摘要：智能一次设备是一次设备智能化的实现以及智能变电站的典型部件与结构基础。 设计了由电气部分和信息部分组成的智能一次设备框架结构，论述了该方案信息采集、分析处理、动作操作和信息发布的工作原理。本文介绍了几种常见智能单元（状态监测单元、智能操作单元、继电保护单元、测量计量单元、设备记录单元）的功能和原理。 给出了智能开关和智能变压器的配置方案，同时还以双母分段主接线为例给出了智能一次设备在变电站内的配置方案。
关键词：变电站；智能一次设备；智能单元；框架；设计
智能一次设备是智能变电站技术发展的基础和关键。 本文以智能电网为背景框架，基于智能变电站的相关要求，以智能变电站为应用环境，对智能一次设备的设计框架展开研究和探索。
一、设计方案
（一） 结构设计
根据智能变电站的理念和要求， 智能一次设备主要由电气部分和信息部分组成，电气部分包括一次设备本体及其操作机构、互感器和传感器，信息部分为智能组件及其内部所配置的智能单元。一次设备本体和常规一次设备功能作用相同；互感器和传感器加装在一次设备上采集一次设备的状态和特征信息；智能组件是智能单元的接入平台，为智能单元提供信息处理、通信和执行等基础性服务；智能单元是具体智能化技术的应用终端，具有计算处理、分析和决策能力
（二）工作原理
智能组件具备标准化的内部接口及结构，以统一的硬件和软件系统为各智能单元提供工作平台和通信平台，而具体计算分析工作则分别由各智能单元负责。 根据类型和要求的不同，各智能一次设备的智能组件可选取不同的智能单元进行组合配置，且具备实现智能单元的即插即用。由此，不同的智能单元实现不同的智能技术，根据设备要求可灵活组合接入到智能组件。
（三）智能组件结构设计
智能组件的结构设计，可分为输入部分、分析处理部分和输出部分。 智能单元工作在分析处理部分，根据不同的配置有所不同。而各智能一次设备的输入部分和输出部分则大体相同。输入部分统一完成对互感器接口和状态接口数据的信号处理和变换，使之具有统一的数据格式。信号处理模块主要由硬件滤波器和变换器构成，信号变换主要由采样保持、多路转换器和 A／D 构成。经输入部分处理后数据将通过可靠的光电隔离输入到第 1级系统总线。
二、智能单元设计
一般而言，变电站一次设备需要配置的智能单元主要有 5 项，下面进行简要说明。
（一）继电保护与录波
根据互感器数据进行继电保护计算、故障选相和测距、继电保护自调整（自整定／保护方式切换选择等）以及录波。根据计算结果做出相应的动作命令（跳闸、调节、录波等）。 随后向上级网络发布故障报告。 跳合闸指令采用 GOOSE报文的形式发布，包含测距和录波的故障报告在完成后采用压缩上传的方式减轻网络传输压力。此外，状态监测单元将提供设备诊断信息用于继电保护自调整，使继电保护单元在设备运行状态不稳定期间，选用灵敏度高的保护类型同时调整定值提高保护的灵敏度。
（二）状态监测
提取一次设备绝缘状态 、运行状态、机械状态、电气状态等各种特征状态量信息后，分析得出诊断结果判断设备当前所属状态，随后根据当前状态进行相应的操作（停运检修，调整运行方式等）和信息发布，并上传特征数据至站控层的状态监测主机。
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（三）设备记录
存储含设备型号、参数、历史故障、历史操作、检修历史、使用寿命等信息。范围应涵盖设备的出厂属性、运行记录、全站拓扑以及智能组件中其他单元的发布信息。记录信息可受上层指令调用、补充和修改，同时也是其他智能单元在工作中的参考信息。
（四）测量计量
测量和计量功能集成在一个单元，根据互感器和传感器的采样数据进行实时电气量和开关量的测量、电能的计量、有功／无功潮流计算等，随后根据时间间隔或命令直接发布测量和计量结果，同时能根据上层控制实现实时遥测和遥信。
（五）智能操作
单元将接收监测单元和保护单元提供的动作命令，以及上层的控制命令。通过检测和判断操作命令在当前状态的正确性和可行性后，根据现场实际运行状态，控制和保护对象及任务的不同进行操作策略规划，进而开始相应操作。操作过程中将配合其他相关设备进行顺序操作，并实现防误闭锁。 能够自我发现并识别操作错误和操作失败，发布报警信号。 能根据现场实际运行状态，控制和保护对象及任务的不同实现自适应操作。 此外，断路器失灵保护可在本单元实现，若出现断路器失灵，立即发送命令使关联断路器跳闸。
三、配置方案
智能一次设备配置方案的不同主要在于智能组件对一次设备本体的对应关系。每个一次设备配备一个智能组件的方案耗费较大，且对于隔离开关等简单一次设备也没有进行独立配置的必要，同时将复杂化现有变电站的智能化改造工程。 因此优先考虑多个一次设备配备一个智能组件的方案，可按主接线的各线路进行配置，即一个智能组件管理同一线路的所有一次设备本体。也可按主接线的间隔配置，即一个智能组件管理同一间隔的所有一次设备本体。由此，能较为经济地满足一次设备的智能化发展要求，同时共用智能组件减少了数据量在上层网络的交换，减轻了网络负担，且在设备的操作中也将更具便利性。
其中，智能开关中配置的智能单元应包含该开关所属线路的继电保护以及所含断路器的断路器保护，所在线路的电流、电压和功率采集也由智能开关完成；母联开关和分段开关也同属智能开关，仅具体内部配置有所区别；智能变压器的智能单元应负责变压器本体冷却系统的操作与控制，变压器纵联差动保护通过专项接口控制两侧的智能开关跳闸。
结束语
本文就智能一次设备的设计框架展开了研究，设计了智能一次设备的结构和工作原理，并介绍了配置方案。框架设计方案为智能技术提供了良好的接入平台。智能组件的设计使得内部结构更为简单、灵活且可靠，具有良好的扩展性和即插即用性。各智能单元的设置就地实现了设备独立的状态监测、继电保护与录波、运行记录、测量与计量、智能操作等功能。配置方案简化了变电站主接线，展现了智能变电站的集成和智能化形式。
作为智能变电站的重要基础和重要标志，本设计赋予了一次设备“采集、分析、动作”的智能工作原理，具有自我检测、自我诊断、自我记录、自我保护和自我控制特征。使得一次设备成为了一个实现电力流与信息流合一并接纳各种智能技术的开放性平台，符合智能电网和智能变电站的发展要求
参考文献
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[4]赵辰鹏. 智能变电站一次设备的选择及应用研究[D].华北电力大学（北京）,2010.
论文作者:刘明昊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/6
标签：智能论文; 设备论文; 单元论文; 变电站论文; 组件论文; 操作论文; 状态论文; 《电力设备》2017年第2期论文;