（国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司，江苏省南京市２１０００３）摘要：综合智能组件的研究对于高压设备智能化和智能电网的建设具有重要意义。结合当前智能变电站建设的实际情况，介绍了综合智能组件的概念和研究意义。１１０ｋＶ变压器综合智能组件为例，分析了综合智能组件在智能变电站中承担测量、控制、监测、计量、保护功能的融合设计模式及其网络结构和功能架构。探讨了变压器综合智能组件当前的功能架构和关键技术。关键词：智能变电站；综合智能组件；状态监测；变压器引言智能变电站是智能电网的重要组成部分和关键环节。智能变电站以设备的智能化和以顺序控制、状态估计、远端维护以及与调度的无缝连接等高级智能应用为化、互动化提供技术基础。综合智能组件作为智能变电站设备层的关键设备，促进了一次设备的智能化。《智能变电站技术导则》对智能组件的定义是：“智能组件是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属装置的集合，包括各种一次设备控制器，如变压器冷却系统汇控柜、有载调压开关控制器、断路器控制箱等及就地布置的测控、状态监测、计量、保护装置等。”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，在满足相关标准要求时也可以是部分功能集成的。用于设备状态监测的传感器可以外置，也可以内嵌。但是，智能组件的发展趋势是功能集成、结构一体化综合智能组件在变电站内的应用可以实现一次设备测量数字化、控制网络化、状态可视化、信息互动化和功能一体化，使变电站设备数量大量减少，变电站场站设计简化，占地面积减少。数字化接口设备和光纤通信介质的应用，在节约电缆投入的同时提高了信号采集和控制回路的抗干扰能力，大幅提高了变电站的可靠性、实用性和经济性。目前，ＡＢＢＡＲＥＶＡ等国外公司已推出具有数字化接口的断路器智能产品，但由于价格昂贵，并没有大规模推广应用。国内对智能开关的研究虽起步相对较晚，但已研制出具有保护、测控和状态检测功能的低压智能开关组件［３－４］变压器设备的综合智能组件产品目前国内外均未见报道。国外变压器智能化的研究侧重点在于在［５－９］；国内在变压器状态监测方面也取得了一定的成果，油色谱、局部放电等在线监测产品已在变压器上安装使用。综合智能组件的工程意义目前，一次设备的智能化程度较低，尤其是状态监测手段数字化程度不高。近年来在部分重要设备上虽然加装了在线监测装置，但缺乏统一的标准，且对监测数据的分析和诊断还不够，不能在设备异常或者故障时提出故障处理方法或设备检修策略，很难实现状态检修模式和设备全寿命周期综合优化管理的目标。高压设备价格非常昂贵，其占据整个电网资产的比例也很高。随着电网规模的不断扩大，电网公司对电网建设的比重进一步加大，其中更加强调了资产全寿命管理体系的建设。高压设备综合智能组件一方面扩大了设备在线监测的范围，同时加强了对在线监测数据以及运行数据的综合分析，大幅度提升高压设备状态诊断水平，延长设备服役时间，产生显著的经济效益［１０］综合智能组件的研制实现了一次设备信息的集中采集和功能整合，为电力系统的高级应用功能提供了带绝对时标、标准化的高品质数据。综合智能组件宜采用能提供稳态、动态和暂态数据的“三态”信息采集装置，在满足相关标准时，还可融入保护和计量功能，大大减少了变电站信息采集系统的数量，简化了变电站设备的安装、调试和维护工作，充分体现了集约式管理思路。收稿日期：２０１０－０５－２５；修回日期：２０１０－０８－０９。国家科技支撑计划司纵向科技项目（ＳＧ１０００７）。２０１０，３４（２１）综合智能组件与智能变电站综合智能组件一般安置在一次设备旁，当采用电子式互感器和智能操作箱时，综合智能组件相当于间隔层设备，要与过程层的采样值（ＳＶ）网和通用面向对象变电站事件（ＧＯＯＳＥ）网通信，同时还要与为１１０ｋＶ变压器综合智能组件在智能变电站体系结构中的连接关系。变压器综合智能组件连接起设计需要考虑设备对象和电压等级等因素，总体原则就是不能与电力系统相关标准或规程相违背。例如：可以在１１０ｋＶ及以下电压等级中将测控、保护功能口，特别是在线监测采集设备。目前国内厂家大多采用自己内部的通信协议，通信接口也不统一，大多ＩＥＣ６１８５０标准定义的信息模型和信息交互方式。ＳＶ网以及在线监测的通信网络，实现主变压器高、中、低压侧的测控、保护以及录波功能，采集主变压器本体的油温、挡位等主变压器本体信息以及油色谱监测、局部放电监测等状态监测信息，实现对变压器挡位和冷却系统的控制以及变压器的状态诊断功能，并以ＩＥＣ６１８５０标准定义的信息模型和信息交互方式与数据采集与监控统、检修系统以及其他设备进行信息交互。设计方案探讨综合智能组件的设计方案应考虑设备对象和电压等级等因素，一般情况下，电压等级越高，设计方案越复杂，同电压等级的变压器组件设计方案比断路器组件设计方案复杂。《变电站智能化改造技术规范》中对变压器设备的改造要求［１１］是：“变压器改造后应具备冷却器智能化控制、有载分接开关数字化测控、顶层油温数字化测量及本体非电量保护功３３０ｋＶ及以上变压具备油中溶解气体分析（ＤＧＡ监测和气体继电器压力测量等在线监测功能。智能组件通过采用光纤以太网接口，非电量保护宜通过直跳方务实现在线监测信号的传输和设置以及有载分接开关远方控制。变压器智能组件宜就地安装。”综合智能组件的设计还要考虑智能变电站的整体建设需求。变压器综合智能组件要实现测量、控制、状态监测、计量及保护大功能，各大功能之间如何集成，各功能模块之间如何进行信息交互才能满足组件的状态诊断、智能控制等高级应用需求，智能组件需要与哪些设备交互信息，信息交互的通信接口和协议等都需要考虑。下文将以１１０ｋＶ变压器综合智能组件为例，探讨综合智能组件的方案设考虑到智能组件的发展趋势是功能集成化，结合当前智能变电站设计规范，将主变压器主保护、后备保护、测控功能以及故障录波功能集成设计，由主保护与后备保护测控一体化单元实现，将主变压器本体测量、状态监测和智能控制功能由本体测控与监测单元实现。组件信息管理单元由主保护与后备保护测控一体化单元和主变压器本体测控与监测单元组成。主保护与后备保护测控一体化单元通过内部以太网通信接口给本体测控与监测单元传送主变１１０ｋＶ变压器综合智能组件通信结构Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ１１０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ变压器综合智能组件包含本体智能终端、设备控制器、非电量保护和组件信息管理单元以及计量单元。中智能组件信息管理单元集保护、测控、状态监测和录波功能于一体，是综合智能组件的“大脑”，担负着信息采集、各项功能的实现和对外交互功能。组件信息管理单元未包含计量功能，主要是考虑计量涉及到计费系统，由于在管理上的特殊性，使得其不宜与测控、保护功能融合在一起。保护、测控和状态监测功能是否可以融合在一 变电站综合智能组件探讨压器各侧的电压、电流、有功、无功以及部分故障录 波数据，便于信息管理单元实现变压器设备的状态 诊断和 １１０ｋＶ变压器综合智能组件功能架构 Ｆｉｇ．２ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ１１０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 由于变压器组件分布在多个间隔，结构上很难 实现一体化设计，所以采用能集中就集中、不能集中 就分布的策略，但组件信息管理单元可以监控组件 的所有单元信息。 主后保护测控一体化单元与高、 中、低压侧合并单元和智能操作箱之间采用点对点 光纤连接，主变压器各侧智能操作箱及合并单元宜 冗余配置，本体智能操作箱宜单套配置 ［１２］ 接开关数字化测控命令由组件信息管理单元发出，本体智能操作终端接收到命令后完成出口控制。 层油温数字化测量也是由主变压器智能操作终端负责采集，通过 ＧＯＯＳＥ 网送给组件信息管理单元，本 体非电量保护采用就地直接电缆跳闸，信息通过本 体智能终端上送过程层 ＧＯＯＳＥ ＤＧＡ、局部放 电、铁芯电流等监测单元就地安装在变压器附近，与 组件信息管理单元之间通过数字通信方式完成信息 交互。 状态监 ＩＥＣ６１８５０数据建模 独立的数据分析、状态诊断和告警功能。目前，国内 的大部分状态监测系统都是将监测数据传送到后台 系统后再作显示和分析判断，监测装置本身并不进 行分析。 当监测装置与站控层之间通信中断或后台 监测系统瘫痪时，状态监测功能将完全丧失。 因此， 综合智能组 “组件应具备就地分析功能”。方面： ）传感器技术。研究出能够表征高压设备状态 的重要特征参数，如温度、绝缘状态、应力及绕组变 形、油色谱等，并提高目前获取这些特征参量所采用 的温度、红外线、电流／电压、湿敏、气敏、振动等传感 器的性能参数。 在不影响一次设备性能的前提下研 究传感器的植入、布置工艺以及耐腐蚀能力。 目前，在线监测系统大多是基于本业务或本部门的需求，存在不同的平台、不同的数据格式，以及协议 繁杂、信息承载率低、信息不完整、系统联调复杂、数 据采集资源重复浪费等问题 ［１４－１５］ ）状态诊断和寿命评估模型的研究。目前，部 分重要设备已经具备在线监测的条件，但是由于状 态诊断和寿命评估模型技术还未及时跟进，制约了 在线数据在设备状态诊断和检修方面作用的发挥。 ）二次设备的抗干扰能力。未来智能变电站只 包括设备层和系统层，一、二次设备的融合是未来发 展的趋势，二次设备最终将会与一次设备一体化设 因此，如何在强电磁干扰等恶劣环境下保证二次设备的可靠性也需要进一步研究。 ）网络通信是智能组件非常重要的组成部分，需要进一步考虑智能组件在数字化变电站网络环境 下的网络安全威胁和相应对策。 应加快研究信息加 密、防火墙等网络信息安全技术在智能组件中的应