智能变电站的技术革新是一场没有硝烟的“创新之战”。江苏省电力设计院（下称“江苏院”）以先进的设计理念、精湛的设计水平，在智能变电站领域展现了强劲实力：国内首座新建220千伏智能变电站工程——220千伏西泾变电站，受到国家电网公司领导的高度赞赏，“西泾变电站的新技术、新功能和先进设施的应用达到了国内领先水平，真正实现了‘智’的跨越，为国家电网系统打造了智能变电站的样板”；国内第一个“两型一化”试点和无人值班创新工程——500千伏惠泉变电站，荣获2008年度电力行业优秀设计一等奖和中国电力科学技术进步三等奖；国网公司首座全寿命周期示范工程——500千伏安庆变电站，设计突破传统设计理念，荣获2010年度电力行业优秀设计一等奖。

截至目前，在国家电网公司组织的全部5次500千伏变电站设计竞赛中，江苏院已取得了三个第一名。

220千伏西泾变电站

电站位于无锡市惠山区前州工业园，规划用地紧张，站址选择交通便利，进站道路短。江苏院结合智能化和紧凑布置的要求，对220kV和110kV均采用智能化GIS组合电器，10kV采用开关柜，均为户内布置；主变压器为户外布置。全站布置紧凑，电站共使用了全光纤电子式互感器66台、高压设备状态监测传感器233个、物联网无线射频传感器385个、过程层交换机42台、通信光缆16公里，但围墙内占地面积仅10亩，

本工程为国内首座220kV新建智能变电站试点工程，在智能一次设备、全光纤电子式互感器、状态监测系统、二次系统集成与网络化、物联网智能辅助控制系统、计量系统对比验证系统、高级应用等方面的多项新技术均为国内首次试点应用，其技术先进性、所产生的科技成果居国内领先水平。设计过程中共申报专利15项（10项已授权），其中发明专利9项、实用新型专利6项，在行业内处于领先地位。

（1）一次设备智能化

智能一次设备采用“高压设备+传感器+智能组件”方案实现。传感器与高压设备一体化设计安装，运行可靠、外形美观；智能组件就地布置于智能控制柜。

首次在220kV、110kV 和主变三侧大规模采用全光纤电子式电流互感器，全面提高电流数据测量品质，节省大量有色金属消耗，OCT创新采用GIS气管外（220kV）和法兰盘安装方式（110kV）。

根据运行需求，配置了主变油中溶解气体/微水/油温、GIS的局部放电/ SF6气体密度/SF6气体水分/断路器工作特性、避雷器的泄漏电流/放电次数的在线监测。实现了全站大规模、多参量在线监测系统后台系统整合和远程应用（主站端），为实现设备状态检修提供了依据。

（2）二次设备数字化与集成优化

实现二次设备信息交互数字化、网络化，并根据传输可靠性、共享化的要求设计建立了国内形式最全的过程层网络拓扑结构。220kV、主变三侧过程层采样值采用直采方式，跳闸采用直跳+网跳方式，保证系统工作可靠性；110kV过程层网络采用采样值、GOOSE、IEEE 1588三网合一，实现数据传输的数字化、网络化、共享化。10kV不设独立的过程层网络。

对二次设备装置进行整合，组柜方案进行优化。全站各电压等级采用保护测控一体化装置，不设独立保护及故障信息子站（功能利用自动化系统实现），节省装置20台。

全站采用IEC61850标准统一建模，利用光纤实现二次装置互联互通，实现各类装置信息交互数字化、标准化，节省大量控制电缆。

根据运行需求定制自动化系统高级功能，实现顺序控制、智能告警、分布式状态估计、取代功能等高级应用，为生产运行提供辅助决策服务，提高了运行效率。

首次建立了数字式计量系统与常规计量系统对比验证系统，在实际工况中验证两者间长期运行中各种外部条件下的精度偏差，为电子式互感器的进一步推广应用提供指导数据。

（3）环保、节能、节材、节地

主变压器采用排油充氮灭火装置，节约水资源同时满足安全运行的要求。按照“两型一化”导则，主变场地铺碎石处理，减少日常维护成本和资源。

本工程应用“绿色照明”理念，针对具体场所配置相应节能灯具，提高照明质量的同时减少电能损耗，打造“低碳、环保”变电站。

主变选用自冷变压器，噪声水平控制在60分贝，同时位于两栋配电装置楼之间，变电站外的噪声水平进一步降低，环境友好。

接地网采用铜质材料，设计时严格按照远景系统最大短路电流进行接地体截面选择计算，经过详细分析，全寿命期内成本最优。

首次在变电站利用“物联网”技术建立传感测控网络，实现图像监视、安全警卫、火灾报警、主变消防、采暖通风、给排水、SF6泄漏监测、运行温度监测等辅助系统的集成应用和联动控制，并设置智能通风系统，提高运行自动化水平，同时减少运行能耗。

采用交流、直流、UPS、通信电源一体化电源系统，统一设计、生产，建立电源系统统一监控平台，同时节省了设备、材料配置。

各间隔二次设备均下放布置于配电装置现场的智能控制柜。优化全站组屏方案和电缆敷设方案，在备用数量与常规方案相当的条件下，屏位相比常规方案总体节省度达44%，全站控制电缆16km，光缆15.6km，总量较标准化方案节省70%。电缆沟支架材料用量也大大节省。

结合新设备、新技术的使用，对布置和土建进行了优化，站区围墙内用地面积较标准化方案节省435m2，220kV 和110kV GIS楼建筑面积较标准化方案节省666m2，充分贯彻了国网公司提倡的资源节约、环境友好、工业化设计理念。

  2013年的500千伏标准配送式智能变电站设计竞赛以“全寿命周期”、“两型一化”（环境友好型、资源节约型、 工业化）、“智能化”、“标准配送”、“无人值守”等创新设计为主题，为各家设计企业提出了新课题。500千伏龙城（太原南）智能变电站工程是建设智能变电站的标杆项目，参赛的设计单位以它为依托工程，来完成“命题作文”。

从开标到截标，江苏院在短短半个月时间内，严格按照设计原则和专项要求，掐准智能变电站技术发展的脉搏，拿出了一份“安全可靠、节约环保、功能集成、配置优化、工艺一流”的智能变电站设计方案，在26家区域及省级设计单位中，突出重围，凭借综合评分第一中标该项目的工程设计。

与传统变电站相比，该电站设计具有两大飞跃：一是在土建过程中采用全预制装配结构建筑模式，摒弃了传统的现场“湿作业”施工，从而实现绿色节能环保；二是通过工厂生产预制、现场装配安装两个阶段建设，不仅减少了现场调试、安装的工作量，缩短了施工周期，也避免了二次接线的人为错误。围绕标准配送的要求，遵循“安全性、实用性、通用性、经济性”的原则，江苏院进一步优化了电气总平面布置，采用建构筑物构件工厂化加工、预制舱室二次组合设备、二次接线“即插即用”等设计方案，专题论证了二次设备组屏及布置、屏柜结构及尺寸等具体内容，方案清晰、论证合理。

设计的另一大亮点是“无人值守”，较之前的“无人值班”更强调“调控一体、运维一体”。江苏院深入研究了无人值守智能变电站的功能定位与关键技术，在计算机监控系统功能配置、视频监视系统、安全警卫系统、火灾警报系统及网络传输等提出了具体的方案设计，以实现变电站的远程综合监控管理。

江苏省电力设计院  郑攀 刘琳