摘要：随着智能变电站二次设备应用的日趋成熟，将现有二次设备按照需求进行集成整合将是今后智能变电站的发展趋势。对智能变电站过程层、间隔层和站控层设备的集成方案进行了讨论，重点针对过程层合并单元和智能终端集成方案进行了分析；对间隔层保护装置、集中式测控装置、多功能测控装置、智能组件、故障录波和网络分析仪集成等方案进行了详细论述；对站控层一体化监控系统的集成进行了讨论。结合当前工程实际应用情况，提出在１１０ｋＶ及以下电压等级智能变电站试点应用合并单元智能终端集成装置、保护测控集成装置较为可行，为今后智能变电站的发展建设提供参考。
关键词：设备集成；ＩＥＣ６１８５０；一体化监控系统；合并单元；智能组件；智能变电站
一、过程层设备集成
过程层设备在ＩＥＣ６１８５０标准中主要指一次设备，如互感器、断路器等，由于一次设备测量数据及开关状态信息的采集需要通过数字化传输，因此，合并单元和智能终端就成为一次设备的数字化接口设备，分别承担电压、电流数据采样以及遥信和开关控制操作等功能。从间隔层设备的角度看，合并单元和智能终端分别是数据的输入和输出设备。
在网络采样和网络跳闸方式（简称“网采网跳”）下，各自分别对应过程层的采样值（ＳＶ）网和通用面向对象变电站事件（ＧＯＯＳＥ）跳闸网，也有将两者共网的模式，即ＳＶ＋ＧＯＯＳＥ共网，当采用ＩＥＥＥ１５８８网络对时并将其融入共网模式下即成为行业中所说的“三网合一”（ＳＶ，ＧＯＯＳＥ，ＩＥＥＥ１５８８）。在“直采直跳”模式下，合并单元和智能终端仍然是数据的输入和输出设备，其区别就是取消了交换机，“网采网跳”模式下的通信链路变成了光纤连接。
随着合并单元和智能终端设备的大量应用，设备的整体性能逐渐稳定，同时也考虑到在同一间隔内，合并单元和智能终端均针对同一设备，将两者集成不仅能够为一次设备提供更好的数据输入输出服务，同时还能够减少设备数量、减少屏柜数量、节省屏柜空间、减少占地面积、节约设备成本、降低全站投资。
针对合并单元和智能终端的集成，目前较为典型的方案有两种。一种是两者简单的集成，共同安装于同一个机箱，该方式对设备的改动较少，可以节省屏柜空间，设备硬件上仅节约一块电源板，经济效益较为有限。另一种是两者从功能上进行深入整合，对新的集成装置进行重新设计和开发，将两者共性功能如电源、人机接口、网络通信口进行集成，将两者的对时功能、遥信采集功能进行整合，将合并单元承担的电压并列和切换功能进行改进，同时从系统的角度对合并单元模块和智能终端模块的ＣＰＵ资源进行统筹规划，更好地实现设备内部资源的共享，提高装置的整体智能化水平。此种方案下ＳＶ和ＧＯＯＳＥ共网口传输可将“直采直跳”模式下光口数量减少一半，不仅可有效降低设备的硬件成本，也可降低全站设计的复杂程度，经济效益显著。
二、间隔层设备集成
间隔层设备主要包含常见的保护装置、测控装置，同时也包含相量测量单元（ＰＭＵ）、电能质量监测设备和稳定控制设备等，由于间隔层设备应用最为广泛，相关经验也最为丰富，因此，针对间隔层设备的集成方案也最多。
三、保护测控集成装置
本文所讨论的保护测控集成装置是针对１１０ｋＶ及以下电压等级，主要基于安全可靠的原则，同时也考虑了现有运行管理方式。从传统变电站、数字化变电站到智能变电站，保护测控集成装置已有较为成熟的应用，各网省公司也具有成熟的运行维护经验。
尤其是１０ｋＶ、３５ｋＶ电压等级的线路间隔，由于广泛采用开关柜的方式，因此保护装置通常都安装于开关柜上，由于开关柜面板的空间有限，若保护、测控装置同时安装将变得困难，同时也增加了调试安装难度，因此，为进一步减少设备数量，在１０ｋＶ和３５ｋＶ线路间隔通常采用保护测控集成装置。在传统变电站中，通常在保护采样板件中增加一组测量用电流互感器实现测量数据的采集，同时增加一块控制输出板件提供一组遥控操作节点以实现测控装置的控制功能。即使是采用了电子式互感器，保护测控集成装置同样能满足要求。
而在１１０ｋＶ线路间隔中，虽然采用户外空气绝缘的敞开式开关设备（ＡＩＳ）方式，但也可采用保护测控集成装置，一方面因为１１０ｋＶ线路保护装置配置的保护功能并不太多，其实现原理也相对简单，另一方面也由于其电压等级不高，在该电压等级集成能够更好地体现其经济效益。目前１１０ｋＶ及以下电压等级的保护测控集成装置也有广泛应用的基础。
针对２２０ｋＶ及以上电压等级的线路间隔，由于电压等级较高，保护的功能配置也较为复杂，在其基础上实现集成不仅面临技术上的风险，同时也面临运行检修的压力。因此，目前在２２０ｋＶ及以上电压等级应用保护测控一体化装置的变电站并不多，目前主流的方式仍然是保护、测控各自双重化配置。
四、集中式保护装置
ＩＥＣ６１８５０标准的应用推动了网络采样技术发展，可以实现全站信息共享，这给母线保护带来了重大改变，由此将其扩展，文献［３－４］提出了集中式保护装置（也可称为“集成装置”），通过网络采样实现全站信息的共享，并通过网络跳闸实现对多间隔的保护功能。文献［５］针对３５ｋＶ变电站设计开发了集中式保护装置，通过多块板件（线路保护插件、主变保护插件等）实现集中式保护，并对其实时性进行了验证，满足工程应用的需求，现已在变电站运行。由于对网络采样和网络跳闸带来的延时不确定性，国家电网公司对继电保护提出了“直采直跳”的要求，这在一定程度上给集中式保护装置带来了影响。但文献［６］针对“直采直跳”方式也开发出了集中式保护装置并将其应用于２２０ｋＶ变电站，其差异就是将网络采样的交换机替换成多间隔的采样传输光纤。通过目前集中式保护试点应用的情况来看，“网采网跳”或者“直采直跳”都不影响集中式保护装置的实现，而且集中式保护能够有效减少变电站设备数量，减少屏柜、电缆数量和占地面积、节约变电站建设成本。而且随着装置ＣＰＵ性能的不断提升，多间隔的数据处理对保护动作影响较小且逐渐降低，采用集中式保护装置冗余配置的方式能有效提高变电站运行的安全性和稳定性。但由于集中式保护涉及的运行维护较分布式模式复杂，而且装置内部参数配置、模型文件等管理方式也与目前有较大差异，此种集成装置对当前运行管理模式冲击较大。因此，笔者认为集中式保护的发展有待于现有运行管理方式的改进和提升。同时考虑到安全可靠的基本原则，建议仍先在１１０ｋＶ及以下电压等级试点应用，待设备稳定可靠，同时也积累了成熟的运行管理经验后再逐步推广应用。
结语：本文所述二次设备集成方案从技术角度看并不困难，但各类集成装置给变电站的运行、管理和维护带来巨大影响，现有的管理模式并不能适应这一改变，而这也恰恰是影响电网安全运行的重要因素。技术的发展总是超前于管理经验的发展，因为高效可靠的运行管理模式需要经过长时间的考验和标准化的流程才能固化并最终提高电网运行的安全可靠水平。
同时，也希望运行管理人员能够结合新技术、新设备积极探索新的运行管理方式，共同推动变电站智能化的建设发展。相信随着智能变电站二次设备功能不断改进、完善以及在工程应用中运行管理经验的积累，变电站内部的二次设备的逐步集成将是今后的发展趋势。
参考文献：
［１］国家电网公司．智能变电站试点工程技术总结报告［Ｒ］．２０１１．
［２］国家电网公司．智能变电站建设技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１１．
［３］薄志谦，和敬涵，董新洲．电力系统的集成保护［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００５，３３（１４）：６－１０．