网络系统是智能化变电站自动化系统的命脉,它的可*性与信息传输的快速性决定了系统的可用性。常规变电站自动化系统中单套保护装置的信息采集与保护算法的运行一般是在同一个CPU控制下进行的,使得同步采样、A/D转换,运算、输出控制命令整个流程快速,简捷,而全智能化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的,如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题,其最基本的条件是网络的适应性,关键技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定。

采用通常的现场总线技术不能胜任数字化变电站自动化的技术要求。以太网异军突起,已经进入工业自动化过程控制领域,固化OSI七层协议,速率达到1000M的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现,智能化变电站自动化系统的两级网络全部采用1000M以太网技术已经是可行的。

智能化变电站应用发展中的主要问题

国外已有一定的成熟经验,国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究,并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来,主要存在的问题是:

(1) 研究开发过程中专业协作需要加强,比如智能化一次的研究：至少存在机、电、光三个专业协同攻关的问题、而且一次厂家因为利润低等原因意愿不大，主要是二次倒逼一次;

(2) 材料器件方面的缺陷及改进：主要还在于数字式互感器的可靠性和环境兼容性等问题;

(3) 试验设备、测试方法、检验标准,特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。

智能化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部智能化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，相信智能化的变电站自动化系统会有一个蓬勃的发展期。国内已有数个智能化变电站顺利投运,运行时间最长的已达4年,总的来看设备运行平稳,各类数据采集、传输无误,保护和自动装置动作正常,说明智能化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验,满足了安全、稳定的系统运行要求。但智能化变电站应用发展中遇到的主要问题,还有待进一步深入研究和解决。

⑴ 各类数据从源头实现数字化,真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用智能化电气测量系统,如光电/电子式互感器,实现了电气量数据采集的智能化应用,并实现了由常规变电站的装置冗余向智能化变电站的信息冗余的转变,为实现智能电网的应用提供了基础。它打破常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等功能单一、相互独立的装置模式、改变了硬件重复配置、信息不共享、投资成本大的困局，实现了变电站由原来分散的二次系统装置，转变成为信息集成和功能合理优化、整合的智能化设备。

⑵ 系统结构更加紧凑,数字化电气量监测系统具有体积小、重量轻等特点,可以有效地集成在智能开关设备系统中,按变电站机电一体化 设计理念进行功能优化组合和设备布置。对一、二次设备进行统一建模,资源采用全局统一命名规则,变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信,从而简化系统维护、配置和工程实施。

⑶ 变电站设备实现广泛在线监测,使得设备状态检修更加科学可行。在智能化变电站中,可以有效地获取电网运行状态数据、各种智能电子装置IED(Intelligent ElectronicDevice)的故障和动作信息及信号回路状态。智能化变电站中将几乎不再存在未被监视的功能单元,在设备状态特征量的采集上没有盲区。设备检修策略可以从常规变电站设备的"定期检修"变成"状态检修",这将大大提高系统的可用性。

在变电站自动化领域中,智能化电气的发展,特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现,变电站自动化技术进入了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中,保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元,如A/D变换、光隔离器件、控制回路等将割列出来作为智能化一次设备的一部分。反言之,智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O部分;而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化,完整地安装在开关柜上,实现了变电站机电一体化设计。

智能化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备;在逻辑结构上可分为三个层次,根据IEC61850通信协议定义,这三个层次分别称为"过程层"、"间隔层"、"站控层"。所谓“过程层”就是由数字化变电站技术引进的合并单元和智能终端组成。

智能化变电站作为变电站发展的新的里程碑，也是科学技术发展的必然。

中央信号屏控制

最初的变电站控制全部靠电缆的继电器完成，当时的保护和控制完全由继电器串联回路构成。不但继电器的可靠性（尤其是时间继电器的可靠性）很差，而且大量的二次电缆很容易造成过热、绝缘、防火等问题。这时的变电站测量控制主要是观察中央信号屏。

微机综合自动化系统（总线方式）

在计算机技术尤其是单片机技术的发展下，由沈国荣院士等一批技术骨干发展出了微机继电保护装置，才有了继电保护的精确实现。

随着计算机技术的进步，变电站测控技术逐步实现了由计算机串口联网组成的总线式自动化系统，通信靠485或422串行总线完成。实现了变电站的基本遥信、遥测、遥脉和遥控的自动完成功能。但由于串行总线的通信速率问题，信息交换较为简单。

微机综合自动化系统（网络方式）

随着网络技术和装置硬件技术的发展，在间隔层装置内部集成网口得以实现。由于以太网的通信速率大大提升，变电站通信技术采用了对等式的网络传输模式，这时间隔层可以实现装置间的通信，从而发展出一系列像间隔五防等利用网络平台实现多台装置协作完成某一功能。这时的变电站自动化系统开始采用分层分布式的概念。把保护和测控等装置划归间隔层，把监控、远动系统划归站控层。

61850及数字化变电站

在网络方式的控制系统中，各个变电站自动化厂家采用的通信规约都不相同，导致厂家间的通信成为一大难题。在变电站实践过程中规约转换成了一大问题。采用统一规约的呼声逐渐强烈。此时号称要“一个世界，一个标准”的61850规约走来了。最初采用61850规约的变电站被成为“61850变电站”。

其实61850标准的最大特点是已纳入电子式互感器，并且为了实现分布式采样和就地控制而引入了“过程层”的概念，这就构成了数字化变电站。过程层就是由电子式互感器、合并器和智能终端组成的，他们之间全部采用光缆连接，取消了电缆的联系，彻底实现了装置间和装置与主控室的电气隔离。

智能化变电站的应用

为了在数字化变电站的基础上，提高变电站自动化系统的信息应用水平，实现智能电网的跨越，我们提出了智能电网的目标。统一数字化变电站的信息标准，加强变电站的管理水平，实现由变电运行一区向二、三、四区的资源整合，在站控层增加综合应用服务器、图形网关机和通信网关机等实现变电站信息平台的一体化，实现了全站信息数字化。

智能化变电站的环保卫士。上芃电气精心提供变电站提供全方位的SF6气体、变压器油等产品的智能化在线监测系统，公司是上海市科技创业基金会旗下企业。

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公司注重于物联网与传统电气行业产品的结合，全力提供基于4G的SF6气体密度、微水在线监控、红外线SF6气体泄漏监控、高压在线绝缘监测等先进的产品及服务。

公司分别获得全球创业周雏鹰奖、上海市创新基金、上海市科技创业基金会优秀会员、上海交通大学产投俱乐部优秀会员、上海市物联网协会优秀会员。

《供电企业现场作业技术问答 变电运维》为《供电企业现场作业技术问答》九个分册中的《变电运维》分册，包括电气设备运行及维护、电气设备的巡视检查和验收、倒闸操作、设备异常及事故处理、继电保护及自动装置、安全管理、综合管理、状态检修、智能化变电站及智能电网等内容。