摘 要
伴随着中国经济的快速发展，电力工业正面对着新的挑战。电网结构变得越来越复杂。特别是近年来，间歇性清洁能源的集成以及风力发电和光伏发电等的波动性需要更大的灵活性和可控性。对多样化服务的需求需要变电站更良好的互动。经济和社会发展需要更安全，更可靠，更高质量的变电站。由于资源和环境的限制，变电站必须更加高效，经济和环保。在这种情况下，如何保证电网的安全稳定运行，电网发展方式如何改变成为了一项问题。然而，由于互操作性差以及来自不同制造商的设备的高管理成本，传统变电站多年来未能适应智能电网建设的需要。
新能源技术，智能技术，信息技术和网络技术的突破性创新以及第三次工业革命的发展，使得强大的智能电网可以加速发展全球的联系。然后传统智能变电站的建设目前存在以下特点：1、建设周期长，主要体现在一二次设备的现场调试和联调时间长。2、土建工作量巨大，考虑到现场存在大量的建构筑物。3、变电站面积大，建设投资大。。
模块化变电站采用标准化设计，工厂加工和装配化的施工方式，大程度的优化了工程施工周期，减少了施工成本。模块化智能变电站应用通用设计，通用设备图集和即插即用二次接线支持“大规模运行，大型检修”，采纳通用模块化标准化定制信息模型。同时采用组合式建筑，结构，预制仓式二次复合设备，实现一次、二次集成设备规模的生产，集成和调试。
基于此背景，本文正在对 110 kV 模块化智能变电站进行二次设计和研究。二次系统优化，特别是变压器选择和二次参数，本地采样数字采样的实现，各站综合监控系统的网络结构，开关采样跳闸模式，继电保护装置，变电站二次虚拟电路设计，局部智能控制二次电路设计等。同时考虑二次系统柜的设计方法是非常必要的。根据本文研究的结论，实际项目设计方案对未来智能变电站设计具有重要的参考价值。
关键词：智能电网；智能变电站；模块化；二次系统；设计；电力系统
ABSTRACT
With the rapid economic development in our country,the power industry is alsofacing a new situationIn recent years,with the volatility of wind farms,solarphotovoltaic power plants and the intermittent clean energy grid-connected and putinto operation,substations are required to be more flexible andcontrollableDiversified service needs require a more friendly interaction betweensubstations ： Economic and social development requires substations safer,morereliable,better quality ：resource and environmental constraints require substationsmore efficient,more economical and more environmentally friendlyIn thissituation,how to ensure the safe and stable operation of the power grid and to meet therequirements of the transformation of the power grid has become a problem that ourpower system must face and solveHowever,conventional substations have long beenin the spotlight because of poor interoperability between equipment manufacturersand high operation and maintenance costs, which are no longer suitable for the needsof smart grid construction
With the breakthrough in innovation of new energy technologies,smarttechnologies,information technology and network technologies,the third industrialrevolution is under development and the strong smart grid is accelerating itsdevelopment towards a worldwide interconnectionThen the traditional intelligentsubstation construction currently has the following characteristics ： Firstly,theconstruction period is long,mainly reflected in the first and second equipment on-sitecommissioning and long coupling time Secondly,large amount of civil work,takinginto account the presence of a large number of buildings on siteThirdly,substationcovers an area of large,large construction investment
Modular substation with standardized design,factory processing,assembly-basedconstruction model greatly optimized the construction cycle,shortening theconstruction costModular intelligent substation application of universaldesign,common equipment atlas,using plug and play secondary wiring,to support "large operation,overhaul",using common,modular,standardized and customizedinformation modelAt the same time,it adopts the prefabricated buildings,structuresand prefabricated bunker secondary combination equipment to realize the scaleproduction,integration and debugging of primary and secondary integrated equipmentfactories
Based on this background,this paper carries out the secondary design andresearch of 110kV modular intelligent substationThe secondary system,especially thetransformer selection and secondary parameter optimization,in-situ sampling anddigitization of the realization of integrated monitoring system of the whole networkstructure,networking and switch configuration mode,the relay protection devicesampling and it is very necessary to study the design of key secondary systems suchas tripping method,secondary virtual circuit in substation and design of secondarycircuit in local intelligent control cabinetAccording to the conclusion of the study,it isproposed that the design scheme of the actual project at this stage has importantreference and reference value for the future design of smart substation
Key Words：Smart grid；smart substation；modularization；secondary system；design；power systems
目 录
第 1 章 引言
1.1 课题背景与研究意义
近年来，与环境气候恶化、能源安全、社会经济发展、电网稳定运行相关的问题日益突出。与此同时，用户对电源可靠性的要求越来越高。电动汽车和其他业务的发展提出了对能源分配和存储的新需求。在这种情况下，电网运营面临重大挑战。为了解决这些问题，我们积极开发清洁高效的能源和多种能源，发展分布式能源和微电网，以求能源安全和稳定。灵活应对大规模分布式能源接入电网，以确保电网清洁和高效的工作，同时适应智能电网在中国的国情，以全新的面貌迎接电网的未来发展。这是一种稳定，经济，清洁和安全的现代能源。
随着中国经济的快速发展，电力行业同时也正面临新的形势。温家宝总理在2010年政府工作报告中强调“大力开发低碳技术、推广节能高效技术、积极发展新能源和可再生能源、加强智能电网建设”。在这种情况下，如何确保电网安全稳定运行，如何满足电网发展方式变革的需求，是中国电力系统绕不开的问题。然而，由于互操作性不良以及来自不同制造商的设备的高管理成本，传统变电站多年来未能适应智能电网建设的需要。
随着高速工业以太网技术的发展，开放协议，智能一次设备，电力信息接口标准不断的革新，变电站一、二次设备技术集成和变电站控制方式的变化得到推广，智能变电站技术发展的基础得到了奠定。
作为变电站的发展方向，智能变电站主要可以解决传统变电站存在的下列问题。即传统电压电流互感器的饱和、谐振以及绝缘。有许多长距离电缆和屏蔽电缆，安装困难；由于通信标准不统一，因此设备之间的互操作性受到限制。
与传统变电站相比，智能变电站主要升级了过程层和间隔层，数字化主系统的模拟量和开关量的传递，用光纤取代现有的电缆连接，实现过程层以及需要形成联系的间隔层设备之间的通信。
智能变电站的优点：
1通信网络代替了模拟量输入以及数字量输入和输出，使得二次设备硬件系。
2得益于可观测性和可控性的加强，产生了状态监测、站域保护控制等新型应用。
3控制电缆和信号电缆在变电站的使用范围大大降低，用光纤进行替代，有效节省了有色金属，使得设计、安装和调试工作更加简洁。
4通过智能终端和 GIS 智能控制技术，能够节省大量电缆; 由于智能变电站采用统一共享的信息平台，可以避免设备的重复投资，使测量、保护、计量等多组装置共用一组电子式互感器。
5智能化一次设备布置紧凑，能够优化占地。
6智能变电站的建设过程中，安装调试步骤大大简化，能够缩短建设的工期；同时智能设备能够实现在线检测，达到状态检修的目的，因而可以提高设备的工作效率。
与传统变电站相比，智能变电站的最大变化是二次系统。信息数字化是智能变电站二次系统的主要特征，主要体现在二次系统架构、数据采集模式、数据传输模式、电流和电压回路、通信协议等方面发生了根本性的变化。随着这些变化，传统变电站的二次系统设计模式已不能满足智能变电站二次系统的设计要求。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内智能变电站发展现状
1.2.2 国外智能变电站发展现状
1.3 课题主要研究内容
1.4 课题主要创新点
1.5 本章小结
第 2 章 二次设备模块化设计
2.1 二次设备模块化设计概述
2.1.1 模块化设计总原则
2.1.2 二次设备模块划分原则
2.2 二次设备机架式模块化安装
2.3 装配式建筑预制式二次组合设备模块化设计
2.3.1 户内预制式模块化二次组合设备
2.3.2 户内模块化二次组合设备的技术方案
2.4 预制二次设备舱方案选择及应用
2.4.1 舱体尺寸类型
2.4.2 舱体屏柜布置方式
2.4.3 预制舱内布线方案
2.4.4 预制舱内辅助设施
2.5 本章小结
第 3 章 二次系统设备集成优化
3.1 站控层设备整合方案
3.1.1 安全 I 区服务器硬件及功能整合
3.1.2 安全 II 区服务器硬件及功能整合
3.2 间隔层设备整合
3.2.1 集成计量、pmu 功能的多功能测控装置
3.2.2 保护、测控、计量、智能终端及合并单元多合一装置
3.3 智能终端与其它二次回路整合优化分析
3.3.1 二次回路接线精简及优化
3.3.2 智能组件与变压器的融合方案
3.3.3 智能组件功能模块插件化
3.4 本章小结
第 4 章 预制式光缆和电缆的选型及整合优化
4.1 预制光电缆概述
4.1.1 传统光电缆缺陷
4.1.2 预制光电缆特点及优势
4.2 预制光缆选型及连接方案
4.2.1 连接器选型
4.2.2 光缆选型
4.2.3 连接方案
4.2.4 整合可靠性分析
4.3 预制电缆
4.3.1 预制电缆基本特点
4.3.2 电连接器类型
4.3.3 电缆和连接器选型
4.4 电缆整合方案
4.5 本章小结
第 5 章 调控运维一体化监控及高级应用方案
5.1 智能化变电站一体化监控系统概述
5.1.1 智能变电站监控系统
5.1.2 一体化监控系统架构
5.1.3 一体化监控的网络构架
5.1.4 一体化监控安全区域的划分
5.2 基于“调控运维一体”的变电站一体化监控系统
5.2.1 一体化监控技术方案
5.2.2 现阶段可实施的高级应用
5.2.3 智能告警
5.2.4 设备在线监视及诊断
5.2.5 远程浏览/告警直传
5.2.6 事故追忆与全景事故反演
5.2.7 一体化监控五防
5.3 变电站运维支撑系统技术解决方案
5.3.1 系统配置和一致性校验
5.3.2 二次设备管理
5.3.3 运维信息安全
5.4 本章小结
第 6 章 交直流一体化电源推荐实施方案
6.1 智能变电站一体化电源系统概述
6.2 交直流一体化电源系统功能设计
6.2.1 智能开关模块化设计
6.2.2 一体化电源数字化设计
6.2.3 统一监控功能设计
6.3 变电站交直流一体化电源系统配置方案
6.3.1 总体配置
6.3.2 站用电源子系统
6.3.3 直流电源子系统
6.3.4 UPS 电源子系统.
6.3.5 通信电源子系统
6.3.6 蓄电池组智能管理系统
6.4 本章小结
第 7 章 户外二次设备的环境适应性设计
7.1 户外预制式智能控制柜环境适应性
7.1.1 环境控制需求分析
7.1.2 封闭式柜体设计
7.1.3 区域空调共用设计
7.1.4 设计特点小结
7.2 户外预制舱舱体环境适应性
7.2.1 温湿度控制系统设计
7.2.2 通风防尘设计
7.2.3 设计特点小结
7.3 技术经济分析
7.4 本章小结
第 8 章 总结
8.1 结论
8.2 展望
致 谢
参考文献
