智能变电站二次系统集成技术研究与应用

一、引言

智能变电站是采用先进、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。二次系统作为智能变电站的重要组成部分，实现了对一次设备的控制、保护、监测和计量等功能。二次系统集成技术的发展，极大地提升了智能变电站的整体性能和智能化水平，对于提高电力系统的供电可靠性和运行效率具有不可替代的作用。

二、智能变电站二次系统集成技术的特点

(一)信息数字化

智能变电站二次系统采用数字化技术，将一次设备的模拟量和开关量转换为数字信号进行传输和处理。与传统变电站的模拟信号传输相比，数字信号具有抗干扰能力强、传输精度高、便于共享和处理等优点，能够实现变电站信息的快速、准确传输，为二次系统的智能化功能实现奠定了基础。

(二)通信网络化

通过建立高速可靠的通信网络，智能变电站二次系统实现了设备之间的互联互通。通信网络采用以太网等标准通信协议，具备高带宽、低延时的特性，能够满足实时数据传输和控制信号交互的要求。网络化通信使得二次设备之间的数据共享更加便捷，减少了大量的二次电缆连接，降低了建设成本和维护难度。

(三)功能集成化

智能变电站二次系统将传统变电站中多个独立的二次设备功能进行整合，实现了功能的高度集成。例如，保护装置不仅具备基本的保护功能，还融合了测量、控制、监测等功能，通过软件逻辑实现不同功能之间的协同工作。功能集成化减少了设备数量和占地面积，提高了系统的可靠性和可维护性。

三、智能变电站二次系统架构

智能变电站二次系统架构主要分为站控层、间隔层和过程层三个层次，各层次之间通过通信网络实现信息交互。

(一)站控层

站控层是智能变电站二次系统的核心管理层，主要由监控主机、远动装置、工程师站、五防工作站等设备组成。站控层实现对全站设备的监视、控制和管理功能，通过与间隔层和过程层设备通信，获取变电站实时运行数据，并对数据进行分析处理，实现对变电站设备的远程控制和调度指挥。同时，站控层还负责与上级调度中心通信，上传变电站运行信息，接收调度指令。

(二)间隔层

间隔层设备按一次设备间隔进行配置，主要包括保护装置、测控装置、计量装置等。间隔层设备实现对本间隔一次设备的保护、测量、控制和计量等功能，通过通信网络与站控层和过程层设备进行数据交互。间隔层设备之间相互独立，具备一定的自治能力，当通信网络出现故障时，能够独立完成本间隔设备的保护和控制任务，保障变电站的安全运行。

(三)过程层

过程层是智能变电站二次系统与一次设备的接口层，主要由合并单元、智能终端等设备组成。合并单元负责将一次设备的电流、电压互感器输出的模拟信号转换为数字信号，并按照标准通信协议进行打包传输。智能终端实现对一次设备的控制和状态监测，通过接收间隔层设备的控制命令，完成对断路器、隔离开关等一次设备的分合闸操作，同时将一次设备的状态信号上传至间隔层和站控层设备。

四、智能变电站二次系统集成关键技术

(一)IEC61850标准

IEC61850标准是智能变电站二次系统集成的核心标准，它定义了变电站自动化系统的通信体系结构、数据模型和通信服务，实现了不同厂家设备之间的互操作性。通过采用IEC61850标准，智能变电站二次系统中的设备能够实现无缝连接和信息共享，打破了传统变电站中设备之间通信的壁垒，提高了系统的集成度和开放性。

(二)电子式互感器技术

电子式互感器是智能变电站二次系统的关键设备之一，与传统电磁式互感器相比，具有体积小、重量轻、绝缘性能好、动态范围大等优点。电子式互感器采用光学、电子学等技术，将一次侧的电流和电压信号转换为数字信号输出，避免了电磁式互感器存在的饱和、铁磁谐振等问题，提高了测量精度和可靠性，为智能变电站二次系统的数字化和智能化发展提供了有力支持。

五、智能变电站二次系统集成技术的应用

(一)工程实例分析

以某新建智能变电站为例，该变电站采用了先进的二次系统集成技术，实现了全站信息数字化、通信平台网络化和信息共享标准化。在二次系统架构方面，严格按照站控层、间隔层和过程层三层结构进行设计，各层次设备之间通过高速以太网通信网络实现互联互通。

站控层配置了高性能的监控主机和远动装置，实现了对全站设备的实时监视和远程控制。监控主机采用双机冗余配置，确保系统的可靠性。远动装置通过专用通道与上级调度中心通信，实现了变电站运行信息的实时上传和调度指令的下达。

(二)应用效果评估

通过对该智能变电站二次系统集成技术应用效果的评估，发现其在以下几个方面取得了显著成效：

1.提高了变电站的运行可靠性：二次系统设备的功能集成化和智能化，减少了设备之间的连接环节，降低了设备故障概率。同时，通信网络的冗余配置和快速自愈技术，保障了信息传输的可靠性，提高了变电站的整体运行可靠性。

2.提升了变电站的智能化水平：信息数字化、通信网络化和设备智能化使得变电站能够实现实时自动控制、智能调节、在线分析决策等高级功能。例如，通过对变电站运行数据的实时分析，能够及时发现设备潜在故障，并采取相应的措施进行处理，提高了设备的运维效率和可靠性。

六、智能变电站二次系统集成技术的发展趋势

(一)与大数据、云计算技术融合

随着电力系统智能化水平的不断提高，智能变电站产生的数据量越来越大。未来，智能变电站二次系统将与大数据、云计算技术深度融合，通过对海量运行数据的分析挖掘，实现对变电站设备的状态评估、故障预测和优化运维。云计算技术将为数据的存储和处理提供强大的计算能力支持，提高数据分析效率和准确性。

(二)向分布式智能方向发展

分布式智能是智能变电站二次系统未来的发展方向之一。在分布式智能架构下，二次系统中的设备将具备更强的自治能力和协同工作能力，能够根据本地采集的数据和全局信息进行自主决策和控制。分布式智能技术将提高系统的可靠性和灵活性，降低对集中控制的依赖，更好地适应智能电网复杂多变的运行环境。

七、结论

智能变电站二次系统集成技术作为智能电网建设的关键技术，对于提高变电站的智能化水平、保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。本文通过对智能变电站二次系统集成技术的特点、架构、关键技术以及应用情况的研究分析，阐述了该技术在提高变电站运行可靠性、智能化水平和降低建设运维成本等方面取得的显著成效。同时，对智能变电站二次系统集成技术的未来发展趋势进行了展望，随着大数据、云计算、分布式智能等新技术的不断发展和应用，智能变电站二次系统将迎来更加广阔的发展空间。在未来的智能电网建设中，应进一步加强对二次系统集成技术的研究和创新，推动技术标准的完善和统一，促进智能变电站二次系统的广泛应用和持续发展。

参考文献：

[1]宋娜.以虚拟原型技术为基础的机电一体化建模探析[J].机电产品开发与创新，2023，38(02)：178-180.

[2]汤莉.机电一体化技术在数控镗铣床改造中的应用研究[J].机电产品开发与创新，2023，38(02)：144-146.

[3]侯洁，杜鹃，闫明蔚.基于机电一体化的配电柜智能巡检系统设计[J].电气技术与经济，2023，(03)：84-86.