第 3 章 智能化一次设备
智能一次设备是智能电网的重要组成部分，也是区别于传统电网的主要标志之一。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表现。
从逻辑功能与物理形态上智能一次设备可定义为“一次设备本体+智能组件”.目前智能组件基本上作为一次设备的智能化接口，采用电缆与一次设备相连，采用光缆与保护、控制、测量等二次设备相连，通过通用面向对象变电站事件报文上传一次设备的本体状态信息，同时接收来自保护、测控的分合闸通用面向对象变电站事件下行命令，完成对一次设备的实时控制和状态监测功能。
3.1 智能一次设备的构架与组成
智能一次设备包括以下三部分。
（1）一次设备，即一次设备本体。
（2）传感器，它们通常内置或外置在高压设备本体上，有些传感器也可能安装在高压设备的某个部件上，某些一次设备还有执行器，如电动机。
（3）智能组件，它是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属设备的集合，通过传感器（或执行器）与一次设备形成有机整体，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。智能组件与传感器之间通常由模拟信号电缆连接。
3.2 智能组件
3.2.1 智能组件的组成构架
智能组件是一次设备智能化的关键部件，承担了一次设备全部或大部分的二次功能。可对智能组件作如下定义：智能组件由若干智能电子装置集合组成，如合并单元、智能终端、状态监测 IED 等，承担与宿主设备相关的测量、控制和监测等基本功能。组成智能组件的各种装置，从物理形态上可以是独立分散的，也可以是部分功能集成的，如合并单元智能终端一体化装置，但智能组件的发展趋势是功能集成化、结构一体化。
智能组件在变电站世纪工程中，通常是指由智能终端、合并单元、状态监测功能组组成的智能组件，它们统称统一布置在就地的智能组件柜中，放在宿主一次设备旁边。
3.2.2 一次设备智能组件的功能
智能组件在符合相关标准要求的前提下，还可以根据实际需要进行功能扩展，如集成同一间隔互感器的合并单元功能，甚至集成相关保护、计量等。
智能组件的功能表现在智能组件的 IED 上，智能组件中常用的 IED 功能如下：
（1）智能终端。智能终端收集本间隔有关一次设备的信号，一变直接或经过过程层网络发布采集信息；一边直接或经过过程层网络接收控制命令，令执行器实现控制功能，无论是发布还是接收都采用通用面向对象变电站事件服务完成。
（2）合并单元。合并单元接收、合并本间隔的电流和/或电压采样值。
（3）系统测控装置（如集成）。采用 GOOSE 服务实现与智能终端及其他IED 的信息交互，接收来自合并单元的采样值信息，实现测控功能。
（4）继电保护装置（如集成）。直接或通过过程层网络基于 GOOSE 服务实现与开关设备控制器及其他 IED 的信息交互，接受来自合并单元的采样值信息，实现保护功能。
（5）计量装置（如集成）。接收来自合并单元的测量/计量值信息。
3.3 一次设备智能化的关键技术
一次设备智能化技术特点主要体现在以下几个方面：
（1）数字化测量。常规变电站变压器和开关等状态信号是采用模拟信号电缆上送至计算机监控系统来测量的。数字化测量是指对与运行、控制直接相关的参数进行就地数字化测量。测量结果发送至站控层或/和过程层网络，用来控制和运行一次设备或者其他部件。数字化测量参量包含变压器油温、有载分接开关位置，开关设备分、合闸位置等。
（2）网络化控制。控制网络化就是对有控制需求的一次设备或部件实现基于网络的控制，如变压器冷却装置，又在分接开关及开关设备的操动机构等。控制方式包括：①一次设备或其部件自有控制器就地控制；②智能组件通过就地控制器或执行器控制；③站控层设备通过智能组件控制。智能化控制不仅更加灵活，而且可以实现传统控制无法实现的一些目标，如变压器的冷却系统；网络化、智能化控制不仅更加节能， 而且可更好地支持变压器负载能力控制。
（3）状态可视化。“状态”是指设备的可用状态，包括设备的可靠性、控制、运行和负载能力状态等。“可视化”是指设备对电网调控系统来说，是智能一次设备与电网调控系统的一种信息互动方式，即电网调控系统通过信息互动，实事掌握一次设备的可用状态，进而优化电网的运行控制或提前做好自愈预案，以提升电网的供电可靠性。
（4）功能一体化。功能一体化是一次电气参量测量装置与变压器等一次设备的集成制造技术，还表现在测量、控制、监测、计量、保护等二次设备与一次设备的融合，通过融合设计，从整体上简化硬件配置，提升智能组件功能一体化程度，减少占地，提高可靠性，建设成本将会明显下降。
3.4 莲西 110kV 智能变电站一次设备的配置方案
（1）根据 Q/GDW534-2010《变电设备在线监测系统技术导则》，110kV 变电站一般情况下不设置一次设备状态监测，故莲西 110kV 变电站未考虑配置一次设备状态监测系统。
（2）主变采用主变本体+智能组件实现智能化。智能组件主要包括：主变本体智能终端、非电量保护装置，就地布置于主变压器场地的智能控制柜内。
（3）本站采用智能 GIS 设备，即在常规 GIS 的基础上增加了智能终端、合并单元、状态监测 IED 等设备，减少了电缆，通信改为光纤，增强了抗干扰性，并于网络的设备联系更加紧密了。
（4）本站采用智能化 10kV 开关柜，即在普通开关柜的基础上，与新型智能组件进行配合，进而实现开关柜测量、保护、计费、显示等功能，并把采集的信息进行处理后通过 IEC 61850 规约上送。智能开关柜内的断路器分、合闸，断路器手车移进、移出、接地开关操作都采用电动操动机构，从而实现顺序控制。微机保护测控装置、开关柜智能组件就地安装在开关柜内。
