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基于智能变电站二次设备模块化设计探讨论文
摘要：模块化二次设备对国内厂家生产技术水平的提高具有重要的作用，其能够避免社会资源的浪费，显著提高经济效益和社会效益。本文从二次设备集成化思路及关键技术入手，进而探讨了模块化二次设备设计方案，智能化变电站电气二次模块化设计，以其为相关设计人员作理论依据和重要的参考。
关键词：模块化设计;二次设备;变电站
1 二次设备集成化思路及关键技术
1.1需求分析
二次设备整合和集成是实现新一代智能变电站最终目标的首要任务及重要途径。从技术和产业发展需求的角度来分析，二次设备按面向间隔配置，每个间隔部署保护、测控、PMU、计量、录波等装置，各装置功能相互独立，可靠性高，维护方便。随着计算机技术发展及芯片集成化处理能力不断提高，在保障电网安全运行可靠的前提，将现有成熟应用的功能、设备进行集成或整合。
1.2整合方案
针对新一代智能变电站新技术的提出，可以采用面向多间隔进行同类功能集成;面向单间隔进行不同类的多功能集成;智能化变电站系统在逻辑上可分为站控层，间隔层和过度层三个层次，站控层设备集成则采用一体化业务平台。对站控层进行优化整合，设置两套本地功能监控主机，一台集成监控主机，操作员站，数据服务器，保护故障信息子站功能，另一台集成监控主机，操作员站，数据服务器，工程师站功能，其余功能独立设置。
间隔层设备集成方式采用多功能测控装置、多合一集成装置、保护测控装置、站域保护控制装置、集中式保护;例如将故障录波装置和网络记录仪一般独立配置和组屏，实现两者大部分采集单元的共享。35KV线路、并联电容器、电抗器、站用变在保护测控一体化的同时，增加计量插件即可实现计量功能。在间隔层实现全站打印机优化配置。
过程层设备集成方式采用合并单元智能终端集成装置，就地柜安装;完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量采集，设备运行状态监测、控制命令的执行等。 .
1.3关键技术
新型二次设备的关键技术有：
(1)集成化二次设备硬件平台化技术，采用通用一体化硬件平台和插件式功能板件设计，达到“插件易更换，装置易互换”的应用效果;模块化的二次设备由不同的功能单元组成，包括保护、测控、故障录波、网络分析仪、同步时钟、服务器、交换机j辅助控制设备、交直流馈线单元、交流ATS、直流充电模块、数据网设备、二次安防设备、光端机、PCM等等、通过不同类型、数量的功能单元进行排列组合，来形成适用于不同电压等级不同规模变电站的模块。同进采用模块化的多CPU硬件架构加速内部总线统一高效的数据采样、数据处理、数据存贮、数据传输处理。
(2)二次设备功能模块化和配置组态技术，通过装置支撑软件提供接口，将应用功能与硬件平台解耦;选配不同的插件和功能模块组建合适的.应用装置;应用功能模块支持可视化编程和配置组态;具有结构清晰、集成度高、扩展性好、适应性强等特点。
(3)二次设备运行状态采集和监视技术，由自检信息扩展至物理板件、通信端口以及逻辑链路等监测;采用嵌入式采集方式;为二次设备可视化运维、健康评估和状态检修提供数据支持。
(4)时间同步状态监测技术，闭环时间同步状态管理，监测量包括对时状态测量数据和设备状态自检数据，前者对二次设备外部进行对时同步侦测，后者对于二次本身故障进行快速侦测，如对时信号状态等。采用SNTP问答机制进行时间同步状态监测;以告警直传上送时间同步状态给调度。
2二次设备模块化设计
二次设备采用模块化设计，解决传统建设模式存在的现场施工量大、施工周期长、建设质量难以掌控、二次设备接线工作量大的问题。采用预制电缆，实现一次设备本体与智能控制柜间的标准化“即插即用”连接;减少现场接线、调试工作量，最终实现一次设备与二次设备、二次设备间的标准化“即插即用”方案。
模块的安装如搭积木玩具一样，将模块组装在相应的位置上。便于现场施工，提高施工进度与质量。首先需要将模块接口标准化能够同时实现多个模块之间的机械拼接，电气拼接与网络拼接。机械方面拼接是指模块的安装、固定。电气方面拼接是指多个模块的装置电源，外部强弱电开入等接口进行整合;网络方面拼接是指将多个模块的以太网、现场总线等网络通信方式进行整合。
2.1模块化设计方案
2.1.1组合二次设备的模块式设计
结合变电站标准配送式理念，针对组合式二次设备的特点，在现有硬件系统及生产丁艺不需大改的基础上，设计组合式二次柜体，集成多个功能模块设备(后台、服务器、电源等)，在厂家生产、拼装、调试后，以整体形式发往现场，减少现场施工量及施工周期。组合柜内采用固定模块式设计，方便后期更换及运维。
2:1.2组合二次设备的即插即用
由厂家在柜内设置集中接线区，将柜间装置的输入输出信号及电源在集中接线区进行航空插头配置，通过与柜外的预制光缆和预制电缆直接连接，达到与系统沟通的功能。建议采用装置加标准件的模式安装于模块安装于本体上，尽量不用或少用紧固件，支持功能单元的在线更换。组合柜与外部预制线缆在现场可进行快速对接，实现即插即用。
2.2模块化组屏及内部接线方案
二次设备室组屏采用模块化组屏方式，模块柜内通过采用一体化底座完成屏柜固定及预制线缆储纤功能;通过屏间侧壁开孔，完成模块内部走线，减少现场安装接线。
2.3模块柜组合二次设备的即插即用方案
各模块间及与各一次设备之间，采用航空插头实现电气设备本体与汇控柜间的标准化连接，采用预制光缆等“即插即用”连接方式替代现场熔接，减少现场接线、调试工作量，最终实现一次设备与二次设备、二次设备间的标准化连接方案。
参考文献
[1]曹楠，王芝茗，李刚等.智能变电站二次系统动态重构初探[J].电力系统自动化，(5).
[2]郭鑫.智能变电站二次设备仿真测试技术研究[D].华北电力大学.
2.1系统构成
过程层、间隔层、站控层是变电站二次系统在功能逻辑方面的划分。其中站控层对间隔层以及过程层起到一个全面监测与管理的作用。其主要构成是操作员站、主机、保护故障信息子站、远动通信装置、功能站。间隔层具有独立运作的能力，能够在没有网络的状态下或是站控层失效的状态下独立完成监控，由测量、保护、录波、相量测量等组成。过程层主要进行采集电气量、监测设备运行状态以及执行控制命令的工作，由合并单元、互感器、智能终端构成。
2.2网络结构
过程网络的组网标准是电压等级。主要的网络形式有双星形、单星形、点对点等。通常要依据不同电压等级和电气一次主接线配置不同的网络形式。单套配置的保护及安全自动装置、测控装置要采用相互独立的数据接口控制器同时接入两套不同的过程层网络。双重化配置的保护及安全自动装置应分别接入不同的过程层网络。单星形以太网络适合用于110KV变电站站控层、间隔层网络。双重化星形以太网络适合用于220KV及以上变电站站控层、间隔层网络。考虑到变电站网络安全方面以及运行维护。智能变电站，特别是高电压等级、联网运行的变电站，在兼顾网络跳闸方式的同时仍保留直采直跳的方式。
2.3二次系统网络设计原则
本文以220KV变电站为例，分析站控层设备的配置。远动通信装置与主机均采用双套配置，无人值班变电站主机可兼操作员工作站和工程师站。保护及故障信息子站与变电站系统共享信息采集，无需独立配置。
1）网络通信设备配置需按一定原则进行。特别是交换机的端口数量一定要符合工程规模需求，端口规格在100M~1000M范围内。两台智能电子设备所接的数据传输路由要控制在4个交换机以内。每台交换机的光纤接入量要控制在16对以内。由于网络式数据连接中交换机起到重要的作用，为保证智能变电站的安全运行，交换机必须保证安全稳定，避免故障的`发生。
2）应对独立配置的隔层设备测控装置进行单套配置，采用保护测控一体化装置对110KV及以下电压等级进行配置，采用保护测控一体化装置对继电保护就地安装的220KV电压等级进行配置。继电保护装置的配置原则与常规变电站一致，220KV变电站故障录波及网络分析记录装置按照电压等级分别配置，统一配置110KV及以下变电站，单独配置主变压器。
3）过程层的配置。对于110KV及以上主变压器本体配置单套的智能终端，对于采用开关柜布置的66KV及以下配电装置无需配置智能终端。在配电装置场地智能组件柜中分散布置智能终端。
4）合并单元的配置。110KV及以下电压等级各间隔单套配置，双重化保护的主变各侧冗余配置，同一间隔内电压互感器和电流互感器合用一个合并单元。
3结束语
综上所述，智能变电站的发展、变革以及建设是实现电网发展完善的基础。智能变电站二次系统设计方法的不断发展优化会促进智能变电站作用及优势的更好的发挥。针对我国智能化变电站二次系统设计的实践经验及相关原则，其应用发展道路一定会更广阔。
1.1保护配置
保护配置主要从变压器保护、线路保护以及母线保护三个方面进行。在进行线路保护时要注意提高采样值差量和暂态量的速度。在进行变压器保护时要注意励磁涌流的影响，通常会采用广义瞬时功率保护原理来辅助差动保护。这两点都是易于实现的主保护原理。广域后备保护系统由于其具有智能决策功能，可以在进行后背保护在线整定时集中全网信息，利用最少的通信量最快的数据更新速度完成决策工作。智能变电站二次系统在进行保护时简化了原来的布线，将主保护功能由原集控室下放到设备单元内，使通信网络的负担减轻。并利用集中式母线保护和具有主站的分布式差动来实现母线主保护。
1.2通信配置
在通信配置这一方面，智能变电站与传统变电站的差别不大，但是就其发展而言，数据的更快速的传播与数据量的加大会对通信配置提出更加安全可靠的要求。1.3计量配置采用三态数据为预处理数据的计量模块，进行误差量溯源实现现场检验和远程检验。根据计量模块所具有的通信优势，促进变电站与大用户之间的互动，进行信息采集与资源的优化配置，促进各个智能化电网环节的协调运行。
数字化变电站二次设备配置方式探讨论文
摘要：随着技术的进步，变电站一次设备逐渐向数字化的方向发展。这对二次设备提出了新的挑战。在一次设备数字化的基础上，二次设备的配置将更加多样化。本文将描述数字化变电站可能的几种二次设备配置方式，并从经济性、可靠性、设备管理方式等方面探讨各种配置方式的优缺点。
关键词：数字化变电站;变电站二次配置;变电站保护配置;变电站二次网络
从国际国内的情况看，数字化PT/CT及智能化一次设备开始大量应用于各个电压等级的变电站，使变电站的二次布线有了革命性的变化。采用电磁型PT/CT的传统变电站，一次系统的信号采用电缆以模拟量的方式传送到控制室，控制室的二次设备必须具备自己的采样回路才能获取需要的数据;而采用数字化的PT/CT及智能化一次设备的数字化变电站，其一次系统的信号通过光缆以数字量的方式送到控制室，控制室的二次设备只需要具备通信功能即可获取需要的数据，节省了电缆投资，提高了采样性能，增强了二次系统的可靠性。本文将在传统的二次设备配置的基础上，提出几种新的`二次设备配置的方法，并探讨各种配置方法的优点和缺点。
一、变电站二次设备的传统配置方式
因二次设备的采样数据不能共享，故所有二次设备都有自己的采样回路，获得的采样数据只能自己使用，导致一二次设备之间有大量的电缆连线，为设备的调试及施工带来了大量的查线工作，同时二次系统的配置形成了目前的各个二次系统之间互不联系的局面。在传统变电站中，一般的配置情况为：
(一)高压部分(110KV及以上电压等级)采用每个对象分别配置一套保护装置及一套测控装置的模式。保护装置具有该间隔需要的所有保护功能，如距离、零序、差动、过流等。测控装置测量该间隔的电压、电流、相角、功率、频率等，同时具有控制功能。
(二)低压部分采用保护测控一体化的方式，即每个对象配置一台装置，该装置具有测量、控制和保护的功能。
(三)各个电压等级的母线分别配置母线差动保护装置，有几种电压等级就需要几台母线差动保护装置，高压断路器需配置断路器保护装置。有一些母联还需配置母联保护装置。
二、数字化变电站过程层组网方式
国内目前在建的数字化变电站中，虽然已经实现一次设备的数字化，但二次设备依然按照传统变电站的方式配置，没有充分发挥数字化变电站经济、简洁及可靠的优势，主要原因是目前的数字化变电站中一次设备的数据传输用的最多的还是点对点传输方式，造成数据共享还只能在有限的范围内，无法做到全站共享的方式c”。很多数字化变电站中的过程层网络结构还相对保守，主要采用PT/CT的远端模块将数据传送给控制室中的合并单元，由合并单元分成多路光纤点对点传给保护、测控以及其他设备。
该模式符合目前国内对保护测控设计的基本思路，即采用最安全的点对点传输模式，最大限度减少数据传输延时，同时避免了采用以太网传输时数据过分依赖以太网设备的问题。
但随着技术的进步，以太网设备可靠性稳定性大幅度提高，可采用以太网共享数据的模
该模式为一次设备的数据直接上网，各个间隔单独组网，每个间隔的网络通过路由器互连。这种组网方式下，只需单个间隔数据的保护测控设备，可通过间隔层交换机获取数据，对于需要多个间隔数据的保护测控设备(如母差保护)，则可通过路由器获取全站的数据。这种模式组网简单，数据隔离方便，较好平衡网络负荷能，可有效分散网络设备不稳定造成数据丢失的风险。
三、变电站二次设备配置方式革新的条件
随着一次设备的数字化及以太网技术的发展，使一次设备将其信号通过以太网传送到控制室成为可能。一次设备的数据通过以太网为二次设备共享，可大大简化二次设备的设计及二次系统的布线。IEC61850的全面推广，为不同设备之间的数据共享提供了依据及可行的方法。断路器及开关刀闸能通过网络接收命令并执行，并通过网络将自己的状态及执行结果送给控制方，这些智能化的一次设备使二次设备可以摆脱传统思维模式的束缚而重新设计及配置。这些条件的具备，为二次系统重新设计提供了可靠的保障。同时也需要在电力系统管理模式上进行革新，以适用全新的数字化变电站的建设及运行管理。
四、几种数字化变电站二次设备配置方案
在数字化变电站中，二次设备不需要采样回路，只需要配置网卡就可获得所需的数据，使二次设备向小型化、智能化及高集成化方向发展a多种传统二次设备的功能集成在单台二次设备中成为可能，将大大减少设备投入成本。根据数字化变电站的特点，本文总结了以下4种数字化变电站二次设备配置方式，叙述如下：
(一)按传统方式配置二次设备
这种配置方式在上文已经叙述，这里不再赘述。传统配置方式是在传统变电站模式下发展起来的，目前各项运行管理方法也是基于该模式发展起来的。因此在数字化变电站中采用这种配置方式后，目前运行管理方法不用做任何改变即可适用。这种配置方式没有充分利用数字化变电站数据共享的优势，配置显得复杂且经济性不好。
(二)按对象配置方式
该模式采用保护测控一体化的方式，每个对象不再分别配置保护和测控，而只需配置一套装置，该装置完成该对象的所有保护及测控功能。这样在装置内部可以共享一些计算数据，简化了二次系统的复杂度，提高了系统的经济性。这种配置方式将自动化专业和保护专业合二为一，故必须改变目前运行管理过程中存在的按专业设置部门的方式，否则在运行管理上将出现盲点。
五、结语
目前国内的数字化变电站建设中，绝大多数采用传统方式配置二次设备，避免了管理方式的改变。但采用传统方式配置数字化变电站的二次设备，不能充分发挥数字还变电站简化二次设计及节约成本的优势。集中式配置方式因风险过于集中，在目前的技术及环境下很难执行。采用按对象配置和按功能配置的方式能极大的简化变电站二次系统，且较好的分散设备风险。但采用新的配置方式缺乏运行管理经验。为改变二次设备配置方式，必须对目前的运行管理方式进行创新，否则很难适用新的数字化变电站二次设备。
参考文献：
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[4]张沛超，高翔，数字化变电站系统结构[J]，电网技术，，24.
电力二次设备状态检修和变电站的标准化管理论文
论文摘要：随着我国国民经济的快速发展，国家重点要害部门提高了对供电质量的要求，所以电力设备状态检修显得越来越重要。据《继电保护和电网安全的自动装置检验条例》的要求，常见的继电保护，在于可保证继电功能、安全自动装置、保护元件正常运行，保证回路的定值和接线准确的功能。但是如果保护装置在两次校验中都发生了问题，那么只能等到该保护装置功能的彻底失效时并且需要在以后的校验中方可发现原因。倘若与此同时，电力系统偶尔发生了一些故障，那么保护装置就不可能准确地运行。为了解决这方面的问题，本文对变电站二次设备检修的工作进行了探讨并提出了相关的一些注意事项。
论文关键词：变电站二次设备；状态检修；管理
一、变电站二次设备的状态检修
1.设备检修就是为了保持或恢复设备完成规定功能的能力而采取的技术活动
管好、用好、修好设备，保证现代化设备在使用过程中经常处于良好的技术状态，以满足生产需要，并使检修费用降到最低，是检修工作要求达到的目的。变电站二次设备状态检修的简单步骤包括：首先通过设备状态监控测量，然后由检测最终结果，严谨地分析结果，最后合理地安排检修项目和该项目的时间。通俗地讲，就是在第一时间去了解设备当前的工作情况，用先进的设备监控仪器开展状态监测（可充分运用通信技术、微电子技术等），再综合各方面因素去判断设备的目前状况。在线监测、诊断都在状况检修的范围之内，其检修内容还包含了设备管理、验收和设备的检修、故障记录等多方面。长期以来，电力系统主要的检修机制为实施的防范性计划检修。改革开放几十年来，随着我国实施科教兴国战略，综合国力迅速提升，科学技术水平不断提升，变电站二次设备检修正在由预防性计划检修朝着预知性状态检修的方向过渡。
2.由各种不同的功能，可将变电站准确地分为一次、二次设备
继电保护的监控系统、远程及自动装置作为二次设备的'三大组成部分，任何一部分出现故障，都将导致电力系统及设备无法正常运行。在实际工作状况下，由二次设备引起的事故偶有发生，包括不正确运行的结果，往往影响到运行设计人员、产品保障部门等许多方面。由于微型计算机在继电保护上的投入使用，有效提高了断电保护系统高效可靠地运行，降低了成本，提高了检修准确率。
3.监测内容
设备状态检测是变电站二次设备状态检修的主要基础。变电站二次设备的主要监测对象是：交流测量系统、直流操作、信号系统、逻辑判断系统、通信系统、屏蔽接地系统等。其中在交流测量系统内包含着TA、TV良好二次回路绝缘、完好的测量元件、完整的回路；直流系统则包含了操作和信号回路绝缘良好以及完整的回路。
4.监测方式
变电站二次设备依赖传感器进行状态监测。由此看来，变电站二次设备状态监测无论是在技术上、经济上等方面都更容易实现，在不增加多投入状况下，充分利用当前测量方式，这是一般保护状态监测难以实现的。例如二次保险丝的熔断报警装置、直流回路的绝缘监测、CT、PT断线的监测等。微机保护、微机其自身自诊断装置技术的高速发展，为变电站二次设备状态监测成为电站故障诊断的完善系统夯实了坚实的基础。
二、关于变电站二次设备状态检修应注意的几个事项
1.变电站的二次回路的监测问题
由二次设备相互连接，构成对一次回路设备进行测量、控制、调节、保护和监视运行状况、开关位置等信号的电气回路称为二次回路。变电站的二次回路包括三个回路：断路器的控制回路、变电站的信号回路、变电站的同期回路。其中，断路器控制回路的作用是运行人员通过回路的控制开关发出操作命令，要求断路器分闸或合闸，然后经过中间环节将命令传送给断路器操动机构，使断路器能够分闸或合闸，当断路器完成操作后，由信号装置显示已完成操作。连接保护装置的二次回路包括交流电流回路、交流电压回路、直流操作控制回路和信号回路及测量回路。目前，随着保护装置的微机化，很容易实现状态监测。但是由若干继电器及连接的各个设备的电缆组成的二次回路有一个很大的缺点，即分散并且点多。在监测各个继电器触点的工作状况中，如果要以在线的方式监测回路接线的准确性与否，不但成本高、不经济，而且很难做到。所以若要监测该问题，应从设备管理方法这一关键点着手，比如设备验收管理，最好的方法是可以离线监测资料管理。 2.二次设备对电磁抗干扰性的监测问题
目前，变电站二次设备对电磁干扰产生越来越强烈的敏感性，主要是由于大量微电子元件以及高集成电路的广泛使用。采样信号失真、元件损坏、自动装置异常都是电磁波对二次设备产生干扰的表现。在二次设备状态检修中及其重要的一项内容是：对二次设备进行关于电磁兼容性的考核试验。电磁兼容是相对电磁干扰而言的。从电磁能量的发射和接受而言，电气和电子设备在其运行中可同时起发射器和接收器的作用。当不希望的电压或电流信号出现在敏感设备上并影响其性能时，则称之为电磁干扰。所谓电磁兼容就是指设备或系统在包围它的电磁环境中能不因干扰而降低其工作性能，它们本身所发射的电磁能量也不足以恶化环境和影响其他设备或系统的正常工作，相互之间不干扰，各自完成各自正常功能的共存状态。为了实现良好的电磁兼容，需要从控制干扰源、降低干扰源与敏感设备间的耦合程度和提高易受影响设备的抗干扰能力3个方面协调地采取措施。对于设备的电磁发射、抗干扰能力应符合相应的考核及试验标准。对各个不同厂站的敏感器件、干扰源进行必要的监测管理。例如检查二次设备的屏蔽接地状况，关于在微机保护装置旁违规使用移动通讯设备的管理等等。
3.一、二次设备两者在状态检修方面的相互关系
电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程中的高压电气设备，包括发电机、电压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电容器、电抗器、电动机等。二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护，以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需要的低压电气设备，如测量仪器、检查装置、信号装置、熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。大多数情况下，只有在一次设备停电检修时，二次设备才可以设备检修。也就是说要首先考虑电气一次设备的情况，然后再对二次设备状态检修进行决策分析，保证二次设备运行可靠，从而缩减停电检修时间，降低检修成本。
4.二次设备检修与设备管理信息系统的关系
设备管理信息系统可以实现计算机管理设备的运行情况，记录历次检修实验，从而实现信息共享。因此，许多供电企业开始建立了该系统，以此来保证在状态检修中做出正确有效的决策。
三、开展状态检修过程中需要注意的一些问题
1.需要更新观念
事物是在不断运动的、变化的，检修工作人员应该解放思想，用变化的思维观念去解决一些设备检修问题，改变传统的预防性设备检修的思考方式。在变电站二次设备检修过程中，要保持冷静，不能急功近利，要有耐性，切忌寻找一种快速的检修方法，要记住不可能在短期内完成这样的系统工程，要养成循序渐进，脚踏实地的工作作风。
2.需要创新体制
国家及企业建立了电力设备检修的一些制度。电力工作人员在只有了解现行专业制度后，才可以更好地做好检修设备的工作，拟好可靠有效地实施方案。比如执行相关专业规定的技术标准、工艺原则等，改进检修内容及方法，合理客观地追究事故责任。总之，要在实践中不断完善变电站二次设备检修制度，不断创新体制，总结探索先进的检修方法，把理论应用到实践中。
3.需要提高检修工作人员专业技术素质
在任何一个大型企业，都需要各类专业工作人员的协调配合工作。状态检修任务艰巨，影响甚大，更需要各类专业人员协同工作，尤其在大型变电站设备的检修过程中，更需要专职人员的密切配合，才能保证检修工作的质量。同时，提高电力工作人员的素质，可以减少不必要的事故发生，因为在电力生产中，许多事故的发生都跟运行人员自身素质有很大关系。同时，随着高电压等级变电站的增多、带电作业的增多、状态检修的推行等，对人员素质提出了更高的要求。因此，加强对工作人员的素质技术培训，提高检修专职人员的素质迫在眉睫，只有这样，才能适应不断增多的高风险作业的要求。
四、结论
变电站的二次设备进行状态检修是电力系统部门发展的必然需要。随着微机保护以及微机自动装置自我诊断技术的大范围地应用，变电站的二次设备状态监测无论在经济方面还是在技术上都是可以解决的。随着科学技术水平的快速发展，变电站二次设备状态检修将有力促进变电站向着综合自动化的方向发展。同时提高检修人员的检修技能，保证运行设备的健康水平，已成为电网安全稳定运行的重要条件之一，也是各供电企业的一项重要工作。
基于变电站电气一次设计的智能化研究论文
摘要：变电站是电力系统不可缺失的部分。在智能变电站电气一次设计的过程中，需要对一次设备的智能化情况进行了解，基于此，文章对变电站电气一次设备智能化的现状展开了研究，重点对需要解决的问题进行了重点分析，同时，对未来的发展提出了自己的见解。
关键词：变电站；电气一次设备；智能化
1一次设备智能化的研究现状
变电站中的电气一次设备主要包括变压器、互感器、可控电抗器、开关设备等。电气一次设备智能化可以通过两种途径来实现，一是通过对传统的电气设备配备智能终端，即对其进行智能化改造；二是直接由厂家设计制造具备智能化功能的电气设备。由于传统一次设备大量存在于现有电网结构中，传统一次设备被全面智能化的一次设备彻底取代还是一个很漫长的过程，目前实现电气一次设备的智能化发展主要通过途径一来完成，也就是在传统的一次设备上增加智能控制模块，使其集成数据采集、在线监测、故障判断和通信等多功能。
1.1电力电子变压器。作为一种新型的变压器，电力电子变压器要优于传统的变压器，其主要是融合了电力电子技术以及其他方面的先进技术，能够实现电压、相位、幅值的自动转换。在应用电力电子变压器后，可将AC/AC、AC/AD/AC之间进行转换，能够使用直流电压，实现能量的转换和控制；根据它的功能，可以进行自我监控、自我保护、无功补偿等，不必添加额外的设备。由于电力电子器件的体积小、质量轻等特点，在航天、航空等领域应用相当广泛；而且在智能电网中，分布式电源系统不断的增加，使电力电子器件能够灵活地分布在这个系统中。因此，作为新型的变压器，电力电子将得到更大的`发展。
1.2电力变压器。在整个电力系统中，变压器广泛应用于发、供、用各个环节，它在电网中处于极为重要的地位，是保证电网安全可靠经济运行和人们生产及生活用电的关键设备。变压器的智能化是电气一次设备智能化的重要组成部分。智能变压器的提出早在智能电网之前，许多研究学者、企业也从不同的角度在传统变压器的基础上进行改进，获得了科研成果和专利产品。智能型变压器包括传统变压器的智能化和基于换流技术的电力电子变压器。
1.3互感器。作为变电站中一个重要的部分，互感器的功能体现在以下3个方面：安全、准确测量和自我诊断。根据国际电工委员会制定的标准，电子式互感器由所有的光电式互感器和其他使用电子设备的互感器组成。电力系统光学电流互感器使用的是零和式光学电流传感技术，它的功能具有精度高、保护输出优质、绝缘性强和电磁兼容性高的特点，由于能够入网使用，所以可以进一步大量地应用在电网系统中。激光供电型110kV光电电流互感器采用了信号转化技术，运用光纤传输，所以，它具有绝缘性高、受电磁干扰小、测量频带宽、范围广等优点，在电力系统智能化建设中很有大的发展潜力和实用价值。
1.4智能开关组合设备。智能组合开关是智能控制中的关键设备，它综合了断路器、隔离开关、地接开关、互感器、避雷器、母线和出线终端等，将新型传感技术、微电子技术和电力电子技术等技术相结合，从而达到智能化控制。为了更好地在电网中应用智能化，需要对智能组合开关提供数字化的平台，从而能够自我参数检测、就地综合评估和实时状态报告等。在国内，组合开关在二次回路中的集成化程度不是很高，智能化终端和开关的应用上不够完善，所以新型的开关将取代原有的设备，例如河南公司开发的智能型高压开关，能够把多种设备整合为一体，更好地控制电网电路系统。
1.5智能断路器。高压断路器作为电力系统安全运行中重要的控制和保护设备，其智能化同样也是电气一次设备智能化的基础。断路器的智能化必须配置最新的传感技术、微电子技术和信息技术，以实现操动机构的可控操动。与传统断路器相比，兼有计算机系统和传感装置的智能化断路器集智能化控制功能、状态监测与诊断功能、智能化操作功能为一体。
1.6可控电抗器。可控电抗器是超高压及以上电压等级输电系统中关键的电气一次设备，对提高电网输电能力、改善电压质量、补偿无功缺额、确保系统稳定具有不可替代的作用。它结合了现代电力电子技术与控制技术，可实现对电抗器参数的连续调节与控制。目前，系统中已经得到应用的有可控并联电抗器（CSR）、晶闸管控制电抗器（TCR）、裂心式可控电抗器（SCTTCR）、直流助磁式可控饱和型电抗器（CSR）和可控串联补偿器（TCSC），具备广阔应用前景的有超导型可控电抗器（SCTCR）和自饱和磁阀式可控电抗器（SSMVTCR）。
2变电站电气一次设备智能化需要解决的问题
2.1技术方面的问题。目前我国变电站电气一次设备还未完全的实现智能化，这主要是因为有很多技术方面的问题未能解决，很多核心技术还处于攻关阶段，因此现阶段我国一次设备智能化并未没有达到预期效果。尽管我国可以通过引进国外的先进技术来解决，但是这不仅需要花费大量的购买专利的成本，同时还需要将购买的技术与我国国内变电站电气一次设备情况有效的相融合，这也需要耗费一定的人力与物力。
2.2智能化系统方面的问题。尽管有些变电的电气一次设备已经实现了智能化，构建了相应的智能化系统，但是智能化系统本身并不完善，还存在着多方面的问题，比如断路器跳闸方式是否合理、电源供电是否安全等，都还处于未知阶段。为此，智能化系统应用的过程中，必须采取抗干扰措施，保证智能化系统正常的运行。
2.3推广方面的问题。一次电气设备包括了很多种，每种电气设备的使用年限都不相同，比如高压电气设备与电子设备相比，使用年限比较长，再加之，一次设备实现智能化之后，价格通常比较昂贵，所以难以推广。为此，研究者需要电气一次设备材料进行改善，并且利用新型的技术提高设备的使用年限，这样才有利于电气一次设备实现智能化之后，进一步推广使用。
3一次设备智能化发展的方向
针对上述技术上存在的问题及设备本身性能上需要解决的问题，电气一次设备智能化的开发存在有极大的潜力。电气一次设备的智能化需要不断地完善不同领域之间的协同技术问题。为解决不等寿命局限的问题，必须从电子设备本身的设计、制造及改善其运行条件等方面着手，提高设备的使用寿命与可靠性。作为电力变压器智能化发展的另一可能途径，电力电子变压器由于目前所使用的电路结构较复杂、可靠性较低、损耗较大，故可进一步加强对其各种电路拓扑结构的深入研究。
由于电气一次设备智能化的开放性，许多新的功能将被不断地开发和利用，这些发展不但能够为传统电力系统注入新的活力，还能够对许多特殊用途的供配电系统的发展起到积极的促进作用。电气一次设备智能化的全面推广和应用，将为智能电网的发展奠定坚实的基础。
参考文献
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[2]王宏伟.变电一次设备接点过热的防范措施[J].黑龙江科技信息，（01）.
关于变电站智能设备分析的论文
摘要：本文根据国、内外变电站自动化技术发展及应用现状，从实际工程应用的角度，阐述了变电站智能化设备的必要性以及智能设备的构成和特点，探讨了从系统设计出发的集成思路，同时对变电站智能设备的进一步发展提出了一些设想。
关键词：变电站自动化数据通信智能设备系统集成计算机网络
引言
近年来，计算机芯片及网络等新技术的不断采用，从根本上改变了传统变电站二次设备的基本面貌，全数字化的设备、以网络构成的系统，辅以成熟的调度自动化系统，正在不断地提高变电站运行的自动化程度和可靠性，从原来的分部分的变电站设备及运行状态的监测发展到整个变电站设备监控的集成的自动化系统，已基本做到了自动化应能实现的功能，即不再是好看不好用的花架子，而是真正可以解决和满足生产实际运行中出现的问题和需要，无人值班变电站及变电站自动化系统已基本被用户接受并使用。在实际应用中，国内、外不同的专业厂家分别推出了具有不同特点的系统，基本上都能满足系统的运行要求，但在不同程度上，由于开发的背景、运行经验及技术水平的限制，仍有相当一部分系统存在者功能重复设置，没有做到信息资源共享，从而导致了现场接线复杂、系统的各部分接口的通信规约不一致，增加了投资并影响了系统的可靠性，这就大大影响了整个系统的开放性及可扩展性。出现这些问题的主要原因便是缺乏系统设计及在系统设计思路指导下的各组成部分（智能单元）的开发。由于以往变电站二次部分的开发是分保护、测量、监控等各专业独立开发、功能相对独立设置的，由此为满足系统的功能配置要求而在“搭系统”，从而导致要么底层控制单元无法投入系统，信息传送不上来，就是系统要求的功能底层控制设备单元不具备。针对上述问题，本文试图从整体系统设计思想入手，讨论对变电站内智能化设备的基本要求及其构成、系统集成的基本思想，以供同行讨论参考。
1变电站自动化的特点及智能设备的构成
国内变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类独立开发，随着技术的进步以及电力系统自动化的要求，变电站自动化工作的开展首先从远动、自动化及通信专业开始，初期开展的工作只是对站内的部分状态量及模拟量数据采集并处理的微机监视或监控系统，随着调度自动化及微机保护的成熟及应用，变电站自动化及无人值班运行模式便成为实际的需要和急待解决的课题。变电站自动化近几年的发展状况大致存在集中式及分布式两种系统结构，由于电力系统管理方式及二次产品开发的历史原因，大多数系统仍采用的是按功能“拼凑”的方式开展，没有按工程的实际需要及正确的系统设计指导思想进行，从而导致系统的性能指标下降以及出现许多无法解决的工程问题。从对分布、开放性以及系统整体的发展趋势来看，采用分布式测控、保护、自动装置及计算机局域网的结构方式显然比较优越。采用分布、开放性的网络拓扑结构和计算机局域网技术的变电站自动化系统，各现场单元可完全脱离系统独立运行，单个装置的故障不影响系统的正常运行，从而达到“分散布置、集中管理”的目的，加强了系统的可靠性和可扩充性。这种构成模式正越来越被我国电力系统所接受，其最大特点就是尽可能地充分利用软、硬件资源，并尽可能地共享软、硬件和系统资源，并且利用通信网络代替大量的控制信号电缆，避免设备重复设置，多次投资。
根据IEC国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分以及变电站自动化系统的特点，变电站内的设备可划分为如下三个层次。
设备层：包括各种一次设备象开关、线路、变压器、电容器、CT/PT等。
间隔层：是各种二次设备包括采集、测量、控制、保护、自动装置、故障滤波等，它们大多能独立完成某种功能，且具有与外部进行数据交换的能力。
变电站管理层：对整个变电站进行安全监视、控制、操作，并与变电站外部进行数据交换，如当地监控微机、与控制中心通信的网关等。
上图标示了变电站内的三个层次和它们之间的数据交换。从对变电站电能传输、分配进行检测、控制和管理的观点出发，可以认为变电站由母线、变压器、线路、电容器等基本元件组成；一个基本元件通过一个或多个间隔向二次系统提供数据，接收二次系统的控制命令。根据每一个基本元件自身的特性和检测、控制要求，并按照基本元件内部数据采集及故障检测和隔离由元件自身解决的原则，设计每一种基本元件对应一种硬件结构即智能电子设备（IED）。
从图中还可以看出，在设备层和间隔层之间的数据交换量不大，主要是设备间向间隔层提供运行中的各种I/O信号，间隔层向设备发出控制信号等。
在间隔层和变电站管理层之间，存在大量的数据交换，一方面，间隔层内的各种智能设备需要把采集到的信息及时上传至当地监控系统和通过通信处理机送到远方控制中心，不仅数据量大，而且要求具有很高的实时性，象站内的事件顺序记录需达到毫秒级，测量值及信号的刷新时间需在3秒之内完成。另一方面，变电站层的系统时钟、控制与调节命令、运行参数的整定命令，也要快速下发至各智能设备。
间隔层的各智能设备之间，也存在着部分数据交换，但这种交换量不大，对实时性要求也不高。而且由于保护设备大都是独立的设备，故与其它装置的数据交换很少。其它智能设备，也存在一定量的数据交换。
基于以上情况，设计中的变电站自动化系统考虑了在间隔层横向按站内一次设备分布式的配置，有条件时，还可将间隔层设备安装在开关柜上；各间隔设备相对独立，仅通过站内通信网互联，并同变电站层设备进行快速通讯。
在功能分配上，采用可以下放的功能尽量下放的原则。凡是可以在本间隔内就地完成的功能绝不依赖通讯网完成，这样构成的系统同以往的集中式系统相比有着明显的优点：可靠性提高、可扩展性和灵活性提高以及站内二次电缆简化、节省投资。
2智能设备的集成
在变电站自动化中存在一些促使设备集成的动力。首先，变电站自动化要求采用较少的设备完成更多的功能，其解决方法之一是安装具有集成功能的智能电子设备。最基本的`继电保护IED就是一个例子，它集成了保护、测量、控制、录波、事件顺序记录以及通信等功能。用一个设备完成所有这些功能，这样就实现了设备整体费用的优化，减少资金和运行维护费用。
另一个向集成化发展的动力是先进的自适应能力和系统控制性能。在这些先进的性能中系统知识是非常有用的，它允许继电保护IED动态改变运行参数。具有核心级的系统知识可以使系统的稳定性和潮流都得到控制。
技术进步也是向集成化发展的主要动力。微处理器、计算机通信及应用软件技术的飞速发展促成了集成系统的开发，将来的重点可能由硬件IED发展为“智能化”软件。
还有一个动力是为客户服务。经济的快速发展要求越来越少的停电时间，电力公司内部也经常为自身设定顾客电量利用率的目标。对于这个目标，系统集成给操作员和工程师提供了更多的信息，如在什么情况下允许系统快速恢复等。与有用的信息一起集成化的另一个好处是对误操作的辨认分析，对于由继电保护或系统设计带来的问题可以高效跟踪和修改，从而可以提高整个系统的可靠性和可用性。
3局域网络通信技术
变电站内智能电子设备的集成化设计策略采用了分布式功能配置的概念，因为分布式体系结构可使任何规模的变电站具有可扩充性。通过共享冗余得到了高可靠性、简化的布线以及可选择的性能升级能力。
在设计信息及数据通信的策略中，几乎每一个制造商设计的IED都有以电气工业协会（EIA）的RS-232或RS-485标准为基础的物理层接口，并在数据链路层和应用层用软件完成系统与任何一个IED设备的连接，但随着计算机局部网络（LAN）技术的发展，越来越多的制造商把注意力集中在LAN上。采用计算机局域网技术可实现数据高速、可靠传输，可将过去集中处理的功能分散到各个节点去处理，并可以传送大批量的数据，如故障录波数据和图像数据等。在变电站自动化系统中，采用局域网技术，将变电站内的数据采集部分的各智能单元分别挂网运行，站内自动化系统通过变电站层控制中心与各IED进行数据通信，以取得对现场IED设备的控制权，如断路器的分/合、自动重合闸的开/闭、继电保护装置的参数设置、故障诊断、远程抄表等控制命令。这就要求IED设备满足局域网标准，I/O设备作为局域网上的一个节点。在实际采用计算机局域网的标准上，一般存在着采用“工业以太网”和“现场总线”两种不同的做法。
在90年代中期，国内外曾掀起一场声势不小的“现场总线热”，国家有关部门也拨款几千万元组成攻关课题。但在实际应用中，还有许多共同的疑问。其中最主要是其标准问题。现场总线有多种标准有两个原因，首先是技术上的原因，即适用场合和用户习惯原因。广义的现场总线包括传感器执行器总线，亦称I/O总线，其特点是信息简单但传输速度快，其典型代表有基于CAN的DeviceNet,interbus-s等；另外还有设备总线可用于控制，其信息量大而且复杂，传输较慢，如基金会总线FF、HART、LonWorks和Profibus。而狭义的现场总线仅指后者。除此外不同行业有其传统使用习惯。对价格和技术完善性有不同要求，再有是不同的总线标准往往和某些公司或公司集团有内在的商业利益关系。所以说最终现场总线标准也不会形成一统天下的局面。就目前情况来看，在过程控制领域，基金会总线FF将占有最大的份额，而在其它离散控制领域尚不十分明朗。
如何在众多的总线标准中，选择一种合适的总线，既能满足大数据量、传输速度快的要求，又要兼顾那些通讯相对少、实时性不很高的设备，以有效减少网络负载。LonWorks在可靠性和传输速率上显然达不到要求，HART用户支持较少，不宜选择；作为传输最快的总线Profibus在网络拓扑、数据吞吐量均表现出色，但其作为欧洲标准，在世界范围特别是中国的支持不够，尚不能普遍采用，FF虽然得到世界范围内的广泛认同，但所欠标准化进程仍遥遥无期。
以太网（Ethernet）经过若干年的发展，技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已可十分便利的应用于变电站自动化场合。首先10M以太网具有目前国内变电站自动化系统采用的网络不可比拟的高速特点，可将系统信息快速交换；同时以太网在长期发展中以公认的可靠性、安全性、灵活性著称，如网络节点均带耐高压的网络隔离变压器，网络拓扑结构灵活，支持多种通信媒介，可根据变电站的实际情况确定网络结构及选用通信媒介。在自动化系统升级时可将系统通信网络结构及媒介稍加改动甚至不改动的情况下平滑地使通信系统升级，节省开支，如升为100M快速以太网。
下面为美国和欧洲一些国家普遍采用的变电站自动化系统的通信结构。
传统的变电站自动化产品供应商们通过扩充他们的RTU的通信能力，即具有多个串行通信口的增强式RTU来接收各种形式的智能变电站设备（IED），包括计量表计、故障记录和继电保护等设备。现代的变电站智能设备通过局域网建立了一个规模较大的变电站控制系统，以太网由于其优越的性能被用做变电站LAN，变电站内不同制造商的IED产品可以通过规约转换器（networkinterfacemodulesNIM）进行连接，还有一部分IED产品可以直接挂网运行。NIM与底层的IED可以通过廉价的RS485方式相连，规约采用标准的IEC870-5-103变电站内继电保护配套规约，IEC870-5-103规约在欧洲和其他一些受IEC影响的国家被普遍采用，我国国家电力公司也把该规约作为变电站内的配套标准规约。
4智能电子设备的发展目标和变电站自动化的趋势展望
变电站自动化系统与其它工业自动化领域一样，正沿着“分布化、智能化、集成化、可视化和协调化”的方向发展。这就给智能电子设备提出了更高的目标，这主要体现在以下几点：
1）、可互操作性：当前和将来都可以与任意一个生产厂家的IED进行通信。
2）、即插即用：所有连在LAN上的设备将由系统自动识别。
3）、可靠性/安全/可信性：这是基本的继电保护特性，目的是使整个系统达到同一水平。
4）、开放性：提供一个变电站自动化系统的平台。
5）、冗余度；任何单一的部件故障不会影响整体系统性能。
6）、智能化：提供一个人工智能的应用平台；通过这个功能实现故障分析、选择性的数据和电力系统配合。
7）、自动化：通过嵌入算法软件或按用户定义的控制顺序提供未来的自动控制功能。对于继电保护设备，可通过用户自定义的计算方法和动作次序支持未来的自适应继电保护功能。
8）、灵活性/可扩充性：对于当前的硬、软件系统设计要考虑到将来的扩充，应当易于修改。
智能电子设备的采用，将彻底改变常规继电保护、自动装置及测量仪表等的单一功能结构，变为包括继电保护、过程自动化、录波、计量、测控等多功能智能化设备的变电站自动化系统。由于现场设备的高智能、多功能，使得主控系统的负担得以分散，实现了彻底的分散控制保护及自动化，由此可极大提高控制、保护、自动化系统的可靠性、自治性、灵活性。
由分布式的智能设备构成的变电站自动化系统带来的另一个好处是可以取消常规变电站所使用的控制屏、中央信号屏等集中控制设备。对于35kV及以下的电压等级的现场智能设备可以集合安装于开关柜上；对于110kV及以上电压等级的现场智能设备可以按各个控制对象即变电站内一次电气设备元件按单元安装在各电压等级的开关场地内或“保护小间”。现代技术已解决了电磁干扰、振动、温度、灰尘等对IED的影响，只需用计算机通信网络把它们联起来再与变电站层的主系统连接，这样做可大量减少控制信号电缆，也减少了组屏建筑面积。
智能电子设备的采用还使得变电站一、二次设备结合成为现实。如果把现场智能设备的控制保护的一次设备对象的CT、PT，开关、刀闸等的操作机构箱、主变压器等设备也采用网络通信方式相连，就可以取消控制信号电缆，仅仅保留开关操作机构跳、合闸所需的高压交、直流电源的动力电缆，从而可以使现场智能设备采用低压电源，提高了设备的抗干扰能力；另外通信网还可以将设备丰富的信息及数据上传，便于事故分析和状态监视，还可构成网络式的防误闭锁和安全保障系统，从而提高整个分布式变电站自动化系统的可靠性、先进性和优越性。
计算机网络通信、交换技术的发展，还使得变电站内部的LAN可以与广域的WAN相连，WEB浏览技术使得电力系统的用户在任何地方可以监控变电站的运行情况。变电站自动化系统适应Internet/Intranet网络技术的发展，就可以逐步实现开放式的通信体系结构。
以上针对我公司在开发变电站智能装置以及相应组成的变电站自动化系统的一些实践经验，谈了作者对变电站智能设备的集成与发展的一些理解和建议。其中有些建议和设计目标还只是在设想阶段，但相信现代计算机技术和网络技术的飞速发展一定会为实现上述目标提供最大的支持。
参考文献
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基于手持设备的智能球研究与设计论文
球形运动装置是最近十几年出现的一种新型移动结构形式,它的典型特征是具有一个球形外壳且将其运动机构、控制系统、电源等都包含在球形外壳的内部,通过重心偏移、动量守恒等内部驱动方式实现可控运动。球形运动装置具有良好的动静态稳定性和运动灵活性,能够在比其直径略大的狭窄弯曲空间内运动,即使与其他物体发生碰撞或跌落,也可以自动恢复稳定状态,不会像轮式、足式、履带式等传统移动装置那样发生“翻车”问题，因此在复杂未知环境中应用优势显著。
1相关工作
一般认为第一个真正的球形运动装置是由Halme 等于设计完成的，这个球形装置利用一个可在球壳内滚动的带有支撑杆的内驱动机构打破系统的平衡,实现装置的全向运动[1]。Halme等人分析了该装置的越障、爬坡等运动性能，但这个球形运动装置的运动可控性与稳定性较差。Bicchi等设计的球形运动装置是放置一辆双轮小车于空球壳中，利用小车运动打破装置内部的平衡从而使装置运动,他们只做了简单的仿真,没有实验结果。Bhattacharya 等设计了一个具有对称结构的球形运动装置，与球壳相连接的两个相互垂直的电机驱动转子高速旋转,由于角动量守恒导致球壳反向转动,由此产生装置的运动,仿真和实验结果表明该球形装置的运动精度比较差[2]。Mukherjee等提出了一种球形运动装置的概念设计,其内部从球心位置伸出4根辐条,盘式电机控制重物沿着辐条运动改变球的重心,实现球形运动装置的全方位运动,球壳内部的支撑腿和摄像机可从球壳内伸出,完成战场侦察、环境探测等任务[3]。Javadi等设计的球形运动装置也是通过调整4根辐条上的配重来改变球形运动装置的重心,但辐条的布置方式不同,他们只在很小的运动范围内进行了仿真和实验[4]。瑞典的Rotundus 公司推出了用于军事侦察与监视用的Rotundus 系列球形运动装置。Rotundus的内部设有一根中轴,中轴上悬挂一个摆块,在电机的驱动下,摆块向前(或向后)摆动时球形运动装置滚动前进(或后退),摆块向侧方移动时则进行转向[5]。Rotundus内部可安装相机、无线电通信设备等部件,可在一定距离范围内为使用人员采集和传输特定区域的信息。孙汉旭等设计了一个类似万向节结构的全方位运动球形装置,通过两个垂直轴上布置的电机调整配重位置的方式来实现球形装置的全方位运动。战强等设计了两种不同结构的、直线运动与转弯运动解耦的球形运动装置,通过两个电机分别驱动重物实现重心偏移,使球形运动装置实现直线和转弯运动[6]。
2 智能球控制系统
智能球控制系统是基于Android和蓝牙功能的手机终端进行通信,手机终端安装了应用控制软件, 可以进行数据传输。利用手机蓝牙遥控智能球的行走，以蓝牙手机作为客户端，智能球上的蓝牙模块作为服务端，通过串口仿真协议进行通信。它具有编程灵活、自由、易于控制、稳定性能好、扩展容易等优点。实现了智能球的前行、倒退、左转、右转和停止等功能，将手机变身为遥控器，为人们的带来方便。
2．1 手机客户端设计
手机客户端设计采用的是Eclipse开发环境，Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台，还需要为Eclipse安装一个开发J2ME程序的EclipseMe插件，为了在电脑上方便模拟自己开发的`程序，还需要安装无线开发工具WKT。
2.1.1 初始化本地蓝牙
初始化本地蓝牙设备，建立LocalDevice类，包括取得本地设备实例、蓝牙名称、设置发现模式、获得发现代理。
2.1.2 搜索蓝牙设备
搜索周围蓝牙设备，每发现一个设备就调用监控接口deviceDiscovered，在这个接口中添加自己的代码，把搜索到的设备记录在List列表中，搜索设备完成调用接口inquiryCompleted（）。完成搜索后，把搜索到的所有设备显示出来。
2.1.3 搜索蓝牙服务
在识别列表List中，选择一个需要的设备，开始搜索服务，发现服务时自动调用接口servicesDiscovered（），并把服务记录在serviceRecord，服务搜索完成调用接口serviceSearchCompleted（）。
2.1.4 建立连接
根据上一步搜索到服务记录serviceRecord，建立连接要获得URL，调用接口函数serviceRecord.getConnectionURL（），打开连接Connector.open(url)，并打开数据流openDataInputStream（）和openDataOutputStream（），就可接收和发送数据。
2.1.5 监听键盘事件
由Canvas 类监听按键事件，当有按键按下时，自动调用keyPressed（）,并传入按键编码，发出控制信号，控制智能球的运动。
2.2 智能球服务端设计
智能球服务端的设计包括：蓝牙串口通信设计、单片机编程设计、电源电路设计和直流电机驱动设计。下面介绍蓝牙串口通信设计和单片机编程设计。
2.2.1 串口通信设计
蓝牙模块与单片机之间的通信使用虚拟串口实现的，串口为标准配置：波特率9600、检验位NONE、数据位8 位、停止位1 位。中断接收函数只要是负责接受蓝牙发送过来的数据。
2.2.2 单片机编程设计
由于无线接收器和单片机通信的方式是串口，为了是智能球能迅速响应上位机发送来的信号，单片机使用串口中断的方式，在main函数里面主要就是处理中断接收到的数据，并控制电机的转动。
3 智能球运动系统
智能球三维实体模型如图1所示。该智能球基于重心偏移的原理实现可控运动,其内部结构主要包括小车、电机、中空轴、重块和摄像头。其结构关系为:中空轴通过两端的两个滚动轴承连接在球壳上,并作为支架安装其他4个部件。小车固定在中空轴上,其两个车轮与球壳呈滚动摩擦接触;驱动重块的电机也固定在中空轴上,其输出轴端固定连杆,连杆的末端固定有重块,当电机旋转时可驱动重块绕电机轴左右摆动；就动力学控制来讲,智能球的运动学控制具有计算量少、实时性好等优点,但也存在动态特性得不到保证的缺点。采用旋量理论可推导其速度雅可比矩阵实现其速度级运动学逆解，利用可控性李代数证明该球形智能球系统是可控的。
智能球的运动原理是:小车沿球壳内壁爬升带动内部机构转过一个角度,使智能球整体产生重心偏移,从而驱动智能球进行直线运动。当重心偏移力矩和滚动摩擦力矩平衡时,智能球匀速前进,此时内部驱动机构与地面保持一个恒定的角度。
智能球的转弯运动是通过电机驱动重块在垂直于直线运动方向上摆动来实现的。当电机驱动重块转过一个角度时,会产生一个侧向偏心力矩,使球倾斜一个角度,此时与直线运动相组合即可形成智能球的转弯运动。
图1 智能球结构
4实验分析
为了验证结构设计的合理性及速度逆解的正确性, 对智能球进行了圆形轨迹运动实验, 该智能球的直径为200 mm。实验过程中利用单目CCD摄像机拍摄球形智能球的位置图像, 并通过视觉处理手段获得其型心位置,然后将实验测得的运动轨迹数据与理论数据进行比较。圆形轨迹运动实验方法是以不同的转弯半径进行圆形轨迹运动,考察其圆形轨迹运动的稳定性和最小转弯半径。实验中智能球运行轨迹直径为1. 6 m，运行过程中智能球偏移理想轨迹的最大误差约为0. 05 m，这是由于地面不平所导致的。实验结果证明了智能球可以实现圆周运动,智能球的圆形轨迹运动误差在轨迹直径长度的5 %以内。
5 结论
本文根据球形运动装置控制的特点，通过实验发现当对智能球采用开环控制时,由于系统的实际运行轨迹无法测量,而只能通过积分的方式获得,因此当受到外界干扰时,智能球的运动轨迹会受到较大的影响。为了使球形智能球以较高的精度运动,对其进行包括动力学在内的闭环控制系统，有效地对智能球进行运动构件的速度、加速度或位置的控制，并把智能球与手持设备蓝牙遥控技术整合为一体化智能球形运动装置。
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变电站接电网优化设计论文
一、、110kV变电站接电网中存在的问题分析
1.1变电站接电网中变电站的工作人员出现的问题
在变电站接入电网时总会出现各种各样的问题，有时由于工作人员的疏忽，在没全面检查变电站各种基础设施和供电设备时就接入了电网之中，这样不仅是对工作的不负责任，而且也是对自己的生命和其他工作人员生命极其不负责任的现象，一旦接入了电网，那么就会有源源不断的电力输送到变电站当中去，如果变电站中的设备不足以承受住这样的电力，或者变电站中的设备出现问题，这些情况都会导致电力在变电站中发生重大的电力事故，事故对变电站和变电站中工作人员的安全都会产生重大的影响，直接或间接造成的损失不可估量，变电站发生事故也会对用该变电站的用户和企业单位造成影响，要知道当今生活大部分都是需要电力来维持使用的，离开了电力就会全部陷入瘫痪之中，间接的损失那也是相当大的。
1.2变电站接电网时变电站中设备的损坏导致的问题
一般来说，现在的变电站建造时间已久，变电站中的很多设备比较陈旧，经常会出现一些问题。变电站一般会定期检查机器设备，然而有时的一些设备的损坏也是人们不能预想的，变电站中机器设备比较复杂，有时一些问题平时检查很难查出来。在变电站接入电网中时发生了机器设备零件的损坏现象，不仅会直接破坏变电站接入电网的进程，而且还可能导致机器着火等事故，这将直接危险到了电力系统工作人员的安全问题。还有可能会使变电站各个系统的稳定造成威胁。
1.3变电站接电网时出现断电造成的问题
在变电站需要接入新的电网时，可能会出现一定时期的断电现象，但是这段时间不会太久，由于一些用户或者企业未能及时收到通知说明要断电的情况，一些用户或者企业在工作时间段发生断电的现象，对机器和企业的效益造成重大的损失，这些问题追究起来都是变电站未能在断电前让用户和企业都能了解到断电的通知。彭宁宁桂林丰源电力勘察设计有限责任公司
1.4变电站中电力的稳定性影响
变电站对其电力的电流电压和频率的稳定性也是有要求的，一般性的小波动对变电站是没有太大的影响的，然而在通入频率较大的电流时就会对变电站的稳定性造成影响，可能会造成变电站的运行受到影响，出现停运现象，严重的可能会对变电站系统内部的各方面造成损坏，从而会造成变电站系统的瘫痪，造成下路的用户和企业的断电并造成各种经济的损失。总之，稳定安全的.变电站系统是经济快速发展的前提和保障。
二、110kV变电站接电网时接地的重要性
变电站接电网时接地的步骤是必不可少的，接地的作用可以在发生走电漏电时起到作用，有了一个良好的接地系统的保护，变电站才能在原有的基础上发挥出更稳定更安全的性能。对于变电站接地设计要满足不同安全规范的要求，使其在变电站中防电防雷接地、保护接地和工作接地三者能够有机的结合起来。接地还可以满足系统电磁兼容的要求，能够有效的提高变电站弱电设备的抗干扰能力，具有很重要的影响。造成变电站接地系统不能正常运行的因素有很多，主要因素是接地网电阻过大，接地网电阻过大可能是由于施工工艺和施工人员焊接的不好造成的。在接地系统完成后，要对挖出的泥土填埋回去并要夯实，因为不同的土质对接地网的阻值会有重大的影响。而且在不同的温度和季节接地的阻值也会大不相同。在变电站接电网之前要对其进行电阻的测量后再进行。
三、变电站接电网的优化措施
针对变电站中工作人员的疏忽问题，应该在检测机器的重视度上在工作人员之间得到重视，在全面检查过后再接入电网之中去，不能有一丝的松懈出现。在机器的检查方面要多做几次检测，在多次检查过后发现没有问题之后再接入电网之中，不要拿自己的生命和其他人的生命开玩笑，所以应最大程度上的避免这一问题的发生。针对变电站中设备的自身损坏的问题，需要相关工作人员在定期检查中对发生问题的机器零部件进行及时的修理或更换，等到发生问题时就已经晚了。在定期检查时也要按时进行检查，不能疏忽大意，要对机器的每一个部件都进行详细的检查。针对变电站接入电网时发生断电的现象，要提前在用户可以见到的地方贴停电的通知，避免居民的担心，并说明原因和情况，特别是在夏天要尽快回复电力。接地在变电站接电网中也是相当重要的，影响接地的阻值也要进行优化，对于泥土的阻值过高的问题可以采取降阻剂或者进行局部的换土，这种方法可降低接电网附近的土地电阻率，并可以尽量的减少接触电阻。在接地效果不理想的情况下，还可以适当的增设接地体，通过增设水平接地体并且加深深埋垂直接地体从而达到降低阻值的效果。
四、总结
变电站接电网系统的好坏将直接威胁着变电站内工作人员的人身安全和设备安全，接地系统的好坏也非常重要。在进行变电站接电网的优化设计中，要结合该变电站的实际情况加以分析，并总结出最适合该变电站的方案，来提高变电站接电网的可靠性和安全性，并持续为用户和企业提高稳定的电源。
变电站土建设计要点及优化策略研究论文
摘要：
变电站工程的建设质量与国家工业和经济的发展以及人们日常生活有着极其重要的关系。而土建工程的设计和优化则是变电站建设中的一项重要工作。其设计和建设的质量，直接影响到变电站建设的整体质量，对变电站的稳定运行和正常供电具有重要意义。基于此，文章对变电站土建设计的要点及优化策略进行了总结和分析。
关键词：变电站；土建设计；优化措施
1、复合地基的设计与优化。
在变电站的选址处，常见有压缩性高、承载力低的软土分布，工程上的一般做法是，当进行基础设计时，如果遇到软土的下卧层，当软土不深时，使用超挖换填的方法，当软土深度较大时，使用深层水泥土搅拌桩，来进行地基处理。然而，在llOkV变电站土建设计中，很多设计人员可能更为关注地基对承载能力极限状态的预估，只对竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值进行计算，而忽视了正常使用情况下对竖向承载搅拌桩复合地基变形的计算，可能导致地基变形问题。因此，在进行变电站地基基础设计时，应按照变形控制的原则，在进行沉降验算时，考虑正常使用情况，实际竖向承载搅拌桩复合地基的变形，应包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形。
2、大体积主设备基础的设计与优化。
在llOkV变电站一般设置有至少2台主变，2台站用变，站用变分别接于lOkV或35kV母线，并根据电压等级装设有电容器等无功补偿设备。对于体积较大的变压器、电容器、GIS等主设备基础，在施工中可能出现的问题有混凝土收缩裂缝大、空鼓现象、角部混凝土被损等问题。究其原因，主要是工程设计环节疏忽以及主设备基础自身的特殊性造成的现有llOkV变电站土建设计相关文件如果未对相关需求明确规定，很可能导致实际施工环节不能满足变电站自身要求，带来混凝土收缩和裂缝问题。
另外，主设备基础具有一定的特殊性，设备体积大，表面积大，主设备基础的预埋件如果没有进行二次振捣孔和密实工作，就易引发空鼓现象。因此，为避免混凝土收缩裂缝大的问题，应在进行llOkV变电站土建设计时，对大体积主基础设备设置后浇带，并在设计文件中对沉降缝、后浇带的施工工艺提出明确要求。另外，还应选用减水率高、分散性能好、对混凝土收缩影响小的外加剂。对可能产生空鼓现象的主基础设备，应设计在设备基础预埋件中间开孔并进行二次振捣。另外，可以考虑再设计图纸中增加对倒角施工工艺的要求，对主设备基础露出地面的部分采用倒圆角，避免施工或检修时的误损伤。
3、变电站的主要建构方案设计与优化。
变电站的主要建构方案设计主要包括平立面方案、地基处理和基础方案、暖通风及水工方案、结构方案设计。出于节约用地的目的，常采取联合布置的方式对变电站进行设计。变电站的平立面方案设计需要达到以下两个目的：
①平面要满足各功能房间有足够的空间。
②立面要美观大方达到美学效果。
对于地基处理方案设计，强夯法适用于填土较厚的情况；天然地基处理技术适用于地质好的情况；预压法、水泥土搅拌桩或灌注桩管桩法适用于淤泥较厚的情况。对于暖通风及水工方案设计方面，基本要求是满足设备运行及消防需要。对结构方案设计方面，目前变电站主要采用钢筋混凝土框架结构，钢结构使用在支架和构架上，不过在设计时还应要考虑其站址防裂抗震程度和变电站的重要程度。
4、变电站站址方案的比较及选择。
通过对以上情况的分析，比较多个可供选择的方案之后，对于此次方案的`可行性由相关专家进行初步判断，在此过程中，应该特别重视审查的建议和相关意见，从而选出最优方案。通过结合工程实际，利用科学的评价依据，选出首选方案，另外为了满足施工方面的需求，也应选出备选方案。
5、变电站站区排水及消防系统方案设计与优化。
变电站的给水系统主要包括生活给水和消防给水，这两个系统最好分别设置。变电站的生活给水和消防给水量都不多，因此，可以先考虑通过市政供水来满足供水方案设计。变电站 的排水系统应采用分流排放。对于变电站的消防系统方案设计，首先应当检查设备、建筑物相互之间的距离是否满足消防规定，达到消防规定的间距标准时可以不做处理，但是达不到间距标准时，应采用防火墙或者防火窗来处理。
6、屋外构支架的设计与优化。
变电站屋外构支架的结构选型和布置方式根据电气主接线方式进行选择。为了达到减少纵向尺寸和节约占地面积的目的，采用联合构架时，有的间隔可以采用两个间隔一跨，构架纵向中部设置单端支撑。运用LCC全寿命比较分析法对屋外构支架的材料（钢管杆与水泥杆）进行科学的比较分析，选出与变电站使用周期相符合的杆材料，从而达到降低成本的目的。
7、降噪的设计与优化。
基于发电工作的特殊性，变电站在运行时会产生较大的噪音，如果离居民区较近，可能会影响附近居民生活。所以，在进行110kV变电站土建设计时，应注意减少噪声污染。首先，在进行变电站选址时，应注意尽量选择交通干道、河道、城市绿化带等对噪音缓冲比较大的地区，而避开居民区、学校等地区。另外，变电站的主变附近尽量设计绿化隔离带，起隔声屏障作用。其次，应优化变电站的通风设计。对噪音污染较大的主变室，应采用自然通风方式，并提高主变基础框架，在主变的进风口处设置消音设备。另外，设计中注重提高自然通风效果，配电装置室的风机应设计隔声装置，风机排风设计为竖向风道，沿屋顶通风。
8、暖通系统的设计与优化。
对于变电站场地内的卫生间，为了节约水资源设置智能环保卫生间。变电站暖通系统方面，设置节能型排风机和节能变频空调，使变电站建筑的全年总能耗大大降低。变电站场地取检查井、雨水口、消暗管，以自然排水为主。
总之，变电站土建结构设计的内容很广泛，需要考虑的问题很多，在进行设计的时候，需要综合现场的实际情况，考虑各方面的影响，才能确保设计的质量。
参考文献：
[1]姚华宇：llOkV变电站土建设计中的特殊问题处理即。技术与市场。（12）。
[2]柯赛。浅谈llOkV智能变电站的设计[J]。科技创新与应用（32）。
摘要:二次加压给水泵房能够为建筑住宅提供稳定的水源供给，其功能性的稳定和设计的科学合理从一定程度上决定了建筑工程项目的整体施工质量和建设水平。下文中，笔者将从自身参加的二次加压给水泵房设计工程进行分析，在总结经验发现问题的基础上，对如何提高二次加压给水泵房设计的合理性，如何保证实现二次加压给水泵房的安全、稳定工作提出个人建议和想法，并作出具体阐述和论析。
关键词：二次加压给水泵房；管网叠压供水；变频调速水箱
为了降低减小二次加压给水泵房在工作当中产生的大量噪音，保证建筑室内环境的安静、舒适，应当保证二次加压给水泵房的安装位置远离居住空间，或者至少与之保持适当的距离。现实中的设计方案多为，将二次加压给水泵房安装在建筑物的外部或者底层，该种设计方案的优势在于能够有效避免噪音干扰的问题，同时保证了二次加压给水泵房对空气流通和光照充足的需求；根据建筑工程的现实情况，也可以选择将二次加压给水泵房安装在与建筑住宅空间保持一定距离的地面下层空间，或者安装在非住宅用建筑的地下空间中，并且同时为了满足空气流通的需求应当配置通风设备。根据国家有关规范的相关规定和要求，二次加压给水泵房应当避免安装在以下场所的下层空间，该场所包括卫生间、盥洗室、厨房等等，该种设计方法能够阻止排水系统中的污染物质进入供水水源当中。在国内的特殊城市地域中，各地管理部门根据自身建设发展情况的不同，从实情况出发对二次加压给水泵房设计给出了不同规定和标准，举例说明要求的二次加压给水泵房不能位于排水井和化粪池十五米的范围之内，并应当与有关单位及其负责管理人员进行沟通协商，确保给水泵房的安装设计科学并合乎情理。
水箱的有效容积计算和安装距离等应参照《建筑给水排水设计规范》，当计算出的调节容积大于100立方米时，笔者建议将其分为两座容积基本相等的水箱，并联工作，方便清洗和维护。另外，现在使用的主流水箱均为装配式产品，大多数的水箱组件均以0.5米为模量，设计时要根据给水泵房的实际情况，尽量使水箱的长、宽、高符合模量，否则会增加购进成本。通常情况下，生活水箱的进水是通过安装在进水管上的浮球阀实现自动控制的，为防止发生虹吸回流。保证水箱水质的一项重要措施是避免“死水区”的产生。“死水区”指的是在规定的时间内不能或极缓慢被新鲜补水替换的储存区域。随着余氯的消耗，该区域菌群总数往往会超出饮用水标准的规定。较为简洁的解决办法是让水箱的出水管与进水管对角设置，保证二者间的距离最大化。若无法实现，则应在水箱内设置导流装置。变频调速供水设备的选取除满足设计秒流量和扬程等参数外，还需保证供水的安全性和经济性，即要考虑水泵的备用、水泵的启动方式和大、小泵的搭配等。《规程》规定:“应设置备用水泵，备用泵的供水能力不应小于最大一台运行水泵的供水能力”;“水泵应采用自灌式吸水，当因条件所限不能自灌吸水时应采取可靠的饮水措施”小泵的设置是为了避免在小流量用水时启动大泵，从而降低能耗。笔者通常的做法是:每组变频调速供水设备中，设3台主泵，其中一台为备用泵，每台主泵的流量为设计流量的1/2;设一台小泵，扬程与主泵扬程一致或略高，流量为主泵流量的1/4。变频设备与水箱安装在同一标高的设备间内，保证水泵自灌式吸水。综上所述，从国内多数的建筑项目工程二次加压给水泵房设计案例进行分析和总结，可以发现供水方案中安装地点与位置、供水方案与供水设备的选择都将对的二次加压供水效果产生决定性的影响。有关设计单位及其组织部门、工作人员应当不断提高自己的职业能力和设计水平，学习借鉴国际先进的二次加压给水泵房设计方案，并结合当地建筑工程的现实情况，不断提高二次加压供水的效果。
参考文献：
[1]侯国云,张海红.浅析二次加压给水中容易遇到的问题[J].黑龙江科技信息,(07)
[2]小非.高层供水二次加压有“隐忧”[J].侨园,(11)
[3]韩锋,鞠啸.二次加压泵房噪声与振动治理[J].环境工程,(S1)
[4]侯国云,张海红.浅析二次加压给水中容易遇到的问题[J].黑龙江科技信息,2010(07)
[5]小非.高层供水二次加压有“隐忧”[J].侨园,2013(11)
当前国内对二次加压给水泵房供水设计的方案主要包括管网叠压供水方案和变频调速供水方案两种。前者是最近几年在建筑工程项目二次加压供水中产生的新型供水方案，其应用优势是能够有效保证供水水源的清洁干净，并且工作过程中产生的能源消耗不高，给水泵房对建设空间要求标准较低。它的运行过程可以概述为：二次加压给水泵房与市政管给水管道网络连接，对市政给水管道网络中的水压数据、给水流量和给水强度进行统计和分析，避免由于市政给水管道网络因为水压不足影响建筑住宅供水情况。后者供水方案是国内普通使用的传统二次加压给水泵房设计方案，其应用优势是经济实用性高，节约人力和经济资源，使用便捷并具有安全保障。变频调速水箱的设计方案实现了二次加压供水过程中的给水水源优质清洁、配备专业人员进行管理、在规定期间内对变频调速水箱进行维护和清洗，有效缓解了由于城市化现代化建设进程的不断加速与市政供水、水资源储备建设速度较慢之间的差距和矛盾，因而变频调速供水方案与管网叠压供水方案相比更具有优势。此外，变频调速供水方案中使用的水管类型和尺寸也有所差别，管网叠压供水方案中水管尺寸和规格要大于变频调速供水方案的，并且需要根据日均供水量和最大供水量决定管道的尺寸规格；而在变频调速供水方案中，只需要确定依据管道供水的每秒速率和供水量之间的关系即可，其所需管道尺寸规格相对较小。以上两种的常用二次加压给水泵房供水方案相比较，管网叠压供水方案所要求具备的条件和标准更加严格，对与其进行连接的市政供水管道尺寸也有特殊要求，才能保证二次加压供水效果的'实现。因此，根据本人在城市建筑工程项目中的二次加压给水泵房设计与施工经验，根据建筑项目住宅中的居住人口数量进行判断和参照，如果建筑对供水量和供水速率的要求较低，选择管网叠压供水方案比较合适；相反，如果建筑对供水量和供水速率的要求较高，选择变频调速供水方案在实际效果和经济实用方面更有保障。
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