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摘要：不断发展的信息技术，大大提高了智能化变电站的智能化应用水平。笔者曾主编《南方电网智能变电站二次系统通用设计要求》，基于当前智能化变电站的优势，针对其中电气二次设计中的工作要点，展开了较为详细的分析与阐述。
关键词：智能化变电站；电气二次设计；电子式互感器；虚端子；光端子
在现阶段的技术条件支持下，智能化变电站其正常运行过程所涉及到的二次设备主要包括以下几个方面：第一，继电保护装置；第二，测控装置；第三，远动装置；第四，智能录波装置；第五，安自装置；第六，同步向量测量装置；第七，在线状态检测装置等。以上装置均需要实现标准化运行，以保障二次设备系统操作的可靠性与安全性。二次设备不再出现与常规变电站装置相重复的I/O硬件接口，而是建立在对网络系统加以运用的基础之上，实现运行状态、相关数据资源的充分共享。做好智能化变电站电气二次设计工作，对于保障变电站建设质量是至关重要的。
一、智能变电站的优势分析
1.智能化变电站的内涵
智能化变电站建立在IEC61850通信规约基础上，包括智能化一次设备（主要是电子式互感器、智能开关等）以及电气二次设备分层（分为过程层、间隔层和站控层）。由这两部分构成，可实现电气设备之间信息共享、互操作的变电站。
2.智能化变电站的优势
对比常规意义上的变电站而言，智能化变电站核心的优势在于：增设了过程层作为结构支持，将数字化变电站所依赖的通信网络与一次电气设备充分融合，从而使得整个变电站在实际运行过程当中的数字化水平得到了极为显著的发展与提升。间隔层所涉及到的相关设备能够实现网络化，数字信息能够直接进入到过程层的交换机当中，省去了传统变电站结构中的复杂电气接口步骤，达到了提高信息交换使用效率的目的。由于智能化变电站能够面向系统提供智能化的开关装置，在线监测作业以及故障诊断作业方面所表现出的优势更加突出。智能化变电站通过光纤链路实现终端与终端之间的可靠互联，省去传统变电站运行系统下的大量电缆连接，提高了整个变电站的经济性与可靠性。
二、智能化变电站电气二次设计要点
1.智能化变电站设备选择要点
对于智能化变电站来说，除了电气二次设备选择的常规内容，还特别涉及到的相关一次设备包括：智能开关、电子式互感器等。
（1）智能开关
主要的特点包括在线监测功能与智能控制功能两个方面。与此同时，智能开关可为智能化变电站提供数字化接口，并支持电子操动，所以智能化水平相对较高。但是从投资成本和维修角度来看，智能化开关的费用比较多。对于传统开关来说，在与就地智能终端连接过程中，也可实现数字化接口，但是由于缺少在线监测等功能，所以智能化水平较低，但在这种情况下，投资成本较低。
（2）电子式互感器
CT有两种装置可供选择（按一次传感方式划分）：一种是有源电子互感器，另一种是无源光学互感器；PT皆是采用电容分压器。有源式是指带有空心线圈或低功率线圈的电磁式电流互感器，在运行时的特点主要体现为：含远端模块，通过直流或激光供电，性能稳定，因此目前应用广泛。无源式是建立在光学传感技术基础上实现的互感器装置，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能，但由于费用比较高，性能的可靠性有待检验，目前在实际应用中受限。例如贵州电网公司在220kV变电站中将有源电子互感器应用于220kV、110kV各间隔的三相电流，而仅将无源电子互感器应用于主变中性点零序电流和中性点间隙零序电流。电子式互感器从根本上克服了常规互感器的绝缘复杂、有磁饱和、易产生铁磁谐振等主要缺陷，且体积小、重量轻，不存在CT二次输出开路及PT二次输出短路的危害，且最关键是直接输出的数字信号使分享更为容易，带负载能力强，适应了智能化和网络化的需要。
2.通信规约选择要点
智能化变电站内部的网络结构分为两层：一层是站控层网络，一层是过程层网络。站控层网络一般选择的是IEC61850通信规约，基于网络通信平台变电站系统面向对象设计，可以说是构建数字化变电站的有效平台，实施性好是其主要的优点。过程层网络规约主要有两种：IEC60044-8和IEC61850-9-2。前者采用FT3帧格式，点对点方式，具有传输延时固定的优点，适用于母线电压互感器合并单元与各间隔电流互感器的级联，不依赖于外部时钟。而后者为交换机组网方式，传输延时不固定，无法自同步，适用于各间隔合并单元、智能终端的过程层网络数据共享，依赖于外部时钟。
3.完善网络结构设计要点
站控层网络应采用双星型冗余网络结构。过程层网络应采用星型网络结构，各电压等级的过程层网络宜独立配置，主变保护、主变智能录波器跨网；110kV及以上电压等级过程层网络应为每套保护、测控冗余配置双网；35kV及以下电压等级非主变间隔部分可按双网配置，在无简易母差或其他保护要求下，过程层可不独立组网；对于需获取非同源数据的设备（如备自投装置），应采取技术措施保证两套网络正常运行互不影响。
4.虚端子设计要点
智能化变电站原有端子概念消失，取而代之的是基于网络传输的数字信号，原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代。智能装置的输入逻辑与输出逻辑定义为虚端子，GOOSE描述开入、开出值，SV描述采样值，用以标识过程层、间隔层及其之间联系的二次回路信号，等同于传统变电站的屏端子。通过配置实现装置间的联系。虚端子能够一对多，不能够多对一，因此一个开出信号能够给多个IED设备使用，而开入信号却不能够并联，只能夠一对一输入，实端子则刚好相反。与实端子串联的硬压板能够起到明显断开点的作用，但对虚端子无此意义，因此，虚端子优先采用软压板。设计步骤如下：1）IED厂家提供标准的ICD文件；2）设计院根据功能逻辑完成整个变电站的SCD文件；3）各IED厂家拿到统一的SCD模型导出自己的CID文件及相关配置文件，并下载到IED。
5.光端子
智能站中的光纤代替了常规站中的电缆，但是光纤的设计、施工、维护并没有像传统电缆那么成熟完善。光端子方案便是借鉴常规站的端子排形式，以一种光纤连接器的方式将光纤分成内外两段，内侧出厂前完成，外侧留给施工单位像接电缆一样接线。以标准ST法兰为基本单元，厂家装置光口至本屏“光端子”的接线属于传统的柜内接线，其设计等同于常规屏柜内部装置；设计院根据屏柜“光端子”功能定义以及外部光纤回路要求，完成屏间光缆（尾缆）的连接设计，其设计等同于常规变电站外部电缆。
三、结语
总之，现在人们的关注热点是如何能够科学高效地进行智能化变电站的二次设计，本文结合电力建设和发展的新形势，基于智能变电站建设的成功经验，针对智能变电站的特殊性，进行了深入的调查分析，吸取了国内先进的设计经验和方法，提出了南方电网智能化变电站进行二次设计的要点及对应措施。
参考文献：
[1] DL/T 5510-2016 智能变电站设计技术规定.
[2] Q/CSG1203005-2015电力二次装备技术导则.
[3]郑光伟，张全胜，牛聚山等.蒲石河抽水蓄能电站电气二次设计[J].2012.
[4]蔡建成.变电站数字化电气二次设计特点及要素[J].2013.
关键词：智能化变电站；电气二次设计；电子式互感器；虚端子；光端子
在现阶段的技术条件支持下，智能化变电站其正常运行过程所涉及到的二次设备主要包括以下几个方面：第一，继电保护装置；第二，测控装置；第三，远动装置；第四，智能录波装置；第五，安自装置；第六，同步向量测量装置；第七，在线状态检测装置等。以上装置均需要实现标准化运行，以保障二次设备系统操作的可靠性与安全性。二次设备不再出现与常规变电站装置相重复的I/O硬件接口，而是建立在对网络系统加以运用的基础之上，实现运行状态、相关数据资源的充分共享。做好智能化变电站电气二次设计工作，对于保障变电站建设质量是至关重要的。
一、智能变电站的优势分析
1.智能化变电站的内涵
智能化变电站建立在IEC61850通信规约基础上，包括智能化一次设备（主要是电子式互感器、智能开关等）以及电气二次设备分层（分为过程层、间隔层和站控层）。由这两部分构成，可实现电气设备之间信息共享、互操作的变电站。
2.智能化变电站的优势
对比常规意义上的变电站而言，智能化变电站核心的优势在于：增设了过程层作为结构支持，将数字化变电站所依赖的通信网络与一次电气设备充分融合，从而使得整个变电站在实际运行过程当中的数字化水平得到了极为显著的发展与提升。间隔层所涉及到的相关设备能够实现网络化，数字信息能够直接进入到过程层的交换机当中，省去了传统变电站结构中的复杂电气接口步骤，达到了提高信息交换使用效率的目的。由于智能化变电站能够面向系统提供智能化的开关装置，在线监测作业以及故障诊断作业方面所表现出的优势更加突出。智能化变电站通过光纤链路实现终端与终端之间的可靠互联，省去传统变电站运行系统下的大量电缆连接，提高了整个变电站的经济性与可靠性。
二、智能化变电站电气二次设计要点
1.智能化变电站设备选择要点
对于智能化变电站来说，除了电气二次设备选择的常规内容，还特别涉及到的相关一次设备包括：智能开关、电子式互感器等。
（1）智能开关
主要的特点包括在线监测功能与智能控制功能两个方面。与此同时，智能开关可为智能化变电站提供数字化接口，并支持电子操动，所以智能化水平相对较高。但是从投资成本和维修角度来看，智能化开关的费用比较多。对于传统开关来说，在与就地智能终端连接过程中，也可实现数字化接口，但是由于缺少在线监测等功能，所以智能化水平较低，但在这种情况下，投资成本较低。
（2）电子式互感器
CT有两种装置可供选择（按一次传感方式划分）：一种是有源电子互感器，另一种是无源光学互感器；PT皆是采用电容分压器。有源式是指带有空心线圈或低功率线圈的电磁式电流互感器，在运行时的特点主要体现为：含远端模块，通过直流或激光供电，性能稳定，因此目前应用广泛。无源式是建立在光学传感技术基础上实现的互感器装置，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能，但由于费用比较高，性能的可靠性有待检验，目前在实际应用中受限。例如贵州电网公司在220kV变电站中将有源电子互感器应用于220kV、110kV各间隔的三相电流，而仅将无源电子互感器应用于主变中性点零序电流和中性点间隙零序电流。电子式互感器从根本上克服了常规互感器的绝缘复杂、有磁饱和、易产生铁磁谐振等主要缺陷，且体积小、重量轻，不存在CT二次输出开路及PT二次输出短路的危害，且最关键是直接输出的数字信号使分享更为容易，带负载能力强，适应了智能化和网络化的需要。
2.通信规约选择要点
智能化变电站内部的网络结构分为两层：一层是站控层网络，一层是过程层网络。站控层网络一般选择的是IEC61850通信规约，基于网络通信平台变电站系统面向对象设计，可以说是构建数字化变电站的有效平台，实施性好是其主要的优点。过程层网络规约主要有两种：IEC60044-8和IEC61850-9-2。前者采用FT3帧格式，点对点方式，具有传输延时固定的优点，适用于母线电压互感器合并单元与各间隔电流互感器的级联，不依赖于外部时钟。而后者为交换机组网方式，传输延时不固定，无法自同步，适用于各间隔合并单元、智能终端的过程层网络数据共享，依赖于外部时钟。
3.完善网络结构设计要点
站控层网络应采用双星型冗余网络结构。过程层网络应采用星型网络结构，各电压等级的过程层网络宜独立配置，主变保护、主变智能录波器跨网；110kV及以上电压等级过程层网络应为每套保护、测控冗余配置双网；35kV及以下电压等级非主变间隔部分可按双网配置，在无简易母差或其他保护要求下，过程层可不独立组网；对于需获取非同源数据的设备（如备自投装置），应采取技术措施保证两套网络正常运行互不影响。
4.虚端子设计要点
智能化变电站原有端子概念消失，取而代之的是基于网络传输的数字信号，原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代。智能装置的输入逻辑与输出逻辑定义为虚端子，GOOSE描述开入、开出值，SV描述采样值，用以标识过程层、间隔层及其之间联系的二次回路信号，等同于传统变电站的屏端子。通过配置实现装置间的联系。虚端子能够一对多，不能够多对一，因此一个开出信号能够给多个IED设备使用，而开入信号却不能够并联，只能夠一对一输入，实端子则刚好相反。与实端子串联的硬压板能够起到明显断开点的作用，但对虚端子无此意义，因此，虚端子优先采用软压板。设计步骤如下：1）IED厂家提供标准的ICD文件；2）设计院根据功能逻辑完成整个变电站的SCD文件；3）各IED厂家拿到统一的SCD模型导出自己的CID文件及相关配置文件，并下载到IED。
5.光端子
智能站中的光纤代替了常规站中的电缆，但是光纤的设计、施工、维护并没有像传统电缆那么成熟完善。光端子方案便是借鉴常规站的端子排形式，以一种光纤连接器的方式将光纤分成内外两段，内侧出厂前完成，外侧留给施工单位像接电缆一样接线。以标准ST法兰为基本单元，厂家装置光口至本屏“光端子”的接线属于传统的柜内接线，其设计等同于常规屏柜内部装置；设计院根据屏柜“光端子”功能定义以及外部光纤回路要求，完成屏间光缆（尾缆）的连接设计，其设计等同于常规变电站外部电缆。
三、结语
总之，现在人们的关注热点是如何能够科学高效地进行智能化变电站的二次设计，本文结合电力建设和发展的新形势，基于智能变电站建设的成功经验，针对智能变电站的特殊性，进行了深入的调查分析，吸取了国内先进的设计经验和方法，提出了南方电网智能化变电站进行二次设计的要点及对应措施。
参考文献：
[1] DL/T 5510-2016 智能变电站设计技术规定.
[2] Q/CSG1203005-2015电力二次装备技术导则.
[3]郑光伟，张全胜，牛聚山等.蒲石河抽水蓄能电站电气二次设计[J].2012.
[4]蔡建成.变电站数字化电气二次设计特点及要素[J].2013.