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【摘 要】智能高压设备是根据我国智能电网建设要求提出的设备理念。本文阐述了智能高压设备的技术理念，从经济性和可实施性分析，提出了一次高压设备的智能化方案，实现优化自身控制、优化电网运行和优化检修策略等智能化应用，体现高压设备的测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化。
【关键词】智能；变电站；一次；应用
1 概述
1.1 一次设备智能化发展现状
智能一次设备是智能电网的重要组成部分，也是区分传统电网的主要标志之一。目前国外关于智能一次设备尚没有统一的定义和标准，我国自研究智能电网以来，十分重视智能一次设备的概念和智能一次设备在未来电网中的应用，先后与国内主要一次设备制造商、设备状态监测技术供应商和高等院校进行交流，借鉴国外有关智能电网的描述，在多年从事一次设备监测和诊断技术的基础上，经过分析研究，提出了我国智能一次设备的概念，即智能一次设备是一次设备与相关传感器及智能电子设备的有机结合体，是具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的一次设备，也是一次设备智能化技术的具体体现。
1.2 一次设备智能化技术特点
一次设备智能化技术特点主要体现在以下几个方面。
测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。
1.3 一次设备智能化关键技术
与常规一次设备相比，智能一次设备的核心问题是信息的采样传输与控制，在技术上有许多关键技术的突破，包括众多新技术、新材料、新工艺的广泛采用：传感器、智能电子装置及其可靠性；状态评估技术；信息管理及信息交互技术；智能化高级应用技术；智能高压设备应用方案。
2 智能高压设备的主要功能
2.1 优化自身控制
目前，智能高压设备技术研究主要集中于电力变压器和高压开关设备，这是由高压设备本身的技术复杂度、故障影响和控制需求决定的。对于电力变压器而言，可优化控制的组部件包括冷却装置和有载分接开关。对于断路器，优化自身控制主要指支持程序化操作和选相合闸控制。
2.2 支持电网优化运行
智能高压设备对电网优化运行的支持是多方面的，如反映设备状态的一些传统接点信息，由传感器实施连续监测之后，可向电网反馈更加全面的设备状态信息，增加相关高级应用系统的决策信息维度，达到支持电网优化运行的目的。这些信息包括油浸式电力变压器的气体聚集量、油压、油位等；组合电器及敞开式SF6 断路器的气体压力、温度等。
2.3 支持优化检修策略
智能高压设备的大多数传感器均可以反映高压设备本体的可靠性状态，而可靠性状态是指导高压设备检修的重要信息。因此，智能高压设备能够支持检修策略的优化。
3 智能高压设备的实现方案
3.1 智能高压设备架构
智能高压设备主要包括以下3个部分。
a） 高压设备
b） 传感器或/和控制器，内置或外置于高压设备或其部件
c） 智能组件，通过传感器或/和控制器，与高压设备形成有机整体，实现与宿主设备相关的测量、控制、计量、监测、保护等全部或部分功能。
3.2 智能高压设备实现方案
3.2.1 智能高压开关设备
根据智能开关设备现阶段研究、发展情况，提出3种智能一次设备的实现方案。
方案一：一次设备机构+智能单元+监测单元。机构执行器及其控制回路不变，按间隔设置智能组件、状态监测单元，分散安装于各断路器汇控柜内。
方案二：一次设备机构+集成智能组件。机构执行器及其机电控制回路不变，按间隔设置智能组件，智能组件兼状态监测功能，分散安装于各断路器汇控柜内。
方案三：一次设备机构本体内嵌集成智能组件。机构执行器不变，取消其机电控制回路，开关机构集成智能组件，智能组件实现原机电控制回路功能，直接驱动断路器的脱扣/合闸线圈、刀闸的电动机、弹簧或液压泵的电动机等，智能组件兼状态监测功能，形成所谓智能机构。
3.2.2 方案比较
方案一、二均是采用智能组件来实现一次设备的智能化，其优点是：不用改变电气一次设备本体结构或机构机电控制回路，同时取消了大量间隔间横向联系电缆，仅间隔内保留部分电缆接线，达到一次设备的智能化目的，实现方便且可靠性较高。
考虑到智能组件具有开关量和模拟量采集功能，信号点数可根据工程需要灵活配置，而状态监测单元需采集的信息不外是模拟量和开关量。因此，只需要少量的改动，就可以将开关设备实时运行工况信息的采集由智能组件完成。可见，方案二较之方案一经济性有极大提高。
方案三采用全電子式的智能机构，完全取消开关机构中由继电器、电气接点搭接的机电控制回路，开关的监测、控制全部由智能机构完成，智能机构以标准的数字接口接入上级网络。
方案三优点如下：
a） 因传统机电控制回路原因造成开关设备故障几率降低；
b） 使得在现场的实际接线工作量大幅度减少，可在出厂前联接调试；
c） 使运行维护工作量和平时检修的工作变得简洁，以此使停电时间减小，仅需简要更换智能组件就可恢复设备的正常运行，替换下来的智能组件可以离线检修。
但方案三也存在以下缺点：
1） 开关控制单元的配置原则及供电问题
对应于双重化的保护，断路器应具有双跳闸线圈。若断路器每相机构内嵌开关控制单元，对于双跳闸线圈断路器，控制单元配置如何配置。
2） 断路器控制电源及电机、加热电源问题
由于断路器操作机构原理未发生变化，断路器仍需要外部提供控制电源及电机、加热电源，相关电缆必不可少。 方案三是最接近真正意义上的智能设备方案，一定程度上代表了未来智能设备的发展趋势。方案三的实现需要对现有开关机构做根本性的改动，目前一些国际国内厂商已经部分实现智能机构。
结合以上分析，建议在现阶段中，开关设备智能化采用方案二，在条件具备，即一次设备供应商能提供较实用的智能机构产品时，优先采用方案三。
3.3 变压器智能化配置方案
3.3.1 智能设备配置方案
主变压器的测量信息主要有油温信号、气体继电器动作信号、有载开关的位置信号等，在数字化变电站中，这些信息通过就地的本体智能单元以硬接线方式采集，转化为数字信号上传网络，属于比较成熟的应用。
主变压器的控制对象主要有冷却器系统的起停、有载调压开关的调节及中性点地刀的控制。本体智能终端应集成非电量保护，非电量保护跳闸宜采用GOOSE协议通过网络实现，推荐保留通过电缆直接跳闸的功能。
3.3.2 主变智能组件的安装方式
智能组件既可以安装于主变本体上，也可以安装于主变控制箱内或者主变附近独立的柜体内。
4 结论
本文对智能高压设备智能化方案进行了阐述，结论如下：
1）智能高压开关实现方案
方案一：一次设备机构+智能单元+监测单元。
方案二：一次设备机构+集成智能组件（智能单元兼监测单元）。
方案三：一次设备机构本体内嵌集成智能组件（智能单元和监测
单元）。
2） 主变压器
通过本体智能组件直接控制主变所有对象，采集主变所有对象的参量。实现冷却器、有载调压、中性点接地开关的控制，油中溶解气体监测配置单独的监测子IED，接入过程层网络。
3） 隔离断路器
对断路器的重要参数进行长期连续的在线监测，不仅可以提供设备在运行时的实时状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，從而延长设备的维护保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。
参考文献：
[1]高翔，智能变电站技术，北京，中国电力出版社，2012
[2]黄新波，智能变电站原理与应用，北京，中国电力出版社，2013
[3]赵辰鹏，智能变电站一次设备的选择与应用研究，北京，华北电力大学，2010
【关键词】智能；变电站；一次；应用
1 概述
1.1 一次设备智能化发展现状
智能一次设备是智能电网的重要组成部分，也是区分传统电网的主要标志之一。目前国外关于智能一次设备尚没有统一的定义和标准，我国自研究智能电网以来，十分重视智能一次设备的概念和智能一次设备在未来电网中的应用，先后与国内主要一次设备制造商、设备状态监测技术供应商和高等院校进行交流，借鉴国外有关智能电网的描述，在多年从事一次设备监测和诊断技术的基础上，经过分析研究，提出了我国智能一次设备的概念，即智能一次设备是一次设备与相关传感器及智能电子设备的有机结合体，是具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的一次设备，也是一次设备智能化技术的具体体现。
1.2 一次设备智能化技术特点
一次设备智能化技术特点主要体现在以下几个方面。
测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。
1.3 一次设备智能化关键技术
与常规一次设备相比，智能一次设备的核心问题是信息的采样传输与控制，在技术上有许多关键技术的突破，包括众多新技术、新材料、新工艺的广泛采用：传感器、智能电子装置及其可靠性；状态评估技术；信息管理及信息交互技术；智能化高级应用技术；智能高压设备应用方案。
2 智能高压设备的主要功能
2.1 优化自身控制
目前，智能高压设备技术研究主要集中于电力变压器和高压开关设备，这是由高压设备本身的技术复杂度、故障影响和控制需求决定的。对于电力变压器而言，可优化控制的组部件包括冷却装置和有载分接开关。对于断路器，优化自身控制主要指支持程序化操作和选相合闸控制。
2.2 支持电网优化运行
智能高压设备对电网优化运行的支持是多方面的，如反映设备状态的一些传统接点信息，由传感器实施连续监测之后，可向电网反馈更加全面的设备状态信息，增加相关高级应用系统的决策信息维度，达到支持电网优化运行的目的。这些信息包括油浸式电力变压器的气体聚集量、油压、油位等；组合电器及敞开式SF6 断路器的气体压力、温度等。
2.3 支持优化检修策略
智能高压设备的大多数传感器均可以反映高压设备本体的可靠性状态，而可靠性状态是指导高压设备检修的重要信息。因此，智能高压设备能够支持检修策略的优化。
3 智能高压设备的实现方案
3.1 智能高压设备架构
智能高压设备主要包括以下3个部分。
a） 高压设备
b） 传感器或/和控制器，内置或外置于高压设备或其部件
c） 智能组件，通过传感器或/和控制器，与高压设备形成有机整体，实现与宿主设备相关的测量、控制、计量、监测、保护等全部或部分功能。
3.2 智能高压设备实现方案
3.2.1 智能高压开关设备
根据智能开关设备现阶段研究、发展情况，提出3种智能一次设备的实现方案。
方案一：一次设备机构+智能单元+监测单元。机构执行器及其控制回路不变，按间隔设置智能组件、状态监测单元，分散安装于各断路器汇控柜内。
方案二：一次设备机构+集成智能组件。机构执行器及其机电控制回路不变，按间隔设置智能组件，智能组件兼状态监测功能，分散安装于各断路器汇控柜内。
方案三：一次设备机构本体内嵌集成智能组件。机构执行器不变，取消其机电控制回路，开关机构集成智能组件，智能组件实现原机电控制回路功能，直接驱动断路器的脱扣/合闸线圈、刀闸的电动机、弹簧或液压泵的电动机等，智能组件兼状态监测功能，形成所谓智能机构。
3.2.2 方案比较
方案一、二均是采用智能组件来实现一次设备的智能化，其优点是：不用改变电气一次设备本体结构或机构机电控制回路，同时取消了大量间隔间横向联系电缆，仅间隔内保留部分电缆接线，达到一次设备的智能化目的，实现方便且可靠性较高。
考虑到智能组件具有开关量和模拟量采集功能，信号点数可根据工程需要灵活配置，而状态监测单元需采集的信息不外是模拟量和开关量。因此，只需要少量的改动，就可以将开关设备实时运行工况信息的采集由智能组件完成。可见，方案二较之方案一经济性有极大提高。
方案三采用全電子式的智能机构，完全取消开关机构中由继电器、电气接点搭接的机电控制回路，开关的监测、控制全部由智能机构完成，智能机构以标准的数字接口接入上级网络。
方案三优点如下：
a） 因传统机电控制回路原因造成开关设备故障几率降低；
b） 使得在现场的实际接线工作量大幅度减少，可在出厂前联接调试；
c） 使运行维护工作量和平时检修的工作变得简洁，以此使停电时间减小，仅需简要更换智能组件就可恢复设备的正常运行，替换下来的智能组件可以离线检修。
但方案三也存在以下缺点：
1） 开关控制单元的配置原则及供电问题
对应于双重化的保护，断路器应具有双跳闸线圈。若断路器每相机构内嵌开关控制单元，对于双跳闸线圈断路器，控制单元配置如何配置。
2） 断路器控制电源及电机、加热电源问题
由于断路器操作机构原理未发生变化，断路器仍需要外部提供控制电源及电机、加热电源，相关电缆必不可少。 方案三是最接近真正意义上的智能设备方案，一定程度上代表了未来智能设备的发展趋势。方案三的实现需要对现有开关机构做根本性的改动，目前一些国际国内厂商已经部分实现智能机构。
结合以上分析，建议在现阶段中，开关设备智能化采用方案二，在条件具备，即一次设备供应商能提供较实用的智能机构产品时，优先采用方案三。
3.3 变压器智能化配置方案
3.3.1 智能设备配置方案
主变压器的测量信息主要有油温信号、气体继电器动作信号、有载开关的位置信号等，在数字化变电站中，这些信息通过就地的本体智能单元以硬接线方式采集，转化为数字信号上传网络，属于比较成熟的应用。
主变压器的控制对象主要有冷却器系统的起停、有载调压开关的调节及中性点地刀的控制。本体智能终端应集成非电量保护，非电量保护跳闸宜采用GOOSE协议通过网络实现，推荐保留通过电缆直接跳闸的功能。
3.3.2 主变智能组件的安装方式
智能组件既可以安装于主变本体上，也可以安装于主变控制箱内或者主变附近独立的柜体内。
4 结论
本文对智能高压设备智能化方案进行了阐述，结论如下：
1）智能高压开关实现方案
方案一：一次设备机构+智能单元+监测单元。
方案二：一次设备机构+集成智能组件（智能单元兼监测单元）。
方案三：一次设备机构本体内嵌集成智能组件（智能单元和监测
单元）。
2） 主变压器
通过本体智能组件直接控制主变所有对象，采集主变所有对象的参量。实现冷却器、有载调压、中性点接地开关的控制，油中溶解气体监测配置单独的监测子IED，接入过程层网络。
3） 隔离断路器
对断路器的重要参数进行长期连续的在线监测，不仅可以提供设备在运行时的实时状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，從而延长设备的维护保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。
参考文献：
[1]高翔，智能变电站技术，北京，中国电力出版社，2012
[2]黄新波，智能变电站原理与应用，北京，中国电力出版社，2013
[3]赵辰鹏，智能变电站一次设备的选择与应用研究，北京，华北电力大学，2010