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摘要：目前变电领域现有技术、装备和管理体系的基础上，根据国网公司统一坚强智能电网的发展需求，提出了智能变电站建设总体目标，明确了智能变电站的发展目标和规划重点，并提出了相应的保障措施。
关键词：智能变电站；设备应用；系统优化；运维管理集约化
一、前言
变电站是坚强电网的重要节点，是连接发电、输电和配电等环节的纽带，具有至关重要的作用。变电站涵盖了大量的电力系统一次及二次设备，是形成电力系统坚强网架的基础，因此，建设智能电网须要加强智能变电站的建设，智能变电站的建设应以先进的信息化、自动化技术为基础，灵活、高效、可靠地满足发电、输电、配电对电网提出的各种变化要求，实现提高电网安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平的目标。但由于智能变电站的发展刚刚起步，国家相关标准规范尚处于统一制定阶段，要实现智能变电站的建设目标，全面提升变电站智能化水平、完善智能设备的自诊断能力，需要对其关键技术进行深入的研究。
二、智能化关键技术和设备应用
1.智能高压设备工程应用项目
智能高压设备是由高压设备和智能组件共同构成的，高压设备的智能化应用及改造方案实质上就是智能组件的配置和集成方案。智能组件是以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，具备测量、控制、保护、计量、检测中全部或部分功能的设备组件。智能组件是智能设备不可分割的一部分，理论上应由高压设备厂家统一集成和供货最为合适，但目前智能组件的核心技术还是掌握在二次设备厂家手中。国内高压设备厂家这方面的研制工作，尚处在起步阶段，故应首先在低电压等级的变电站中使用，以检验其产品的可靠性与成熟性。目前国内已经具备工程应用条件的高压设备智能组件有：
1）智能单元组件
该智能组件具备通信功能，通信接口采用光纤以太网口，通信规约遵循DL/T 860 标准。它具有对一次设备的基本控制功能和操作闭锁功能，并负责采集一次设备的开关量状态及报警信号。
2）电子式互感器采样器+合并单元组件
该智能组件用于实现对一次设备电流、电压信号的采集和测量。电子式互感器前置采样器具有通信功能，通过光纤串行通信接口以曼切斯特编码形式向合并单元发送电流/电压采样信息，通信规约遵循IEC60044-7/8。合并单元负责将A、B、C 各相来自采样器的电流/电压数据进行同步合并处理，然后通过光纤以太网通信接口向间隔层设备传送电流/ 电压采样值SMV 报文信息，通信规约采用IEC61850-9-2LE。
3）选相分合闸控制单元组件
该智能组件用于实现断路器的选相合闸智能化控制功能，其发展方向应是作为一个逻辑单元集成在智能单元内。具备该集成功能的产品已在研发当中，目前暂推荐采用独立的选相合闸装置与智能单元装置相配合的方式来实现。选相控制器所需测量的电压/电流量通过合并单元获取，装置的工作状态及报警信号可由智能单元负责采集监视，也可自身具备通信功能将各种信息通过网络上传。
4）状态传感器+ 通讯控制单元组件
该智能组件用于实现高压设备状态的可视化，因此除了一些常规的基本状态信息采集外，还需对一些绝缘老化、局部放电、机械特性等信息进行采集。
2.电子式互感器工程应用项目
电子式互感器由于绝缘简单，因此应用电压等级越高，其性价比也越突出，推荐在新建变电站中110kV 及以上电压等级优先使用；66kV 及以下电压等级应用电子式互感器暂不具备经济优势，可考虑仍使用常规电磁式互感器。基于电原理的电子式互感器目前应用业绩相对较多，产品比较成熟，运行稳定性也有所保障，推荐工程应用中优先使用；但因为抗电磁干扰问题，它还不宜应用在500kV 及以上电压等级的GIS 设备当中。基于光原理的电子式互感器刚刚挂网试运行，工程應用业绩很少，其运行稳定性和可靠性还有待实践检验，宜首先应用在110kV 电压等级和主变中性点，或500kV 及以上电压等级的GIS 设备当中。由于电原理的电子式互感器在抗电磁干扰方面、测量非周期分量方面、维护更换方面均不如光原理的电子式互感器，故推荐在智能变电站远期建设阶段，如果光原理的电子式互感器的稳定性和可靠性得到有力验证，应首先采用。
三、智能变电站系统优化
1.智能变电站网络结构优化研究及应用项目
1) 智能变电站体系结构。IEC 61850 标准中提出了智能变电站自动化系统的三层两网结构。通过研究三层两网的划分和功能，确定不用阶段工程建设采用的体系结构形式。
2) IEC 61850 通信模型。智能变电站以DL/T860(IEC 61850)作为站内的通信及建模标准，为了保证通信实现技术能够与时俱进，采用了“通信服务和通信实现分离”的设计思想，变电站的主要通信业务可以归纳为：采样值服务（SMV），通用快速事件服务（GOOSE），对时服务，基础服务（核心ACSI 服务）。研究分析各项服务的网络资源要求，从而确定变电站网络整体需求。
3) 变电站网络通信速率选择。IEC 对站控层网络的推荐方案为10/100/1000M 以太网，对过程层网络的推荐方案为0.1/1/10G 以太网。对于同样的通信量，通讯速率的提高意味着网络负荷的减轻，冲突几率的减少，时间确定性的提高。在当前的技术发展情况下，主要研究百兆网和千兆网之间的选择。对传输数据量大，实时性要求高的过程层网络而言，千兆网技术的应用是未来的发展方向和研究的重点。研究各阶段智能变电站功能需求和技术发展，规划网络速率升级进度和方式。
4)变电站网络网络拓扑结构选择。以太网常用的接线形式有两种：星型接线和环形接线。研究两种接线形式的特点和适用范围，选择适合变电站网络传输需求的拓扑结构。
5)变电站网络发展方向研究。智能化变电站技术导则中，以面向未来技术发展的思想，提出两层一网的智能变电站体系。设备层由变压器、断路器、互感器等多个设备对象组成，完成能量传输功能及测量、控制、保护、计量等功能。系统层包含网络通信系统、对时系统、后台监控系统、站域保护、对外通信系统等子系统。研究两层一网结构的发展方向，为制定远期智能变电站体系和网络建设提供依据。
2.智能变电站交换机优化配置研究及应用项目
1)交换机选型要求。为保证智能变电站自动化系统的正常工作，选择以太网交换机要着重考虑其抗电磁干扰性能，环境温度适应性。同时为了满足变电站自动化系统对实时性和可靠性的要求，应根据智能变电站的实际物理组网方案，研究交换机对IEEE802.3x、IEEE802.1P、IEEE802.1Q、IEEE802.1w 和IGMP Snooping／MulticastFiltering（组播过滤技术）等网络管理技术的功能需求。此外，还应分析在电源可靠性，自由镜像功能，对网络对时等功能的支持，在调试配置软件上，变电站用以太网交换机的特殊要求。
2)交换机配置方案。IEC61850 标准中对过程层通信网络提供了面向间隔、位置、功能、单一总线四种方案。研究各种配置方案的优缺点和适用范围，分析其工程应用的可靠性、可行性与具体实施方案。
3)工程建设中影响交换机优化配置的因素分析。交换机的优化配置和全站设备配备的各方面都是紧密相关的。交换机的优化核心是减少端口数量，即连接到交换机的过程层和站控层设备的功能整合和优化配置要求。主要包括网络结构的选择、合并单元和智能单元的配置、测控保护一体化装置的应用、故障录波、PMU、行波测距等功能的配置方案、光口和电口的配置选择等。通过这些因素的分析，明确优化交换机配置的方法和途径。通过上述内容的分析，形成具体的网络设备选型要求、技术标准；形成智能变电站设备配置与交换机优化措施的对应表；在此基础上建立模块化的交换机优化配置方案。
3.IEEE 1588 网络对时技术工程应用项目
首先，分析智能变电站体系结构中站控层设备、间隔层设备和过程层设备的不同对时需求。研究智能变电站各种对时方式的特點和不足，重点在网络对时技术，主要包括SNTP 和IEEE 1588；研究IEEE 1588 PTP 系统中普通时钟、边界时钟和透明时钟等几个时钟类型和应用方案；研究网络对时系统的测试手段和设备。在深入研究的基础上，把IEEE1588 网络对时技术应用到试点工程当中。其次，根据应用情况，研究振荡器频率误差、时标测量误差、通信栈延迟和网络传输延迟等对智能变电站网络对时精度的影响幅度，寻找合理的改进措施。结合IED 装置、交换机等硬件支撑设备_______的发展，全面在智能变电站建设中采用全站IEEE 1588 网络对时。最后，在智能变电站网络对时技术成熟并规模化应用后，择机通过建立地面链路实现全
网的时间统一和同步。IEEE1588 网络对时系统的技术可行性，关键在时钟源、交换机设备和误差补偿三个方面，目前三方面技术均已基本具备应用条件。
四、智能变电站的社会经济效益
变电环节智能化建设总体上提高电网可靠性和安全性，促进电网经济运行，带来直接的经济和社会效益；个体上智能变电站的建设将极大提升装备技术水平，实现“设备智能化、信息数字化、功能集成
化、结构紧凑化、状态可视化”。其建设和运维方式也体现了经济效益和社会效益的提升。智能变电站效益智能变电站在工程建设上采用集成设计和全寿命周期管理的理念，推动变电站的标准化、模块化、小型化，减少工程施工量和施工周期，节省建设资金，提高资金利用率，降低融资费用。智能变电站和智能设备的推广，将使目前变电站由周期检修提升至状态检修的阶段，可有效减少运行维护工作量、增加工作人员安全性和延长设备寿命、提高系统可靠性，减少维护检修等费用。根据智能电网关键技术进展情况和初步建设、电网设备可靠性水平大幅提升，故障率降低30%；设备检修工作量下降50%左右，综合检修费用减少30～50%左右；主要设备平均使用寿命较目前延长60～100%，达到国际先进水平，给企业带来的直接效益十分可观。同时，智能变电站的建设将为设备制造和信息产业提供跨越式发展的际遇，可以大大促进相关行业和企业的发展。
作者简介：胡静 女（1981.09）籍贯：河北定州，工作单位：新疆电力设计院，主要要从事电力通讯，职称：助工。
关键词：智能变电站；设备应用；系统优化；运维管理集约化
一、前言
变电站是坚强电网的重要节点，是连接发电、输电和配电等环节的纽带，具有至关重要的作用。变电站涵盖了大量的电力系统一次及二次设备，是形成电力系统坚强网架的基础，因此，建设智能电网须要加强智能变电站的建设，智能变电站的建设应以先进的信息化、自动化技术为基础，灵活、高效、可靠地满足发电、输电、配电对电网提出的各种变化要求，实现提高电网安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平的目标。但由于智能变电站的发展刚刚起步，国家相关标准规范尚处于统一制定阶段，要实现智能变电站的建设目标，全面提升变电站智能化水平、完善智能设备的自诊断能力，需要对其关键技术进行深入的研究。
二、智能化关键技术和设备应用
1.智能高压设备工程应用项目
智能高压设备是由高压设备和智能组件共同构成的，高压设备的智能化应用及改造方案实质上就是智能组件的配置和集成方案。智能组件是以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，具备测量、控制、保护、计量、检测中全部或部分功能的设备组件。智能组件是智能设备不可分割的一部分，理论上应由高压设备厂家统一集成和供货最为合适，但目前智能组件的核心技术还是掌握在二次设备厂家手中。国内高压设备厂家这方面的研制工作，尚处在起步阶段，故应首先在低电压等级的变电站中使用，以检验其产品的可靠性与成熟性。目前国内已经具备工程应用条件的高压设备智能组件有：
1）智能单元组件
该智能组件具备通信功能，通信接口采用光纤以太网口，通信规约遵循DL/T 860 标准。它具有对一次设备的基本控制功能和操作闭锁功能，并负责采集一次设备的开关量状态及报警信号。
2）电子式互感器采样器+合并单元组件
该智能组件用于实现对一次设备电流、电压信号的采集和测量。电子式互感器前置采样器具有通信功能，通过光纤串行通信接口以曼切斯特编码形式向合并单元发送电流/电压采样信息，通信规约遵循IEC60044-7/8。合并单元负责将A、B、C 各相来自采样器的电流/电压数据进行同步合并处理，然后通过光纤以太网通信接口向间隔层设备传送电流/ 电压采样值SMV 报文信息，通信规约采用IEC61850-9-2LE。
3）选相分合闸控制单元组件
该智能组件用于实现断路器的选相合闸智能化控制功能，其发展方向应是作为一个逻辑单元集成在智能单元内。具备该集成功能的产品已在研发当中，目前暂推荐采用独立的选相合闸装置与智能单元装置相配合的方式来实现。选相控制器所需测量的电压/电流量通过合并单元获取，装置的工作状态及报警信号可由智能单元负责采集监视，也可自身具备通信功能将各种信息通过网络上传。
4）状态传感器+ 通讯控制单元组件
该智能组件用于实现高压设备状态的可视化，因此除了一些常规的基本状态信息采集外，还需对一些绝缘老化、局部放电、机械特性等信息进行采集。
2.电子式互感器工程应用项目
电子式互感器由于绝缘简单，因此应用电压等级越高，其性价比也越突出，推荐在新建变电站中110kV 及以上电压等级优先使用；66kV 及以下电压等级应用电子式互感器暂不具备经济优势，可考虑仍使用常规电磁式互感器。基于电原理的电子式互感器目前应用业绩相对较多，产品比较成熟，运行稳定性也有所保障，推荐工程应用中优先使用；但因为抗电磁干扰问题，它还不宜应用在500kV 及以上电压等级的GIS 设备当中。基于光原理的电子式互感器刚刚挂网试运行，工程應用业绩很少，其运行稳定性和可靠性还有待实践检验，宜首先应用在110kV 电压等级和主变中性点，或500kV 及以上电压等级的GIS 设备当中。由于电原理的电子式互感器在抗电磁干扰方面、测量非周期分量方面、维护更换方面均不如光原理的电子式互感器，故推荐在智能变电站远期建设阶段，如果光原理的电子式互感器的稳定性和可靠性得到有力验证，应首先采用。
三、智能变电站系统优化
1.智能变电站网络结构优化研究及应用项目
1) 智能变电站体系结构。IEC 61850 标准中提出了智能变电站自动化系统的三层两网结构。通过研究三层两网的划分和功能，确定不用阶段工程建设采用的体系结构形式。
2) IEC 61850 通信模型。智能变电站以DL/T860(IEC 61850)作为站内的通信及建模标准，为了保证通信实现技术能够与时俱进，采用了“通信服务和通信实现分离”的设计思想，变电站的主要通信业务可以归纳为：采样值服务（SMV），通用快速事件服务（GOOSE），对时服务，基础服务（核心ACSI 服务）。研究分析各项服务的网络资源要求，从而确定变电站网络整体需求。
3) 变电站网络通信速率选择。IEC 对站控层网络的推荐方案为10/100/1000M 以太网，对过程层网络的推荐方案为0.1/1/10G 以太网。对于同样的通信量，通讯速率的提高意味着网络负荷的减轻，冲突几率的减少，时间确定性的提高。在当前的技术发展情况下，主要研究百兆网和千兆网之间的选择。对传输数据量大，实时性要求高的过程层网络而言，千兆网技术的应用是未来的发展方向和研究的重点。研究各阶段智能变电站功能需求和技术发展，规划网络速率升级进度和方式。
4)变电站网络网络拓扑结构选择。以太网常用的接线形式有两种：星型接线和环形接线。研究两种接线形式的特点和适用范围，选择适合变电站网络传输需求的拓扑结构。
5)变电站网络发展方向研究。智能化变电站技术导则中，以面向未来技术发展的思想，提出两层一网的智能变电站体系。设备层由变压器、断路器、互感器等多个设备对象组成，完成能量传输功能及测量、控制、保护、计量等功能。系统层包含网络通信系统、对时系统、后台监控系统、站域保护、对外通信系统等子系统。研究两层一网结构的发展方向，为制定远期智能变电站体系和网络建设提供依据。
2.智能变电站交换机优化配置研究及应用项目
1)交换机选型要求。为保证智能变电站自动化系统的正常工作，选择以太网交换机要着重考虑其抗电磁干扰性能，环境温度适应性。同时为了满足变电站自动化系统对实时性和可靠性的要求，应根据智能变电站的实际物理组网方案，研究交换机对IEEE802.3x、IEEE802.1P、IEEE802.1Q、IEEE802.1w 和IGMP Snooping／MulticastFiltering（组播过滤技术）等网络管理技术的功能需求。此外，还应分析在电源可靠性，自由镜像功能，对网络对时等功能的支持，在调试配置软件上，变电站用以太网交换机的特殊要求。
2)交换机配置方案。IEC61850 标准中对过程层通信网络提供了面向间隔、位置、功能、单一总线四种方案。研究各种配置方案的优缺点和适用范围，分析其工程应用的可靠性、可行性与具体实施方案。
3)工程建设中影响交换机优化配置的因素分析。交换机的优化配置和全站设备配备的各方面都是紧密相关的。交换机的优化核心是减少端口数量，即连接到交换机的过程层和站控层设备的功能整合和优化配置要求。主要包括网络结构的选择、合并单元和智能单元的配置、测控保护一体化装置的应用、故障录波、PMU、行波测距等功能的配置方案、光口和电口的配置选择等。通过这些因素的分析，明确优化交换机配置的方法和途径。通过上述内容的分析，形成具体的网络设备选型要求、技术标准；形成智能变电站设备配置与交换机优化措施的对应表；在此基础上建立模块化的交换机优化配置方案。
3.IEEE 1588 网络对时技术工程应用项目
首先，分析智能变电站体系结构中站控层设备、间隔层设备和过程层设备的不同对时需求。研究智能变电站各种对时方式的特點和不足，重点在网络对时技术，主要包括SNTP 和IEEE 1588；研究IEEE 1588 PTP 系统中普通时钟、边界时钟和透明时钟等几个时钟类型和应用方案；研究网络对时系统的测试手段和设备。在深入研究的基础上，把IEEE1588 网络对时技术应用到试点工程当中。其次，根据应用情况，研究振荡器频率误差、时标测量误差、通信栈延迟和网络传输延迟等对智能变电站网络对时精度的影响幅度，寻找合理的改进措施。结合IED 装置、交换机等硬件支撑设备_______的发展，全面在智能变电站建设中采用全站IEEE 1588 网络对时。最后，在智能变电站网络对时技术成熟并规模化应用后，择机通过建立地面链路实现全
网的时间统一和同步。IEEE1588 网络对时系统的技术可行性，关键在时钟源、交换机设备和误差补偿三个方面，目前三方面技术均已基本具备应用条件。
四、智能变电站的社会经济效益
变电环节智能化建设总体上提高电网可靠性和安全性，促进电网经济运行，带来直接的经济和社会效益；个体上智能变电站的建设将极大提升装备技术水平，实现“设备智能化、信息数字化、功能集成
化、结构紧凑化、状态可视化”。其建设和运维方式也体现了经济效益和社会效益的提升。智能变电站效益智能变电站在工程建设上采用集成设计和全寿命周期管理的理念，推动变电站的标准化、模块化、小型化，减少工程施工量和施工周期，节省建设资金，提高资金利用率，降低融资费用。智能变电站和智能设备的推广，将使目前变电站由周期检修提升至状态检修的阶段，可有效减少运行维护工作量、增加工作人员安全性和延长设备寿命、提高系统可靠性，减少维护检修等费用。根据智能电网关键技术进展情况和初步建设、电网设备可靠性水平大幅提升，故障率降低30%；设备检修工作量下降50%左右，综合检修费用减少30～50%左右；主要设备平均使用寿命较目前延长60～100%，达到国际先进水平，给企业带来的直接效益十分可观。同时，智能变电站的建设将为设备制造和信息产业提供跨越式发展的际遇，可以大大促进相关行业和企业的发展。
作者简介：胡静 女（1981.09）籍贯：河北定州，工作单位：新疆电力设计院，主要要从事电力通讯，职称：助工。