电保护可靠性等方面具有重要作用。准确的电流、电压动态测量，为提高电力系统运行控制的整体水平奠定测量基础。
电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号，对于电子式电流互感器，采用罗氏线圈；对于电子式电压互感器，则采用电阻、电容或电感分压等方式。罗氏线圈为缠绕在环状非铁磁性骨架上的空心线圈，不会出现磁饱和及磁滞等问题。电子式互感器的高压平台传感头部分具有需用电源供电的电子电路，在一次平台上完成模拟量的数值采样，采用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、测控和计量系统。电子式互感器的关键技术包括电源供电技术、远端电子模块的可靠性和采集单元的可维护性等。
光学电子式电流互感器采用法拉第磁光效应感应被测信号，传感头部分又分为块状玻璃和全光纤两种方式。目前的光学电子式电压互感器大多利用Pokels电光效应感应被测信号。光学电子式互感器传感头部分不需要复杂的供电装置，整个系统的线性度比较好。光学电子式互感器的关键技术包括光学传感材料的稳定性、传感头的组装技术、微弱信号调制解调器、温度对精度的影响、振动对精度的影响、长期运行的稳定性等。
参考文献
[1] 王文超.浅谈状态检修的发展及应用[J]. 赤峰学院学报(科学教育版). 2011(02)
[2] 方磊,翁舟波,张海梁.智能电网中智能一次设备实现方式探讨[J]. 中国电力教育. 2010(07)
[3] 关杰,白凤香.浅谈智能电网与智能变电站[J]. 中国电力教育. 2010(21)