國網四川省電力公司技能培訓中心的研究人員李紅軍、劉亞磊，在2015年第12期《電氣技術》雜志上撰文指出，智能電網已成為全球電網發展的大趨勢，是新一輪能源革命的基礎和重要組成部分。
智能變電站是建設智能電網的關鍵環節和重要內容，一次設備的智能化是智能變電站與傳統變電站的重要區別，研究智能變電站一次設備智能化技術具有重要的意義和價值。
本文介紹了智能變電站的概念，分析了一次設備新技術取得的重要進展及其存在的問題，提出了智能變電站一次設備智能化的相關建議。
智能電網是構建全球互聯、高度智能、清潔環保、高效利用、友好互動的全球能源互聯網的重要支撐，是承載和推動新一輪能源革命的基礎平臺。發展智能電網有利于清潔可再生能源的開發利用、資源的最優配置、霧霾的治理以及電動汽車等新型高科技產業的快速發展，發展智能電網已成為我國能源發展的戰略目標。
未來的智能電網將采用先進的材料技術、可再生能源發電技術、傳感技術、通信技術、超導技術、儲能技術、先進控制理論，使得能源開發更清潔，利用更高效，配置更優化，碳排放量更低。未來的智能電網將實現微電網與特高壓骨干電網協同發展，電網與用戶友好互動，從而更好的服務于國民經濟的發展。
“綠色供電、智慧用電”是智能電網內涵的深刻體現。智能變電站是堅強智能電網的基石和重要支撐，而一次設備的智能化是智能變電站建設的關鍵環節。
1 智能變電站概念及其建設目標
智能變電站采用先進、環保、集成、可靠、低碳的智能設備，能夠自動完成信息采集、測量、計量、保護、在線監測、自診斷等基本功能，支持電網實時智能調節、自動控制、協同互動、在線分析決策等功能[1-4]。新一代智能變電站技術是在傳統變電站技術基礎上的不斷創新和變革，其不斷融合先進、前瞻的新技術，運行經濟環保，設備先進適用可靠，使電網運行更安全穩定。
新一代智能變電站為集自我保護、控制和管理功能于一體的高度智能體，具備智能化、協同互動、即插即用和集成化等技術特征。
新一代智能變電站建設的目標：
采用先進的技術手段將站內的高壓一次設備高度集成、二次設備高度集成、設備與建筑物高度集成，高度集成設備的設計、制造、調試均在工廠內一體化完成，設備技術先進可靠;
新一代智能變電站功能齊全、智能化程度高、調試及維護靈活方便、運行穩定可靠;裝配式建設、標準化設計、工廠化加工是新一代智能變電站設備模塊化的主要體現;
新一代智能變電站內部之間及其與站外的通信準確可靠，結構布局合理，盡可能地節約土地、能源、水、材料等資源，有效減少環境污染和生態破壞;
新一代智能變電站具有效率最大化、維護量最小化、資源節約化、環境友好化、信息資源最優化的優勢;新一代智能變電站支持與多級調控中心的信息傳輸。
總之，新一代智能變電站一次與二次設備高度集成，業務一體化，布局合理緊湊，低能耗且高環保，支撐調控一體化。
2 一次設備新技術突破
2.1 集成式智能隔離斷路器
截止到目前，隔離開關的檢修周期已低于斷路器的檢修周期，且隔離開關的故障率已高于斷路器的故障率，隨著斷路器技術的快速發展及可靠性的不斷提高，通過隔離開關來隔離高壓電的傳統停電檢修模式已不適應電網快速發展的需要，加快發展隔離開關新技術已成為迫切需要。
集成式隔離斷路器的成功研制是新一代智能變電站技術的重大突破，其觸頭部位集成于隔離斷路器的SF6滅弧室內，運行可靠性高。隔離開關的隔離功能是通過隔離斷路器動、靜觸頭的高絕緣水平來實現的，同時要求隔離斷路器能夠承受雷電沖擊電壓、系統失步工頻電壓和操作沖擊電壓。
集成式隔離斷路器具備斷路器和隔離開關的功能，隨著光電互感器等新的電子互感器技術的出現，實現了隔離斷路器與電流互感器高度集成，且布局簡單緊湊，節省了大量的占地面積。隔離斷路器將成功應用于110kV武漢未來城變電站，ABB已研制出72.5~550kV隔離斷路器;國內西開集團、高平集團已研制出SF6集成式隔離斷路器[2]。
集成式智能隔離斷路器是在隔離斷路器的基礎上，再集成智能組件、接地刀閘、電子式電流互感器、電子式電壓互感器等部件形成的，能夠實現在線檢測、就地控制與智能操作等功能，系統維護量少[1]。集成式智能隔離斷路器將測量、檢測、保護、控制等功能統一集成到間隔智能組件柜中，其智能化與一體化水平較高。
2.2 集成式電容器設備
智能變電站將串聯電抗與電容器集成于一體，形成了集成式電容器設備，布局緊湊，可節省45%左右的占地面積，系統運行的穩定性與可靠性得到了提高，維護量少，使用壽命長，整體型式美觀。
將電容器組裝在充有變壓器油的油箱內，變壓器油起散熱和絕緣作用，便形成了集合式電容器，可節約大量土地，且安裝維護方便、抗外界干擾能力強。
2.3 自動調諧消弧線圈
智能變電站自動調諧消弧線圈的一次設備主要有接地變壓器、消弧線圈、有載分接開關、阻尼電阻箱、電子式電壓互感器和電子式電流互感器，其二次設備承擔控制任務。二次設備實時對消弧線圈的電壓和電流進行測量，并能自動計算系統的電容電流，通過控制消弧線圈的電感值來實現對系統無功的補償。
一次設備和二次設備布局緊湊，集成化程度高，即集中布置就地控制，且控制簡單、靈活、可靠。目前自動消弧線圈的一次設備和二次設備基本都由同一個廠家生產，未來基于全站數字化技術和IEC61850標準，可以實現不同廠家的一次設備與二次設備的互聯。
2.4 整合型變壓器綜合監測控制智能組件
智能化的一次設備基本都是由獨立的智能電子設備構成，設備投資及互聯成本較高，故障率也偏高。新一代整合型變壓器綜合監測控制智能組件提高了變電站一次設備的智能化程度，其整合了有載分接開關控制智能電子設備、測量智能電子設備、風冷控制智能電子設備、非電量保護智能電子設備。
整合型變壓器綜合監測控制智能組件具有智能控制、有載分接開關控制、風冷控制、智能非電量保護、運行狀態監視和綜合判斷等功能，提高了系統運行的穩定性和可靠性。該技術已在北京某智能變電站成功應用。
2.5 電力電子變壓器與超導變壓器
隨著大功率控制技術及電力電子技術的快速發展，電力電子變壓器作為新型電力變壓器正日益受到關注并快速發展。電力電子變壓器不僅能夠進行能量的轉換與電壓的變換，且無需任何輔助設備和附加控制就可實現改善電能質量、控制系統潮流、自我檢測與診斷、自保護、無功補償等功能。
分布式可再生能源具有隨機性、間隙性、波動性、分散性、交直流兼有的特點，而電力電子變壓器能夠靈活穩定地將分布式可再生能源并入電網。電力電子變壓器技術的不斷發展和完善是智能變壓器發展的一個新的方向。
高溫超導變壓器的線圈由高溫超導材料繞制而成，變壓器運行損耗低，過負荷能力強。高溫超導變壓器采用液氮作為冷卻介質，環保，體積小，重量輕。應加大推進高溫超導變壓器技術的攻關工作。
2.6 智能可控電抗器
智能可控電抗器結合了電力電子新技術及現代控制技術，能夠實時根據電網運行狀態對電抗器參數進行連續調節與控制，從而使系統運行在最優的狀態。智能可控電抗器具有提高電網輸送能力、改善電能質量、實時連續的補償系統的無功缺額、確保系統穩定運行的功能。新材料及自動控制技術的快速發展為智能可控電抗器的發展提供了條件，超導型可控電抗器及自飽和磁閥式可控電抗器是智能可控電抗器發展的兩個方向。
2.7 模塊化建設等新技術
新一代智能變電站的設計理念實現頂層指導底層、分專業設計向整體集成設計的轉變。模塊化建設技術是新一代智能變電站全新的建設技術，且標準化設計、工廠化加工、裝配式建設三個層級的模塊化建設技術在新一代智能變電站中得到了應用。
新一代智能變電站進行模塊化建設，采用最大化工廠加工的預制結構的建、構筑物及艙式二次組合設備，安裝快速便捷。采用預制的光纜和電纜，一次設備與二次設備進行標準化連接和標準化通信，實現二次接線“即插即用”。模塊化建設技術也正向著智能化方向發展，一次設備向著兼有采集、測控、保護、檢測等功能方向發展。
新一代智能變電站的一次設備、傳感器、智能組件在工廠內進行一體化生產，集成聯調，安裝調試方便且提高了施工工藝水平。
智能變電站在線檢測智能電子設備的性能關系到全站一體化監控系統的穩定運行，因此對其功能測試至關重要，文獻提出的基于功能測試用例和測試腳本的自動化測試系統，代替人工測試，測試效率高。
基于移動機器人的設備巡檢系統對智能變電站一次設備進行巡檢將是未來智能變電站巡檢的一種重要的方式。
智能變電站IED在線評估與動態重構功能缺失將對電網穩定運行及運行維護構成極大的威脅，文獻提出了一種在線評估與動態重構冗余備用的技術方案，有效提高了系統運行的穩定性與可靠性。
國網四川省電力公司技能培訓中心的研究人員李紅軍、劉亞磊，在2015年第12期《電氣技術》雜志上撰文指出，智能電網已成為全球電網發展的大趨勢，是新一輪能源革命的基礎和重要組成部分。
智能變電站是建設智能電網的關鍵環節和重要內容，一次設備的智能化是智能變電站與傳統變電站的重要區別，研究智能變電站一次設備智能化技術具有重要的意義和價值。
本文介紹了智能變電站的概念，分析了一次設備新技術取得的重要進展及其存在的問題，提出了智能變電站一次設備智能化的相關建議。
智能電網是構建全球互聯、高度智能、清潔環保、高效利用、友好互動的全球能源互聯網的重要支撐，是承載和推動新一輪能源革命的基礎平臺。發展智能電網有利于清潔可再生能源的開發利用、資源的最優配置、霧霾的治理以及電動汽車等新型高科技產業的快速發展，發展智能電網已成為我國能源發展的戰略目標。
未來的智能電網將采用先進的材料技術、可再生能源發電技術、傳感技術、通信技術、超導技術、儲能技術、先進控制理論，使得能源開發更清潔，利用更高效，配置更優化，碳排放量更低。未來的智能電網將實現微電網與特高壓骨干電網協同發展，電網與用戶友好互動，從而更好的服務于國民經濟的發展。
“綠色供電、智慧用電”是智能電網內涵的深刻體現。智能變電站是堅強智能電網的基石和重要支撐，而一次設備的智能化是智能變電站建設的關鍵環節。
1 智能變電站概念及其建設目標
智能變電站采用先進、環保、集成、可靠、低碳的智能設備，能夠自動完成信息采集、測量、計量、保護、在線監測、自診斷等基本功能，支持電網實時智能調節、自動控制、協同互動、在線分析決策等功能[1-4]。新一代智能變電站技術是在傳統變電站技術基礎上的不斷創新和變革，其不斷融合先進、前瞻的新技術，運行經濟環保，設備先進適用可靠，使電網運行更安全穩定。
新一代智能變電站為集自我保護、控制和管理功能于一體的高度智能體，具備智能化、協同互動、即插即用和集成化等技術特征。
新一代智能變電站建設的目標：
采用先進的技術手段將站內的高壓一次設備高度集成、二次設備高度集成、設備與建筑物高度集成，高度集成設備的設計、制造、調試均在工廠內一體化完成，設備技術先進可靠;
新一代智能變電站功能齊全、智能化程度高、調試及維護靈活方便、運行穩定可靠;裝配式建設、標準化設計、工廠化加工是新一代智能變電站設備模塊化的主要體現;
新一代智能變電站內部之間及其與站外的通信準確可靠，結構布局合理，盡可能地節約土地、能源、水、材料等資源，有效減少環境污染和生態破壞;
新一代智能變電站具有效率最大化、維護量最小化、資源節約化、環境友好化、信息資源最優化的優勢;新一代智能變電站支持與多級調控中心的信息傳輸。
總之，新一代智能變電站一次與二次設備高度集成，業務一體化，布局合理緊湊，低能耗且高環保，支撐調控一體化。
2 一次設備新技術突破
2.1 集成式智能隔離斷路器
截止到目前，隔離開關的檢修周期已低于斷路器的檢修周期，且隔離開關的故障率已高于斷路器的故障率，隨著斷路器技術的快速發展及可靠性的不斷提高，通過隔離開關來隔離高壓電的傳統停電檢修模式已不適應電網快速發展的需要，加快發展隔離開關新技術已成為迫切需要。
集成式隔離斷路器的成功研制是新一代智能變電站技術的重大突破，其觸頭部位集成于隔離斷路器的SF6滅弧室內，運行可靠性高。隔離開關的隔離功能是通過隔離斷路器動、靜觸頭的高絕緣水平來實現的，同時要求隔離斷路器能夠承受雷電沖擊電壓、系統失步工頻電壓和操作沖擊電壓。
集成式隔離斷路器具備斷路器和隔離開關的功能，隨著光電互感器等新的電子互感器技術的出現，實現了隔離斷路器與電流互感器高度集成，且布局簡單緊湊，節省了大量的占地面積。隔離斷路器將成功應用于110kV武漢未來城變電站，ABB已研制出72.5~550kV隔離斷路器;國內西開集團、高平集團已研制出SF6集成式隔離斷路器[2]。
集成式智能隔離斷路器是在隔離斷路器的基礎上，再集成智能組件、接地刀閘、電子式電流互感器、電子式電壓互感器等部件形成的，能夠實現在線檢測、就地控制與智能操作等功能，系統維護量少[1]。集成式智能隔離斷路器將測量、檢測、保護、控制等功能統一集成到間隔智能組件柜中，其智能化與一體化水平較高。
2.2 集成式電容器設備
智能變電站將串聯電抗與電容器集成于一體，形成了集成式電容器設備，布局緊湊，可節省45%左右的占地面積，系統運行的穩定性與可靠性得到了提高，維護量少，使用壽命長，整體型式美觀。
將電容器組裝在充有變壓器油的油箱內，變壓器油起散熱和絕緣作用，便形成了集合式電容器，可節約大量土地，且安裝維護方便、抗外界干擾能力強。
2.3 自動調諧消弧線圈
智能變電站自動調諧消弧線圈的一次設備主要有接地變壓器、消弧線圈、有載分接開關、阻尼電阻箱、電子式電壓互感器和電子式電流互感器，其二次設備承擔控制任務。二次設備實時對消弧線圈的電壓和電流進行測量，并能自動計算系統的電容電流，通過控制消弧線圈的電感值來實現對系統無功的補償。
一次設備和二次設備布局緊湊，集成化程度高，即集中布置就地控制，且控制簡單、靈活、可靠。目前自動消弧線圈的一次設備和二次設備基本都由同一個廠家生產，未來基于全站數字化技術和IEC61850標準，可以實現不同廠家的一次設備與二次設備的互聯。
2.4 整合型變壓器綜合監測控制智能組件
智能化的一次設備基本都是由獨立的智能電子設備構成，設備投資及互聯成本較高，故障率也偏高。新一代整合型變壓器綜合監測控制智能組件提高了變電站一次設備的智能化程度，其整合了有載分接開關控制智能電子設備、測量智能電子設備、風冷控制智能電子設備、非電量保護智能電子設備。
整合型變壓器綜合監測控制智能組件具有智能控制、有載分接開關控制、風冷控制、智能非電量保護、運行狀態監視和綜合判斷等功能，提高了系統運行的穩定性和可靠性。該技術已在北京某智能變電站成功應用。
2.5 電力電子變壓器與超導變壓器
隨著大功率控制技術及電力電子技術的快速發展，電力電子變壓器作為新型電力變壓器正日益受到關注并快速發展。電力電子變壓器不僅能夠進行能量的轉換與電壓的變換，且無需任何輔助設備和附加控制就可實現改善電能質量、控制系統潮流、自我檢測與診斷、自保護、無功補償等功能。
分布式可再生能源具有隨機性、間隙性、波動性、分散性、交直流兼有的特點，而電力電子變壓器能夠靈活穩定地將分布式可再生能源并入電網。電力電子變壓器技術的不斷發展和完善是智能變壓器發展的一個新的方向。
高溫超導變壓器的線圈由高溫超導材料繞制而成，變壓器運行損耗低，過負荷能力強。高溫超導變壓器采用液氮作為冷卻介質，環保，體積小，重量輕。應加大推進高溫超導變壓器技術的攻關工作。
2.6 智能可控電抗器
智能可控電抗器結合了電力電子新技術及現代控制技術，能夠實時根據電網運行狀態對電抗器參數進行連續調節與控制，從而使系統運行在最優的狀態。智能可控電抗器具有提高電網輸送能力、改善電能質量、實時連續的補償系統的無功缺額、確保系統穩定運行的功能。新材料及自動控制技術的快速發展為智能可控電抗器的發展提供了條件，超導型可控電抗器及自飽和磁閥式可控電抗器是智能可控電抗器發展的兩個方向。
2.7 模塊化建設等新技術
新一代智能變電站的設計理念實現頂層指導底層、分專業設計向整體集成設計的轉變。模塊化建設技術是新一代智能變電站全新的建設技術，且標準化設計、工廠化加工、裝配式建設三個層級的模塊化建設技術在新一代智能變電站中得到了應用。
新一代智能變電站進行模塊化建設，采用最大化工廠加工的預制結構的建、構筑物及艙式二次組合設備，安裝快速便捷。采用預制的光纜和電纜，一次設備與二次設備進行標準化連接和標準化通信，實現二次接線“即插即用”。模塊化建設技術也正向著智能化方向發展，一次設備向著兼有采集、測控、保護、檢測等功能方向發展。
新一代智能變電站的一次設備、傳感器、智能組件在工廠內進行一體化生產，集成聯調，安裝調試方便且提高了施工工藝水平。
智能變電站在線檢測智能電子設備的性能關系到全站一體化監控系統的穩定運行，因此對其功能測試至關重要，文獻提出的基于功能測試用例和測試腳本的自動化測試系統，代替人工測試，測試效率高。
基于移動機器人的設備巡檢系統對智能變電站一次設備進行巡檢將是未來智能變電站巡檢的一種重要的方式。
智能變電站IED在線評估與動態重構功能缺失將對電網穩定運行及運行維護構成極大的威脅，文獻提出了一種在線評估與動態重構冗余備用的技術方案，有效提高了系統運行的穩定性與可靠性。