第 1 章 绪论
1.1 智能变电站的发展和课题研究背景
常规变电站在发展过程中，遇到了控制电缆数量越来越多，二次接线越来越复杂，不同厂家的保护测控装置通信困难，就是同一厂家的不同时期的设备进行通信有时都难已解决。遇到变电站改造，从设计、施工到最后的运行维护人员都是叫苦连连。那怎么解决这个问题呢？
这时大家就在想，如果我们把 PT/CT 和断路器隔离开关等一次设备数模变换前置，也就是说如果一次设备出来以后的数据都是数字量，然后通过统一的通信协议直接传送给保护装置，那样既可以节省大量的二次电缆，也可以简化接线。而且通信协议统一后保护测控装置互换也解决了。这就有了数字化变电站。这也是数字化变电站和综自站的主要差别。
所以在数字化变电站阶段，数字化变电站的标志是电子式互感器和是61850 协议。
但是，随着电力工业的发展，电力设备趋向于集成化、智能化、标准化，数字化变电站在运行中逐渐暴露出一些缺点：
（1）由于前期没有规范，因此实现方法百花齐放，不能形成标准化话建设思路，各地试点站都要创新。
（2）采用的主要关键技术 IEC 61850 及电子互感器，解决的是站内数字化问题，较少考虑电网的高级应用需求与生产管理的融合及资产管理等功能。
（3）功能与常规站相当，缺乏对变电站系统高级综合应用功能的考虑。
（4）对于网络架构缺乏系统性的综合网络可靠性及经济性的研究（特别是过程层的组网），网络设备成本偏高。
（5）在试点运行过程中暴露出来的问题已较明显，可靠性有待提高。
数字化变电站解决了变电站内采集和控制部分，随着技术的发展，虽然变电站采集了大量的信号，怎样在故障时第一时间找到有用的信号呢？这时就需要计算机辅助决策。同时有了这些数据信号之后，是否可以利用这些信号来辅助控制呢？这就产生了变电站的高级应用。
数字化变电站智能化保持现有的数字化应用水平，改造的重点是智能高级应用、一次设备和辅助设备的智能化改造。实现一次设备状态检测，信息建模标准化，信息传输网络化，高级功能和辅助系统智能化。其中“信息建模标准化，信息传输网络化”,主要是指全站实现通信协议标准化（遵循 IEC61850 标准），取消协议转换设备。包括站内直流、所用电等辅助系统也需要建模标准化。站控层功能应进一步完善，根据需要增加智能高级应用，对外提供统一的网络服务接口，支持信息一体化平台应用要求。
从常规综自站与数字化变电站的差别，数字化变电站与智能变电站的差别以及常规变电站改造成智能化变电站这几个方面，我们可以看出智能变电站的重点一是保护和测控设备以及所用电直流等辅助控制设备实现通信协议采用IEC61850 标准；二是增加一次设备在线监测；三是增加高级应用功能。
以数字化变电站为基础，结合智能电网的要求，发展出了智能变电站的概念，即采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络话、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、计量与监测等基本功能，同时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。
智能变电站是智能电网建设的重要环节之一，是电网最为重要的基础运行参量采集点、管控执行点和未来智能电网的支撑点，其发展建设水平将直接影响到我国智能电网建设的总体高度。国家电网公司为了更好适应坚强智能电网建设要求，总结分析智能变电站相关技术、设备工程应用情况，于 2011 年 11月 13 日，印发了《国家电网公司 2011 年新建变电站设计补充规定》（国家电网基建[2011]58 号，以下称 58 号文），规定 2011 年，公司系统新建变电站要严格执行国家电网公司通用设计、通用设备、通用造价等要求，智能化设计相关内容执行 58 号文，设计单位要结合实际工程，针对“58 号文”相关要求，开展专题论证和设计方案比选，总结分析智能变电站关键技术、设计、设备应用情况，形成“安全可靠、成熟适用、经济合理”的技术规范和配置要求补充要求中增加了大量的智能化要求、在线监测要求以及二次系统和辅助系统优化整合等内容。
1.2 论文研究的意义
国家电网公司组织编写的智能电网《统一坚强智能电网-变电环节报告》，明确指出了智能变电站的发展目标：变电站是坚强电网的基础，是连接发电、配电和用电环节的纽带，具有至关重要的作用。智能变电站以坚强电网为依托，以先进的信息化、自动化和管理技术为基础，灵活性和资源优化配置水平的目标。通过智能变电站建设，可实现对电网设备状态的可靠、有效监控，各类电源及用户的无扰接入、有序退出。
在国家电网公司编写的制定的十二五规划中，明确指出了现阶段的建设内容和发展路线：制定智能变电站和智能装备的技术标准和规范；实现电网运行信息完整准确和及时一致的可靠采集，开展基础信息统一信息建模及工程实施技术研究，构建就地、区域、广域综合测控保护体系；研究各类电源规范接纳技术，满足各类用户的多样化服务需求；完善智能设备的自诊断和状态预警能力；完善设备检修模式。
智能变电站与常规变电站在设计、运行、维护、安全、管理等各方面都有很大的不同，传统的变电站运行维护管理体系已不能满足智能变电站的需要，智能变电站数字化集成化等优点也无法充分发挥。智能变电站在国内特别是电网系统内大范围新建与改造，智能变电站技术应用也越来越广泛，设备供货商对智能变电站高级应用功能开发也日趋成熟，使得传统变电站设计、运行、维护、安全、管理等方面已不能适应其发展的需求，迫切需要与之配套、完整的运维体系作为技术和管理支撑。对智能变电站的技术整合，成为了对智能变电站开展研究的新课题。这一技术整合，可以促进和实现对变电站运行方式和变电站的设备维修方式的转型发展，维护模式实现企业绩效为核心，降低设备故障率，提高设备的可靠性水平，节约维修成本，提高企业绩效，将发挥重要的作用。
研究智能变电站工程实施方案，制定技术先进经济合理的智能变电站设计方案，对智能变电站建设是有着重大意义的，并能为建设坚强智能电网奠定坚实的基础。
1.3 课题的研究对象和主要内容
1.3.1 课题的研究对象
本课题选择南昌规划建设的莲西 110kV 智能变电站作为设计研究对象，已具有代表性和典型性的 110kV 变电站接线方式和建设规模为设计条件进行设计研究。
具体设计条件为：
工程性质：新建 110kV 智能变电站工程。
变电站电压等级：110/10kV.
（1）工程建设规模
主变压器：远期 3×50MVA,本期 2×50MVA;110kV:远期进线 4 回，采用单母线分段接线，本期 2 回，采用单母线分段接线；10kV:远期出线 36 回，采用单母线四分段接线，本期 24 回，采用单母线三分段接线。
无功补偿每台主变配 3.6+4.8Mvar 电容器组，占主变容量的 16.8%.远期 3×3.6+3×4.8Mvar,本期 2×3.6+2×4.8Mvar.
（2）工程接线方式及设备选择
电气一次设备布置形式：莲西变电站为全户内变电站，110kV 采用户内 GIS组合电器，电缆进线；10kV 采用户内 KYN 开关柜，电缆出线；主变压器、无功补偿、站用变等设备均采用户内布置形式。
主设备选型：
变压器采用 50MVA 三相双绕组，油浸式、低损耗、高压侧有载调压自冷式全密封变压器。
110kV 设备：采用户外 AIS 设备110kV 采用户内 GIS 组合电器，架空进线。
10kV 采用户内中置式开关柜。
10kV 并联电容器装置：采用户内成套装置电容器组，其中 2 台为 3.6MVar,2 台为 4.8MVar,电抗率 5%.
10kV 消弧线圈、接地变成套装置：户外箱式，接地变 700kVA,消弧线圈630kVA,接地变兼做站用变（二次容量 100kVA）
1.3.2 课题主要内容
（1）研究符合设计条件和平面布置方式的最优智能一次设备实现方式。
（2）研究选择符合设计条件和平面布置方式的最优互感器的形式。
（3）根据设计条件，多方案比选以确定平面布置。
（4）研究并优化符合设计条件和平面布置形式的智能变电站自动化系统网络结构和设备配置。
（5）研究智能变电站高级应用的实现方式。
（6）根据研究结论优化平面布置，形成完整的 110kV 智能变电站初步设计方案。
