智能變電站設(shè)計(jì)及研究樣本

中文摘要變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少重要環(huán)節(jié)，它肩負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分派繁重任務(wù)，對電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營起著舉足輕重作用。變電站作為輸配電系統(tǒng)信息源和執(zhí)行終端，規(guī)定提供信息量和實(shí)現(xiàn)集成控制越來越多。因而，當(dāng)前變電站迫切需要一種簡約、智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，以減少投資，提高運(yùn)營、維護(hù)效率。這些運(yùn)營和管理需求使智能變電站成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展新方向。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和當(dāng)代電子技術(shù)飛速發(fā)展，開展智能變電站設(shè)計(jì)及研究具備重要意義。本設(shè)計(jì)重要研究內(nèi)容如下：一方面，闡述智能變電站研究背景、基本概念及技術(shù)特性、研究現(xiàn)狀，提出了智能化變電站重要支撐技術(shù)；另一方面，進(jìn)行智能變電站技術(shù)特性及架構(gòu)體系研究，提出了智能變電站重要技術(shù)原則及技術(shù)特性，并對三層兩網(wǎng)構(gòu)造智能變電站架構(gòu)體系進(jìn)行了詳細(xì)簡介，詳細(xì)分析了過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造；作為智能變電站重要通訊手段，本文對智能變電站IEC61850通訊原則進(jìn)行了詳細(xì)簡介。在簡介智能變電站重要支撐技術(shù)、技術(shù)原則、技術(shù)特性及通訊原則后，對智能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特性、構(gòu)成架構(gòu)進(jìn)行了簡介，并對智能變壓器、智能開關(guān)設(shè)備進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。最后，基于上述工作，對智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，給出了智能變電站站控層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及完畢了智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)多層分布構(gòu)造設(shè)計(jì)。并以220kV、110kV電壓級(jí)別為例，給出了220kV電壓級(jí)別智能變電站通用設(shè)計(jì)三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)方案及110kV電壓級(jí)別智能變電站通用設(shè)計(jì)三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)方案。核心詞智能變電站，架構(gòu)體系，三層兩網(wǎng)，IEC61850，在線監(jiān)測系統(tǒng)

AbstractSubstationisanimportantpartofthepowersystem，itisresponsiblefortheheavytasksofpowerconversionandpowerredistribution，andplaysanimportantroleinthesafetyandeconomicoperationofpowergrid.Substation，astheinformationsourceandexecutiveterminalofpowertransmissionanddistributionsystem，requiresmoreandmoreinformationandintegratedcontrol.Therefore，thecurrentsubstationurgentlyneedsasimpleandintelligentsystemtorealizeinformationsharing，soastoreduceinvestmentandimproveoperationandmaintenanceefficiency.TheserequirementsofoperationandmanagementmaketheSmartSubstationbecomeanewdirectionofsubstationautomationsystem.Withtherapiddevelopmentofcomputerapplicationtechnologyandmodernelectronictechnology，thedesignandresearchofintelligentsubstationisofgreatsignificance.Themaincontentsofthisdesignareasfollows:Firstly，theresearchbackground，basicconcept，technicalcharacteristicsandresearchstatusofintelligentsubstationareexpounded，andthemainsupporttechnologiesofintelligentsubstationareputforward.Secondly，thetechnicalcharacteristicsandframeworksystemofintelligentsubstationtechnologyarestudied，andthemaintechnicalprincipleandtechnicalcharacteristicsofintelligentsubstationareputforward，andthearchitectureoftheintelligentsubstationwiththreelayersandtwonetworksisintroducedindetail.Thestructureoftheprocesslayernetworkandthestationcontrollayernetworkareanalyzedindetail.Asthemaincommunicationmeansofintelligentsubstation，theIEC61850communicationstandardofintelligentsubstationareintroducedinthispaper.Afterintroducingthemainsupporttechnology，technicalprinciple，technicalcharacteristicsandcommunicationstandardofSmartSubstation，thetechnicalcharacteristicsandstructureofHVequipmentinintelligentsubstationareintroduced，andtheintelligenttransformerandintelligentswitchdevicearepreliminarydesigned.Finally，basedontheabovework，furtherresearchonsecondaryinstallationandmonitoringsystemofintelligentsubstationiscarriedout.Theintegratedoptimizationdesignschemeofsubstationcontrollayerequipmentinintelligentsubstationisgiven，andthemulti-layerdistributionstructuredesignofintelligentsubstationon-linemonitoringsystemiscompleted.Taking220kVand110kVvoltageclassasanexample,

220kVvoltagelevelintelligentsubstationgeneraldesignthreelayertwonetworkdesignschemeand110kVvoltagelevelintelligentsubstationgeneraldesignthreelayertwonetworkdesignschemearegiven.Keywords：IntelligentSubstation，F(xiàn)rameSystem，ThreeLayersandTwoNetwork，IEC61850，On-LineMonitoringSystem目錄中文摘要 1Abstract 21.緒論 51.1智能變電站的研究背景及意義 51.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.2.1智能變電站研究現(xiàn)狀 61.2.2智能變電站主要技術(shù)支撐 71.3本文主要工作 82.智能變電站技術(shù)特征及架構(gòu)體系 102.1智能變電站的概念 102.2智能變電站的主要技術(shù)原則及技術(shù)特征 102.2.1智能變電站的主要技術(shù)原則 102.2.2智能變電站的主要技術(shù)特征 112.3智能變電站的架構(gòu)體系 122.3.1三層兩網(wǎng) 122.3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 132.3.3系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用 142.4基于智能變電站的IEC61850通訊標(biāo)準(zhǔn) 152.4.1基于IEC61850規(guī)約的智能變電站的特點(diǎn) 152.4.2利用IEC61850規(guī)約構(gòu)建智能變電站 162.5本章小結(jié) 173.智能變電站的高壓設(shè)備技術(shù)特征及初步設(shè)計(jì) 183.1智能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特征 183.2智能變電站初步設(shè)計(jì) 193.3智能開關(guān)設(shè)備初步設(shè)計(jì) 213.4本章小結(jié) 224.智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的研究及設(shè)計(jì) 234.1智能變電站二次設(shè)備研究 234.2智能變電站站控層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 234.2.1一體化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架及站控層功能研究 234.2.2.站控層設(shè)備整合及優(yōu)化設(shè)計(jì) 244.2.3五防系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 254.2.4智能變電站間隔層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 264.2.5測控裝置與計(jì)量裝置集成方案 264.2.6保護(hù)裝置與測控裝置集成設(shè)計(jì)方案 264.2.7智能變電站過程層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 284.2.8智能終端與一次設(shè)備機(jī)構(gòu)回路整合方案 284.2.9過程層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化整合方案 294.3智能變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì) 294.3.1基于IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)研究 294.3.2智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 304.4“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)的智能變電站設(shè)計(jì) 314.5本章小結(jié) 325.結(jié)論與展望 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35

1.緒論1.1智能變電站研究背景及意義變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少重要環(huán)節(jié)，它肩負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分派繁重任務(wù)，對電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營起著舉足輕重作用。變電站作為輸配電系統(tǒng)信息源和執(zhí)行終端，規(guī)定提供信息量和實(shí)現(xiàn)集成控制越來越多，因而，當(dāng)前變電站迫切需要一種簡約、智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，以減少投資，提高運(yùn)營、維護(hù)效率。這些運(yùn)營和管理需求使智能變電站成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展新方向。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和當(dāng)代電子技術(shù)飛速發(fā)展，智能變電站離咱們越來越近。變電站作為輸配電系統(tǒng)重要構(gòu)成某些，市場化改革對其也提出了新規(guī)定：從變電站外部看，更加強(qiáng)調(diào)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)整體信息化限度，和與電力系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)操作能力；從變電站內(nèi)部看，體當(dāng)前集成應(yīng)用能力上，也不同于老式變電站自動(dòng)化裝置智能。老式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)存在局限性重要有如下方面：（1）裝置功能獨(dú)立，且某些內(nèi)容重復(fù)，缺少高檔應(yīng)用。雖然獨(dú)立裝置實(shí)現(xiàn)了智能，但是卻沒有真正意義上變電站系統(tǒng)智能，由于功能獨(dú)立，裝置間缺少整體協(xié)調(diào)、集成應(yīng)用和功能優(yōu)化；高檔應(yīng)用功能，如狀態(tài)預(yù)計(jì)、故障分析、決策支持等尚未完全實(shí)現(xiàn)；（2）二次接線復(fù)雜、CT/VT負(fù)載過重由于測量數(shù)據(jù)和控制機(jī)構(gòu)不能共享，自動(dòng)化裝置之間缺少通信等因素，變電站內(nèi)二次接線十分復(fù)雜，且系統(tǒng)內(nèi)使用通訊規(guī)約不統(tǒng)一，不同廠家使用不同通訊規(guī)約，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)候需要進(jìn)行不同限度規(guī)約轉(zhuǎn)換，加大了調(diào)試復(fù)雜性，也增長了運(yùn)營、維護(hù)難度，給設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)帶來了一定困難，減少了系統(tǒng)可靠性。同步，存在大量硬接線，導(dǎo)致CT/VT負(fù)載過重。（3）裝置智能化優(yōu)勢未得到充分運(yùn)用。由于站內(nèi)各套獨(dú)立自動(dòng)化裝置間缺少集成應(yīng)用，使得智能裝置作用并未完全發(fā)揮，從而減少了自動(dòng)化系統(tǒng)使用效率和投資價(jià)值。（4）缺少統(tǒng)一信息模型。互相獨(dú)立自動(dòng)化裝置間缺少互操作性，一方面局限了其在站內(nèi)應(yīng)用，另一方面也給集控中心對信息集成和維護(hù)帶來困難。智能變電站是基于IEC61850原則體系上，采用了非常規(guī)互感器、智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備之間互操作和信息共享。由于IEC61850技術(shù)先進(jìn)性，它將推動(dòng)國內(nèi)電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制變革，為國內(nèi)電力系統(tǒng)穩(wěn)健、持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基本，也將產(chǎn)生巨大效益。智能變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展重要方向。智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享原則化為基本規(guī)定，自動(dòng)完畢信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可依照需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高檔功能變電站[1]。作為智能電網(wǎng)重要電氣設(shè)備及核心環(huán)節(jié)，智能變電站重要作用體當(dāng)前[1]：（1）可靠性：可靠性作為智能變電站設(shè)計(jì)及發(fā)展先決條件，可以達(dá)到對故障迅速精確判斷及解決，減少因設(shè)備故障或者線路故障對整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)損失限度；（2）信息化：與老式變電站相比，智能變電站通過增長智能組件、智能單元、圖像等信息采集，實(shí)現(xiàn)智能變電站信息傳遞過程中數(shù)據(jù)安全性及可靠性，從而為智能變電站運(yùn)營提供可靠、精確、充分、實(shí)時(shí)、安全信息；（3）信息數(shù)據(jù)化：智能變電站內(nèi)部組件具有數(shù)字化獲取功能，可以實(shí)現(xiàn)智能變電站系統(tǒng)中各模塊數(shù)據(jù)數(shù)字化提?。唬?）自動(dòng)化：將智能變電站智能組件獲取數(shù)據(jù)化信息通過通訊通道輸送給二次設(shè)備，通過在線自動(dòng)效驗(yàn)、監(jiān)測等功能提高變電站自動(dòng)化水平；（5）互動(dòng)化：智能變電站可以完畢變電設(shè)備之間，變電設(shè)備和控制設(shè)備之間，變電設(shè)備和消費(fèi)者之間，變電設(shè)備與其她等設(shè)備通信交流及互相作用；（6）資源整合：使各種原則統(tǒng)一，各種模塊統(tǒng)一，從而讓變電站里面和外面信息可以互動(dòng)和更好分享各自信息。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能變電站是指與調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)維方略與電力設(shè)備信息互通互動(dòng)，自動(dòng)完畢變電站設(shè)備控制、信息采集、電能計(jì)量和設(shè)備監(jiān)測等基本功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)據(jù)全面采集和實(shí)時(shí)共享，采用可靠、集成、先進(jìn)、環(huán)保自動(dòng)化智能設(shè)備，依照需要完畢與相鄰變電站、調(diào)控中心主站等實(shí)現(xiàn)自由溝通協(xié)同配合變電站[2]。1.2.1智能變電站研究現(xiàn)狀智能變電站技術(shù)規(guī)范在全球范疇內(nèi)依然未形成一種統(tǒng)一共識(shí)，當(dāng)前依然處于摸索階段，但是其內(nèi)涵會(huì)隨著科技進(jìn)步、摸索推動(dòng)、工程實(shí)踐應(yīng)用而變得更加豐富。大力發(fā)展智能電網(wǎng)在世界各地區(qū)電力行業(yè)中已經(jīng)逐漸達(dá)到共識(shí)。當(dāng)前，歐美等發(fā)達(dá)國家在變電站建設(shè)上逐漸向智能化發(fā)展，但尚未形成統(tǒng)一智能變電站概念。各國設(shè)備制造公司對智能電網(wǎng)理解也不同，西門子公司以為智能變電站應(yīng)當(dāng)具備較高自愈能力，以為若要減少設(shè)備維護(hù)成本和減少倒閘操作，需要提高自動(dòng)化水平，從而可以提高電網(wǎng)賺錢，減少停電；AB公司則更加偏向于設(shè)備運(yùn)營監(jiān)測領(lǐng)域，以為完善電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)營狀態(tài)采集功能是其工作重點(diǎn)。隨著IEC61850原則頒布，使得智能變電站有關(guān)技術(shù)應(yīng)用更加原則化。在國內(nèi)，國網(wǎng)公司提出了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略構(gòu)想，大力增進(jìn)了智能變電站發(fā)展，組織編寫了如《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》等一系列原則和規(guī)范，為智能變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)提供了執(zhí)行根據(jù)[3]。智能變電站是通過運(yùn)用先進(jìn)電子通訊控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電站在線數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化保護(hù)調(diào)節(jié)、決策操控分析以及協(xié)調(diào)運(yùn)營等功能。智能變電站具備一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化運(yùn)營管理系統(tǒng)化等三個(gè)重要技術(shù)特性[4]。針對智能變電站研究，國外研究大多側(cè)重于配網(wǎng)和顧客方面[5-6]，而國內(nèi)電力科研工作者研究較為全面。文獻(xiàn)[7]在論述數(shù)字化變電站技術(shù)基本上，從各種方面體現(xiàn)了智能變電站特點(diǎn)，提出了智能變電站應(yīng)遵循設(shè)計(jì)原則和發(fā)展思路。文獻(xiàn)[8]提出了將來變電站實(shí)行方案，以及對智能電網(wǎng)物理技術(shù)和架構(gòu)等設(shè)想。文獻(xiàn)[9,10]對智能變電站保護(hù)進(jìn)行研究，從所有方面對智能變電站校準(zhǔn)和保護(hù)功能，以及有關(guān)技術(shù)進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)[11]智能變電站信息模型，從輔助設(shè)備、電氣模型質(zhì)量、穩(wěn)定性控制等方面進(jìn)行了綜述，展望了智能變電站將來信息模式應(yīng)用。文獻(xiàn)[12]提出了智能變電站建設(shè)重要原則和概念，針對施工過程中存在問題，分析理解決方案。文獻(xiàn)[13]闡述了智能變電站概念和特點(diǎn)，從國內(nèi)外變電站發(fā)呈現(xiàn)狀分析了智能變電站建設(shè)中存在一系列問題。文獻(xiàn)[14]簡介了智能變電站核心技術(shù)，分析了智能變電站發(fā)呈現(xiàn)狀。文獻(xiàn)[15]針對老式變電站應(yīng)用系統(tǒng)、信息隔離等問題，運(yùn)用綜合智能變電站信息平臺(tái)控制，對綜合平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)描述。文獻(xiàn)[16]智能高壓設(shè)備是智能變電站重要構(gòu)成某些，500kV智能變電站改造工程實(shí)現(xiàn)智能變電站一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)。文獻(xiàn)[17]實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站智能化改造，通過智能設(shè)備集成，改造安裝，真正實(shí)現(xiàn)滿足綜合信息模型規(guī)定。文獻(xiàn)[18]針對智能變電站信息采集方式進(jìn)行分派采樣，研究插值算法，實(shí)現(xiàn)對不同設(shè)備采樣值解決，滿足智能變電站需求中應(yīng)用。文獻(xiàn)[19-21]本文總結(jié)了智能變電站系統(tǒng)構(gòu)造，完畢智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。文獻(xiàn)[22-24]是與智能變電站有關(guān)技術(shù)應(yīng)用規(guī)范。文獻(xiàn)[25]從IEC618-50技術(shù)方案著手智能變電站有關(guān)應(yīng)用研究。文獻(xiàn)[26-28]國外與智能變電站有關(guān)技術(shù)規(guī)范。文獻(xiàn)[29]重要簡介了電子式電流互感器研發(fā)現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，從其定義、工作原理等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。文獻(xiàn)[30]對IEC61850通信合同系統(tǒng)研究，重要從歷史背景、構(gòu)成、特點(diǎn)和變電站接口來闡明。1.2.2智能變電站重要技術(shù)支撐隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，新型微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了智能電網(wǎng)發(fā)展,其中新型電子互感器技術(shù)、國際通用IEC61850原則、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能高壓設(shè)備和智能斷路器技術(shù)等成為智能電網(wǎng)核心支撐技術(shù)。（1）電子互感器技術(shù)光電技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，促使電子式互感器更好發(fā)展，新型電子式互感器具備絕緣性能優(yōu)越、抗磁干擾水平高、檢量頻帶寬度高等長處。新型智能化光電子式儀用變壓器綜合了當(dāng)代光電晶體特性和與之有關(guān)先進(jìn)技術(shù)，采用當(dāng)前世界上最先進(jìn)數(shù)字信號(hào)解決技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性、迅速性以及以便做復(fù)雜計(jì)算性能。在先進(jìn)光電技術(shù)、DSP技術(shù)、微電子技術(shù)支撐下，電子式互感器在電力系統(tǒng)以及智能電網(wǎng)發(fā)展中得到了較好應(yīng)用。（2）國際通用IEC61850原則IEC61850原則是適合分層方式IED和自動(dòng)化變電站電力網(wǎng)絡(luò)通信合同。該原則是根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營工作特性，制定了能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互、傳播任務(wù)基本服務(wù)規(guī)定；應(yīng)用模糊通信服務(wù)端口、指定通信服務(wù)映射狀況，來跟隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展。通過使用面對對象建立模型技術(shù)，面對設(shè)備建立模型與自述，來實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，應(yīng)用開放性和互操作規(guī)定。除此之外，變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)整體規(guī)范、同步性測試等也包括在通用原則中。IEC61850原則是國際智能變電站統(tǒng)一原則，為開放性智能電網(wǎng)后來迅速發(fā)展奠定了基本。（3）先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在系統(tǒng)中初級(jí)系統(tǒng)和次級(jí)系統(tǒng)是主輔關(guān)系，次級(jí)系統(tǒng)由各類計(jì)量裝置、測量裝置、控制裝置，監(jiān)測和回饋裝置，機(jī)電保護(hù)，遠(yuǎn)程傳動(dòng)控制設(shè)備等回路構(gòu)成。二次系統(tǒng)大體分為控制回路和保護(hù)回路兩某些，老式二次回路是通過電纜將變電站一次設(shè)備數(shù)據(jù)量進(jìn)行傳播。在智能電網(wǎng)中先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已基本取代了電纜傳送信息功能。光纖通信傳播技術(shù)憑借局域網(wǎng)技術(shù)，把獲取到各種信息發(fā)送給次級(jí)設(shè)備，與此同步采用分布式設(shè)計(jì)自動(dòng)化智能變電站，可以有效提高通信設(shè)備動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性、安全性。（4）智能高壓設(shè)備高壓設(shè)備通過與保護(hù)、控制、測量以及檢測等智能組件進(jìn)行一體化組合可實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備智能化。在高壓設(shè)備中，智能組件安裝即可以采用外置，也可采用內(nèi)嵌，兩種安裝方式均不影響智能高壓設(shè)備正常運(yùn)營。智能高壓設(shè)備應(yīng)具備如下特性：（1）測量數(shù)據(jù)數(shù)字化；（2）控制過程網(wǎng)絡(luò)化；（3）狀態(tài)成果可視化；（4）功能構(gòu)造一體化；（5）信息通訊互動(dòng)化。如圖1所示。圖1智能高壓設(shè)備特性（5）智能斷路器技術(shù)智能變電站中電子式互感器以及通訊網(wǎng)路使用可以實(shí)現(xiàn)斷路器自身各變量測量。通過度析采集測量得到數(shù)據(jù)，可覺得斷路器云梯、檢修以及維護(hù)制定期間表，以達(dá)到維護(hù)以及檢修目，從而避免了老式斷路器檢修帶來弊端。智能斷路器在斷開瞬間，通過電子式互感器將斷開瞬間數(shù)據(jù)傳播到上層設(shè)備，上層設(shè)備通過智能手段判斷斷路器工作狀態(tài)，并給出詳細(xì)指令，實(shí)現(xiàn)智能斷路器單一分閘特性。1.3本文重要工作智能變電站由智能變電站演變而來。建設(shè)全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享原則化、高檔應(yīng)用互動(dòng)化特性智能變電站已成為建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)重要構(gòu)成某些。論文重點(diǎn)基于智能化變電站重要技術(shù)特性和支撐技術(shù)，研究智能變電站特點(diǎn)、架構(gòu)體系、通訊原則、高檔應(yīng)用等。論文重要工作如下：（1）闡述智能變電站研究背景、基本概念及技術(shù)特性、研究現(xiàn)狀，提出了智能化變電站重要支撐技術(shù)：即非常規(guī)互感器技術(shù)、IEC61850原則、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能高壓設(shè)備、智能斷路器技術(shù)等；（2）揭示智能化變電站重要技術(shù)原則及技術(shù)特性，研究智能變電站架構(gòu)體系，對智能變電站三層兩網(wǎng)構(gòu)造進(jìn)行了簡介，并對過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究智能變電站IEC61850通訊原則；（3）分析智能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特性，構(gòu)成架構(gòu)，對智能變壓器、智能開關(guān)設(shè)備進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；（4）研究智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)二次設(shè)備設(shè)計(jì)。2.智能變電站技術(shù)特性及架構(gòu)體系2.1智能變電站概念智能變電站是指與調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)維方略與電力設(shè)備信息互通互動(dòng)，以全站信息數(shù)字化、信息共享原則化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化為基本特性，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)全壽命周期綜合優(yōu)化管理，自動(dòng)完畢變電站設(shè)備控制、信息采集、電能計(jì)量和設(shè)備監(jiān)測等基本功能，在運(yùn)營過程中采用先進(jìn)自動(dòng)化智能設(shè)備來完畢電網(wǎng)各種運(yùn)營工況運(yùn)營數(shù)據(jù)全面采集和實(shí)時(shí)共享工作，這些自動(dòng)化智能設(shè)備往往需要具備可靠性、集成性、先進(jìn)性、環(huán)保性等特點(diǎn)，依照需要完畢與相鄰變電站、調(diào)控中心主站等實(shí)現(xiàn)自由溝通協(xié)同配合變電站。2.2智能變電站重要技術(shù)原則及技術(shù)特性2.2.1智能變電站重要技術(shù)原則智能電網(wǎng)作為發(fā)展全球能源互聯(lián)網(wǎng)核心，為滿足智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)定，智能變電站規(guī)劃和設(shè)計(jì)應(yīng)滿足重要技術(shù)原則有如下幾種方面：（1）遵循以IEC61850原則變電站通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)智能變電站分層系統(tǒng)構(gòu)造依照國際通用以IEC61850為原則變電站構(gòu)造體系，智能變電站普通采用3層構(gòu)造原則來進(jìn)行分層。分層可詳細(xì)分為站控層、間隔層和過程層。其中過程層重要承擔(dān)一次設(shè)備數(shù)字化重要功能，它是智能變電站二次系統(tǒng)和一次系統(tǒng)重要結(jié)合層；間隔層重要用來完畢數(shù)據(jù)解決和控制等功能，其重要由測控、計(jì)量、保護(hù)等間隔層IED構(gòu)成；站控層具備典型SCADA和EMS功能，基本能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)營工況數(shù)據(jù)到調(diào)度中心并按照調(diào)度中心特定調(diào)控命令完畢相應(yīng)調(diào)節(jié)和控制。（2）采用新型電子式互感器設(shè)備和智能自動(dòng)化設(shè)備，完畢一次設(shè)備運(yùn)營數(shù)據(jù)數(shù)字化采集電子式互感器可以直接完畢獲取數(shù)字化測量量等數(shù)字化采集工作，并且具備無飽和、無鐵磁諧振等長處長處，因而在智能電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)過程中得到了廣泛應(yīng)用。針對智能變電站保護(hù)與電子式互感器等二次設(shè)備接口，以及更好地發(fā)揮電子式互感器在智能電網(wǎng)保護(hù)中作用，國際電工委員會(huì)專門制定了IEC60044-7和IEC61850-9-I原則。并且基于此定義了合并單元,它是這一接口重要構(gòu)成某些。合并單元重要功能采集多路數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這一功能詳細(xì)實(shí)現(xiàn)程序是：①同步采集多路電子互感器輸出數(shù)字信號(hào)；②將原則信號(hào)按照原則規(guī)定格式發(fā)送給保護(hù)、測控設(shè)備；③在數(shù)據(jù)傳播過程中用光纖代替老式電纜，用總線方式代替老式點(diǎn)對點(diǎn)接線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。（3）為實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳播基于最新進(jìn)高速工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程總線和站級(jí)總線考慮到在實(shí)際運(yùn)營過程中，智能變電站各個(gè)IED之間通過站級(jí)總線、過程層總線傳播數(shù)據(jù)信息并且需要互換大量數(shù)據(jù)。各智能變電站站級(jí)總線、過程層總線在不同電壓級(jí)別、不同規(guī)模變電站其拓?fù)錁?gòu)造也存在區(qū)別。當(dāng)前站級(jí)總線常采用1OMB/OOMB以太網(wǎng)，而過程層普通選用100MB/1000MB以太網(wǎng)。（4）采用全站統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng)智能變電站在運(yùn)營過程中，其大量信息互換完全依賴通信，因而所有IED都應(yīng)當(dāng)帶有時(shí)標(biāo)信息。有了統(tǒng)一精準(zhǔn)時(shí)間，變電站運(yùn)營中事故因素及過程，可以通過各斷路器動(dòng)作、調(diào)節(jié)先后順序及精確時(shí)間來分析擬定。2.2.2智能變電站重要技術(shù)特性相比于常規(guī)變電站，智能變電站具備鮮明技術(shù)特性。詳細(xì)體當(dāng)前：（1）一次設(shè)備智能化智能變電站基本是一次設(shè)備智能化。一次設(shè)備智能化是使一次設(shè)備具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和解決能力，其具備可與其她IED進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)互換、一次設(shè)備數(shù)字化采集、系統(tǒng)構(gòu)造緊湊化等功能。與常規(guī)自動(dòng)化設(shè)備相比，智能設(shè)備（IED）使得一次設(shè)備自動(dòng)化限度大大提高。其中一次設(shè)備信號(hào)、狀態(tài)采集過程通過在全站采用電子式互感器（電子式或光電互感器）、智能終端完畢，同步可以及時(shí)與上級(jí)監(jiān)控設(shè)備、系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備、調(diào)度進(jìn)行協(xié)同操作。（2）二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化采用最先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)從而實(shí)現(xiàn)二次裝置網(wǎng)絡(luò)化性能。各個(gè)設(shè)備之間通過GOOSE、MMS、SMV等高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行層與層之間、層內(nèi)設(shè)備之間信息交互。為了給控制中心提供決策根據(jù)，通過基于IEC61850原則建模，智能變電站可以實(shí)時(shí)監(jiān)測轄區(qū)電網(wǎng)運(yùn)營狀態(tài)，自動(dòng)辨識(shí)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)模型。（3）符合IEC61850原則變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)IEC61850原則核心技術(shù)涉及面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、分層映射通信技術(shù)、原則化配備語言技術(shù)等重要三個(gè)核心技術(shù)。智能變電站采用抽象通信接口技術(shù)、對象建模技術(shù)、設(shè)備自描述規(guī)范等來保證智能設(shè)備之間通信合同和通信接口一致性。同步，為實(shí)現(xiàn)功能也需對一次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模。與常規(guī)變電站相比，智能變電站具備如下技術(shù)優(yōu)勢：①智能變電站采用了電子互感器；②解決了老式互感器存在磁飽和問題；③為減少成本、便于施工采用了光纖代替了電纜；④智能變電站基于IEC61850原則全站統(tǒng)一平臺(tái)，無需進(jìn)行合同轉(zhuǎn)換；④可以采用雙機(jī)、雙網(wǎng)冗余，可靠性高；⑤基于信息共享，可以統(tǒng)一配備全站功能，提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平。2.3智能變電站架構(gòu)體系智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)完畢對全站設(shè)備監(jiān)控，站內(nèi)監(jiān)控及保護(hù)統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，設(shè)備配備采用開放式分層分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信采用統(tǒng)一通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方/就地操作等功能，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備及系統(tǒng)信息共享，在功能上滿足無人值班規(guī)定，在邏輯上由“三層兩網(wǎng)”構(gòu)成，便構(gòu)成了智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主體。2.3.1三層兩網(wǎng)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在邏輯上由“三層”和“兩網(wǎng)”構(gòu)成?！叭龑印睒?gòu)造即站控層、間隔層、過程層以及“兩網(wǎng)”即站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。站控層重要功能是提供站內(nèi)運(yùn)營人機(jī)聯(lián)系界面，形成全站監(jiān)控中心，并實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信，其重要設(shè)備涉及主機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。站控層重要完畢如下幾方面工作：實(shí)時(shí)讀取設(shè)備數(shù)據(jù)并將實(shí)時(shí)信息存入歷史數(shù)據(jù)庫中：將實(shí)時(shí)信息傳送至調(diào)控中心主站；接受調(diào)控中心主站命令并執(zhí)行；具備基本辦公功能。間隔層由保護(hù)功能、測量系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、故障錄波等系統(tǒng)構(gòu)成，為保證網(wǎng)絡(luò)通信可靠性，提高信息通道冗余度，可采用上下網(wǎng)絡(luò)接口全雙工模式。間隔層重要完畢如下幾方面工作：優(yōu)化記錄運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集及下發(fā)控制命令等功能隊(duì)列；承擔(dān)本間隔實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總?cè)蝿?wù)；承擔(dān)過程層及站控層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信功能；承擔(dān)本間隔一次設(shè)備保護(hù)、控制、閉鎖、同期等任務(wù)。過程層由電子式互感器、智能斷路器、智能終端、合并單元等裝置構(gòu)成。過程層重要完畢如下幾方面工作：①承擔(dān)重要電氣量采集工作，涉及電流、電壓幅值、相位以及諧波分量等實(shí)時(shí)采集任務(wù)；②承擔(dān)涉及變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電容器、電抗器等運(yùn)營設(shè)備溫度、壓力、密度狀態(tài)參數(shù)等在線監(jiān)測任務(wù)；③完畢涉及有載調(diào)壓主變分接頭調(diào)節(jié)，投切無功補(bǔ)償裝置，拉合斷路器、隔離開關(guān)，直流蓄電池充放電等控制命令執(zhí)行。站控層網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)站控層內(nèi)主機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)等不同類型設(shè)備和間隔層內(nèi)測量、保護(hù)和控制系統(tǒng)等不同類型設(shè)備之間信息交互。過程層網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)間隔層內(nèi)有關(guān)設(shè)備以及過程層內(nèi)電子式互感器、智能斷路器等不同設(shè)備之間信息交互。智能變電站“三層兩網(wǎng)”基本構(gòu)造示意圖如圖路器等不同設(shè)備之間信息交互。智能變電站“三層兩網(wǎng)”基本構(gòu)造示意圖如圖2所示。圖2智能變電站“三層兩網(wǎng)”基本構(gòu)造示意圖2.3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造在智能變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造設(shè)計(jì)中，需要充分考慮智能變電站擴(kuò)建、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展等狀況，應(yīng)具備一定可擴(kuò)展性：需要考慮網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能，應(yīng)具備一定可靠性；需要考慮支持變電站內(nèi)設(shè)備靈活投退，有關(guān)信息配備靈活切換，應(yīng)具備一定實(shí)時(shí)性；需要考慮優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，減少變電站建造和運(yùn)營成本，應(yīng)具備一定經(jīng)濟(jì)性和冗余度。構(gòu)或星型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造等是常用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，詳細(xì)拓?fù)錁?gòu)造如圖3所示。圖3智能變電站普通采用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造2.3.3系統(tǒng)高檔應(yīng)用智能變電站以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為信息傳播基本，依照電網(wǎng)運(yùn)營需要支持電網(wǎng)運(yùn)營自動(dòng)控制、站間協(xié)同互動(dòng)、順序控制等高檔應(yīng)用功能，為智能變電站運(yùn)行、檢修等工作提供了技術(shù)保障，不但提高了工作效率，同步實(shí)現(xiàn)了智能化變電站運(yùn)營管理水平全面提高。1、順序控制智能變電站實(shí)現(xiàn)順序控制要滿足如下3個(gè)方面規(guī)定：（1）一次設(shè)備智能化。智能化一次設(shè)備可以將自身詳細(xì)是狀態(tài)、設(shè)備信息等數(shù)據(jù)通過報(bào)文方式傳送到有關(guān)高檔應(yīng)用，從而可以迅速獲取有效信息，實(shí)現(xiàn)迅速順序控制。（2）一次設(shè)備運(yùn)營可靠。一次設(shè)備動(dòng)作可靠、輔助接點(diǎn)可以真實(shí)反映一次設(shè)備真實(shí)狀況，避免浮現(xiàn)由于開關(guān)機(jī)構(gòu)卡澀等因素導(dǎo)致操作失敗狀況發(fā)生，是順序控制成功核心。（3）二次設(shè)備運(yùn)營可靠。完善網(wǎng)絡(luò)中斷告警機(jī)制，提高智能變電站二次設(shè)備可用率和可靠率，可以保證順序控制成功執(zhí)行。2、五防閉鎖五防閉鎖可以應(yīng)用于變電站遠(yuǎn)方遙控操作或者是就地操作，閉鎖回路設(shè)計(jì)可以由硬接點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，將本間隔閉鎖回路串接到受控設(shè)備操作回路中，在設(shè)備核心位置配套設(shè)立鎖具，通過邏輯閉鎖應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)全站防誤操作閉鎖功能。3、遠(yuǎn)動(dòng)功能直采直送就是直接從測控裝置采集到遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備需要數(shù)據(jù)，通過站控層網(wǎng)絡(luò)傳播到遠(yuǎn)方調(diào)控中心，以反映電網(wǎng)整體運(yùn)營狀況，這就規(guī)定遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備與站內(nèi)監(jiān)控設(shè)備無任何影響直采直送關(guān)系。4、狀態(tài)檢修與設(shè)備在線監(jiān)測設(shè)備在線監(jiān)測廣泛應(yīng)用增進(jìn)了狀態(tài)檢修發(fā)展，是變電站檢修工作從此前定期檢修變成了依照監(jiān)測到設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)開展有針對性檢修，從而可以節(jié)省大量人力物力，使檢修工作更加科學(xué)，提高了設(shè)備供電時(shí)間和供電可靠性，提高了供電效益。通過一種多層構(gòu)造軟硬件綜合應(yīng)用平臺(tái)，將設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修結(jié)合起來。在這個(gè)綜合應(yīng)用平臺(tái)中，通過監(jiān)測、采集設(shè)備運(yùn)營狀況、檢修歷史、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，站內(nèi)數(shù)據(jù)平臺(tái)分析設(shè)備運(yùn)營趨勢，對設(shè)備生命狀態(tài)加以診斷，依照診斷成果告知遠(yuǎn)方調(diào)控中心或運(yùn)維人員擬定如何檢修、檢修深度和檢修內(nèi)容。在具體實(shí)用過程中，狀態(tài)檢修需要一種能反映設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，達(dá)到了參數(shù)規(guī)定閾值后進(jìn)行報(bào)警，以達(dá)到提示檢修人員目。通過設(shè)備在線監(jiān)測可以有效將定期檢修或防止性檢修向狀態(tài)檢修方向轉(zhuǎn)變，提高設(shè)備供電可靠性和服役年限。5、智能告警智能告警系統(tǒng)就是對設(shè)備和全站運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)完成復(fù)雜邏輯分析和推演，將變電站異常自動(dòng)報(bào)送到主站端并提出解決意見，同步還要實(shí)現(xiàn)對告警信息自動(dòng)分類和無效信號(hào)排除，以上工作都要通過一套完善變電站故障信息推理模型來完畢。告警信息普通都是在變電站端進(jìn)行解決，然后將解決過信息傳送到主站端，以減少通信信道壓力和主站端工作負(fù)荷。智能告警系統(tǒng)可在事故狀況下完畢順序時(shí)間記錄（SOE）以及保護(hù)裝置數(shù)據(jù)判斷、對故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，將分析后成果以簡潔明了圖形界面進(jìn)行展示。6、無功自動(dòng)調(diào)節(jié)無功自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯順序是依照變電站采集到潮流數(shù)據(jù)，安裝在主站系統(tǒng)無功電壓優(yōu)化軟件進(jìn)行分析計(jì)算，然后依照計(jì)算成果下達(dá)指令(如有需要)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接受到指令后完畢主變檔位調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償裝置投切，實(shí)現(xiàn)區(qū)域無功最優(yōu)調(diào)節(jié)，以上一切工作都是由智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和集控主站系統(tǒng)集成AVC功能實(shí)現(xiàn)。2.4基于智能變電站IEC61850通訊原則IEC61850原則是由國際電工委員會(huì)第57技術(shù)委員會(huì)（IECTC57）負(fù)責(zé)制定，它是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國際原則，該原則全稱是變電站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)（Communicationnetworksandsystemsinsubstations）。該原則在制定過程中，對已有原則進(jìn)行了消化、吸取了其中重要有：1、IEC60870-5-101原則，該原則詳細(xì)名稱是遠(yuǎn)動(dòng)通信合同原則；2、IEC60870-5-103原則，該原則詳細(xì)名稱是繼電保護(hù)信息接口原則；3、UCA20（UtilityCommunicationArchitecture2.0）（由美國電科院制定變電站和饋線設(shè)備通信合同體系）；4、ISO/IEC9506制造商信息規(guī)范MMS（ManufacturingMessageSpecification）。國內(nèi)原則化委員會(huì)對61850系列原則，進(jìn)行了同步跟蹤和翻譯工作。國內(nèi)采用原則名稱是DL/T8600。2.4.1基于IEC61850規(guī)約智能變電站特點(diǎn)基于IEC61850規(guī)約構(gòu)架智能變電站有如下四個(gè)特點(diǎn)：1、定義了變電站信息分層構(gòu)造變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)合同IEC61850原則草案提出了變電站內(nèi)信息分層并且將變電站通信體系分為變電站層、間隔層和過程層3個(gè)層次，在此過程中定義了層和層之間通信接口。在變電站層和間隔層之間網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范(MMS)、傳播控制合同/網(wǎng)際合同（TCP/IP）以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)；在間隔層和過程層之間網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)單向傳播以太網(wǎng)。2、基于IEC61850原則綜自站采用了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)建模技術(shù)相較老式綜自站內(nèi)通訊使用IEC60870-5-103規(guī)約版本，IEC61850引入了“面向?qū)ο蠼！备拍睢Ｔ谝?guī)約里面，每臺(tái)IED作為一種服務(wù)器（Service）進(jìn)行分層分級(jí)建模，被細(xì)分為邏輯設(shè)備(LogicalDevice)、邏輯節(jié)點(diǎn)（LogicalNode）和數(shù)據(jù)對象（DataObject）以及各對象數(shù)據(jù)屬性（DataAttribute）。邏輯設(shè)備包括邏輯節(jié)點(diǎn)，邏輯節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成公用數(shù)據(jù)類命名實(shí)例。任何一種客戶可通過抽象通信服務(wù)接口(ACSI)和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對象。3、數(shù)據(jù)自描述功能原則采用面向?qū)ο筠k法，定義了對象之間通信服務(wù)。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)自描述具備在數(shù)據(jù)源就對數(shù)據(jù)自身進(jìn)行自我描述功能，傳播到接受方數(shù)據(jù)都帶有自我闡明。由于數(shù)據(jù)自身自帶闡明，因此傳播時(shí)可以不受預(yù)先定義限制，簡化了對數(shù)據(jù)管理和維護(hù)工作。4、網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性IEC61850原則總結(jié)了智能變電站內(nèi)信息傳播所必須通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層合同抽象通信服務(wù)接口（ASCI），如圖2-2所示。在IEC61850-7-2中，建立了涉及服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型等原則兼容服務(wù)器所必要提供通信服務(wù)模型。客戶通過ACSI，將假信息通過專用通信服務(wù)映射(SCSM)映射到所采用品體合同棧。IEC61850原則使用ACSI和SCSM通信服務(wù)技術(shù)，解決了原則穩(wěn)定性與將來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間矛盾。2.4.2運(yùn)用IEC61850規(guī)約構(gòu)建智能變電站從如下三個(gè)角度來看看智能變電站構(gòu)建狀況：從變電站層次構(gòu)造上來看智能變電站由三層構(gòu)造構(gòu)成，分別為站控層、間隔層、過程層構(gòu)成。重要設(shè)備分類也按不同層次來分，①站控層設(shè)備重要由監(jiān)控主機(jī)、工程師站等；②間隔層設(shè)備重要有保護(hù)裝置、測控裝置等；③過程層設(shè)備重要有光CT/PT、合并單元、智能開關(guān)等。從使用設(shè)備上來看，構(gòu)建一種完整智能變電站需要如下三個(gè)某些：1）智能化一次設(shè)備一次設(shè)備智能化重要是由于一次設(shè)備從信號(hào)繼電器到控制回路，所有采用微解決器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)。同步在信息傳播過程中將老式電纜導(dǎo)線連接用數(shù)字量信號(hào)傳播網(wǎng)絡(luò)取代。2）網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、防誤閉鎖、測量控制、故障錄波、電壓無功控制、同期操作等功能，變電站內(nèi)常規(guī)二次設(shè)備，需要在各功能裝置之間建立起一一相應(yīng)電纜或是網(wǎng)線連接。而在二次設(shè)備設(shè)計(jì)完全符合國際電工組織IEC6I850原則狀況下，各個(gè)IED（智能電子設(shè)備）之間連接所有采用高速工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，這種網(wǎng)絡(luò)鏈路取代了老式電纜連接；網(wǎng)絡(luò)鏈路與電纜回路區(qū)別不但在于傳播介質(zhì)、傳播形式不同，并且在于智能變電站中各IED之間并無直接物理聯(lián)系，而是通過互換機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集和發(fā)送。即各IED發(fā)送數(shù)據(jù)由其所連接互換機(jī)傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行共享。這樣所有二次電纜事實(shí)上都可以取消。3）自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)在變電站全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后來，為實(shí)現(xiàn)由“定期檢修”向“狀態(tài)檢修”轉(zhuǎn)變可以在監(jiān)控系統(tǒng)中加入智能分析軟件。同步為“程序化操作”等實(shí)用技術(shù)在智能變電站中提供更好推廣空間。從使用服務(wù)上來看，一種完整智能變電普通站由如下三某些服務(wù)支撐：1）MMS。MMS：ManufacturingMessageSpecification（ISO9506）制造報(bào)文規(guī)范。MMS技術(shù)在智能變電站中重要被用在自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)報(bào)文傳播上。2）GOOSE。GOOSE：GenericObjectOrientedSubstationEvents通用面向變電站事件對象。該服務(wù)代替了智能變電站設(shè)備間控制、信號(hào)電纜功能，其作用重要是應(yīng)用于過程層與間隔層設(shè)備之間通信傳播。3）SMV。SMV：SampledMeasuredValue其名稱為，采樣測量值。在智能變電站中，該服務(wù)重要應(yīng)用于間隔層設(shè)備與過程層間單向電流、電壓采樣值傳播。2.5本章小結(jié)本章重要簡介了智能變電站基本概念，重要技術(shù)原則、技術(shù)特性、智能變電站架構(gòu)體系和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，智能變電站IEC61850通訊原則。并對基于智能變電站IEC61850通訊原則等進(jìn)行了詳細(xì)簡介。為下文智能變電站進(jìn)一步研究奠定基本。3.智能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特性及初步設(shè)計(jì)3.1智能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特性高壓設(shè)備作為智能變電站重要部件，其重要技術(shù)特性可以分為如下幾種方面：（1）測量參數(shù)數(shù)字化；（2）控制過程網(wǎng)絡(luò)化；（3）狀態(tài)成果可視化；（4）功能構(gòu)造一體化；（5）信息通訊互動(dòng)化。測量參數(shù)數(shù)字化作為智能變電站高壓設(shè)備基本特性之一，測量參數(shù)數(shù)字化是指測量智能變電站在運(yùn)營、控制過程中有關(guān)參數(shù)。在進(jìn)行測量參數(shù)數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中，可以通過設(shè)計(jì)測量（單一或者各種IED）功能模塊完畢智能變電站有關(guān)參數(shù)測量。在完畢參數(shù)測量后，可以將測量成果發(fā)送到站控層網(wǎng)絡(luò)或過程層網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)智能變電站實(shí)時(shí)測量信息共享。而通過度析智能變電站實(shí)時(shí)測量信息，可以用于智能變電站實(shí)時(shí)運(yùn)營狀態(tài)、控制狀態(tài)評估。智能變電站參數(shù)數(shù)字化測量可以對智能變電站油溫、分合閘位置、分接頭位置等信息進(jìn)行測量。控制過程網(wǎng)絡(luò)化智能變電站高壓設(shè)備、內(nèi)部部件及高壓設(shè)備運(yùn)營過程都可以通過網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)現(xiàn)?？刂颇K作為控制過程網(wǎng)絡(luò)化基本功能，其構(gòu)成由單一或者各種IED構(gòu)成。控制過程網(wǎng)絡(luò)化嚴(yán)格遵循IEC61850通信合同原則，智能變電站中控制過程控制指令是通過控制方略進(jìn)行發(fā)布，而控制方略制定則要依照電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)或基于設(shè)備自身測量和監(jiān)測信息動(dòng)態(tài)狀況進(jìn)行合理制定。隨著智能變電站內(nèi)部測量及監(jiān)測參量增多，控制方略不斷完善，這就對智能變電站控制過程提出更高、更抱負(fù)規(guī)定?？刂七^程重要以變壓點(diǎn)冷卻裝置、有載分接開關(guān)，開關(guān)設(shè)備操動(dòng)機(jī)構(gòu)作為控制對象?？刂七^程控制方式重要分為：（1）高壓設(shè)備自身就地控制；（2）智能組件就地控制；（3）站控層設(shè)備智能控制。在智能變壓器正常工作狀況下，控制過程網(wǎng)絡(luò)化有一定優(yōu)先級(jí)控制，其控制優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋赫究貙釉O(shè)備、智能組件、就地控制器。狀態(tài)成果可視化狀態(tài)成果可視化重要涉及監(jiān)測模塊、系統(tǒng)測控裝置模塊、測量模塊等信息，其可視化成果可以通過智能變電站中檢測功能模塊實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)成果可視化中“狀態(tài)”指智能變電站中高壓設(shè)備控制、可靠運(yùn)營、帶負(fù)載能力等運(yùn)營狀態(tài)；狀態(tài)成果可視化中“可視化”指通過電網(wǎng)總調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)信息互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能變電站高壓設(shè)備與調(diào)度中心在線信息互動(dòng)，從而實(shí)時(shí)精確理解智能變電站高壓設(shè)備運(yùn)營狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心短期規(guī)劃，從而提高電網(wǎng)運(yùn)營可靠性。功能構(gòu)造一體化老式變壓器二次設(shè)備設(shè)計(jì)很少受到高壓設(shè)備制造商關(guān)注，與老式變電站相比，智能變電站設(shè)計(jì)完全考慮了二次設(shè)備。在智能變電站高壓設(shè)備設(shè)計(jì)理念中，傳感器是狀態(tài)感知元件，執(zhí)行器是指令響應(yīng)元件。在實(shí)際工程實(shí)踐中，智能變電站功能構(gòu)造應(yīng)充分考慮變電站智能化目的，從而依照智能化目的在智能變電站高壓設(shè)備中安裝智能傳感器和執(zhí)行器。一方面，智能變電站高壓設(shè)備一體化設(shè)計(jì)可以提高高壓設(shè)備運(yùn)營穩(wěn)定性以及對擾動(dòng)敏感性；另一方面，智能變電站高壓設(shè)備一體化可以實(shí)現(xiàn)智能變電站測量裝置及智能變電站高壓設(shè)備集成。信息通訊互動(dòng)化智能組件作為智能變電站高壓設(shè)備核心部件，可以實(shí)現(xiàn)智能變電站一次設(shè)備與電網(wǎng)調(diào)度中心系統(tǒng)之間信息通訊互動(dòng)。高壓設(shè)備作為智能變電站重要部件可覺得智能變電站提供智能化信息，實(shí)現(xiàn)變電站智能化應(yīng)用。在智能變電站高壓設(shè)備中，信息通訊互動(dòng)化涉及：1）作為智能變電站高壓設(shè)備重要部件之一，智能組件可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測智能變電站高壓設(shè)備運(yùn)營、控制及帶負(fù)載狀態(tài)等信息，并將在線監(jiān)測到信息通過智能變電站站控層網(wǎng)絡(luò)分享到電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)中心，電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)中心可以依照分享數(shù)據(jù)進(jìn)行電網(wǎng)優(yōu)化控制以及規(guī)劃制定。2）電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)中心在制定優(yōu)化控制等方略后，將制定方略通過智能變電站站控層網(wǎng)絡(luò)分派到高壓設(shè)備智能組件，智能組件通過接受制定方略指令，進(jìn)行智能變電站高壓設(shè)備優(yōu)化控制。3）智能變電站高壓設(shè)備指紋信息和其她非自監(jiān)測信息可以通過智能組件進(jìn)行獲取，智能組件所獲取智能變電站高壓設(shè)備指紋信息和其她非自監(jiān)測信息可以作為智能變電站高壓設(shè)備評價(jià)根據(jù)一某些。3.2智能變電站初步設(shè)計(jì)與常規(guī)變壓器相比，智能變壓器僅僅在控制、測量、保護(hù)等方面做了智能化設(shè)計(jì)，并在智能變壓器某些單元中加入了智能化組件，實(shí)現(xiàn)了變壓器智能化。智能變壓器作為智能變電站核心設(shè)備之一，對智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)營至關(guān)重要。當(dāng)前，在實(shí)際工程實(shí)踐中，變壓器智能化組件加入與否及多少可以依照實(shí)際工程需要，在大某些實(shí)際工程中，變壓器智能組件重要涉及：冷卻裝置控制、油中溶解氣體監(jiān)測、監(jiān)測功能組、有載分接開關(guān)控制、光纖繞組測溫、合并單元、局部放電監(jiān)測等。智能變壓器智能組件在控制柜內(nèi)安裝，各個(gè)組件之間應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供電且要進(jìn)行電氣隔離以及進(jìn)行光纖通信，其中光纖通訊原則應(yīng)當(dāng)符合IEC61850原則。智能變壓器設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4基于智能組件智能變壓器設(shè)計(jì)不同電壓級(jí)別、不同類型以及有特殊規(guī)定智能變壓器，對各個(gè)智能組件規(guī)定不同樣。各智能組件功能及規(guī)定分述如下。1、監(jiān)測功能組主IED（IED：Intelligentelectronicdevice）監(jiān)測功能組主IED重要涉及局放監(jiān)測IED、油中溶解氣體監(jiān)測IED、套管監(jiān)測IED等。監(jiān)測功能組主IED承擔(dān)所有監(jiān)測IED監(jiān)測成果綜合分析，并在有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行信息互動(dòng)。某些監(jiān)測功能組示意圖如圖5所示。圖5某些監(jiān)測功能組2、測量IED測量IED測量參量為油位、氣體匯集量、頂層油溫、繞組溫度、環(huán)境溫度、鐵芯接地電流。依照工程實(shí)際，測量IED功能也可由測控裝置完畢。3、冷卻裝置控制IED冷卻裝置控制IED從過程層或站控層網(wǎng)絡(luò)獲取有關(guān)信息，形成控制方略，通過就地控制器控制冷卻裝置，并將冷卻裝置運(yùn)營狀態(tài)返回至冷卻裝置IED。4、有載分接開關(guān)控制IED有載分接開關(guān)控制從站控層網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)信息，依照設(shè)定調(diào)壓控制方式，結(jié)合所獲得數(shù)據(jù)信息，依照控制方略，自動(dòng)向有載調(diào)壓開關(guān)執(zhí)行器發(fā)出調(diào)節(jié)指令。5、局部放電監(jiān)測IED局部放電監(jiān)測IED應(yīng)在原則模仿干擾環(huán)境下最小可測不不不大于500pC放電信號(hào)，最大可測10000pC放電信號(hào)。局部放電監(jiān)測IED所測放電信號(hào)強(qiáng)度可以反映實(shí)際放電量變化。局部放電監(jiān)測IED采用局部放電信號(hào)，并依照當(dāng)前放電信號(hào)強(qiáng)度、趨勢等信息、，對放電性缺陷與否存在以及嚴(yán)重限度做出定量評估，將“故障幾率、時(shí)間”輕量級(jí)成果信息通過過程層網(wǎng)絡(luò)向主IED報(bào)送。6、油中溶解氣體監(jiān)測IED監(jiān)測IED應(yīng)具備故障自檢和遠(yuǎn)程維護(hù)功能。油中溶解氣體監(jiān)測IED電化學(xué)法監(jiān)測智能變壓器油中核心氣體H2、C2H2，可擴(kuò)展監(jiān)測H20。監(jiān)測IED應(yīng)具備故障自檢和遠(yuǎn)程維護(hù)功能。7、光纖繞組測溫IED繞組熱點(diǎn)溫度測量范疇00C—C,測量不擬定度應(yīng)不不不大于20C。繞組熱點(diǎn)溫度采用光纖直接測量，光纖測量點(diǎn)數(shù)量和位置由制造商和顧客協(xié)商擬定。繞組熱點(diǎn)溫度測量IED應(yīng)支持周期性上送最熱點(diǎn)溫度。8、非電量保護(hù)裝置裝置應(yīng)設(shè)有不少于12路非電量信號(hào)輸入，其中9路非電量可通過CPU延時(shí)跳閘接口，所有非電量信號(hào)都可以定義為不通過CPU直接重動(dòng)跳閘或報(bào)警輸出信號(hào)。3.3智能開關(guān)設(shè)備初步設(shè)計(jì)智能變電站智能開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)方案如圖6所示。圖6智能變電站智能開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)方案如圖6所示，HGIS和GIS機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌在智能單元上。智能單元引入重要是為了簡化一、二次設(shè)備間長距離大量電纜，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳播。本智能變電站不會(huì)在所有開關(guān)設(shè)備使用互相獨(dú)立智能機(jī)構(gòu)，對此重要有一下幾點(diǎn)因素：一方面，可以理解到，對于HGIS/GIS來說不同機(jī)構(gòu)之間電纜距離非常短，基于智能單元完畢數(shù)字化傳遞限制性較高；另一方面，所有開關(guān)設(shè)備均集成了智能單元，從而會(huì)導(dǎo)致智能單元數(shù)目翻番，同步會(huì)導(dǎo)致較大范疇強(qiáng)烈電磁干擾。綜上所述，本問提出智能變電站智能開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)方案重要特點(diǎn)如下：（1）通過智能單元引入，減少了老式繼電器事故率，使智能變電站保護(hù)、控制更加穩(wěn)定；（2）通過智能開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)使智能變電站整體集成度更高；（3）智能變電站設(shè)計(jì)優(yōu)化了整個(gè)電網(wǎng)檢修，解放了勞動(dòng)力。3.4本章小結(jié)本章對能變電站高壓設(shè)備技術(shù)特性、智能變壓器初步設(shè)計(jì)方案以及智能開關(guān)設(shè)備初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)簡介，為下文智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論參照。4.智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)4.1智能變電站二次設(shè)備研究智能變電站二次系統(tǒng)含各種專業(yè)，重要可分為系統(tǒng)二次專業(yè)（保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化、通信）及電氣二次專業(yè)。每個(gè)專業(yè)分工不同，涉及管理及運(yùn)營部門不盡相似，對設(shè)備配備規(guī)定互相獨(dú)立，但不同專業(yè)之間某些功能規(guī)定重疊，這就帶來二次設(shè)備重復(fù)或冗余配備現(xiàn)象。如保護(hù)、測控、計(jì)量裝置、五防系統(tǒng)等分別獨(dú)立配備等普遍問題。智能變電站重要特性涉及設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、構(gòu)造緊湊化；二次設(shè)備優(yōu)化整合符合智能變電站IEC61850功能自由分派理念；通過對二次系統(tǒng)優(yōu)化集成，減少二次設(shè)備數(shù)量，從而節(jié)約了大量屏柜，合理地壓縮了二次設(shè)備室或預(yù)制艙面積，符合智能變電站兩型一化建設(shè)規(guī)定。結(jié)合當(dāng)前智能變電站二次設(shè)備典型集成優(yōu)化方案，分別從站控層、間隔層、過程層等三個(gè)層次二次設(shè)備及附屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等幾種方向開展研究。如下分別詳細(xì)闡述各層二次設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。4.2智能變電站站控層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案4.2.1一體化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架及站控層功能研究作為全站監(jiān)控、管理中心，站控層具備SCADA防系統(tǒng)、在線計(jì)算及制表、事件順序記錄及事故追憶、障信息管理系統(tǒng)、與智能設(shè)備通信、網(wǎng)絡(luò)記錄分析、系統(tǒng)、WAMS系統(tǒng)、自診斷和自恢復(fù)、保護(hù)故運(yùn)營管理等基本功能，還應(yīng)具備順序控制、保護(hù)狀態(tài)控制和管理、智能告警及事故信息綜合分析決策、信息分層分類優(yōu)化解決等各種高檔應(yīng)用功能。站控層為站端管理人員提供全站運(yùn)營人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)對間隔層設(shè)備、過程層設(shè)備管理控制等功能，同步負(fù)責(zé)與上級(jí)調(diào)度部門通信。當(dāng)前，智能變電站站內(nèi)需配備一體化監(jiān)控系統(tǒng)，站內(nèi)分為安全I(xiàn)區(qū)和安全I(xiàn)I區(qū)，規(guī)范了站內(nèi)信息遠(yuǎn)傳方式。智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。圖7智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖能在安全I(xiàn)區(qū)中，監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)運(yùn)營和設(shè)備工況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析和解決后統(tǒng)一展示。I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)功能，通過直采直送（點(diǎn)對點(diǎn)或數(shù)據(jù)網(wǎng)通道）方式實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度部門實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳播，并提供遠(yuǎn)方運(yùn)營數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器作為全站數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，重要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)變電站模型、圖形和操作記錄、站內(nèi)告警信息、在線監(jiān)測系統(tǒng)、故障錄波等歷史數(shù)據(jù)，提供各種應(yīng)用數(shù)據(jù)查詢、訪問服務(wù)。在安全I(xiàn)I區(qū)中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過I、II區(qū)隔離防火墻獲取II區(qū)運(yùn)營數(shù)據(jù)、模型等信息，與上級(jí)調(diào)度部門進(jìn)行信息交互，同步提供信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽服務(wù)。綜合應(yīng)用服務(wù)器位于安全I(xiàn)I區(qū)，通過雙向隔離裝置向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)布信息，由通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將有關(guān)信息分別傳播給其她主站。4.2.2.站控層設(shè)備整合及優(yōu)化設(shè)計(jì)站控層設(shè)備按照變電站最后規(guī)模配備，慮到當(dāng)前110kV及220kV變電站基本為無人值守變電站，因而在站內(nèi)不設(shè)獨(dú)立操作員工作站和維護(hù)工程師站，但預(yù)留站內(nèi)后臺(tái)操作條件，由監(jiān)控主機(jī)整合其功能。智能變電站均不設(shè)獨(dú)立故障信息管理子站，其某些功能由自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前調(diào)度主站有保護(hù)信息主站、調(diào)度主站，分別位于不同安全分區(qū)，在實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化運(yùn)營模式后，對保護(hù)軟壓板投退、保護(hù)定值區(qū)切換等原屬于保護(hù)班職責(zé)范疇內(nèi)操作也納入調(diào)度人員遙控范疇，因而考慮站內(nèi)監(jiān)控主機(jī)兼保護(hù)信息子站功能，調(diào)度人員在遠(yuǎn)方可經(jīng)I區(qū)通信網(wǎng)關(guān)實(shí)當(dāng)前站內(nèi)監(jiān)控主機(jī)上對保護(hù)裝置信息查詢、保護(hù)定值查詢、修改、軟壓板投退等操作。故障錄波裝置位于安全I(xiàn)I區(qū)，其記錄存儲(chǔ)故障波形等數(shù)據(jù)可滿足調(diào)度人員遠(yuǎn)方召測。調(diào)度人員也可經(jīng)監(jiān)控主機(jī)子站功能區(qū)實(shí)現(xiàn)對故障錄波裝置定值修改和系統(tǒng)參數(shù)配備、定值區(qū)查看、啟動(dòng)、復(fù)歸等操作。一體化監(jiān)控主機(jī)整合保護(hù)信息管理子站功能，上傳通過II區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)關(guān)機(jī)與變電站內(nèi)有關(guān)IED設(shè)備和數(shù)據(jù)服務(wù)器互聯(lián)，進(jìn)行各類信息綜合解決，具備遠(yuǎn)動(dòng)工作站功能，并具備遠(yuǎn)方調(diào)度/控制中心對站內(nèi)圖形瀏覽和其他有關(guān)信息查詢服務(wù)功能。通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過站控層網(wǎng)絡(luò)獲取各類保護(hù)信息，完畢向調(diào)度中心上送功能，實(shí)現(xiàn)保護(hù)信息規(guī)約轉(zhuǎn)換和直采直送。該方案重要特點(diǎn)如下:（1）將站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)信息統(tǒng)一接入站控層，構(gòu)建智能變電站一體化基本信息平臺(tái);（2）不再分區(qū)配備后臺(tái)系統(tǒng)，統(tǒng)一配備變電站后臺(tái)系統(tǒng)，完畢智能變電站各項(xiàng)應(yīng)用功能;（3）保護(hù)信息子站作為全站一體化監(jiān)控系統(tǒng)上一種應(yīng)用功能模塊實(shí)現(xiàn)。（4）在統(tǒng)一后臺(tái)系統(tǒng)集成各項(xiàng)功能，同步通過安全防護(hù)設(shè)備與相應(yīng)主站系統(tǒng)通信。（5）保護(hù)信息子站數(shù)據(jù)需通過遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)及縱向加密認(rèn)證裝置上傳調(diào)度。本優(yōu)化方案將故障信息解決系統(tǒng)納入變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)，站內(nèi)各保護(hù)裝置通過站控層MMS網(wǎng)與故障信息管理系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)信息共享;并通過通信網(wǎng)關(guān)機(jī)經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與調(diào)度端通信。4.2.3五防系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)110kV及220kV智能變電站內(nèi)不設(shè)立獨(dú)立五防工作站，防誤閉鎖功能由變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完畢。其防誤操作閉鎖實(shí)行方案可采用如下三種方案:（1）監(jiān)控系統(tǒng)完整防誤操作邏輯閉鎖十完善電氣閉鎖（2）監(jiān)控系統(tǒng)完整防誤操作邏輯閉鎖十間隔單元電氣閉鎖（3）監(jiān)控系統(tǒng)完整防誤操作邏輯閉鎖十間隔測控單元閉鎖方案一采用雙套完整閉鎖方案，可靠性最高。現(xiàn)階段在GIS配電裝置普遍應(yīng)用該方案。但由于其保存完善電氣閉鎖接線，存在斷路器、隔離開關(guān)內(nèi)部接線復(fù)雜、跨間隔電纜聯(lián)系多、電纜敷設(shè)工作量大以及擴(kuò)建接線困難等缺陷;方案二保存了間隔內(nèi)單元電氣閉鎖，可靠性較高。單元電氣閉鎖僅涉及本間隔，接線簡樸，擴(kuò)建以便，己在常規(guī)變電站中成熟應(yīng)用。方案三由間隔內(nèi)測控單元來實(shí)現(xiàn)本間隔閉鎖功能，取代了單元電氣閉鎖電纜接線，現(xiàn)場施工、維護(hù)工作量小，但本間隔防誤操作閉鎖依賴測控單元獨(dú)立邏輯閉鎖來實(shí)現(xiàn)，可靠性較低，且該方案未得到長期運(yùn)營驗(yàn)證?；谏鲜龇治觯F(xiàn)階段智能變電站推薦采用方案二，即配電裝置就地僅實(shí)現(xiàn)本間隔單元電氣閉鎖，取消220kVGIS跨間隔橫向電氣閉鎖接線，全站跨間隔閉鎖由GOOSE報(bào)文實(shí)現(xiàn)。就地操作回路中串入監(jiān)控系統(tǒng)提供聯(lián)鎖接點(diǎn)，該接點(diǎn)由自動(dòng)化系統(tǒng)完善閉鎖邏輯通過計(jì)算實(shí)時(shí)刷新。此后，待智能化變電站監(jiān)控系統(tǒng)邏輯閉鎖可靠性得到驗(yàn)證時(shí)，可進(jìn)一步取消單元電氣閉鎖接線。單元電氣閉鎖接線與完善電氣閉鎖接線相比，可節(jié)約控制電纜，減少投資，提高了運(yùn)營效率，減少了運(yùn)維工作量。4.2.4智能變電站間隔層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案間隔層設(shè)備含系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備、元件保護(hù)設(shè)備、測控裝置、備用電源自投裝置、故障錄波裝置、相量測量裝置、行波測距裝置、網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置、電能計(jì)量裝置等設(shè)備，通過過程層網(wǎng)絡(luò)(或點(diǎn)對點(diǎn))方式與過程層設(shè)備通信，獲取數(shù)字采樣值、開關(guān)量等實(shí)時(shí)信息，并通過間隔層網(wǎng)絡(luò)(MMS/GOOSE網(wǎng))與站控層設(shè)備通信。4.2.5測控裝置與計(jì)量裝置集成方案智能變電站電能計(jì)量點(diǎn)重要有兩類，即普通計(jì)量點(diǎn)與關(guān)口計(jì)量點(diǎn)。其中關(guān)口計(jì)量點(diǎn)當(dāng)前重要有如下三類：（1）用于電量平衡關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，如:主變高、中、低壓側(cè)。（2）用于計(jì)費(fèi)根據(jù)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，若產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)設(shè)在變電站側(cè)，則變電站線路出口側(cè)為計(jì)量點(diǎn)。（3）用于校核計(jì)費(fèi)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，若產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)設(shè)在電廠或顧客側(cè)，則費(fèi)用結(jié)算重要根據(jù)電廠或顧客側(cè)關(guān)口電能表，變電站線路出口側(cè)配備關(guān)口表不作為計(jì)費(fèi)根據(jù)，僅用于校核電能量。既有測控、計(jì)量整合在技術(shù)上是完全可行，特別是對于普通計(jì)量點(diǎn)，電度表數(shù)據(jù)僅用作電量考核，普通狀況下營銷部門并不關(guān)懷其數(shù)據(jù)，從管理層面上看，將計(jì)量與測控功能整合是可行。從經(jīng)濟(jì)層面看，測控計(jì)量集成技術(shù)會(huì)略微增長原測控裝置成本，但隨著技術(shù)推廣，集成設(shè)備生產(chǎn)形成常規(guī)化，受市場因素影響，設(shè)備價(jià)格必然會(huì)下降并保持平穩(wěn)，因而對整體投資不會(huì)導(dǎo)致大影響。4.2.6保護(hù)裝置與測控裝置集成設(shè)計(jì)方案當(dāng)前110kV及如下電壓級(jí)別保護(hù)采用保測一體裝置，220kV電壓級(jí)別以上仍分開配備，重要考慮如下問題：雙數(shù)據(jù)源不一致問題：采用保護(hù)測控集成裝置可同步實(shí)現(xiàn)保護(hù)與測控功能簡化了間隔層設(shè)備配備，但詳細(xì)工程實(shí)行中浮現(xiàn)了新問題。如220kV間隔保護(hù)為雙重化配備，如兩套保護(hù)都含測控功能，勢必引起220kV側(cè)間隔需解決雙數(shù)據(jù)源問題。測控裝置對實(shí)現(xiàn)順控功能影響:順控功能實(shí)現(xiàn)取決于斷路器、隔離開關(guān)、刀閘等一次設(shè)備與否具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，控制命令通過測控裝置下發(fā)至智能終端。對于220kV級(jí)別以及上工程中，采用保測一體化配備，在進(jìn)行順序控制時(shí)候會(huì)導(dǎo)致控制源不一致問題。因而，當(dāng)前智能變電站設(shè)計(jì)方案基本為220kV保護(hù)與測控設(shè)備分開配備。1、單裝置跨接雙網(wǎng)信息解決方案對于測控單套配備間隔，220kV間隔、主變各側(cè)，信息上傳時(shí)會(huì)浮現(xiàn)單套測控裝置同步采集A，B網(wǎng)信息，控制命令下行時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)同步下發(fā)A，B網(wǎng)過程層設(shè)備，單套測控裝置通過哪種解決機(jī)制來完畢上傳信息、下行控制、防誤閉鎖任務(wù)，實(shí)現(xiàn)上述功能唯一性及完整性，這個(gè)問題需設(shè)法解決。解決方案:（1）由于單測控裝置同步接在過程層A，B網(wǎng)，一旦A網(wǎng)口發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，如果單測控裝置A，B網(wǎng)口不采用隔離辦法，很容易把B網(wǎng)口也拖下水，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓。為防止當(dāng)其中一種網(wǎng)口浮現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴時(shí)影響到另一種網(wǎng)口，需要對該測控裝置A，B網(wǎng)口進(jìn)行物理上隔離，即每個(gè)SV/GOOSE口應(yīng)具備MAC控制器，應(yīng)能按需獨(dú)立配備發(fā)送、接受SV/GOOSE控制塊。（2）信息上傳方案一：熱備用，運(yùn)用IEC61850報(bào)告控制塊使能設(shè)立，平時(shí)只容許A網(wǎng)過程層設(shè)備裝置上送數(shù)據(jù)（如合并單元智能終端一體化裝置自身狀態(tài)信息，但開關(guān)位置信號(hào)數(shù)據(jù)則2臺(tái)都送），在該裝置通信異常（如連接斷或周期性上送消失）切換使能另一臺(tái)保護(hù)測控一體化裝置，由于IEC61850BRCB有緩沖功能，因而需要考慮切換過程中事件丟失或重發(fā)問題（可通過與時(shí)間關(guān)聯(lián)entryid來實(shí)現(xiàn)，但這將會(huì)給IEC61850引入一種私有商定）。方案二：雙網(wǎng)同步上傳，數(shù)據(jù)上行采用A網(wǎng)完整數(shù)據(jù)與B網(wǎng)裝置自檢數(shù)據(jù)方式。方案三：狀態(tài)預(yù)計(jì)，接受雙網(wǎng)過程層設(shè)備裝置上送數(shù)據(jù)，依托高檔應(yīng)用功能智能辨認(rèn)壞數(shù)據(jù)，并可以有針對性地進(jìn)行告警。方案比較：方案三對單測控裝置有很高規(guī)定，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，方案一會(huì)IEC61850引入一種私有商定，相比較而言，方案二簡樸且具備較好實(shí)用性。因而，本文推薦采用方案二。（2）控制下行方案一：正常運(yùn)營時(shí)默認(rèn)A網(wǎng)下行，故障時(shí)自動(dòng)切換至B網(wǎng);方案二：默認(rèn)A網(wǎng)下行，故障時(shí)不切換。方案比較：方案一無縫切換對測控裝置解決能力規(guī)定較高，方案二對裝置而言解決簡樸可靠，對于單測控而言，單網(wǎng)冗余度可行，風(fēng)險(xiǎn)性可控。因而，推薦采用方案二。推薦方案:當(dāng)單套測控裝置跨接在過程層雙重化網(wǎng)絡(luò)時(shí)，數(shù)據(jù)上行采用“A網(wǎng)完整數(shù)據(jù)+B網(wǎng)裝置自檢數(shù)據(jù)”，控制下行采用“A網(wǎng)單網(wǎng)控制不切換”方式，同步規(guī)定測控裝置A，B網(wǎng)端口獨(dú)立，簡化測控裝置解決邏輯，保證運(yùn)營可靠性，解決機(jī)制如圖8所示。圖8單測控跨雙網(wǎng)信息解決機(jī)制示意圖4.2.7智能變電站過程層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案過程層設(shè)備涉及智能組件、合并單元、智能終端等。合并單元將互感器輸出電流、電壓量進(jìn)行合并同步解決后，將SV采樣數(shù)據(jù)通過過程層網(wǎng)或光纖點(diǎn)對點(diǎn)方式傳給有關(guān)間隔層設(shè)備，合并單元是連接互感器與智能二次設(shè)備之間設(shè)備。智能終端為連接一次開關(guān)和二次設(shè)備智能化設(shè)備，作用是采集一次開關(guān)狀態(tài)信息，通過過程層網(wǎng)絡(luò)或光纖點(diǎn)對點(diǎn)方式傳播至間隔層設(shè)備，同步通過過程層網(wǎng)絡(luò)或光纖點(diǎn)對點(diǎn)方式接受間隔層設(shè)備命令，實(shí)現(xiàn)對一次開關(guān)操作。4.2.8智能終端與一次設(shè)備機(jī)構(gòu)回路整合方案當(dāng)前變電站使用斷路器等一次設(shè)備二次回路中，基本具有分合閘回路、三相不一致保護(hù)回路、防跳回路、低氣壓閉鎖操作回路、輔助接點(diǎn)回路等。通過實(shí)際調(diào)研，關(guān)于智能終端操作箱控制回路與本體分合閘控制回路一體化設(shè)計(jì)融合，雖然國內(nèi)一次、二次廠家進(jìn)行了有效合伙，但當(dāng)前仍做不到兩種回路徹底融合?，F(xiàn)階段智能變電站設(shè)計(jì)時(shí)，建議通過智能終端軟邏輯功能實(shí)現(xiàn)總分閘、總合閘位置；推薦采用斷路器本體防跳、壓力閉鎖、三相不一致回路;取消智能終端冗余防跳回路、壓力閉鎖、三相不一致回路;取消變電站跨間隔間電氣閉鎖，減少電纜用量;推薦斷路器三相總位置信號(hào)通過智能終端軟邏輯實(shí)現(xiàn)，減少輔助接點(diǎn)回路，同步提高斷路器控制機(jī)構(gòu)工作可靠性。4.2.9過程層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化整合方案過程層網(wǎng)絡(luò)重要基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備間、間隔層設(shè)備間及過程層設(shè)備間數(shù)據(jù)通信，重要承載業(yè)務(wù)為sv報(bào)文和GOOSE報(bào)文。過程層采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量非常大，實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性規(guī)定非常高。在保護(hù)、測控設(shè)備整合及過程層設(shè)備整合前提下，當(dāng)前比較典型過程層組網(wǎng)方案為GOOSE與SV共網(wǎng)。依照不同電壓級(jí)別二次設(shè)備配備狀況，220kV側(cè)過程層組物理意義上互相獨(dú)立雙重化網(wǎng)絡(luò)，A，B網(wǎng)互相獨(dú)立；110kV側(cè)由前期雙重化網(wǎng)絡(luò)簡化為單星型網(wǎng)絡(luò);主變元件不單獨(dú)組網(wǎng)，220kV側(cè)及本體設(shè)備接入220kV電壓級(jí)別過程層網(wǎng)絡(luò)，110kV側(cè)設(shè)備接入110kV電壓級(jí)別過程層網(wǎng)絡(luò)，主變保護(hù)跨接在兩個(gè)電壓級(jí)別網(wǎng)絡(luò)上，以便于母差保護(hù)與故障錄波等公用設(shè)備獲取GOOSE信息。這種方案在安徽地區(qū)大某些220kV智能變電站運(yùn)用，大大減少了過程層互換機(jī)使用，節(jié)約了投資，簡化了二次接線。4.3智能變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)4.3.1基于IEC61850通信原則智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)研究在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)目重要是要協(xié)助變電站檢修運(yùn)維人員及時(shí)精確地理解電力設(shè)備真實(shí)運(yùn)營狀態(tài)，并能提供形象有價(jià)值設(shè)備信息輔助工作人員制定巡檢維護(hù)籌劃。為有效實(shí)現(xiàn)這一目的，智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)重要涉及:各路信號(hào)采集、模仿信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)傳播存儲(chǔ)和顯示、數(shù)據(jù)解決和故障診斷等功能模塊。智能變電站在線監(jiān)測普通流程如圖9所示，一方面通過各路傳感器將各種電氣量、機(jī)械參數(shù)及開關(guān)狀態(tài)等轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模仿信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)，對于模仿信號(hào)還要通過預(yù)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，然后通過一定方式傳播出去并存儲(chǔ)起來，接著采用智能算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行解決和故障診斷，最后以圖表形式將監(jiān)測得到設(shè)備狀態(tài)和診斷成果顯示出來。檢修人員再依照得到信息對電氣設(shè)備進(jìn)行檢修或其她操作。圖9智能變電站在線監(jiān)測重要流程4.3.2智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)跟IEC61850原則劃分，變電站系統(tǒng)分為變電站層、間隔層和過程層三層。從物理構(gòu)造上來看，智能變電站主設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)采用樹型多層分布式構(gòu)造，由過程層一次設(shè)備和傳感器、間隔層智能電子設(shè)備（IED）、變電站層監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器以及連接和服務(wù)器以太網(wǎng)互換機(jī)構(gòu)成，如圖10所示，以信息一體化、功能模塊化、裝置一體化和故障診斷智能化為設(shè)計(jì)目的。過程層由多路傳感器和智能一次設(shè)備構(gòu)成，負(fù)責(zé)信號(hào)采集和不同物理信號(hào)電量化、數(shù)字化。有些信號(hào)通過串口、CAN總線傳送到IED，如溫度、濕度SF6氣體壓力等;有些模仿信號(hào)在轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后將發(fā)送到IED內(nèi)信號(hào)預(yù)解決電路，如斷路器分合閘電流、三相位移等;而斷路器開合狀態(tài)等狀態(tài)量則傳送到正IEDI/O接口上。間隔層重要由監(jiān)測不同一次設(shè)備智能電子設(shè)備IED構(gòu)成，即現(xiàn)場在線監(jiān)測裝置，采用硬件一體化和功能模塊化構(gòu)造，內(nèi)部依照不同功能封裝設(shè)計(jì)不同模塊組件具備獨(dú)立性和擴(kuò)展性，同步又采用原則通信接口使其具備互操作性。該裝置是一種現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備，負(fù)責(zé)就地信息匯總、簡要整合、存儲(chǔ)顯示，具備人機(jī)交互界面，并按照MMS合同通過網(wǎng)口向后臺(tái)服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)。IED內(nèi)部由信號(hào)預(yù)解決單元、嵌入式數(shù)據(jù)通信單元、工控機(jī)、顯示屏和電源構(gòu)成，并具備豐富外部接口。變電站層重要是變電站后臺(tái)服務(wù)器，變電站內(nèi)所有檢測數(shù)據(jù)都將匯總到后臺(tái)服務(wù)數(shù)據(jù)庫中，站端服務(wù)器會(huì)將數(shù)據(jù)傳送到基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)解決服務(wù)器集群中，運(yùn)用云計(jì)算強(qiáng)大運(yùn)算能力完畢數(shù)據(jù)記錄分析、智能故障診斷、信息圖表展示功能。變電站工作人員會(huì)依照接受到數(shù)據(jù)分析解決成果以及調(diào)度中心調(diào)控命令，執(zhí)行設(shè)備操作并制定檢修籌劃。圖10智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)多層分布構(gòu)造設(shè)計(jì)4.4“三層兩網(wǎng)”構(gòu)造智能變電站設(shè)計(jì)當(dāng)前，智能變電站系統(tǒng)采用“三層兩網(wǎng)”構(gòu)造，站控層與間隔層之間、間隔層與過程層之間設(shè)備都通過通過星形以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)[31]。本文以220kV電壓級(jí)別以及110kV電壓級(jí)別智能變電站為例，其中遠(yuǎn)期220kV網(wǎng)段每間隔雙重化配備兩臺(tái)16光口互換機(jī)，110kV網(wǎng)段每間隔配備1臺(tái)8光口互換機(jī)，給出了220kV電壓級(jí)別以及110kV電壓級(jí)別智能變電站三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)方案分別如圖11和12所示。圖10220kV電壓級(jí)別智能變電站通用設(shè)計(jì)三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)方案圖11110kV電壓級(jí)別智能變電站通用設(shè)計(jì)三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)方案4.5本章小結(jié)本章基于上述工作基本上，對智能變電站二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，給出了智能變電站站控層設(shè)備集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及完畢了智能