变电站模块化建设范文

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1 模块化在变电站中的发展历程

在变电站发展过程中，模块化技术在90年代末开始发展。我国部分厂家开始在预制箱体内，安装二次装置、10kv开关设备，其他设备仍然常规布置，即模块化技术在变电站运用的第一阶段，称为10kv箱式变电站。因大多采用常规开关柜，因体积较大，使得箱体的操作走廊变小，安全性不高，维护、吊装极为不便，且影响整体运输。选择金属材料制作外层钢板，影响了箱体防潮和保温。

从2000年开始，10kv开关设备和35kv开关设备逐渐在预制箱体内安装，即模块化技术在变电站中运用的第二阶段，称为两侧箱式阶段，进而实现局部模块化。但是，箱体内仍然选择常规开关柜，使得箱体的操作走廊变小，安全性不高，维护、吊装极为不便，且影响整体运输。

在2006年，开始进入全绝缘和全封闭状态，使用高压开关和封闭式组合电器方式，通过拔插方式，连接进出线的电缆接头，二次设备、中压设备均在预制箱体内安装。在工厂内，即完成了安装、设计、制造，在出厂之前，通过整组调试和现场调试，完成变电站建设。

在2011年，对于35kv变电站，实现在户外放置主变压器，实现设备箱式化，在设计阶段，即整合各模块，待调试完成后，在现场安装时，通过一次电缆和二次电缆，就能完成变电站建设。至此，模块化技术在变电站的运用，进入了第四阶段。

2 模块化变电站概述

针对模块化变电站，是变电站建设的创新模式，由主变压器、高压开关、中压开关、中压配套设备与综合自动化等五个功能模块，构成智能变电站。

主变压器，是通过拔插方式，连接高压进线电缆接头，通过全封闭、多股电缆的母线桥架，连接中压出线。

高压开关，在进出线选择拔插方式，通过气体绝缘封闭方式，连接组合电器。

中压开关，是选择一体化预装式组合电器。

中压配套设备，主要包含消弧线圈、接地变压器与无功补偿装置。

综合自动化，是选择一体化预装式的控制室。

在工厂中，上述五种功能模块均预先调试完成，在现场安装时，秩序选择一次电缆，连接变压器、开关和配套设备，综合自动化选择通讯线路、电缆连接，最后通过整体调试，就能实现变电站建设。

3 模块化变电站的技术特点分析

3.1 高压开关模块

针对110kv电压的封闭式组合电器，可将其作为进出线模块基础，该设备集成化程度较高，能够配置避雷、电流互感、电压互感等设备。若进出线选择工厂预制方式，可选择拔插方式、电缆套管等方式，连接电缆插头，实现模块化，以便于安装维护和运行稳定。

3.2 变压器模块

针对主变压器，可选择户外常规布置，以降低现场接线量，同时需要改进变压器进线端子和出线端子，在一次侧，可选择拔插油气套管、电缆附件，连接进线模块。在二次侧，可选择架空、电缆出线方式采用绝缘封闭方式。

3.3 中压开关模块

针对10kv进出线、35kv进出线，有户外箱式、拼装式两种方式。在固定式开关柜、手车式开关柜中，拼装式较为常用，然而因常规开关柜的体积极大，增加了整体模块体积，提高了吊装和运输难度，使得箱体维护通道变窄，用户、厂家也十分不便。在近几年来，永磁真空开关运用较多，大多选择气体绝缘封闭、紧凑型开关柜，因重量较轻，体积较好，吊装运输极为方便，提高了模式可行性，在110kv、35kv变电站中应用较多。该类模式的在一个预制箱体内安装开关柜，选择双层金属材料、铝锌板制作箱体。采用隔热材料充填中间部分，箱体内设置通风系统，安装有空调设备，具有良好的隔热防潮功能。同时，户外共箱式是另外一种模式，在充气箱体中设置开关设备，将电缆接头连接进出线，可隔断端口功能，通过防护壳体，该模式效果等同于10kv户外环网柜、35kv户外组合电器，因设备体积较小，结构较为紧凑，布局十分简洁，促进了变电站建设、运行的简易化。

4 变电站技术性和经济性对比

4.1 综合自动化模块

针对综合自动化模块，包含了交直流电源、故障录波、图像监控、综合自动化、通信系统、维护等设备，10kv保护设备、35kv均在一体化预装式的开关室内分散安装，其他在一体化控制内分散安装。

4.2 中压配套装置模块

针对消弧线圈、无功补偿，可选择敞开式顶罩方式，或选择户内成套城北。针对小容量变电站，和出线模块共同合并一个模块。针对接地变压器，可选择干式电气设备，在箱体内放置。

4.3 其他辅助设备

主要包含照明、采暖、防雷、接地、排水、消防等系统。

5 模块化变电站和35kv常规变电站对比

5.1 主变压器

对于变电站的最终建设，可选择两台三相双绕的自冷式方式，使调压变压器绝缘密封，容量设置为5000kva，设置电压为35/10.5kv等级。

5.2 35kv侧

针对主变压器，设置进线两回，选择单母分段线接线。设置进出线四回和本期一回，可设置31.5ka电流配电装置。

5.3 310kv侧

对于主变压器进线两回，选择单母分段线接线，设置出现八回和本期四回，可设置25ka电流配电装置。

5.4 无功补偿

可设置一组1200kvar的无功补偿并联电容器组。

通过上述数据可以看出，模块化智能变电站和常规变电站相比，整体投资基本相当，稍高于户外建站方式。因选择小型开关柜，其设备费用比常规建站要高。然而，在变电站建设工程费用、安装费用、其他费用中，能够节省大量费用。因此，选择模块化变电站，可有效提升设备整体运行效能，节约变电站占地面积，促使建设步骤简化，降低工程现场施工量，加快施工速度，为工程尽早送电创造条件。

6 结束语

综上所述，模块化技术在智能变电站中的运用，转变了传统变电站建站模式，提高了变电站技术含量，降低了资源小孩，减少了环境污染，实现了过程精细化。近些年来，随着我国电力事业日益发展，按照模块化智能变电站的特点，在农网建设、城网终端改造方面，将会得到更广泛运用。对于设备绝缘要求高、地势和负荷较大，尤其的高原地区，模块化技术具有广泛应用前景。

参考文献

[1]樊陈，倪益民，窦仁晖等.智能变电站顺序控制功能模块化设计[J].电力系统自动化，2012，36（17）：67-71.

[2]苏麟，石慧，王爱民等.预制光缆在智能变电站应用技术研究[J].中国电业（技术版），2014，（9）：64-67.

[3]余盛超，陈文军，司海建等.模块化变电站建设及运维过程分析[J].中国电业（技术版），2014，（7）：63-65.

作者简介

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中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2017）11-0080-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.041

1 概述

随着我国城市化进程的不断进行，城市的用电负荷也随之不断增加，110kV配网中需要建设更多的变电站。但是，由于城市的人口相对密集，土地面积紧张，想要在市区建设这些变电站，就必须考虑到变电站的占地面积以及电磁干扰噪声干扰等方面的问题。近年来，在我国应用的预制仓式变电站中，能够实现二次自动化设备的预制，但变电站的占地面积与工作量仍然很大，因此选择建设结构更加紧凑的变电站是未来发展的目标，而模块化预制仓式变电站就是能够满足这些需求的变电站结构。

2 模块化预制仓式变电站的建设要求

在城市区域内建设变电站，最基本的要求就是要满足其自身的美观性、可靠性以及经济性，所以模块化预制仓式变电站的具体建设要求包括以下六个方面：第一，变电站能够在户外正常运行，并需要具有较强的抗冲击能力、防盗能力以及防破坏能力；第二，具有优秀的防腐性能，确保正常使用40年后不得产生锈蚀；第三，变电站的防腐这标准必须达到国家标准以上；第四，运行噪声能够得到有效的控制，避免影响市民的正常生活；第五，占地面积应控制在设计范围以内，保证整体结构的紧凑型性；第六，能够实现一体化安装，以缩短工程施工周期。

3 模块化预制仓式变电站建设方案

3.1 变电站整体方案

在模块化预制仓式变电站的结构设计中，通常会包括110kV的GIS预制仓、二次自动化预制仓、无功补偿预制仓、消弧线圈预制仓以及变压器预制仓等。这些预制仓的股价结构均为异地式，能够满足较高的刚度与机械强度要求，选用的材质以优质碳素结构钢为主。预制仓的防护要满足IP33D的要求，而仓体接缝处防护等级要保证在IP54以上，仓体内部应使用钢板与阻燃材料分成不同的隔室，这些隔室之间的防护等级达到IP2X。预制仓中的门板、框架以及上盖据需要使用优质冷轧钢板作为材料，并对表面进行喷砂等方式的防腐处理，框架处钢板的厚度必须保证在2.5毫米以上，门板以及上盖板的厚度必须保证在2毫米以上。仓体内部的填充物可以选用聚氨酯防火材料，保证仓体具有较强的防火性能。仓体中使用的金属构件的防腐处理必须保证40年不出现锈蚀，外侧的冷轧钢板必须经过处理，以确保其防腐性能。由于仓体内部需要设置变压器、计算机等自动化控制设备，必须保证具有良好的防潮与防尘性能。预制仓的外形应符合其应用要求，必须做到不易积水，顶盖应保证有一个大于5°的散水坡度。仓体的设计中必须减少紧固件的外露数量，防止出现水经过紧固件进入壳体内部，对于已经穿透外壳的孔，必须采取有效的密封措施，如果无法避免出现紧固件外露，则应选择不锈钢材质的紧固件，防止出现锈蚀。为了保证仓体具有良好的隔热性，必须保证一般周围空气温度下电器设备的温度低于最高温度，同时必须保证高于最低温度。每个仓体的内部都应在顶部安装自动烟感系统，烟感系统与自动化系统接通，一旦出现火灾，能够避免火灾的进一步

蔓延。

3.2 变电站整体建设模式

在选择模块化预制仓式变电站的建设模式时，需要根据其占地面积与位置的需求来选择，一般选择落地平铺的建设模式，也可以选择立体建设模式，可以将仓体安装在基础层的置顶位置，其设计时必须对仓体承重以及减震系统进行处理。上下两层的仓体间必须设立有效的隔震设施，用户消除震动与噪音。上层的仓体结构的总重量要控制在100吨以下，最下层仓体的框架必须能够承受100兆帕以上的应力。

4 模块化预制仓式变电站主要技术要求

4.1 仓体防辐射性能要求

预制仓的防辐射主要采取工频辐射防护的方式，对110kV的预制仓进行防护相对简单，当时进出线接头处比较容易出现问题，所以变压器预制仓需要采取以下防护方案：第一，选择合适的线路接入方式与路径，尽可能使用地下电缆；第二，变电站中应减少分相设备数量，使用三相设备取代，以便可以应用三相电的优势来消除电磁场；第三，应用适当的方法来屏蔽电磁场，对工频电磁辐射采取屏蔽的措施效果非常明显，站内的高压设备与分立式输电设备在运行时会产生电磁场，因此高压设备应使用GIS装置，利用建筑中的技术结构建立屏蔽网，实现对电磁场的屏蔽。与此同时，在变电站的防雷设计中，可以增加金属网钢筋的数量，使用截面较大的主筋进行连接，还可以通过增加接地极数量，增加金属网的截面等措施提高屏蔽效果。

4.2 变电站隔音性能要求

为了保证变电站在工作过程中发出的噪音不会对居民的正常生活造成影响，在进行模块化预制仓式变电站设计时，必须采取以下隔音措施：第一，在设计中选择低噪声轴流风机与消声百页，从源头减小噪声的产生；第二，将变电站设计为具有形状规整、密封隔音等特点的双侧结构箱体；第三，在变电站周边做好环境保护工作，种植相对高大的数木，在美化环境的同时能够起到隔离噪音的效果。

4.3 仓体防腐性能要求

为了增强仓体表面的防腐性能，需要对其使用热喷锌、喷砂、喷锌加涂料等方式进行处理，对于不锈钢彩板，则需要使用喷砂、喷户外高档聚氨酯面漆的方式提高防腐性能。在这些金属材料经过防腐处理后，必须保证其具有较高的附着力，确保仓体表面能够达到40年不出现锈蚀的目的。与此同时，对于仓体的底架，则需要采用喷砂、喷锌的处理方式，并使用沥青漆进行重度防腐，确保40年不出现锈蚀。对于喷锌表面的质量要求如下：必须保证涂层均匀，其中锌层的厚度必须保证在55～65微米以上，并且不会出现裂纹、起皮、掉块等

缺陷。

4.4 仓体保温性能与耐寒性能要求

预制仓的仓体部分一般采用三层的金属结构，应用与冰箱类似的保温工艺。通常情况下，选用的是双层优质钢板，将这两层钢板间填充聚氨酯等防火保温材料，再与环保金属装修层组合在一起。仓体的门板结构中应用了断桥隔热的技术，其中内板与外板处于悬浮状态，间距必须保证在3毫米以上，并在其中填充聚氨酯，保证门板的热传导率在2%左右。与此同时，仓体的内部还要设计安装自动温控装置与能够长时间加热的装置，确保仓内温度的稳定。高低压仓必须拥有高湿排风设施与自动启停空调设备，如果出现隔室内的温度超出0℃～50℃这一温度范围时，空调设备就可以自动启动，能够实现对内部温度的调控。如果相对湿度达到80%以上，高湿排风设施就会启用，有效地降低仓内的湿度。

4.5 仓体密封性能及仓韧ǚ缧阅芤求

为了确保仓体的密封性能可以满足变电站的要求，必须为仓体制作密封条，这些密封条可以使用硅橡胶或三元乙丙等材料制作完成，具有高弹性的特点，且必须保证其使用寿命可以达到10年以上。与此同时，如果仓体内部设有SF6这类电气设备，必须为其设计专门的监测装置以及排风系统，对仓体上的电动进风风阀以及强制排风轴流风机进行有效控制，保证其能够在需要的时候实现快速起停，电动风阀及轴流风机的总通风量需保证每2min将仓体内空气换气一次。此外，在仓体的设计中会存在仓体密封性能与通风性能的矛盾，为了解决这一问题，必须对排风系统采用严格的防尘处理，风机的数量必须能够满足排风与除湿操作的实际需求。

4.6 仓体的抗内燃弧性能要求

预制仓的仓体必须采取抗内燃弧措施，并为其设置专用燃弧泄压通道。燃弧通道的最佳位置应处于单元柜的上方，并且需要与所有功能隔室的泄压通道形成连接，以确保在电气设备出现故障时的人身安全。此外，在设置泄压通道时，开关柜顶部不应设置泄压板。

5 结语

总而言之，在我国电力系统的发展过程中，模块化预制仓式变电站已经成为110kV配网中的重要组成部分，这类变电站具有占地面积小、投入成本低、施工周期短以及可靠性高的优势，是推动电力系统进一步发展的关键因素。

参考文献

[1] 周佳，贝新宇.输变电设施电磁辐射环境影响评价方法探讨[J].世界核地质科学，2010，（4）.

[2] 赵璐，王友辉.预制仓式全金属密封变电站在城市中心变电站中的应用[J].东北电力技术，2015，（12）.

[3] 王青.智能变电站设计中存在的问题及改进[J].科技创新与应用，2015，（18）.

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随着国民经济与社会的发展，电网工程质量与工艺要求越来越严格，因此，需要对变电站施工进度进行提高，提高工程施工进度和质量。这就给预制舱式智能变电站提供了推广机会。变电站二次设备现场接线和调试的工作量特别大，并且现场施工要等待土建、电气一次等专业施工完成后才能够进场，这样工程的建设周期会受限制，利用预制舱式二次组合设备，能够让整套二次设备由厂家来集成，让工程化加工最大化，减少现场中的二次接线，同时还能够有效的减少设计、施工、调试等方面的工作量，对检修维护工作进行简化，有效的缩短建设周期。

1 预制舱技术特点

预制舱开创了变电站“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”全新建设模式。新的建设模式：减少占地面积、节约环境资源、降低基建投入成本，同时有效缩短了智能变电站的建设、调试周期，实现快速建站；新的建设工艺：模块化设计，方便拆装组合；可以快速更换设备，易于建立检修元件库，减少备用间隔投资；通用工艺，简化装配，节能环保，提高现场施工效率，同时又确保了工程实施的安全和质量水平；新的自动化技术：提升了变电站的总体智能化水平，提高了变电站的安全可靠性，进一步凸显了变电站工业设施的定位，为智能电网的绿色、健康发展奠定了坚实基础。

2 模块化二次组合设备及优势

2.1 模块化二次组合基本定义

预制舱二次组合设备由预制舱、二次设备屏柜、二次设备等组成。整套二次设备由厂家集成，并在在工厂内完成屏柜间相关配线等工作，并作为一个整体运输至工程现场，在现场实现与一次设备、土建对接。预制舱组合二次设备一般按二次系统特点及服务的一次对象进行模块化组合。

2.2 模块化二次组合优势

模块化二次组合实现标准化设计、工厂化加工、装配式建设。建构筑物主要构件采用工厂预制，采用模块化二次组合设备，应用通用设计、通用设备、实现一次、二次设备的即插即用；土建建构筑物和电气一次设备、二次设备全面实现工厂预制现场装配的智能变电站。其优势主要表现在一下几个方面：

（1）对比二次设备小室，减少了建筑面积和占地面积，实现了节约环保，省去了施工过程中的诸多安装环节，并且减少了环节污染。

（2）二次设备在厂家集成安装并完成接线，这有助于对二次设备功能的整合，能够改善设备的集中与集成度，有效的节约设备及减少现场工作量，并符合“资源节约型”的技术要求。

（3）预制舱式组合二次设备对联调模式也进行了改变，利用工场联调+现场调试模式。在工场中模拟出设计的运行情况，对全站五防逻辑、信号点表命名等设备SCD文件的固化工作进行完成，在现场仅仅需要和以此设备之间进行传动验证。

（4）简化了二次设计，工场连调完成后即可生成完整的虚端子点表，可依据各地调度的不同要求附在设计文件中。

（5）节省费用。二次身材就地布置在配电间隔内，减少了二次光缆和电缆的长度，节约材料降低了造价成本。

（6）改变建设流程，将现行的串行施工模式改为并行施工模式，对现场调试周期节约百分子六十以上。

3 智能变电站二次系统现状

当前在智能变电站的建设过程中，二次设备都是在施工现场来完成安装与调试的，这就主要存在有以下的一些问题。

（1）会受到施工工序限制，施工周期较长。二次屏柜的安装是在土建施工结束之后方能进行；与二次系统的光/电缆接线，也是在屏柜安装完成后才能进行。这就让二次系统的安装调试受制于土建、一次设备的施工安装时间及进度。

（2）现场工作量较大，效率不高。智能变电站的调试项目相当多，并且技术较为复杂，这就要求厂家的售后人员必须要常驻现场进行参与到施工调试之中，这种方式效率较低，并且当智能变电站在电网内全面推广建设之后，各个厂家以及调试单位往往难以进行有效的应对。

（3）现场施工环境不好，存在一定的隐患。智能变电站中使用了大量的光口接线，但是工程现场施工环境不好，有着大量的灰尘，并且二次设备装置的光口不能够得到有效的保护，这对装置光口后期运行的性能以及寿命带来隐患。

（4）需要设置独立的二次小室，导致占地面积增加。常规的二次设备都需要设置独立的控制室，需占用土地资源，即增加土建施工量又不利于土地资源的节约。

4 结束语

相对于常规变电站，采用预制舱式组合二次设备可以有效的减少建筑占地面积。预制舱式组合二次设备使用工厂加工、现场吊装的方法，省去了建筑物施工过程之中的结构、砌筑、装饰以及电气安装等多个环节，有效的减少了环境污染。与此同时还可以减少粉尘污染，对舱内二次设备提供了良好的工作环节，有效的保证了设备的安全可靠性。同时因为对减少流程进行了改善，将传统的串行施工模式，改为并行施工模式，这样可以有效的提高设计、施工的效率，有效的缩减了建设工期，同时还可以大幅度的减少二次设备的现场的调试项目。因为预制舱实用的是环保集成材料来进行拼装，就地布置在配电间隔内，能有效的减少二次光/电缆的长度，使得工程造价得以降低。

参考文献

[1]张焰民.变电站预制式二次设备舱专题研究[J].广东科技，2014（14）：79-80.

[2]郑瑞忠，陈国华.预制舱式二次组合设备布置方式探讨[J].能源与环境，2014（01）：42-43.

[3]刘群.预制式二次设备在智能变电站中的应用研究[J].电气开关，2013（04）：59-60.108

[4]盛晓云.标准配送式智能变电站建设实践[J].电力讯息，2014（01）：104-105.

作者简介

王国玉（1966-），男，河南省许昌市人。现为许继电气股份有限公司技术中心工程师，从事电力系统继电保护及控制装置研发工作。

罗红（1970-），女，河南省许昌市人。现为许继集团有限公司营销中心工程师，从事从事营销管理工作。

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中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：

1 前言

大城市经济飞速发展的同时，用电负荷也急速增长，市中心区域负荷密度越来越高；变电站的规划、选址受用地和环境等诸多限制，电网建设与城市建设之间的矛盾日益突出。为了更好地解决这一矛盾，现提出在大城市中建造大容量变电站、紧凑型变电站和地下变电站，不仅可以减少变电站的占地面积、提高土地资源的利用率，还可以降低对周围环境的影响、美化环境，是大城市变电站发展的趋势所在。本文就以上问题，结合广西某220kV变电站的实际情况，进行设计方面的探讨。

2 城市变电站的设计原则

城市变电站的建设在城市电网建设中占有举足轻重的作用，220KV城市变电站是解决城市供电矛盾的一个有效措施。因而，在建设城市变电站时，应首先考虑好变电站的设计，充分发挥220KV变电站容量大、通道省、占地少、投资相对经济的优点。概括起来，变电站设计应遵循以下几方面的原则:

（1）变电容量：为了满足供电区域内的中长期规划要求，要设计足够的变电容量来承载负荷：

（2）变电设备：城市土地紧张，空间有限，变电设备要体积小，占地面积小，结构紧凑，最大限度的节约土地资源；

（3）自动化：有较高的自动化水平，通信误码率低，设备的可靠性要高；

（4）主接线方式：要灵活可靠，运用方便；

（5）主设备技术性能：有优越主设备技术，检修频率低，少出差错，降低噪声。

3 220KV变电站设计思路

就我国目前的情况而言，220kV 变电站的设计技术已经比较成熟和常规化，设备的生产与设计也达到了标准化水平，这就为变电站模块化设计提供了基本的条件。220kV 城市变电站采用模块化的设计思路，即将变电站初步设计工程分成几个相对功能独立的模块，按照变电站的具体情况采用一定的标准和技术规程，将各个模块加以组合，使变电站达到理想状态。模块化的设计思路，既能发挥各模块的功能，又能将各模块组合起来，最大限度地发挥变电站的总体功能。

3.1 主要电气设备选择

从节约用地的角度考虑，在220kV及110kV配电装置中均选用占地更小的组合电气设备(GIS)，其中220kV、110kV出线均采用电缆出线。为了提高设备运行稳定性，对主变的选择可以采用技术较成熟的高阻抗产品。与传统主变产品相比，高阻抗变压器的主要优点是满足高、中压侧阻抗参数不变的情况下，能够按10kV 侧限流要求提高主变本身的低压侧阻抗，并有效降低主变压器的空载损耗。在某些偏远山区，出于经济条件的考虑没有采用新型高阻抗变电器。然而，虽然高阻抗变压器初始投资成本较高，但其优势还是比较明显，不仅设备运行成本较低，而且运行管理方便、安全、可靠，能够大大提高技术先进性和经济效益。在模块化设计理念下，主要电气设备可以借助计算机辅助设计及相关专业系统程序进行配制，不仅减小了计算工作量，又保证了设备选择的正确合理。

3.2 变电站电气主接线设计

电气主接线是变电站设计中的重要组成部分，在进行设计时应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、节省投资、便于过渡和扩建等要求。根据《220～500kV变电站设计技术规程》（DLT5218-2005）有关电气主接线的设计原则，应在变电站设计任务中的规划容量的基础上，满足对变电站的开头、母线等一次设备，以及相应的继电保护、自动装置等二次设备的可靠性、灵活性、经济性及可发展性方面的基本要求，以此确定变电站的电气主接线设计方案。通常情况下，220kV变电站电气主接线可以分3个电压等级，由3组带断路器的线路变压器组构成。220kV接线根据回路数量选择桥型、单母线接线(包括单母线分段)或双母线或双母线分段接线两种方式；110kV一般采用单母线或单母线分段接线，但是当出线回路在6回以上，可以采用双母线接线。由于旁路母线利用率不大，因此220/110kV一般不设旁路母线；35kV常用单母线分段，各段母线带多路出线，每台主变分别通过2台35kV 断路器接于两段35kV 母线上。

3.3 电气布置设计

模块化设计的各电压等级常用的配电装置有：220kV与110kV配电装置采用户外、户内GIS配电装置和户外支持管母线中型布置、软母线中型和软母线改进半高型。对于变电站的总平面总体布置情况，业主可以根据变电站选址位置、出线方向、运行的便利和未来扩展等进行多种方案技术经济比较，尽可能选择兼顾经济、美观、合理的设计方案。

3.4 计算机监控及保护配置

由于高速网络在电力系统实时网络中的开发应用，计算机监控及保护配置已经成为现代化变电站设计中不可或缺的部分。在变电站设计中，基于应用现代通讯与自动化技术基础上的监控及保护配置系统将变电站中所需要的控制、保护、各类自动化装置、管理监测、事故记录、故障滤波、通讯调度等功能高度集中，可实现变电站的无人值守。系统主要采用分层分布网络结构，保护采用主后备保护一体化计算机保护，双重化配置。

4 广西某220KV变电站设计实例分析

广西某市计划设计一座220kV变电站，电压等级为220/110/10kV。由于对变电工程初步设计内容的投资占整个变电站投资的70%～85%，所以对变电站的设计方案进行了招标公告。招标吸引了多家设计院参加，并确定了其中一家设计院。在这个中标设计方案中，包括四种常规设备户外配电装置、四种GIS户外配电装置和三种GIS户内配电装置形式，以及多达二十种主要建筑设计模块。该变电站有3台主变，220kV远期2回出线，采用内桥单母分段接线，110kV远期8回出线，采用双母线接线，10kV远期12回出线，采用单母线分段接线。根据当地电网分布规划及施工现场实际情况，经研究决定该变电站主要设备分布在综合楼及220kV 配电装置楼内。综合楼底层布置10KV配电装置及3台主变，10kV的 GIS采用背靠背双列布置。配电装置楼主要布置3组线路变压器组，并且在各个单元之间留下足够的空间，作为主变散热器安装位置及接地变压器位置。

鉴于现场屏位紧张、二次回路复杂的特点，经多方论证决定采用按功能划分的综合自动化系统。计算机监控系统的主要模拟量包括220kV、110kV、10kV 线路和主变三侧的全电量，电容器的无功电流，三级电压的相电压、线电压，站内直流母线及所用变的电压，主变温度等。数据通讯主要采用具备CAN网络、串行通讯、以太网通讯方式。计算机保护监测系统可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置，极大地方便维护与维修。

5 结语

实践证明，220kV城市变电站是解决当前城市供电矛盾的一个有效途径，随着变电站综合自动化技术的提高和硬件、软件环境的改善，它也将是今后城市电力系统发展的方向。变电站是个系统工程，通过新技术新设备的使用，方案的优化选择，使得可靠性增强，节约占地面积，变电站的配置达到最佳，提高了经济效益和社会效益。而模块化的设计理念为变电站设计指出了一个新的方向，有助于电网提高建设和管理效率。

参考文献：

[1]电力工程电气设备手册.上、下，电力工业部西北电力设计院编；中国电力出版社，1998.

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1.智能变电站的内涵

智能变电站是通过变电站建设过程中，安装和使用先进的变电设备，并通过信息技术和网络技术的使用，使变电站的运行具有自动化、智能化的特点。智能变电站可以有效提高变电站和电力网络运行中的稳定性，提高运行问题的解决能力。智能变电站在运行过程中，通过先进的网络技术和信息技术的使用，可以使变电站在变电站本身或者电网出现问题时，自动对相关问题进行修复和解决，或者提前向电力管理监测单位发出预警信息，从而减少电力运行过程中的故障给电力企业和用电客户带来的不便和损失，增强电力管理部门的问题处理能力。此外，在智能变电站的建设过程中，通过高科技的使用，还能大大提高变电站信息采集、检测等工作的精确性。

2.智能变电站关键技术分析

2.1硬件的集成技术

在以往的变电站建设过程中，变电站的信息采集和信息处理都是通过中央处理器与芯片或设备的配合来完成的，相关数据的计算和分析都集中在中央处理器中，这就造成变电站的相关数据的采集和计算都要中央处理器来完成，中央处理器的工作性能直接决定了所有变电站工作的质量。这样很容易造成中央处理器在处理信息数据时，无法做到及时有效。随着技术的发展进步，智能变电站的硬件设计越来越模型化、自动化和模块化，这就使得变电站在进行硬件设计时，可以针对不同板块的技术要求，进行模块化的设计，从而分散信息数据处理过程中过于集中、低效的问题，使信息的处理和计算更加实时性，从而保障变电站信息处理和传输的及时有效。

2.2软件的构件技术

在变电站的建设过程中，变电站软件的构件设计，是保障电网信息传输和测量、控制的实时、迅速的有效手段。在设计过程中，针对变电站的发展需要和电力网络的运行规划，在变电站和电力管理部门之间进行智能变电站软件构件的安装设计，可以使变电站的电网信息和管理部门之间形成远程信息传输，实现变电管理部门对电网运行中的问题进行远程的维护和管理，并根据智能变电站的智能修复和处理技术，对相关问题进行自我处理和修复，实现变电站系统和设备系统模型的自动重构等功能。

2.3信息的管理存储技术

信息的储存是进行电网管理的重要依据，信息的准确采集和传输的安全性是当前电网运行过程中，容易出现问题和需要进行提高的重要环节。智能变电站在信息采集和传输过程中，在遇到意外情况和干扰因素的情况下，可以根据其自我修复和自我处理功能，对相关问题进行自我解决，从而保障信息采集和传输工作的安全性，使电力管理部门获得的电力数据和信息更加科学、准确。

3.智能变电站的构建方式

3.1体系架构

智能变电站在体系建构上，为了保障变电站的各项功能的充分发挥和各部分之间的有效配合，其构建更加完善、紧凑，更有利于变电站发展过程的高效率建设。智能变电站在设计过程中，由于要考虑到各个硬件设计之间的独立性和配合性，在实际建设过程中，虽然各模块之间更加紧凑，但是却互相具有更高的独立性。而为了保障信息采集传输的安全有效，在软件构建和硬件的设计上，又保障了各个模块之间的紧密联系和密切配合，从而使智能变电站既实现了各个硬件模块之间的独立高效运行，又使得智能化的结构整体形成密切的配合关系，从而实现了设计的完善和紧凑，提高了运行的安全和灵活高效。

3.2保护控制策略

继电保护是电网发展过程中提高电网保护措施和事故防范措施的重要手段，以往变电站的继电保护由于缺乏智能化、自动化的技术手段，往往采取定期检测的保护措施，这种保护方式无法监测到电网发展过程中的动态变化信息，对可能出现的问题无法进行跟踪检测。智能变电站的建设，可以通过网络和信息技术的设定，对电网运行过程进行实时监控，对电网运行过程中的运行状态进行自动判断，并根据评价结果采取自动调整的保护措施，从而使继电保护动作更加实时快捷，并实现了对动态电网信息的实时检测。

3.3信息安全策略

信息安全是电网发展中的重要问题，也是智能变电站建设的主要方向之一。智能变电站在建设过程中，由于广泛使用了网络技术和计算机技术，其信息传输过程也受到了这些技术带来的风险威胁。智能变电站在信息网络建设过程中可以充分提高变电站的智能水平，升级智能设备的的性能和防护能力，实现对变电站网络通信质量的实时监控和维护，并对网络内传输的信息进行保护，防止来自网内外的恶意攻击和窃取。除此之外，网络防火墙技术、加密技术、权限管理和存取控制技术等计算机网络安全技术的发展也为电力系统信息安全防护策略带来了新的发展思路。

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一、在线监测和智能诊断技术简介

一次设备的绝缘老化的发展具有统计性，速度难以预测，大多有一定的发展期。前期表现为设备的物理，化学，电气等特性变化的征兆，通过对获取的信息进行分析和处理，可对设备的可靠性做出预测和判断，从而及早发现潜在的故障，为设备的检修提供依据。

目前，国网提出了建设以信息化，数字化，自动化，互动化为基本技术特征的坚强智能电网，在变电环节要求建设智能变电站，需要安装智能化设备，这都对变电站设备的选择，数据的采集，通信，分析，和控制环节提出了智能化的要求。智能化设备要求具有信息就地处理能力，并可实现对设备健康状况的自我检查。智能变电站一次设备的在线监测和诊断技术通过安装传感器对设备的实时状态进行数据采集，分析，并进行设备的安全评估和故障诊断。目的是为了实现变电站智能化及无人值班。

二、在线监测和智能诊断技术特点

在线监测技术的研究始于20世纪80年代初，最近10年来，随着计算机通信技术，微处理器技术，故障诊断技术和多传感器信息融合技术的发展，一次设备在线监测技术达到了实用化阶段并不断进步。目前其研究重点转移到监测项目完善，研究符合智能电网建设需求的智能变电站在线监测与智能诊断系统。

智能变电站一次设备在线监测与智能诊断系统在原有在线监测技术上的改进如表所示。

功能和特点 智能在线监测系统。 原有在线监测系统

通信规约 RS485/CAV/TCP/IP等不统一 统一采用IEC61850

设计原则 面向监测对象，监测功能组件化 面向监测功能，按监测规划

监测项目形式 集成式，全景式，相互关联 单一，孤立，分散

故障诊断形式 综合诊断 按监测项目各自诊断

监测系统形式 集成化，一体化 各自独立的监测系统的组合

服务器数量 一个 多个

数据存储 使用统一的数据库，数据格式，存储 分散的数据存储

信息展现方式 一个系统界面和用户界面 不同的系统界面和用户界面

（1）信息共享平台化。支持信息一体化平台化的要求，站内数据信息共享；满足集中监控，顺序控制，状态检修等要求；站控层一体化平台和电力数据网相连。

（2）信息展现一体化。站内系统信息平台把经过整合的信息资源展现给用户，提供给用户最全面的全方位监测和故障诊断信息，大大提高了信息系统的效率。

（3）监测目标全景化。对整个变电站关键设备包括变压器，开关设备等进行全面的状态监测，实现监测目标全景化

（4）系统构架网络化。网络结构分为站控层，间隔层，过程层三层网络结构，系统按照IEC61850协议进行网络化的数据传输和网络化控制。

（5）设备状态可视化。系统基于自监测信息和经由信息互动获得的设备其他信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使设备状态在电网中是可观测的。

（6）全站信息数字化。对高压设备本体或部件进行智能控制所需设备状态参量及进行就地数字化测量。测量结果可根据需要发送至站控层网络或/和过程层网络。设备状态参量包括开关设备分合闸状态，OLTC分接位置等。

（7）监测功能模块化。监测功能可根据需求对监测项目进行灵活配置，各监测功能模块基于统一的通信协议，具有即插即用得特点。

（8）通信协议标准化。全站实现通信协议标准化（IEC61850标准）站控层具有智能高级应用，可以向外部提供统一的网络服务接口。

三、智能变电站在线监测和智能诊断系统设计方案

一次设备状态监测与智能诊断技术是实现智能变电站建设的核心内容和关键支撑技术。一次设备在线监测和智能诊断系统的设计要遵循平台化，一体化，全景化，网络化，数字化，模块化，标准化的原则，设置针对各类变电站一次设备的智能汇控柜，将各监测组件，控制组件以及合并单元等按模块化的标准组件形式实现全景式的在线诊断与智能诊断。

输变电设备状态监测与评估系统是为了适应智能电网建设要求而研发的新型设备，它通过先进的传感技术，数字化技术，嵌入式计算机技术，广域分布通信技术，在线监测技术和故障诊断技术实现了各类电网设备运行状态的实时感知，监视，分析，预测，故障诊断和评估。该系统的建设对推动智能电网建设具有积极而深远的意义。

实际工程应用中，变压器智能汇控柜作为变压器的智能化装置，主要有嵌入式处理器（主IED），色谱微水监测智能组件，局部放电监测智能组件，套管绝缘监测智能组件，工况信息监测智能组件，绕组温度光纤监测智能组件，冷却单元监测智能组件，有载开关监测智能组件及光纤交换机组成，并可根据需要扩展其他监测智能组件。各智能组件均采用无风扇冷却方式以提高可靠性，采用上架式19英寸标准机箱，安装在汇控柜内。GIS智能汇控柜作为断路器和GIS的智能化装置，主要由嵌入式处理器（主IED），局部放电监测智能组件，断路器动作特性监测智能组件，SF6微水及密度监测智能组件，光纤交换机等组成。各智能组件均采用无风扇冷却方式设计以提高可靠性，采用上架式19英寸标准机箱，安装在汇控柜中。

各主IED将依据获得的电力设备状态信息，采用基于多信息融合技术的综合评估模型，结合设备的参数和结构特性，运行历史记录和环境因素，对电力设备工作状态和剩余寿命作出评估；对已经发生，正在发生或可能发生的故障进行预报，判断和分析，明确故障的性质，类型，程度，原因，指出故障发生和发展的趋势及其后果。提出控制故障发展和消除故障的有效对策，达到避免电力设备事故发生，保证设备安全，可靠，正常运行的目的。

四、结语

智能变电站是变电站发展的必然趋势，其最终实现尚需要较长的时间。结合IEC61850发展情况与变电站的工程实践现状，给出了现阶段切实可行的在线监测系统的设计方案，为今后智能变电站在线监测系统的建设提供了参考和借鉴。随着技术的发展，应逐步实现在线监测与测控、保护等功能的一体化以及一次设备与智能组件的最终融合。

参考文献

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[关键词] 变电站远动系统；系统；功能

[abstract] the article analyze the automation equipment USES the report will stand inside information control giving away the realization methods of dynamic device. This paper introduced the dynamic system is far from all aspects of the features, the comprehensive analysis, and it's better than traditional configuration a significant improvement, and also for IEC61850 standard application status of the construction of digital substation domestic related with a certain significance.

[key words] substation far move system; System; function

变电站远动系统是否可靠运行，将影响站内实时信息的准确上送，也对电网调度的正确决策产生一定的影响。因此，作为在电网中占有重要地位的变电站，其远动系统要采用的主备远动配置方案要有较高的可靠性才行。变电站远动自动化系统作为一个多专业合作的产品，涉及到电网一、二次设备以及调度自动化等诸多方面，由于变电站远动自动化系统的选择、设计和使用等方面的原因，在应用中出现了一些有待解决的问题，影响了变电站自动化系统的应用效果。

1系统概述和功能要求

某变电站计有2回220kV电源进线，正常运行方式为双母线带母联并列运行。馈出线共6回，其中4回机组馈出线，2回辅助电力变馈出线（其中1回作为远期备用）。根据实际应用的需要，变电站自动化系统应满足以下要求：

1）采用先进的继电保护和自动控制技术，满足电网和变电站安全稳定运行的要求，装置具有很高的可靠性。

2）应满足集中监视和控制的要求，尽可能提供变电站内来自一次和二次设备的各种信息，以便提高保护和控制功能的辨别能力，满足电网监控和管理信息化、智能化的要求。

3）简化二次回路，节省大量电缆。

4）保护测控装置应可灵活安装，既可就地安装也可组屏安装。

5）装置应具有良好的抗电磁干扰能力，可抗御电力系统一次设备操作产生的电磁干扰。

6）应能利用现代网络通信技术传递变电站各种信息。

7）应以实现无人值守为目标，可快速进行控制和操作。

8）应可扩充，方便维护，最大限度地减少扩建工作和投资，降低维护费用。

2系统构成及功能特点

2.1系统硬件配置

系统由前置通信子系统、数据处理子系统和应用维护子系统组成，硬件设备主要包括服务器、工作站、网络设备和采集设备。根据不同的功能，服务器可分为前置服务器、数据库服务器和应用服务器，前置服务器既可采集专用通道又可接收网络通道，同时起到前置机以及通信服务器的双重作用，数据库服务器用于历史数据和电网模型等静态数据的管理。工作站是进行人机交互，如调度员工作站、维护工作站、运方工作站等。

2.2技术性能

硬件系统应选用技术成熟、先进可靠的工业产品设备，系统内所有的模件应是固态电路、标准化、模件化和插人式结构。硬件应具有较好的可维护性，支持系统结构的扩展和功能的升级，系统硬件接口应采用国际标准或工业标准。自动化系统应采用开放、分层分布式网络结构，采用开放式多任务实时操作系统，多窗口人机界面。系统软件应具有较好的可靠性、兼容性、可移植性，网络协议采用TCp/IP协议，通信网络应采用符合国际标准的开放式网络。系统应具有良好的电磁兼容特性，不应发生拒动、误动、扰动等影响监控系统正常运行的情况。系统应采取措施防止由于各类计算机病毒侵害造成系统内存数据丢失或系统损坏。

2.3监控保护装置结构及特点

1）模块化的结构。GE、uR系列监控保护装置采用模块化的结构，给设计、维修及扩展带来极大的方便。它按照功能和信号的类型划分出各种模块：电源、cpu、刚CT、CT、开关量输入、开关量输出入、开关量输入输出、带控制回路断线检测的开关量等模块。由于uR系列监控保护装置采用模块化的结构，用户可以通过选择不同的模块，来组成不同类型的装置。如：选择1块或多块TV/TA模块（或TA模块），并将其接人保护TA，组成纯保护装置；选择多块Tv/TA模块（或TA模块），分别将其接人保护TA及测量TA，组成保护监控装置。

2）故障录波及SOE功能。uR系列监控保护装置内置故障录波功能，另外也可以选择专用的故障录波装置（R30）。开关量输入输出信号、遥测越限、保护元件的动作都可产生SOE记录，分辨率1ms。

2.4实时监控子系统

实时监控系统是电厂综合自动化系统的重要基础，为整个自动化综合系统提供运行工况监视和控制操作手段，并应具备强大的处理能力、高安全性和可靠性。因此，该系统的节点（任务）均采用冗余配置。系统具有硬件设备和软件任务模块运行的自监视功能，能够自动通过热备用切换等机制保证系统的正常运行。

1）数据采集。数据采集功能是SCADA系统与电力系统的直接接口。通过与RTU（LCU）设备的通信实现对电网实时运行信息的采集，将实时数据提供给各应用子系统的实时数据库，并按照应用子系统所下达的命令实现对远方站或本变电所的调节和控制。数据采集要具有高度的可靠性和强大的信息处理能力。

2）数据处理。数据处理包括遥信处理、遥测处理、电量处理。

3）监视功能。系统配置画面直观显示系统各模块运行状态和网络通信状态，用图形方式显示自动化系统各设备的配置和连接，应用不同的颜色或动画表示出设备状态的变化。

4）转发功能。系统能够提供多种转发方式，可以设独立的转发工作站，既可以设置为通道转发，也可设置为网络转发。对转发数据、转发地点、转发速率等均可任意设置。

3加强系统运行

3.1提高系统的可靠性

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在经济社会快速发展过程中，社会各行各业对电力需求量逐渐增大，对供电安全可靠性也提出了更高的要求。变电站是电力系统中的关键环节，加强对其有效的监控，能够提升电力系统运行安全。基于此，加强对变电站自动化监控系统设计的研究具有十分现实的意义。

1 变电站自动化监控系统概述

在国家电力建设改革过程中，对电力系统改造提出了两点要求，第一，尽可能减少投资，提升建设效益，保证电力系统整体的运行水平；第二，确保电力系统运行的安全可靠性。变电站作为电力系统中关键的环节，与电力经济效益、安全运行息息相关。计算机技术、电子技术、通信技术等不断的发展，为变电站实现自动化监控提供了技术基础。变电站自动化监控系统就是运用这些技术，通过有效的设计，在硬件设备以及软件程序的共同支撑下，对变电站运行情况进行实时监控，保证变电站运行的安全性，对电网综合自动化发展做出巨大的贡献。

2 变电站自动化监控软件开发

现阶段，程序设计方法多种多样，但以模块化程序设计与面向对象的程序设计为主，将两者有效地结合起来，形成一套完整的变电站自动化监控系统开发模式。变电站自动化监控系统一般使用后台软件，结合模块化和面向对象的程序设计方式，基本上确定了后台软件应有的功能，由这些基本功能构成系统的主要特征。采用模块化程序设计的方式，将后台软件分为若干个子系统，包括数据库管理系统、报表系统、通讯系统、主控程序等等，每一个子系统由简单的数据关系构成，容易建立模型。因此，在具体的软件开发设计中，一般采用分层分析设计以及线程技术方法。

2.1 分层分析设计方法

根据变电站业务处理、控制流图以及数据流图等，明确后台监控软件的主要层次，即数据处理层、通信层、应用层、数据存储层等，利用分层分析设计方法，逐层进行分析与设计，对层与层之间的接口进行明确规定，降低开发的难度，提高数据接口的兼容性以及移植性。

2.2 线程技术方法

以线程技术为主的变电站监控主站，能够利用不同的线程完成不同的任务，合理区分线程的优先级别，就能够完成实时性不同的任务，提高了变电站监控系统中数据处理效率，保证各项紧急任务发生后系统的响应速度。

3 变电站自动化监控软件的构成

变电站自动化监控软件的构成分为三个部分，即底层数据服务器、中间层数据库以及高层应用程序。

3.1 底层数据服务器

该层具有数据处理以及通讯两种功能，能够接收到RTU采集的实时数据信息，包括变电站运行的状态量、模拟量以及时间顺序等等，同时还能够向高层程序层的RTU发送控制命令，并显示源码数据。对原始的数据进行有效的处理，形成实时数据，并及时传输到中间层数据库中，提供给应用软件使用，确保信息的实时性。

3.2 中间层数据库

中间层数据库主要是面向应用程序，具有系统功能分析，是整个数据信息结构的核心，能够为高层应用功能模块提供各种有用的数据信息。根据系统性能的不同，将数据库分为实时数据库、参数数据库、历史数据库以及辅助数据库几类。

3.3 高层应用程序

高层应用程序具有多个功能，包括监视功能、遥控遥调功能、数据采样计算处理功能、打印功能、接线图编辑显示功能、报表功能、参数管理功能、人机接口功能以及系统安全维护功能。该层的应用程序，能够将变电站运行的实时数据信息进行处理，并对数据库信息进行监测，发现异常情况就会发出警报，并做好备份工作。对相关的数据信息、报表等还能够进行打印，为系统设置、维护等提供配套的参数管理，根据用户操作内容的不同，设置有效的权限管理。

4 变电站自动化监控系统软件结构设计

在变电站自动化监控系统后台软件设计过程中，考虑到数据功能的组合与分散，系统通讯以及数据处理功能都是为高层应用程序提供有效的数据，如果将两者分开，必会影响数据处理的时间，也会增多数据传递时间，将处理过程复杂化。所以，一般需要将通讯与数据处理功能进行组合，形成一个独立的功能模块，我们称之为数据服务器，两者的组合能够节约数据处理时间，提高系统整体的效率。同时，数据库管理、报表功能、数据存储功能、远动功能等功能之间数据联系较少，独立性较强，可以实行分散，尽可能使其与应用数据发生联系，形成以数据为中心的功能结构，便于系统操作和维护。

值得注意的是，在变电站巡检操作人员操作设备过程中，在主控室操作后，又必须到现场查看并验证一次设备的实际位置，如果操作项目多的话，过程反复又浪费时间，自动化的程度还有待提高。假如操作人员在主控室或调度室就能查看一次设备的运行工况，则会大大减少操作人员的劳动量和时间。所以，未来的趋向将是在一次设备附近装设视频和声控系统，通过远动和通信系统进行数据采样和传输，运行操作人员在远方就能对设备的运行工况及状态变化情况了如指掌，同时又减少与高压设备危险接触的不定因素。但就目前而言，大部分人员计算机技术能力有待提高，只能进行简单分合闸操作以及线路改命名等简单的数据库编译工作等，遇到复杂问题仍需向厂家求助，这一问题需要后续解决。

5 总结

通过上述分析可知，随着社会经济快速发展，电力事业改革工作正如火如荼地进行中，各行各业对电能的需求量不断提升，给电力系统运行的质量提出了更高的要求。变电站是电力系统中关键的组成部分，是输电系统中关键环节，在信息技术、通信技术、计算机技术等的发展过程中，我们要通过合理的设计，建立变电站自动化监控系统，对其运行进行有效的监控，保证变电站运行的安全与稳定。

参考文献

[1]黄慧慧.牵引变电站多媒体远程监控系统设计及开发[J].电力系统自动化.2012，15（8）：122-126.

[2]曲彦斌，王建平，周庆明.基于CAN总线和DSP的变电站监控系统[J].电力系统自动化.2014，20（11）：100-102.

[3]唐磊，陈伟荣，蒋志玲.变电站远程视频监控系统设计方案探讨[J].电气自动化.2013，2391）：36-37.

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1 概述

1.1 工程概况

依托设计竞赛课题“商丘睢县110kV城南输变电工程”，设计思路为：在“三通一标”、“两型一化”设计总体原则基础上，设计出“标准化设计”、“模块化建设”的新一代智能变电站。

1.2 新一代智能变电站理念

从2013年国网公司提出创新变电站工程建设模式，装配式智能变电站建设大力推行，新一代智能变电站应运而生。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。而为了实现新一代智能变电站，采用预制二次设备舱就势在必行了。本专题报告就是为了重点论述本站预制二次设备舱应用的必要性。

2 预制式二次组合设备舱概念及应用

2.1 概念

预制式二次组合设备由设备舱、舱体辅助设施、二次设备、二次设备屏柜（或机架）组成，并在工厂内完成相关调试、配线等工作；且作为一个整体运输至工程现场。预制舱采用集装箱式构造，可由一个或多个分舱体拼接而成，可根据电气布置选择箱体横向或者纵向拼接，舱内可根据需要配置安防、消防、照明、通信、暖通等辅助设施，满足变电站二次设备运行条件及变电站运行调试人员现场作业的要求。

2.2 国内外应用

国内外集装箱式通信机房、集装箱式活动房、集装箱式公共设施等由于其运输方便，现场安装简单等得到广泛应用。

2.3 电力行业应用

在电力行业中，35kV、10kV箱式变电站已在工程中等到广泛应用，集装箱式SVG设备、集装箱式电容器、集装箱式光伏逆变器等也得到广泛应用。

3 预制式二次组合设备舱舱型研究

3.1 预制式二次组合设备舱尺寸的选取

依据变电站屏柜布置需要，同时根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》 ，预制式组合二次设备舱横向尺寸不宜超过2500mm，长度不宜超过13000mm；即建议主要选择以下三种集装箱柜：

20尺集装箱：外部尺寸：6058mm×2438mm×2896mm

30尺集装箱：外部尺寸：9125mm×2438mm×2896mm

40尺集装箱：外部尺寸：12190mm×2438mm×2896mm

3.2 预制式二次组合设备舱整体结构型式

预制舱整体结构设计保持集装箱原结构，最少化改动集装箱本体的结构设置轴流风机、排气孔、舱门等，尽可能多的在电力工程建设中优化其配置。预制舱内必须设置紧急逃生门，且安装电子门锁，无论任何情况下都可以紧急启动。预制舱内配置有手提式灭火器。预制舱内还需设置轴流风机、空调采暖通风设施，空调选用远程故障告警的分体空调，轴流风机通风则在通道的选用应满足除尘防水功能要求。

3.3 预制式二次组合设备舱的配置

预制式二次组合设备舱按照各设备对象模块化设置布置，方便生产运行、检修维护。站内共配置间隔设备预制舱、公共设备预制舱。间隔设备预制舱内配置有该站间隔层设备，包含有主变压器保护屏、主变压器测控保护屏、公共测控装置屏、电度表、直流分屏、交换机等设备。公共预制舱内配置有调度数据网络设备、二次系统安全防护、站区计算机监控系统站控层设备、通信设备、智能辅助控制系统、火灾报警系统、交直流一体化电源等设备。

3.4 预制舱内部屏柜尺寸选择

通用设备户内屏（柜）外形尺寸可选用2260mm×800mm×600mm（高×宽×深，高度中包含60mm眉头）；通信设备屏（柜）外形尺寸可选用2260mm×600mm×600mm（高×宽×深，高度中包含60mm眉头）。

3.5 多集装箱内部屏布置方案

本站预制舱内二次屏柜采用单排布置，柜前后及两侧均留置完全满足规程及安全运行要求的维护通道。

3.6 预制舱线缆接口

舱内外光纤联系采用预制式光缆联系。预制舱内应设置配电盒、插座盒、开关面板、组合开关箱，均选用嵌入式安装且选用暗敷管线安装，且满足相关规范规程要求。

3.7 电缆桥架设计

电缆桥架通过行线架，上机柜统一从上行行线架走线，下机柜通过底部行线架出线，达到走线集中，整齐优化。

4 多预制舱的拼接方案

预制式二次设备舱顶部采用彩钢瓦或其他结构的瓦均为层层相扣形式，以防止雨水渗透；箱体外部在接缝处两侧至少外延300mm，内部还考虑了防潮的薄膜，以有效防止雨水和灰尘进入箱体。

5 方案比选

一台12米预制舱（屏柜双列布置、含两侧防雨侧壁、含舱体空调、通风、预制光缆接头等）造价约40万元。按本设计方案，选用两台6米预制舱（含舱体空调、通风、预制光缆接头等），造价每台20万元。通过比选，集装箱结构造价投入为47.5万元，而装配式预制混凝土墙板结构成本造价为60万元，集装箱结构就节省12.5万元，节约了20.8%投资。

通过比选，集装箱结构只需现场基础浇制完成，吊装箱体就位，即可投入使用。装配式预制混凝土墙板结构除现场基础浇制完成以及墙板吊装就位后，仍需二次现场混凝土搭接浇筑工作，之后混凝土凝固与养护，待主体结构完成，还需室内外装饰工程。虽比传统混凝土工程工期有所缩短，但是后期设备调试安装都需大量人力物力以及时间。

6 结束语

随着生产力飞速发展，变电站建设模式必须走向减少土地占用、降低造价、缩短建设周期，与周围环境协调、提高运行可靠性和较少的设备维护发展模式，同时相关的行业的技术发展也推动了变电站建设模式的发展。

预制式二次设备组合设备舱箱体整合照明、通风管线、外墙保温隔热材料，箱体采用标准集装箱尺寸，工厂一次成型，不拼接，整体性能较好，尤其针对设备小型化特别适合采用。从根本上缩短了生产及安装工期，大力提高了工作效率，有利于新一代智能化变电站的“标准化设计”、“模块化建设”。采用预制舱，最大程度地节约了施工场地以及现场设备材料占地面积，节约了土地资源。预制式二次设备组合设备舱的投入使用，势在必行，有利于电力建设机械化、工业化、产业化的发展。

参考文献

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[2]GB50339-2003.智能建筑工程质量验收规范[S].2003.

[3]JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范[S].2008.

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【关键词】预制舱 装配式建筑物 变电站

变电站建筑物的传统建设模式具有工作量大、施工周期长和湿作业多等特点，受气温和降雨降雪等的影响非常大，容易产生噪音污染、水污染、粉尘污染和固体废弃物污染等。

家电网公司自2013年起开展了标准配送式变电站和装配式变电站的试点项目建设，配送式、装配式的建设理念逐渐被大家接受，越来越多的变电站采用配送式和装配式的建设模式。变电站通过“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，实现了节能环保、安全快捷和优质高效。

1 预制舱

预制舱的外形类似集装箱，宽度约2500mm，高度约3133mm，根据长度的不同分为Ⅰ型舱、Ⅱ型舱和Ⅲ型舱，Ⅰ型舱长6200mm，Ⅱ型舱长9200mm，Ⅲ型舱长12200mm。预制舱内部安装有办公电源、照明灯、空调、换气扇、温度传感器、湿度传感器、空调控制器、灯光控制器、风机控制器以及智能辅助控制系统等，实现了内部工作环境的自动调节。预制舱不仅为电力设备提供了可靠的运行环境，而且为变电站调试、运行维护人员提供了现场作业和生活的场所，能够在一定程度上取代传统的变电站建筑物。

预制舱在设计生产过程中充分考虑并满足用户的需求，很好地将经济性、实用性及功能性融合在一起。单个预制舱为一体式架构，可实现整体吊装和运输。预制舱框架由优质碳钢、型钢及不锈钢等材料经整体焊接而成，墙体大致由外墙板、金属屏蔽层（封闭整个舱体）、骨架、保温层和内饰板等组成，墙体耐火时间超过3小时。比较成熟的外墙板主要有金邦板、钢板和ALC板（蒸压轻质加气混凝土）等。预制舱本身使用的电源线和通讯线等布置于墙体内部，非常美观。

2 装配式建筑物

装配式建筑物采用钢结构和轻质、高强、保温、节能、耐火、环保、施工便捷的围护结构。钢结构延性非常好、塑性变形能力强，具有优良的抗震和抗风性能。它的强度、弹性模量等是砖石或砼的许多倍，在荷载相同的条件下质量更轻，可以明显减少基础的造价。钢结构采用标准的定型构件，施工效率高，对周围环境影响小，可回收率高，是名副其实的绿色建材。比较成熟的围护结构主要有 ALC板、漆面FC板（FC板即复合纤维水泥加压板）和钢制岩棉夹芯板等。建筑物使用的电源线和通讯线等通过线槽明布于墙体上，既施工方便，又非常美观。装配式建筑物能够完全代替传统的变电站建筑物，并且性能更加优越。

3 优缺点分析

预制舱、装配式建筑物与传统建筑物比较，具有很多优点：工厂化预制程度高，机械化作业程度高，交叉作业少，安全措施到位，质量管控严格，现场工作量小，湿作业量小，从而受气温和降雨降雪的影响明显缩小，施工周期缩短了50%以上，施工噪音污染、水污染、粉尘污染和固体废弃物污染等显著减少，采用新型环保材料，具有轻质性、隔热保温性、节能性、隔音性、无放射性、耐火性、抗震性、抗渗性、环保利废等特点。

预制舱与装配式建筑物相较，具有如下优点：工厂化预制程度更高，尤其是集成了二次设备及屏柜、办公设施和生活设施等，在厂内实现模块化集成与线缆连接，完成大部分调试工作，现场工作量更小，施工工期更短，实现了厂内完成安装调试，整体吊装运输，现场快速投运的目标。

装配式建筑物与预制舱相较，具有如下优点：可以根据实际需求进行设计，内部空间大，运行维护条件更好，受道路运输条件的影响较小。

4 应用范围

因为主变压器、高压开关柜和容抗器等等电力一次设备的体积较大，即使利用拼舱技术实现了将主变压器、高压开关柜和容抗器等等电力一次设备预置到预制舱内的目标，而预制舱的尺寸始终受制于道路运输条件在宽度和高度上都有不足，所以预制舱比较适合用作二次设备舱和生活舱等。预制舱具有集成度高，现场工作量小，施工工期短，实现了厂内完成安装调试，整体吊装运输，现场快速投运的目标。

二次设备舱用来替代传统的二次设备室，为二次设备提供了可靠的安装运行环境。根据二次设备的模块划分情况和紧密联系程度等选用合适型号的预制舱。因为道路运输条件限制了预制舱的尺寸，所以为了提高预制舱的空间利用率必须对二次设备屏柜加以改进，实现双排靠墙布置。建议二次屏柜的宽、深、高分别为800mm、600mm、2260mm，柜门能够180°打开，并且满足前置接线的要求。

生活舱用来代替传统的生活室，包括办公室、卧室、卫生间和储物间等，能够满足一般的办公和生活需求。

装配式建筑物几乎不受道路运输条件的限制，尺寸可以根据实际需要进行设计，既可以用作一次设备室，也可以用作二次设备室和生活室等。

对于无人值守的变电站，主控室条件要求一般，可集成到二次设备室；对于有人值班的变电站，主控室条件要求较高，宜采用装配式建筑物。

另外，变电站围墙、防火墙和电缆沟等也可以采用装配式建筑物的建造模式进行建设。

5 结论

预制舱与装配式建筑物符合“资源节约型、环境友好型、工业化”（简称“两型一化”）的建设原则。二者可以分别单独使用，也可以搭配使用。有利于促进新材料、新设备、新技术和新工艺的应用，体现节地、节能、节水、节材和环境保护等绿色建设理念，提高变电站的可靠性、建设效率和建设效益等。与传统变电站建设模式相较优势明显，具有广泛的推广应用价值。

参考文献

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[2]郑玉平.智能变电站二次设备与技术[M]. 北京：中国电力出版社，2014.

[3]刘强兴，田家运.基于模块化组合技术的35kV装配式变电站[J].农村电气化，2016（03）：26-27.

[4]许学亮，周晋中.“两型一化”在变电站设计中的应用[J].电力技术， 2010，19（01）：47-49.

作者简介

田家运（1984-），男，现为国电南瑞科技股份有限公司工程师。研究方向为电力系统及其自动化。

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中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0100-01

国民经济与社会发展相当快速，与之伴随而来的是对能源需求的快速增长和人力资源的紧张、建设工期紧、电网工程质量与工艺要求越来越高之间所形成的突出矛盾。因此，需要对变电站施工进度进行提高，提高工程施工质量，这就对模块化、标准化与工厂化生产的应用与推广提供了机会。变电站二次设备现场接线、调试的工作量相当大，但是现场施工却需要等待土建、电气一次等专业施工完毕之后才能够进场，对工程的建设周期产生了严重的制约。利用预制式二次组合设备，则能够让整套二次设备由厂家来集成，让工程化加工最大化，减少现场中的二次接线，同时还能够有效的减少设计，施工、调试等方面的工作量，对检修维护工作进行简化，有效的缩短建设周期。

1 变电站二次系统建设现状

当前在智能变电站的建设过程中，二次设备都是在施工现场来完成安装与调试的，这就主要存在有以下的一些问题。

1）会受到施工工序限制，施工周期较长。二次屏柜的安装是在土建施工结束之后方能进行;与二次系统的光/电缆接线，也是在屏柜安装完成后才能进行。这就让二次系统的安装调试受制于土建、一次设备的施工安装时间及进度。

2）现场工作量较大，效率不高。智能变电站的调试项目相当多，并且技术较为复杂，这就要求厂家的售后人员必须要常驻现场进行参与到施工调试之中，这种方式效率较低，并且当智能变电站在电网内全面推广建设之后，各个厂家以及调试单位往往难以进行有效的应对。

3）现场施工环境不好，存在一定的隐患。智能变电站中使用了大量的光口接线，但是工程现场施工环境不好，有着大量的灰尘，并且二次设备装置的光口不能够得到有效的保护，这对装置光口后期运行的性能以及寿命带来隐患。

4）需要设置独立的二次小室，导致占地面积增加。常规的二次设备都需要设置独立的控制室，需占用土地资源，即增加土建施工量又不利于土地资源的节约。

2 采用预制舱式组合二次设备的优势

二次设备在厂家集成安装并完成接线，这有助于对二次设备功能的整合，能够改善设备的集中与集成度，有效的节约设备及减少现场工作量，并符合“资源节约型”的技术要求。

预制舱式组合二次设备对联调模式也进行了改变，利用工场联调+现场调试模式。在工场中模拟出设计的运行情况，对全站五防逻辑、信号点表命名等设备SCD文件的固化工作进行完成，在现场仅仅需要和以此设备之间进行传动验证。

简化了二次设计，工场连调完成后即可生成完整的虚端子点表，可依据各地调度的不同要求附在设计文件中。

相对于常规变电站，采用预制舱式组合二次设备可以有效的减少建筑占地面积。预制舱式组合二次设备使用工厂加工、现场吊装的方法，省去了建筑物施工过程之中的结构、砌筑、装饰以及电气安装等多个环节，有效的减少了环境污染。[1]与此同时还可以减少粉尘污染，对舱内二次设备提供了良好的工作环节，有效的保证了设备的安全可靠性。

同时因为对减少流程进行了改善，将传统的串行施工模式，改为并行施工模式，这样可以有效的提高设计、施工的效率，有效的缩减了建设工期，同时还可以大幅度的减少二次设备的现场的调试项目。因为预制舱实用的是环保集成材料来进行拼装，就地布置在配电间隔内，能有效的减少二次光/电缆的长度，使得工程造价得以降低。

3 预制舱式组合二次设备的布置方式

1）将单个舱体设备进行单列排放。这种方式中，传统屏柜不靠墙安装，在前后都留出维护用的通道，对于厂家来讲是最方便实现的，但是缺点也很明显就是所能够布置的屏柜较少，并且空间利用不高，只适合用于评估数量比较少的时候。

2）单舱体设备成双列靠墙进行布置。屏柜在舱体之内沿着舱体的长度方向来进行双列布置，布置在舱体的两侧，将屏柜的前面面向舱体，屏柜的后部则是紧贴在舱壁出。但是当前传统的机柜都要求前后开门，将屏的正面是用来操作与显示的面板，在其背面则为接线区，因此如果是采用这种方式，那么就需要对后门进行取消，对机柜进行相应的改动，对机柜的接线方式以及接线位置都进行相对应的改动。主要可以使用以下两种方案。

①使用前开门接线的机柜：

将装置布置在机柜门上，以此来实现装置的背面接线，这样可解决机柜单侧开门所产生的背面接线困难的问题进。

②屏内装置在板前安装，实现板前接线：

这种方式不需要开后门，装置使用的是板前安装，板前接线，所有的接线与维护等各种操作都是在机柜的正面完成。这种形式的机柜能够节省空间，并还可以让二次设备光纤接口实现屏前接线。但是这种方式需要对屏内现有的装置结构进行对应的调整。[2]当前国内已有设备厂家开发研制出了这样的产品，能够在保持现有的装置硬件结构不变的情况之下，将装置面板翻起，进而实现板前安装与板前接线。

3）将两个舱体并接，使用设备不靠墙安装。这种是在第一种方案的基础之上，使用拼舱的方式。这种方案在布置通信屏柜或者是站控层服务器柜时相当实用，能够有效的满足规范空间要求，并且在运行上相当的方便。两个舱能够公用空调、照明等各种辅助系统，能够有效的节约部分投资。

总之，运用预制舱式组合二次设备能够有效的实现二次设备的配送式建设方式，对智能变电站二次系统的建设模式与流程进行有效的改善，能够有效的提高工程建设效率，对工程安全与工艺质量进行有效的提高，并且更加的节约和环保，并响应了国家电网公司关于明确输变电电网工程“两型三新一化”建设技术的要求。

可以说是配送式智能变电站建设的一种革命性的进步。在今后应该将预制舱式组合二次设备的模块化与标准化工作作为重点，尽快的构建起模块化的具体划分原则，并与通用设计以及通用设备进行有机的结合，对各级电压等级变电站的魔抗划分方案进行细化，让方案设计、物资采购、施工等都能够实现标准化，进而实现二次设备的标准化配送。

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为助于智能电网模式转变，实现调控整体建设，引导智能电网和变电站发展的方向，就有必要将现有的智能变电站设计、建设、运行及检修的经验与存在的问题进行分析研究，结合设计、建设、运行及检修方法转变，进行新一代智能变电站研究，整理、归纳智能变电站功能的需求，深入智能变电站核心理论和技术研究以及设备开发，努力在智能电网领域达到中国创造和引领的目的。目前，变电站的设计主要采用供应商主导分专业的设计方式，无法达到变电站整体优化的目标。设计方法与理念受到设备与技术水平的限制，配置和控制等方案仍存在进一步的提升可能。新一代的变电站可实现由分专业的设计转变为集成化设计。通过集成化设计，可确认设备所具有的功能及其需求，有助于设备的开发；通过对主接线及总平面的优化，可提高智能变电站的设计技术水平，保证将先进的理念和方法应用到设计当中。

1 新一代智能变电站设计理念

1.1 系统高度集成

新一代智能变电站通过整合系统功能、优化结构布局、采用“一体化设备、一体化网络、一体化系统”为技术构架，有效提升变电站优化集成设计水平。“高度集成”的设计理念包括：一次与二次设备高度集成、IED装置高度集成、网络高度集成、站域平台高度集成及设备空间高度集成5个方面。

1.2 结构合理布局

在保证电网具备足够的安全性的条件下，对变电站的主接线进行优化，适当地降低互感器的数量，对一次设备进行合理的位置安排，节约变电站设备及基建的费用；将一次设备与传感器进行整体化设计，在电子互感器稳定成熟后，可以集成于一次设备当中，从而进一步地增加设备的集成度，使设备所占体积减少；利用好一次设备空余的面积，将有关二次设备放在一次设备的附近进行就地摆放和安装，与此同时，采取新型安装机械设备及检修装置，便于恶劣气候条件检修及维护；减少二次设备屏柜的数量，从而节省建筑面积。

1.3 支撑调控一体

优化设备告警信息直传、变电站全景远程浏览等功能，简化一体化监控系统配置；深化一键式顺序控制应用，同时提升高级功能应用水平，满足无人值守及“大运行”管理模式需求。

1.4 设备先进适用

新一代智能变电站采用智能化一次设备，集成化二次系统，改进现有设备，研制新型设备，技术指标先进、性能稳定，全寿命周期长；变电站设计、调试技术取得突破，设计、配置、调试工具方便高效。采用基于图形用户界面的设计、配置成套工具，二次虚端子接线设计文件与变电站配置文件无缝接口，CAD图形文件与SCD模型文件可同步转换，并具备图形连接与模型中虚端子自动匹配和校核功能。变电站设计、安装、调试效率大大提高。

1.5 经济节能环保

新一代智能变电站使用的IED减少30%以上，网络交换机减少50%，占地减少40%～50%，建筑面积减少62.5%，现场安装工作量减少60%以上，有效体现智能变电站集成化、模块化、一体化、标准化和工业化的发展理念。

2 智能变电站关键设备及技术

2009年起，在国网范围内共安排了两批47座新建智能变电站试点工程建设，试点工程涉及24个网、省、直辖市，覆盖从66kV？750kV不同电HI等级，采用AIS、GIS、HGIS等设备，涵盖户外、户内、地下变电站等多种类型。至2011年底，智能变电站试点项目已经梭工投产41座，在技术突破、设备创新、功能提升等方面取得了阶段性成果。

2.1 电子式互感器

电子式互感器在智能变电站试点工程中得到广泛应用。其中，电子式电流互感器有源型、无源型约各占1/2；电子式电压互感器绝大多数为有源型，组合式电流电压互感器也绝大多数为有源型，而从整站配置来看，罗氏线圈电流互感器+电容分压式电压互感器是目前电子式互感器的主流配置。在安装方式上，大多数电子式互感器用与HGIS、GIS、开关柜、套管集成安装的安装方式。

作为智能变电站的重要设备，电子互感器在集数字化、控制网络化、设备紧凑化、状态可视化、检修状态化等方面发挥了重要的作用，但也因运行时间相对较短、技术还未完全成熟，在实际应用中稳定性、可靠性较常规互感器低。

因电子式互感器的研发、制造、应用仍处于初步阶段，在选型配置规范化、安装调试、运行维护方面，还需完善，尤其在可靠性、稳定性等产品制造方面还存在一些问题，通过优化设计、提高质量、严格测试、规范标准等手段，电子式互感器应用有更广阔的前景。

2.2 智能终端

智能终端从功能角度是一种继电保护装置，也是一种执行元件，与间隔层保护控制器、负责数据采样的合并单元（MU）共同组成智能变电站集成保护平台。它的控制对象可以是断路器、刀闸、主变压器等一次设备。其主要功能有：（1）控制输出功能。智能终端具有开关量（DO）输出功能，而且应具有可扩展性，输出量点数可根据工程需要灵活配置；继电器输出接点容量应满足现场实际需要。可以通过模块化设计，来实现可扩展性和灵活配置。（2）GOOSE命令记录功能，即具有简单的事件顺序记录功能（SOE）。记录的内容有：收到GOOSE命令时刻、GOOSE命令的来源及保护跳合闸等动作时刻等，并能提供便捷的查看方法。（3）断路器控制功能。可根据工程需要选择分相控制或三相控制等不同模式。一般情况下，220 kV 及以上电压等级的断路器都是采用分相控制的。在初期阶段，能够实现简单的分合闸控制功能即可。

2.3 合并单元

合并单元是电子式互感器与保护、测控等装置的接口设备，在智能变电站信息传递中起着重要的纽带作用，其不同的配置方案对智能变电站的稳定、可靠运行具有重要影响。在试点智能变电站中，合并单元配置主要有两种布置方式，即室内布置方式与就地布置方式。

合并单元在调试、运行和检修过程的问题主要有：（1）合并单元与互感器、采集器之间的干扰问题。（2）合并单元装置耐高温、抗干扰问题。智能变电站通过合并单元的应用，实现了电流、电压等模拟量信息的共享，使以往的硬接线模拟量传输方式转化为光纤数字传输方式，简化了二次接线，节省了大量的电缆硬接线。随着智能变电站信息应用的扩展和功能应用的提升，合并单元的作用将更加凸显。

2.4 高压开关设备与智能组件整合

通过模块化的测量、控制、保护、监测、计量传感器部件和统一化的电源、信号接口标准，研究高压开关设备与智能组件整合技术，采用内置插接方式与一次设备集成，实现一次智能设备的测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化。

2.5 时间同步系统

智能变电站的二次系统中电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备，保护测控设备的电流电压等样值输入也由模拟信号转变为数字信号输入，信息的共享程度和数据的实时性大幅度提高，这些变化对智能变电站的时钟同步系统提出了严格的要求。应用IEEC 61588对时可在避免专门铺设光纤同步网，只需交换机支持该标准即可。目前支持该标准的交换机价格比较昂贵，在变电站具体实施过程又缺乏具体的设计及运行规范。随着二次设备就地化、支持IEC61588对时的网络交换机成熟及价格下降，IEC 61588对时技术在智能变电站将会广泛应用。

3 未来发展方向

目前，虽然智能变电站知识部分实现了一次设备与二次系统的提升，仍存在着占地面积大、运行效率低等一些问题。一次设备智能化的程度较低，即使实现了一次、二次设备间的数字化连接，但因为智能终端与合并单元的出现，现场增加大量的接口设备，难以实现和一次设备整体化设计；此外，二次系统目前有较大的突破，基本实现了数字信息化，但网络实现的过程太过复杂，对于信息的传递是否可靠还需进一步的验证，还未实现信息一体化平台建设。而对于新一代的智能变电站，将会达到统一标准、整体化设计、先进且实用的发展目标，这也就对一次设备占地面积大小、智能化的程度，二次系统的集成程度、支撑调控一体化等问题提出了更高的要求。

4 结语

目前，智能变电站在技术、设备、功能等水平方面实现了较大提升，总体造价与常规变电站相比基本相当，但与外部运行管理转变要求和内部自身技术发展要求相比仍存在差距，建设理念需要突破，关键技术需要创新，专业管理有待提升，需要开展新一代智能变电站的研究和建设。

参考文献：

[1]倪益民，杨宇，樊陈，郭艳霞，窦仁晖，黄国方.智能变电站二次设备集成方案讨论[J].电力系统自动化，2014，03：194-199.

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21世纪电力系统的重大科技发展方向是智能电网，世界各国提出了不同的智能电网建设方案，我国国家电网公司也于2009年5月提出了具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网的发展目标，其变电环节中智能变电站建设是关键技术。本文简述了智能化变电站的涵义，介绍了智能变电站的优越性，重点讲述智能变电站的设计思想以及实现方式，并对智能变电站的未来发展进行了展望。

1 智能变电站的概念

《智能变电站导则》（Q/GDW383-2009）定义了智能变电站：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。从定义中分析可见，智能变电站最终目标是实现运行维护的高效化。

2 智能变电站的技术特点

当前我国变电环节包括数字化变电站和常规化变电站两种模式，相比这两种模式，智能变电站有独特的优越性。

传统变电站的监控系统由间隔层和站控层组成，没有统一建模，实行多种规约，变电站包含多种网络，例如PMU、保护及监控等。间隔层主要包含保护、测量、计量等二次设备。站控层由远方通信接口、操作员工作站、带数据库的计算机等设备共同构成。一次设备和互感器，采用常规控制电缆硬接线的方式，与站控层交换数据信息。传统变电站采用了重复的资源，系统结构及厂站设计比较复杂，不利于厂站调试，互操作性不好。

数字变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备按过程层、间隔层和站控层分层构建，其中间隔层和站控层的设备构成大致等同于传统的变电站监控系统。数字变电站采用统一的IEC 61850通信规约，能够实现变电站内智能电气设备间的信息共享和互操作。数字变电站所有信息采集、传输、处理、输出的信息均为数字信息，而非传统变电站的模拟信息。

智能变电站的底层物理框架是数字化变电站技术。在这个物理框架基础上，智能变电站还需要融入多项体现智能化并适应智能电网需要的高级应用技术。

3 智能变电站的设计思想

智能变电站融合了智能化的一次设备和网络化的二次设备，采用全新的自动化标准――IEC 61850通信规约。从功能上，智能变电站分为设备层和系统层两层结构：设备层由智能设备构成，包括智能变压器、智能GIS、智能开关以及其他智能设备，以电气间隔为单位进行模块化设计，按照IEC 61850标准建模并通信，完成能量传输、测量、控制、保护、计量等功能；系统层具备基本数据处理和高级应用等功能，包括网络通信系统、对时系统、后台监控系统、高级应用系统等，系统层设备按照IEC 61850标准建模并通信，高级功能模块也可参照IEC 61970标准。

4 智能变电站的实现方案

4.1 智能设备及其技术优势

4.1.1 智能设备

高压设备是电网的基本单元，高压设备智能化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》对一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：智能一次设备将传感器或/和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/和控制目的；智能变电站中的一次设备将互感器与变压器、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；智能变电站中的一次设备还能在智能组件中，将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计，实现智能变电站中的一、二次设备的融合。

智能组件是由智能设备组成的，为实现某一功能而应用的智能设备集合。

智能开关设备在具备了传统的开关和控制控制功能，增加了智能化的监测、诊断等功能，具体包括：智能控制、选相位分合闸、机械储能和电容储能间的转换，机械传动和电机驱动力之间的转换等。

电子式互感器是具有代表性智能一次设备。与传统变电站的电磁式互感器不同，智能变电站建设使用了电子式互感器，提高了数据传输的速度与精度，解决了电磁式互感器的“饱和”问题。电子式互感器是由多个电流、电压互感器组成的装置，其传输的信息量与被测量量成正比。通常传感单元与一台合并单元共同组成电子式互感器。其中传感单元为远程装置，安装在变电站的一次侧，负责高压信号的采集和整理，并将高压信号转换为数字信号。合并单元通常安装在二次侧，负责同步合并处理传感单元远程传输的信号。

4.1.2 智能设备的技术优势

智能设备集成化、模块化的设计方案，相比传统变电站具有较多的技术优势：取消了大量的二次电缆；高压设备和弱电系统没有了电气联系，使得二次系统更加安全，一次设备功能综合组件；厂内调试完毕运输到现场，无需二次接线，节省了建设工期，也避免了现场施工引起的安全隐患；取消了过程层交换机和网络设备，也提高了过程层通信的可靠性和实时性；实现了数据源的统一和数据高度共享，为系统层功能的集成和实现奠定了基础。

4.2系统层功能设计

智能变电站系统层功能分为两个层次：基础功能和高级应用。

4.2.1 系统层基础功能

系统层基础功能主要为对各种数据的处理，由于实现了数据源统一和数据共享，系统层的设备不仅处理常规变电站自动化系统的SCADA数据，还要处理故障录波、在线监测、点能量、PMU、电能质量等多种类型的数据。系统层功能主要由配置的主机和各种工作站、服务器完成，除了满足全站的四遥功能外，还具备以下功能：程序化操作，全站防误闭锁，点能量采集，电能质量监测，在线监测数据的处理，同步向量采集，故障录波数据的采集，保护信息处理。

4.2.2 高级应用

高级应用是区别于传统变电站的主要特点之一，也是变电站自动化为了适应智能调度和智能电网需要所进行的应用拓展。高级应用的包括：设备状态监测、基于多信息融合技术的综合故障诊断、防误功能扩展应用、智能告警及事故信息综合分析决策、智能操作票系统、电压无功自动分析控制等。

5 智能变电站的发展展望

随着电力需求的高度增长，数字经济的发展，环境监管的严格以及各国能源政策的调整，客户对电能质量的要求逐步提高，传统的电力网络难以满足这些发展要求。为了满足电力供应的节能、环保、高效、可靠、稳定及可持续发展的要求，智能电网势在必行。目前，我国变电环节包括数字化变电站和常规化变电站两种模式，已投入使用的数字化变电站仅有200多座，智能变电站的建设技术正在高速的储备和快速的发展之中。根据技术发展现状，智能变电站的建设需要分步骤实施：在近阶段，以数字化变电站技术为基础，从生产上的迫切需求出发，探索并研究符合智能变电站要求的物理构架和支撑技术；在未来几年，随着在线监测技术、资产全寿命周期管理理论以及高级应用技术的发展，逐步完善和建设具有高级应用功能的智能变电站。

参考文献：

[1]Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[S]. 国家电网公司, 2009.

[2]陈树勇, 宋书芳. 智能电网技术综述[J]. 电网技术, 2009,33(8)：1-7.