（四川省西点电力设计有限公司 610091）
摘要：智能变电站将是未来变电站的发展方向和必然趋势，对于传统的变电站具有极大的挑战，其技术发展也是一个逐步完善，较长时期、渐进的过程。通过智能变电站与传统变电站对比，阐述了110 kV 智能变电站设计要点，并对其过程层、间隔层、站控层的实现进行了详细的描述，进而对110 kV 智能变电站设计方案进行了探讨。
关键词：智能变电站；IEC61850；GOOSE 网；设计
智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，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、协同互动等高级功能的变电站。本文搜集了现有成熟的智能化设备特点，通过与传统变电站技术设备的比较，在相关智能变电站技术导则的指导下，提出了110 kV 智能变电站设计实施方案，为今后设计提供了一些参考。
1 智能变电站与传统变电站的对比
智能化的一次设备（如光纤传感器、智能化开关等）、网络化的二次设备、符合IEC 61850 标准的通信网络和自动化的运行管理系统，是智能变电站最主要的技术特征。
1.1 智能化的一次设备
智能化的一次设备主要包括数字互感器和智能断路器。
（1）电子式互感器
电子式互感器分为有源与无源2 种，其中全光纤电流互感器为无源型，它基于磁光法拉第效应原理，采用光纤作为传感介质，不存在铁磁共振和磁滞后饱和，同时具有频带宽、动态范围大、体积小、重量轻等优点。有源型电子式电流/电压互感器即对传统的电流/电压互感器所输出的电流、电压信号进行就地数字化后，通过光纤、合并单元、网络设备等传输至保护、测控设备。
（2）智能断路器
智能断路器的发展趋势是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统，开发具有智能化操作功能的断路器。其主要特点是由电力电子技术、智能控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。
（3）智能组件
智能组件是灵活配置的物理设备，可包含测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元中的一个或几个。测控装置、保护装置、状态监测单元等均可作为独立的智能组件。智能组件安装方式是外置或内嵌，也可以2种形式共存。
1.2 网络化的二次设备
智能变电站系统网络化的二次设备架构采用三层网络结构：过程层、间隔层、站控层。
（1）过程层（设备层）
过程层（设备层）包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，是一次设备和二次设备的结合面，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。智能设备操作宜支持顺序控制。
（2）间隔层
间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/ 输出、智能传感器和控制器通信。
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（3）站控层
站控层包含自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制的功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。站控层功能应高度集成，可在一台计算机或嵌入式装置实现，也可分布在多台计算机或嵌入式装置中。智能变电站数据源应统一、标准化，实现网络共享。
2 110 kV 智能变电站设计要点
2.1 智能化一次设备的选择
（1）110 kV、主变各侧采用电子式互感器，以光通信信号输出，其他一次设备仍选用传统设备，同时采用智能终端作为一次设备的智能化接口，实现智能设备的功能要求。
（2）10 kV 配电装置采用中置式真空开关柜，考虑到10 kV 各出线的保护测控装置均安装在各自的开关柜上，因此除主变低压侧外配置一套智能终端，其余出线柜不配置智能终端。
2.2 网络构架方案
（1）采用高速以太网组成，传输速率不低于100 Mb/s。所有设备必须具有相应的通信接口，且支持IEC 61850 规约。
（2）全站网络在逻辑功能上由站控层、间隔层、过程层组成。
（3）站控层网络拓扑采用单星型结构。
（4）过程层网络分SV（采样数据网）网和GOOSE网，SV 网和GOOSE 网物理上相互独立，采用星型拓扑结构。保护双重化时相应的过程层网络也应该双重化配置。满足继电保护点对点直采、直跳，继电保护双重化配置的两个过程层网络完全独立的原则。
3 110 kV 智能变电站设计实施方案
110 kV 内桥接线是一种常见的变电站主接线方式，其优点是很好的提高了变电站的供电可靠性，下面以该主接线方式为基础，详细论述110 kV智能变电站设计实施方案。
3.1 站控层
将全站信息进行统一建模，建立信息统一的存取平台，为全站全景信息建立统一的采集、存储、处理、展示和上送的平台，为各种高级应用提供高效、可靠、稳定的数据。
3.2 间隔层
间隔层设备有保护设备、测控设备、表计等。
（1）由于110 kV 电网常采用辐射式供电方式，110 kV 进线侧一般不设置保护，仅在内桥或分段处配置一套内桥保护测控装置。
（2）主变保护测控配置方案。
变压器配置双套主后备保护测控一体化装置，每套保护包含完整的主、后备保护功能。每套主后备保护测控一体化装置通过直接点对点采样变压器各侧合并单元电压、电流信息，以及本间隔智能终端断路器、刀闸位置等状态信息，实现变压器差动主保护和复压过流后备保护，通过GOOSE 点对点接口把跳闸命令快速发送到主变各侧智能终端，通过智能终端完成对主变各侧断路器的跳合闸操作。并通过另一独立的GOOSE 接口，跳闸命令等信息发送到110 kV GOOSE 网，用于统一故障录波。变压器保护跳分段断路器及闭锁备自投等信号采用GOOSE 网络传输。变压器非电量保护采用一套本体智能终端，就地直接电缆跳闸，信息上送过程层GOOSE 网。
（3）10 kV 馈线/电容/分段/所用变，采用保护测控一体化装置，按间隔单套配置。
3.3 过程层
过程层设备与间隔层设备相连应采用点对点和网络式总线通信方式。传输介质应采用光纤传输。变压器智能化由变压器+ 本体智能终端+ 变压器智能组件方式来实现变压器设备智能化。开关设备智能化由GIS 开关+ 智能终端+ 智能组件方式来实现开关设备智能化，电子式电流电压互感器（GIS 互感器）采用站内直流供电的光电电流电压互感器来实现互感器设备的数字化。
3.4 其他二次系统
非61850 子系统（如直流、消防、视频等）配置一套智能接口机，接入信息一体化平台。3.5 110 kV 智能变电站设计创新点
（1）全站设计很好的满足了Q/GDW383—2009《智能变电站技术导则》要求。
（2）变电站自动化网络形成两层网络（站控层网络和过程层网络），三层设备结构（站控层、间隔层、过程层设备），以及GOOSE 网、SV 网、时钟同步网三网合一的组网方式。
（3）全站均采用保护测控一体化装置，110 kV保护测控装置集中组屏于主控制室内，10 kV 保护测控装置分散于10 kV 开关室内。
4 结束语
智能变电站将是未来变电站发展的方向和必然趋势。同时智能变电站又是一个全新的理论体系，对于传统的变电站自动化系统、微机保护装置以及一次设备具有挑战性，其技术成熟度需要在兼容综合自动化变电站技术的基础上，实现应用上的平稳发展和重点技术突破，逐步达到完善。因此，智能变电站的设计建设必将是一个长期、分阶段实施的过程。
论文作者:周江龙,蒋华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
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