金一平
（济南和兴电力工程设计有限公司山东济南250010）
摘要:为了贯彻执行国家电网公司提出的推动设计理念创新，引领智能变电站工程技术进步的目标，本文研究探讨了新一代智能变电站的一些新技术和新设备的应用，形成了“安全可靠、节约环保、功能集成、配置优化”的智能变电站设计方案理念。
关键词:智能变电站；3D智能化设计；智能设备；三维设计；
1引言
随着近几年的大规模建设，我国电网已初步形成西电东送、南北互供、全国联网的格局，电网发展滞后的矛盾得到较大缓解。但与世界先进水平相比，在电网规模、网络结构、环境保护、应用新技术方面存在较大差距，造成电网输送能力较低、运行经济性较差。为适应我国电网未来的快速发展,新技术的应用已非常必要。
根据国家电网公司提出的建设“一强三优”现代公司的发展目标，未来几年电网规模和建设规模进一步扩大，如果不采用新技术，将会造成巨大的资源浪费和投资浪费。在大规模的电网建设中，采用新技术、新设备等措施后，电网输送能力将大大提高。同时，可以进一步改善和提高电网运行的可靠性，确保电网的安全稳定运行。
2新一代智能变电站的新技术和新设备应用
2.1全站3D智能化设计
应用国际领先的三维电气设计软件Bentley进行全站3D设计，实现了变电站设计智能化、电气距离校验数字化。该软件具有强大的功能：
（1）可以快速完成二维原理的设计，智能进行3D设备布置，模拟3D导线，进行导线受力分析，生成导线施工报表等设计工作。还可以完成防雷，接地，照明，电缆敷设等辅助系统设计，帮助设计人员高质高效的完成变电设计的电气部分。
（2）在三维模型中，可以精确地计算带电体之间的空间距离，有效地避免因带电距离不满足要求而造成的设计失误。
（3）从三维模型中可以快速生成二维的平断面图纸，快速完成相关设计。
（4）各专业软件都基于统一的图形平台Microstation和数据平台ProjectWise，专业间的设计数据可以充分的共享，真正的进行协同设计，提高整体的设计效率。
图1Bentley软件制图界面
2.2采用智能化一次设备
（1）智能主变压器
智能变压器是未来的发展方向，其定义应为：在变压器本体设计中采用传感、通讯、计算机、人工智能等技术，对变压器的运行状况进行监测和诊断，使设备具备自身状态在线监测、自动控制和诊断评估的功能。并具备智能化的通信接口，即时传递所有监测信息。
智能变压器包括变压器本体、传感器和智能组件，变压器本体内部嵌入各类传感器和执行器。智能组件包括智能终端、状态监测单元、合并单元和智能冷却系统等。
图2智能变压器示意
1）从系统层向左看是智能变压器，建立了标准数字化接口，符合IEC61850标准。
2）大量的电缆硬连接变为光纤连接。
3）采用双合并单元双冗余设计，增加可靠性。
4）拥有各类通信接口，可供油色谱分在线监测、局放在线监测等设备。
5）模块化设计，可方便能够适合各种电压等级。
（2）智能化GIS
新一代的智能变电站220kV和110kV配电装置采用GIS设备，GIS智能单元就地安装在智能汇控柜内与开关设备配合实现一次设备的智能化。
功能一体化设计体现在：
内置传感器与开关设备的一体化设计、安装、试验。
电子式互感器+合并单元就地安装，实现二次电流、电压智能化采集处理。
智能组件涵盖了测量、控制、监测等多项功能。通过网络化通信平台实现信息共享，简化硬件配置，提升功能的一体化程度。
计算机监控系统、系统继电保护设备及其它智能设备统一采用IEC61850规约。规约的统一，可以取消计算机监控系统以太网、保护及故障录波信息子站以太网内的通讯规约转换设备。在保证通信可靠的前提下能够有效的降低造价，减少了运行、检修、维护工作量，并使得系统具备更优良的可扩展性。
目前，已经建设的智能变电站均实现了合并单元、智能终端的就地化，但它们和一次设备间还需要电缆连接，设计施工的工作量依然较大。本文提出的智能组件设备是合并单元和智能终端统一集成至一次设备，出厂时接线、安装、调试完毕，实现现场零接线。这样不仅能简化现场的施工调试，还可通过接口和回路的优化来进一步降低制造和维护的成本。
2.310kV设备采用环保型C-GIS气体绝缘金属封闭开关柜
环保型C-GIS气体绝缘金属封闭开关柜充注气体为洁净干燥压缩空气（D-air）或氮气（N2），内配固封极柱真空断路器，体积比AIS产品小很多，与充SF6气体绝缘的C-GIS产品基本相同。充入D-air或N2，无SF6气体使用，为真正意义上的绿色环保产品。
这种环保型C-GIS气体绝缘金属封闭开关柜具有以下优点：
1）不受环境影响。
2）设计紧凑、减少了占地面积。
3）免维护，供电可靠性更高，运行操作更安全。
4）环保。使用低压力的D-air、N2气体作为绝缘介质，完全替代SF6气体；采用真空灭弧室为主回路开断元件，无有毒有害气体产生。
5）环保型C-GIS气体绝缘金属封闭开关柜间有专用母线连接装置，便于现场安装对接，且可最多5面柜不解体运输，在工厂内完成调试，减少现场的安装接线工作量。
图3新一代智能一次设备示意图
2.4应用CDEGS变电站接地网综合设计平台优化接地网设计
在变电站中要确保人身和设备的安全，维护电力系统的可靠运行，需要改变仅强调降低接地电阻的传统观念；接地网的设计必须将变电站接地电阻、接触电位差和跨步电位差等性能指标综合考虑，依靠大量计算获得全寿命周期成本最优的设计方案。
变电站发生接地故障时，接地故障电流不是完全通过接地网入地的，部分故障电流通过变压器中性点回流，部分故障电流通过架空地线-杆塔系统由杆塔接地网入地，而变电站地电位升高只由本站接地网入地电流决定。而现在进行接地网设计时，往往只简化考虑避雷线的分流，忽略了中性点分流作用，并且避雷线分流系数采用的只是一个估计值，没有区分变电站的具体出线规模和近远期规划对避雷线分流系数的影响。因此，有必要对中性点和避雷线的分流系统进行详细计算，确定本站接地网可能的最大入地电流。
通过应用接地计算软件CDEGS对全站接地网进行优化设计，能够更好的保证人身、设备安全，实现接地网精细化设计，合理使用接地材料，降低工程投资。
2.5二次设备集成优化
（1）全站合并单元智能终端一体化设计，智能组件柜与开关汇控柜集成，并将SF6和开关特性在线监测等IED就地安装与此柜，实现了变电站数据采集、处理、状态监测与控制的高度融合。
（2）10kV保护、测控、计量一体化设计。
（3）全站网络高度集成。采用开放式分层分布式结构，MMS、GOOSE、SV信息共网传输，装置GOOSE、SV报文端口共口设计，站内光缆长度减半。
2.6一体化信息平台及高级应用
站内采用一体化信息平台，一体化信息平台与变电站自动化系统、状态监测系统、智能辅控系统整合，实现全景数据监测。一体化信息平台减少了智能变电站的设备数量和投资，提高了设备工作和检修效率，有利于实现运维一体化。
从全景数据平台可以方便的访问到更多数据，在全景数据平台的基础上，实现更为智能化的各种高级应用，包括顺序控制、一体化五防、支撑经济运行与优化控制、智能告警与故障信息综合分析决策、源端维护等，提高了操作效率，减少或杜绝因人为原因导致的误操作，提高了变电站的安全、经济运行水平。
2.7采用图模一体可视化智能站设计软件和三维设计
（1）一次系统SSD可视化建模，实现智能装置类型管理，完成图模一体化二次回路设计。
（2）采用可视化设计，消除不可见数据逻辑及网络连接等二次系统安全隐患。
（3）实现对SCD文件全过程管理，便于维护扩建。
（4）规范装置类型模型，实现ICD文件版本管理、智能装置分层管理、ICD文件校验、IED互换性设计、可视化装置配置。
（5）站内建模统一采用IEC61850，与调控端IEC61970无缝对接,支持“调控一体”。
（6）与三维设计结合，为业主提供全过程数字移交，为“大建设大运行、大检修”提供全部基础数据。
3结语
新一代智能变电站的设计采用先进的技术与设备能够节省投资，节约环保，减少缆线，综合布线清晰美观。自动化系统三网合一，双网配置，确保网络安全，避免网络风暴。保护测控一体化是智能变电站的发展趋势，不仅减少装置，减少节点及交换机数量，同时减少了设备之间的连线，大大降低了事故发生的概率，提高了运行的安全可靠性。
参考文献
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[2]刘振亚，智能电网技术.中国电力出版社，2011
[3]修黎明，高湛军，黄德斌，唐毅，智能变电站二次系统设计方法研究.电力系统保护与控制，2010，38（19）：219-222