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[摘 要]随着智能电网建设步伐的加快，在对现有一次设备进行智能化改造之后，一系列的在线监测数据同样能为变电站内一次系统实现真正意义上的状态检修提供技术上的支持。同时，随着设备层概念取代了以往的过程层与间隔层，一、二次设备之间的界限也将逐步淡化，这也必将对日后基建、检修人员的工作能力提出更高、更全面要。本文以现有变电站的传统一次设备为例，提出了数字化和智能化的改造方案。
[关键词]变电站；数字化；智能化；一次设备
中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0367-01
前言
智能变电站（含电厂升压站及AGC）是智能电网的重要基础和支撑，智能变电站设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，智能变电站系统应建立站内全景数据的统一信息平台，供各子系统标准化、规范化存取访问以及和智能电网调度等其它系统进行标准化交互。规范化开展智能变电站建设，使智能变电站符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。
智能变电站的通信网络与系统应在DL/T 860 标准的基础上建设。应建立包含电网实时同步信息、保护信息、设备状态、电能质量等各类数据的标准化信息模型，满足基础数据的完整性及通信网络与系统的一致性的要求。智能变电站应能放便地接入新能源、对二次设备进行运行状态监测与管理、支撑各级电网的安全稳定经济运行。智能变电站应满足信息采集和测量功能要求、控制功能要求、状态监测功能要求、保护功能要求、计量功能要求、通信功能要求、系统功能、性能要求、辅助设施功能要求。
1.变电站一次设备智能化扩展
在数字化变电站中，大量的二次回路被网络介质所取代；相对应的，网络报文也取代了原有的电信号，成为设备之间信息交互的唯一方式。而由于一次设备智能化的滞后，时至今日还无法实现过程层设备与间隔层设备的无缝通信，二次设备与一次设备之间的信息交互仍然得由电缆回路来完成。这显然有违采用数字化技术的初衷- - - 减少二次电缆回路。因此就地的智能终端及合并单元作为基于传统一次设备数字化变电站的重要实现手段被采用。
2.智能电网对变电站一次设备的要求
IBM电力专家提出的智能电网概念是利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理. 在实时数据采集上，智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统（Supervisory Control AndData Acquisition，SCADA）的数据采集范围和数量，提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类：电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。因此，若一次设备要实现智能化，首先要实现设备状态的实时监测分析，也就是一次设备的完全可视。只有在一次设备实现智能化后才能通过对其所上送的各种数据分析来判断运行状况，以决定何时检修、检修什么部件等，达到真正意义上的状态检修，从而最大程度地减少无谓检修及故障检修，保证电网更有效率地运行。从以上对智能电网的分析中不难看出，对关键设备的运行状况进行实时监控、进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能电网的核心和目标。因此需要设置一次设备信息采集系统，其组成部分参见图示，它由信号变送系统、数据采集系统以及处理系统构成。一次设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测3 部分。作为整个环节的基础组成部分，传统一次设备的数据采集功能几乎为零。要达到智能电网要求，一次设备内部需要包含大量的传感器，以达到测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的。
3.变电站一次设备智能化实现方式
3.1 完全实现智能化的一次设备
以1 台油浸式有载调压主变为例，为了达到一次设备运行状态的完全可视与可控，需要在主变本体上加装油温监视、局放监测等大量的传感器及冷却器、有载调压机构等控制器，同时还需要配备1 台（或有冗余的多台）智能组件，以承担过程层和间隔层全部计量、检测、测量、控制、保护等任务。这样高压设备智能化之后，除了传感器、控制器、智能组件的电源线之外，只有智能设备与传感器、控制器之间及其连接站域系统的网络线。
3.2 传统一次设备的智能化
对于目前大量存在的传统一次设备，存在一个过渡阶段，以下是以GIS 设备为例进行智能化改造的两种较成熟方案。方案1：智能单元负责数据采集。将在线监测系统纳入常规一次设备本体，由一次设备提供在线监测的传感器元件和信号采集及处理单元，传感器元件内嵌于一次设备本体，信号采集及处理单元装于一次设备汇控箱、端子箱等，在线监测数据由在线监测单元收集并通过光纤传输至过程层设备。机构执行元件及其控制回路不变，按间隔设置智能单元，智能单元与在线监测单元安装于各个间隔智能汇控柜中。方案2：一次设备提供数据采集单元。将一次设备的在线监测功能分散至一次设备和二次设备，即由一次设备本体提供在线监测的传感器元件，内嵌于一次设备本体，在线监测信号的采集及处理功能由监测装置完成，并实现与间隔层或站控层设备的通信。断路器机构执行元件不变，取消其控制回路，智能单元集成开关机构控制回路，实现原开关控制回路功能，直接驱动断路器的脱扣/ 合闸线圈、刀闸的电动机、弹簧或液压泵的电动机等。智能组件出现带来的最大变化就是保护、测控装置的彻底融合，同时间隔层、过程层设备的界限也越来越模糊。相对于已经熟知的数字化变电站3层---过程层，间隔层和站控层，智能变电站的层次划分为2层：设备层与系统层---设备层对应于过程层和间隔层，系统层对应于站控层。短期来看，设备层的功能主要还是一次设备运行参数在线监测及间隔内的继电保护功能，传感器搜集的所有信息交由1套（或有冗余）具有实时监测功能的专用装置进行辅助判断及分级告警，该装置会以检测到的一、二次设备运行工况来判断设备是否需要检修或更换。而今后的发展方向还是功能的就地化，即所有的信息采集、分析判断、智能告警功能都应集成在就地的智能组件当中。
电力工业将来的发展方向是智能电网，智能变电站是未来新建变电站的主流。智能变电站中的数字化一次设备主要包括变压器） 、断路器、电子式互感器、可控电抗器、隔离开关等。通常， 一次设备的数字化可由设备制造厂商直接设计、制造具备数字接口的一次设备来实现， 即研制、生产数字化设备， 也可通过对传统设备进行状态监测并配置智能终端来实现，即设备数字化改造。
[关键词]变电站；数字化；智能化；一次设备
中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0367-01
前言
智能变电站（含电厂升压站及AGC）是智能电网的重要基础和支撑，智能变电站设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，智能变电站系统应建立站内全景数据的统一信息平台，供各子系统标准化、规范化存取访问以及和智能电网调度等其它系统进行标准化交互。规范化开展智能变电站建设，使智能变电站符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。
智能变电站的通信网络与系统应在DL/T 860 标准的基础上建设。应建立包含电网实时同步信息、保护信息、设备状态、电能质量等各类数据的标准化信息模型，满足基础数据的完整性及通信网络与系统的一致性的要求。智能变电站应能放便地接入新能源、对二次设备进行运行状态监测与管理、支撑各级电网的安全稳定经济运行。智能变电站应满足信息采集和测量功能要求、控制功能要求、状态监测功能要求、保护功能要求、计量功能要求、通信功能要求、系统功能、性能要求、辅助设施功能要求。
1.变电站一次设备智能化扩展
在数字化变电站中，大量的二次回路被网络介质所取代；相对应的，网络报文也取代了原有的电信号，成为设备之间信息交互的唯一方式。而由于一次设备智能化的滞后，时至今日还无法实现过程层设备与间隔层设备的无缝通信，二次设备与一次设备之间的信息交互仍然得由电缆回路来完成。这显然有违采用数字化技术的初衷- - - 减少二次电缆回路。因此就地的智能终端及合并单元作为基于传统一次设备数字化变电站的重要实现手段被采用。
2.智能电网对变电站一次设备的要求
IBM电力专家提出的智能电网概念是利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理. 在实时数据采集上，智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统（Supervisory Control AndData Acquisition，SCADA）的数据采集范围和数量，提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类：电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。因此，若一次设备要实现智能化，首先要实现设备状态的实时监测分析，也就是一次设备的完全可视。只有在一次设备实现智能化后才能通过对其所上送的各种数据分析来判断运行状况，以决定何时检修、检修什么部件等，达到真正意义上的状态检修，从而最大程度地减少无谓检修及故障检修，保证电网更有效率地运行。从以上对智能电网的分析中不难看出，对关键设备的运行状况进行实时监控、进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能电网的核心和目标。因此需要设置一次设备信息采集系统，其组成部分参见图示，它由信号变送系统、数据采集系统以及处理系统构成。一次设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测3 部分。作为整个环节的基础组成部分，传统一次设备的数据采集功能几乎为零。要达到智能电网要求，一次设备内部需要包含大量的传感器，以达到测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的。
3.变电站一次设备智能化实现方式
3.1 完全实现智能化的一次设备
以1 台油浸式有载调压主变为例，为了达到一次设备运行状态的完全可视与可控，需要在主变本体上加装油温监视、局放监测等大量的传感器及冷却器、有载调压机构等控制器，同时还需要配备1 台（或有冗余的多台）智能组件，以承担过程层和间隔层全部计量、检测、测量、控制、保护等任务。这样高压设备智能化之后，除了传感器、控制器、智能组件的电源线之外，只有智能设备与传感器、控制器之间及其连接站域系统的网络线。
3.2 传统一次设备的智能化
对于目前大量存在的传统一次设备，存在一个过渡阶段，以下是以GIS 设备为例进行智能化改造的两种较成熟方案。方案1：智能单元负责数据采集。将在线监测系统纳入常规一次设备本体，由一次设备提供在线监测的传感器元件和信号采集及处理单元，传感器元件内嵌于一次设备本体，信号采集及处理单元装于一次设备汇控箱、端子箱等，在线监测数据由在线监测单元收集并通过光纤传输至过程层设备。机构执行元件及其控制回路不变，按间隔设置智能单元，智能单元与在线监测单元安装于各个间隔智能汇控柜中。方案2：一次设备提供数据采集单元。将一次设备的在线监测功能分散至一次设备和二次设备，即由一次设备本体提供在线监测的传感器元件，内嵌于一次设备本体，在线监测信号的采集及处理功能由监测装置完成，并实现与间隔层或站控层设备的通信。断路器机构执行元件不变，取消其控制回路，智能单元集成开关机构控制回路，实现原开关控制回路功能，直接驱动断路器的脱扣/ 合闸线圈、刀闸的电动机、弹簧或液压泵的电动机等。智能组件出现带来的最大变化就是保护、测控装置的彻底融合，同时间隔层、过程层设备的界限也越来越模糊。相对于已经熟知的数字化变电站3层---过程层，间隔层和站控层，智能变电站的层次划分为2层：设备层与系统层---设备层对应于过程层和间隔层，系统层对应于站控层。短期来看，设备层的功能主要还是一次设备运行参数在线监测及间隔内的继电保护功能，传感器搜集的所有信息交由1套（或有冗余）具有实时监测功能的专用装置进行辅助判断及分级告警，该装置会以检测到的一、二次设备运行工况来判断设备是否需要检修或更换。而今后的发展方向还是功能的就地化，即所有的信息采集、分析判断、智能告警功能都应集成在就地的智能组件当中。
电力工业将来的发展方向是智能电网，智能变电站是未来新建变电站的主流。智能变电站中的数字化一次设备主要包括变压器） 、断路器、电子式互感器、可控电抗器、隔离开关等。通常， 一次设备的数字化可由设备制造厂商直接设计、制造具备数字接口的一次设备来实现， 即研制、生产数字化设备， 也可通过对传统设备进行状态监测并配置智能终端来实现，即设备数字化改造。