智能变电站

智能变电站主要包括智能高压设备和变电站统一信息平台两部分。智能高压设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子式互感器等。智能变压器与控制系统依靠通信光纤相连，可及时掌握变压器状态参数和运行数据。当运行方式发生改变时，设备根据系统的电压、功率情况，决定是否调节分接头；当设备出现问题时，会发出预警并提供状态参数等，在一定程度上降低运行管理成本，减少隐患，提高变压器运行可靠性。智能高压开关设备是具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，具有监测和诊断功能。电子式互感器是指纯光纤互感器、磁光玻璃互感器等，可有效克服传统电磁式互感器的缺点。变电站统一信息平台功能有两个，一是系统横向信息共享，主要表现为管理系统中各种上层应用对信息获得的统一化；二是系统纵向信息的标准化，主要表现为各层对其上层应用支撑的透明化。

智能即为人性化，就是把变电站做成像人在调节一样，当低压负荷量增加时变电站送出满足增加负荷量的电量，当低压负荷量减小时，变电站送出电量随之减少，确保节省能源。

智能电网建设是根据我国能源分布与负荷消费地域分布特点，适应我国当前和未来社会发展所采取的电网发展方式，对各类能源，尤其是大规模风电和太阳能发电的计入和送出适应性强，能够实现能源资源的大范围、高效率配置。我国智能电网的建设已经上升至国家战略层面的高度。智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转化和控制的核心平台之一，前景依然广阔。

智能变电站发展前景依然广阔。根据国家智能电网“十二五”规划，到2015年，新建智能变电站达5182座左右，其中新建750千伏智能变电站约19座，500千伏智能变电站约182座，330千伏智能变电站约60座，220千伏智能变电站约1198座，110（66）千伏智能变电站约3710座；改造64座500千伏、18座330千伏、320座220千伏、630座110（66）千伏变电站。

预计“十二五”期间，新建智能变电站智能化部分的投资约为537.6亿元，变电站智能化改造总投资计为93.8亿元。“十二五”期间，智能电网建设计划总体投资1.6万亿元，按照智能变电环节约20%的份额计算，智能变电环节投资额度将达到3200亿元，前景依然广阔。

光伏发电具有随机性、间歇性和波动性，这使得其并网容量被限制在一定范围内，这就在一定程度上限制了光伏发电大规模的应用。智能电网的发展推动了社会各方利用光伏发电的主动性，提高了光伏发电的开发力度和使用效率。

我国对智能电网的探究也一直在进行。目前，国内电网不能满足光伏发电产业的发展需求，所以我国将建设以“特高压为核心”的“坚强智能电网”，以解决光伏发电并网问题，促进新能源的利用。

我国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术。构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。

世界各国对智能电网和太阳能等新能源发电都投入大量资金进行研究，这是由于新能源发电依托着智能电网的发展而发展。智能电网其高速、可靠、经济、安全的电能输送通道为光伏发电的电能输送提供了较好的保障，其发展与应用是相辅相成互相促进的。

在智能变电站中，传统的电缆接线不再被工程所应用，取而代之的是光纤电缆，在各类电子设备中大量使用了高集成度且功耗低的电子元件，此外，传统的充油式互感器也没有逃脱被淘汰的命运，电子式互感器将其取而代之。不管是各种设备还是接线手段的改善，都有效的减少了能源的消耗和浪费，不但降低了成本，也切实的降低了变电站内部的电磁、辐射等污染对人们和环境形成的伤害，在很大程度上提高了环境的质量，实现了变电站性能的优化，使之对环境保护的能力更加显著。

智能变电站的工作特性和负担的职责，使其必须具有良好的交互性。它负责的电网运行的数据统计工作，就要求他必须具有向电网回馈安全可靠、准确细致的信息功能。智能变电站在实现信息的采集和分析功能之后，不但可以将这些信息在内部共享，还可以将其和网内更复杂、高级的系统之间进行良好的互动。智能电网的互动性确保了电网的安全、稳定运行。

客户对电能的基本要求之一就是可靠性，智能变电站具有高度的可靠性，在满足了客户需求的同时，也实现了电网的高质量运行。因为变电站是一个系统的存在，容易出现牵一发动全身的现象，所以变电站自身和内部的所有设施都具有高度的可靠性，这样的特性也就要求变电站需要具有检测、管理故障的功能，只有具有该功能才可以有效地预防变电站故障的出现，并在故障出现之后能够快速的对其进行处理，使变电站中的工作状况始终保持在最佳状态。

智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。

智能变电站由数字化变电站演变而来，经过4年的发展，技术已经日臻完善。相比较其它环节，智能变电站已经达到了可以大规模进行推广的条件。智能变电站主要由设备层、系统层组成，与传统变电站最大差别体现在三个方面：一次设备智能化、设备检修状态化，以及二次设备网络化。

2011年以后所有新建变电站全面按照智能变电站技术标准建设，并且重点对枢纽及中心变电站进行智能化改造。根据国网的规划未来我国智能变电站将迎来爆发式增长：第一阶段新建智能变电站46座，在运变电站智能化改造28座；第二阶段新建智能变电站8000座，在运变电站智能化改造50座，特高压交流变电站改造48座;第三阶段新建智能变电站7700座，在运变电站智能化改造44座，特高压交流变电站改造60座。

2015年9月，国家电网公司50个新一代智能变电站扩大示范工程首个建成的项目—江西省首座新一代智能变电站——110千伏赣县双龙变电站于9月29日11时16分投产送电。标志着中国新一代智能变电站的正式运营开始。

按照国家电网“十二五”智能电网建设规划，在“十二五”前期，新建智能变电站进度保持较快增速，在后期，智能变电站改造占比将逐步提升。截至到2013年第六批招标，智能变电站招标量已经达到约3600座，招标量与规划预期基本相符，但是近几批智能变电站招标比例较前期有所下降，主要原因是：前期国家电网推进的智能变电站运行效果为达到预期；智能变电站制造成本降低速度较慢，造价依然较高；国家电网正在积极推进第二代智能变电站试点新项目，预计会放缓现有智能变电站建设进度以及降低智能变电站招标比例。随着新一代智能变电站试点项目逐步投入运营，智能变电站招标比例将继续提升，建设进度将不断加快。

1、术语和定义 GB/T 2900.15、GB/T 2900.50、GB/T 2900.57、DL/T 860.1和DL/T 860.2中确立的以及下列术语和定义适用于本导则。

1.1智能变电站 smart substation

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，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。

1.2智能组件 intelligent combination

对一次设备进行测量、控制、保护、计量、检测等一个或多个二次设备的集合。

1.3测量单元 measurement unit

实现对一次设备各类信息采集功能的元件，是智能组件的组成部分。

1.4控制单元control unit

接收、执行指令，反馈执行信息，实现对一次设备控制功能的元件，是智能组件的组成部分。

1.5保护单元 protection unit

实现对一次设备保护功能的元件，是智能组件的组成部分。

1.6 计量单元 metering unit

实现电能量计量功能的元件，是智能组件的组成部分。

1.7状态监测单元 detecting unit

实现对一次设备状态监测功能的元件，是智能组件的组成部分。

1.8智能设备 intelligent equipment

一次设备与其智能组件的有机结合体，两者共同组成一台（套）完整的智能设备。

1.9全景数据 panoramic data

反映变电站电力系统运行的稳态、暂态、动态数据以及变电站设备运行状态、图像等的数据的集合。

1.10顺序控制 sequence control

发出整批指令，由系统根据设备状态信息变化情况判断每步操作是否到位，确认到位后自动执行下一指令，直至执行完所有指令。

1.11站域控制substation area control

通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断，实现站内自动控制功能的装置或系统。

1.12站域保护substation area protection

一种基于变电站统一采集的实时信息，以集中分析或分布协同方式判定故障，自动调整动作决策的继电保护。

新一代智能变电站采用了隔离式断路器等新型一次设备，优化主接线设计和总平面布局，节省占地面积；采用智能电力变压器等一次设备，近期集成了状态检测传感器和智能组件，远期可进一步集成电子互感器，一次设备的智能化水平大幅提升。

采用稳定可靠的电子互感器技术，解决了电子互感器的长期运行稳定可靠性不足以及抗干扰能力较差等问题，提高电子互感器的应用成熟度，实现电压、电流采样的源端数字化，提升智能变电站数字化水平，保障电网可靠运行。

采用就地化装置，解决环境、电磁干扰等对保护装置的影响，减少了数据传输环节，提高就地装置的运行可靠性；采用合并单元智能终端一体化装置、整合型测控装置，简化了二次电缆布线，全站集成化水平大幅提升。层次化保护控制系统应用取得突破，实现站域后备保护和站域智能控制策略，突破了间隔化保护控制的局限性，拓展了变电站的智能化应用。

构建一体化监控系统，深化信息综合分析、智能告警、一键式顺控等高级应用功能，解决目前存在的系统功能分散、集成度低、维护工作量大等问题，提升变电站监控系统的集成化和智能化水平。

采用数据通信网关机，提供面向主站的实时数据服务和远程数据浏览，满足主厂站信息交互的“告警直传、远程浏览、数据优化、认证安全”的新要求，支撑调控一体化的业务需求。

采用基于虚拟装置、数字化工具的一体化监控集成调试环境，大大简化调试工作量，缩短变电站建设调试周期。采用全站运行状态监测和远程可视化技术，通过数字化工具简化变电站日常运行和维护工作量，提高智能变电站运维的便利性。

总体上，新一代智能变电站采用集成化智能设备和一体化业务系统，采用一体化设计、一体化供货、一体化调试模式，实现“占地少、造价省、可靠性高”的目标，打造“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体”新一代智能变电站。

智能变电站系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。过程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，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。根据国网相关导则、规范的要求，保护应直接采样，对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护(母线保护)宜直接跳闸。

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。

间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，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。

站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上～次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制(SCA—DA)、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。

高压设备是电网的基本单元，高压设备智能化(或称智能设备)是智能电网的重要组成部分，也是区别传统电网的主要标志之一。利用传感器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设备的核心任务和目标。《高压开关设备智能化技术条件》、《油浸式电力变压器智能化技术条件》对～次设备智能化做了相关规定。在满足相关标准要求的情况下，可进行功能一体化设计，包括以下三个方面：① 将传感器或/,u执行器与高压设备或其部件进行一体化设计，以达到特定的监测或/,u控制目的；② 将互感器与变压器、断路器等高压设备进行一体化设计，以减少变电站占地面积；③ 在智能组件中，将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计，实现一、二次设备的融合。

实现智能化的高压设备操作宜采用顺序控制，满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求；可接收执行监控中心、调度中心和当地后台系统发出的控制指令，经安全校核正确后自动完成符合相关运行方式变化要求的设备控制，即应能自动生成不同的主接线和不同的运行方式下的典型操作票； 自动投退保护软压板；当设备出现紧急缺陷时，具备急停功能。

1、充分体现数字化设计理念

1.1一次设备智能化和二次设备网络化。

1.2使变电站的整体设计、建设、运行成本降低 。

2、一次设备智能化主要体现在电子式互感器和智能断路器的应用。

2.1有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。

2.2应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。

2.3利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。

2.4敞开式断路器：灭弧能量I2t监测、隔离刀闸测温、在线五防联锁。

2.5主变状态监测

3、二次设备网络化主要体现在系统结构的三层两网。

3.1站控层、间隔层、过程层。

3.2站控层和间隔层以基于IEC61850标准的互联互操作为重心，实现数据共享。

3.3过程层以可靠性和稳定性为首要设计原则。

4、高级应用：集约化、网络化、智能化的自动化功能。

4.1保护测控集成优化。

4.2在线式一体化五防。

4.3程序化控制与系统联锁。

4.4设备状态监测及检修

4.5事故异常专家分析系统

4.6智能检测及控制(物联网)

4.7无人巡视支撑平台

1、智能变电站智能设备

1.1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。

1.2符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。

2、智能变电站的设计及建设。

2.1应按照DL/T 1092三道防线要求。

2.2满足 DL/T 755三级安全稳定标准。

2.3满足GB/T 14285继电保护选择性速动性、灵敏性、可靠性的要求。

3、智能变电站的测量、控制、保护等装置应满足GB/T 14285、DL/T 769、DL/T 478、GB/T 13729的相关要求，后台监控功能应参考DL/T 5149的相关要求。

4、智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T 860标准。

1、智能变电站中分布式电源的引用

智能变电站将分布式电源引入进来，能够增强智能电网的安全灵活性，在运行效率上也有显著的提升，此外，在配电系统中也改变了单项潮流网络的存在，使其从单向电源辐射的网络转变成为一个多源型的网络。原来的变电站内的保护措施和保护行为的出现都是针对单项潮流网络的，现在单项潮流网络转变为多元型网络将会使以前的保护行为和保护措施变得不再安全可靠。根据这种转变，接入分布式电源后对智能变电站继电保护的作用提出更大的挑战。

2、 智能变电站中硬件的集成技术

随着智能电网的不断发展和进步，电网硬件系统中开始有了描述语言的硬件，描述语言的硬件的出现使智能变电站在设计应用上有了集成、自动以及模型化的特点。以上特点使得硬件系统中出现了功能全面的模块化的规划，能够将一些不同的逻辑问题固化到智能变电站内部的设备上，由软件的控制到达硬件的应用。从而确保了设计应用的准确、可靠，同时也解决了信息传送中的关键问题。

3、智能变电站中软件的构件技术

智能变电中的软件技术和硬件技术相辅相成，两者形成完美的协作。软件系统是保证智能变电站正常运行的灵魂和钥匙，其不但能够实现信息控制和监控功能，还可以将相量测量单元(PMU)、录波等功能进行集成 ，这就完成了变电站内部的区域疾控、在线状态监督、远程操作等高级功能。对于保证日益庞大和复杂的电力系统安全稳定运行，提高自动化程度具有深远意义。

智能变电站是智能电网的重要内容，变电领域的发展重点是智能变电站，智能变电站对智能电网的建设将起到先驱作用。

智能变电站的主要优势：

（1）光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单

（2）模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信网络所取代，二次设备硬件系统大为简化

（3）统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以充分共享

（4）可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状态监测、站域保护控制

主要体现在以下几个方面：引进了电子式互感器、合并单元智能终端、交换机等新装置；采用了IEC 61850标准、IEEE1588新标；其中继电保护系统、通信网络结新体系结；同时研发了一些新功能。

而智能变电站本质优点主要体现在：过程设备数字化，主要为电子式互感器/合并单、智能终；信息传输的网络化，主要为IEC 61850标及网络通信技术。

变电设备智能状态监测技术还处于发展起步阶段，根据其现状及特点，有以下建议：

（1）将成熟的监测技术引入电网一次设备，提高智能一次设备的监测有效性和准确性。智能一次设备已成为明确的发展方向，只有进一步提高智能一次设备实用性，才能保证其良性发展。

（2）促进智能一次设备状态监测技术与传统二次技术的融合，真正实现测、计、控、检、保五大功能与一体，其信息共享畅通、功能融合良好、运行操作可靠。

（3）进一步开发智能一次设备的综合分析系统，实现状态评价、寿命预估、故障诊断的高级应用功能。使得智能组件的设备状态综合评价结果与专业技术人员的评价结果基本一致，智能化水平明显提升。

（4）加强智能设备入网的检测、检定工作。智能设备尚处于发展阶段，产品不成熟，只有建立健全入网检测、检定工作，将该工作体系化、常态化、标准化、专业化，才能保证产品质量，切实提高一次设备智能化水平。