智能变电站系统毕业论文

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第一章绪论

2012年6月28日“东亭变”作为安徽省首批智能变电站的正式投入运营，向我们表明随着社会不断的发展，电力市场也在发生着日新月异的变化，为了满足电力市场化的需要，变电站作为输配电系统的重要组成部分，市场化改革对其也提出了新的要求：从变电站外部看，更加强调变电站自动化系统的整体信息化程度，和与电力系统整体的协调操作能力；从变电站内部看，体现在集成应用的能力上，也不同于传统的变电站自动化装置的智能。故建设智能变电站（及数字化变电站）是当今电力行业发展的必然选择。同时数字化变电站是基于IEC61850标准体系上，采用了非常规互感器、智能化的一次设备、网络化的二次设备，能够实现智能设备之间的互操作和信息的共享。因为它将推动我国电力系统自动化控制的变革，为我国电力系统稳健、持续的发展奠定坚实的基础，也将产生巨大的效益。数字化变电站是智能电网发展的主要方向。

在接下来的学习过程中我们将着实从智能变电站的基本概念出发，把握基础知识，分析国内外实例和目前状况以及存在的问题，并将智能变电站和传统型的变电站进行比较，最后以表格与图的形式在相关方面内容进行总结概括。

在文章的主要部分我们将进行分析智能变电站和传统变电站的区别；分析智能变电站需求和功能；了解数字化变电站三层网络的含义，在变电站内，三层网络内各智能设备的类型和特点是什么；了解GOOSE、MMS、SV的组网特性；掌握智能变电站的构架以及关键技术等重要内容；并在最后完成原始资料的分析及智能变电站设计过程中需注重的事项。

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第二章智能变电站的概述

2.1智能变电站的基础知识

2.1.1基本概念

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。

1.智能设备－一次设备和智能组件的有机结合体，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高压设备，是高压设备智能化的简称。

2.智能组件－由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能；在满足相关标准要求时，智能组件还可承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。2.1.2功能特征

智能化变电站的设计和建设，必须在智能电网的背景下进行，要满足我国智能电网建设和发展的要求，体现我国智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。智能化变电站应当具有以下功能特征：

1.紧密联结全网。从智能化变电站在智能电网体系结构中的位置和作用看，智能化变电站的建设，要有利于加强全网范围各个环节间联系的紧密性，有利于体现智能电网的统一性，有利于互联电网对运行事故进行预防和紧急控制，实现在不同层次上的统一协调控制，成为形成统一坚强智能电网的关节和纽带。智能化变电站的“全网”意识更强，作为电网的一个重要环节和部分，其在电网整体中的功能和作用更加明显和突出。

2.支撑智能电网。从智能化变电站的自动化、智能化技术上看，智能化变电

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站的设计和运行水平，应与智能电网保持一致，满足智能电网安全、可靠、经济、高效、清洁、环保、透明、开放等运行性能的要求。在硬件装置上实现更高程度的集成和优化，软件功能实现更合理的区别和配合。应用FACTS技术，对系统电压和无功功率，电流和潮流分布进行有效控制。

3.高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。特高压输电线路将构成我国智能电网的骨干输电网架，必须面对大容量、高电压带来的一系列技术问题。特高压变电站应能可靠地应对和解决在设备绝缘、断路开关等方面的问题，支持特高压输电网架的形成和有效发挥作用。

4.中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。在未来的智能电网中，一个重要的特征是大量的风能、太阳能等间歇性分布式电源的接入。智能化变电站是分布式电源并网的入口，从技术到管理，从硬件到软件都必须充分考虑并满足分布式电源并网的需求。大量分布式电源接入，形成微网与配电网并网运行模式。这使得配电网从单一的由大型注入点单向供电的模式，向大量使用受端分布式发电设备的多源多向模块化模式转变。与常规变电站相比，智能化变电站从继电保护到运行管理都应做出调整和改变，以满足更高水平的安全稳定运行需要。

5.远程可视化。智能化变电站的状态监测与操作运行均可利用多媒体技术实现远程可视化与自动化，以实现变电站真正的无人值班，并提高变电站的安全运行水平。

6.装备与设施标准化设计，模块化安装。智能化变电站的一二次设备进行高度的整合与集成，所有的装备具有统一的接口。建造新的智能化变电站时，所有集成化装备的一、二次功能，在出厂前完成模块化调试，运抵安装现场后只需进行联网、接线，无需大规模现场调试。一二次设备集成后标准化设计，模块化安装，对变电站的建造和设备的安装环节而言是根本性的变革。可以保证设备的质量和可靠性，大量节省现场施工、调试工作量，使得任何一个同样电压等级的变电站的建造变成简单的模块化的设备的联网、连接，因而可以实现变电站的“可复制性”，大大简化变电站建造的过程，而提高了变电站的标准化程度和可靠性。

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2.1.3内容简介

智能变电站主要包括智能高压设备和变电站统一信息平台两部分。智能高压设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子式互感器等。智能变压器与控制系统依靠通信光纤相连，可及时掌握变压器状态参数和运行数据。当运行方式发生改变时，设备根据系统的电压、功率情况，决定是否调节分接头；当设备出现问题时，会发出预警并提供状态参数等，在一定程度上降低运行管理成本，减少隐患，提高变压器运行可靠性。智能高压开关设备是具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，具有监测和诊断功能。电子式互感器是指纯光纤互感器、磁光玻璃互感器等，可有效克服传统电磁式互感器的缺点。变电站统一信息平台功能有两个，一是系统横向信息共享，主要表现为管理系统中各种上层应用对信息获得的统一化；二是系统纵向信息的标准化，主要表现为各层对其上层应用支撑的透明化。

智能即为人性化，就是把变电站做成像人在调节一样，当低压负荷量增加时变电站送出满足增加负荷量的电量，当低压负荷量减小时，变电站送出电量随之减少，确保节省能源。

智能变电站，分为过程层（设备层）、间隔层、站控层。过程层（设备层）包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。站控层包含自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制的功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

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2.2相关术语和定义

2.2.1智能变电站smartsubstation

采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。

2.2.2智能组件intelligentcombination

对一次设备进行测量、控制、保护、计量、检测等一个或多个二次设备的集合。

2.2.3测量单元measurementunit

实现对一次设备各类信息采集功能的元件，是智能组件的组成部分。2.2.4控制单元controlunit

接收、执行指令，反馈执行信息，实现对一次设备控制功能的元件，是智能组件的组成部分。

2.2.5保护单元protectionunit

实现对一次设备保护功能的元件，是智能组件的组成部分。2.2.6计量单元meteringunit

实现电能量计量功能的元件，是智能组件的组成部分。

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智能变电站系统电力工程系发电厂及电力系统安徽电气工程职业技术学院毕毕业论文实习报告I

智能变电站系统

摘要

变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，要求提供的信息量和实现的集成控制越来越多，因此，目前的变电站迫切需要一个简约的、智能的系统，实现信息共享，以减少投资，提高运行、维护效率。这些运行和管理的需求使智能变电站成为变电站自动化系统的发展新方向。随着计算机应用技术和现代电子技术的飞速发展，智能变电站离我们越来越近。

为满足电力市场化改革的需要，本文将根据智能变电站与传统型变电站的区别与联系，避开传统型变电站在装置功能、二次接线装置、智能化、信息模型等方面上的不足，综合国内外研究状况，把握智能电网发展的主要方向，在履行《智能变电站运行规范》的情况下对智能变电站的概念、构架、关键技术等方面进行相关的介绍。

关键词：智能，变电站，术语，接线方式，技术

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目录

第一章绪论-1-第二章智能变电站的概述-2-

2.1智能变电站的基础知识-2-

2.1.1基本概念-2-2.1.2功能特征-2-2.1.3内容简介-4-2.2相关术语和定义-5-

2.2.1智能变电站smartsubstation-5-2.2.2智能组件intelligentcombination-5-2.2.3测量单元measurementunit-5-2.2.4控制单元controlunit-5-2.2.5保护单元protectionunit-5-2.2.6计量单元meteringunit-5-2.2.7状态监测单元detectingunit-6-2.2.8智能设备intelligentequipment-6-2.3智能变电站运行规范总则-7-

2.3.1调度管辖范围：-7-2.3.2运行方式：-7-2.3.3适用人员：-7-2.3.4一般规定-7-

第三章智能变电站发展状况分析-9-

3.1变电站发展的几个阶段-9-

3.1.1传统变电站-9-3.1.2综合自动化变电站-10-3.1.3数字化变电站-10-3.1.4智能变电站-10-3.2国内外研究现状-12-

3.2.1我国的智能变电站的发展及研究状况：-12-

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3.2.2国外的变电站自动化技术的发展：-13-3.3智能变电站同数字化变电站的区别-14-第四章智能化变电站的结构-15-

4.1智能变电站的体系结构-15-4.2智能变电站的架构-17-

4.2.1数字化变电站的集成化-17-4.2.2智能化变电站综合集成化智能装置及其功能结构-18-4.2.3综合集成的智能化变电站的架构-20-

第五章智能设备的关键技术-22-

5.1数字化平台-22-

5.1.1通信网络-22-5.1.2二次设备-26-5.1.3工具软件-27-5.2电子式互感器-29-

5.2.1分类：-29-5.2.2常用互感器举例：-29-5.2.3PSET6000有源式互感器原理图-29-5.3智能一次设备-30-

5.3.1智能一次设备的定义：-30-5.3.2智能组件：-31-5.3.3智能单元：-31-5.3.4实例分析-31-5.4高级应用-32-

5.4.1目前具备的功能-32-5.4.2开发过程中的功能-32-

第六章智能变电站电气主接线-33-

6.1主接线接线方式-33-6.2单母分段带旁路母线-34-6.3桥型接线-34-

II

6.3.1内桥形接线-34-6.3.2外桥形接线-34-6.4双母线接线-34-6.5双母线分段接线-35-6.6电气主接线的选择-35-

6.6.135kV电气主接线-35-6.6.2110kV电气主接线-36-6.7110KV主接线方案比较-37-第七章实例探究——变电站智能化改造-38-

7.1智能高压设备-38-

7.1.1电子互感器的应用-38-7.1.2变压器智能化改造-39-7.1.3高压开关智能化改造-41-7.1.4避雷器智能化改造-41-7.1.535千伏间隔开关智能化-41-7.2信息一体化平台及高级应用-42-

7.2.1信息一体化平台-42-7.2.2高级应用-42-7.3智能巡视系统-43-7.4辅助设备智能化-43-

7.4.1智能接地线管理系统-43-7.4.2紧急解锁钥匙智能管理系统-44-7.4.3站内智能组件柜智能化改造-44-7.4.4站内辅助系统智能化改造-44-7.5光伏发电和绿色照明-44-第八章结论-45-第九章致谢-46-第十章参考文献1

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百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网92,您的在线图书馆!2.2.7状态监测单元detectingunit

实现对一次设备状态监测功能的元件，是智能组件的组成部分。2.2.8智能设备intelligentequipment

一次设备与其智能组件的有机结合体，两者共同组成一台（套）完整的智能设备。

2.2.9全景数据panoramicdata

反映变电站电力系统运行的稳态、暂态、动态数据以及变电站设备运行状态、图像等的数据的集合。

2.2.10顺序控制sequencecontrol

发出整批指令，由系统根据设备状态信息变化情况判断每步操作是否到位，确认到位后自动执行下一指令，直至执行完所有指令。2.2.11站域控制substationareacontrol

通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断，实现站内自动控制功能的装置或系统。

2.2.12站域保护substationareaprotection

一种基于变电站统一采集的实时信息，以集中分析或分布协同方式判定故障，自动调整动作决策的继电保护。

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2.3智能变电站运行规范总则

2.3.1调度管辖范围：

1、220kV母线及其附属设备为省调调度管辖设备，委托地区调度负责操作管理。

2、220kV联络开关及线路为省调调度管辖设备，委托地区调度负责操作管理。

3、220kV#1、#2主变及220kV侧开关为省调许可设备，由地区调度管辖并负责操作管理。

4、110kV所有设备为地区调度管辖设备。

5、35kV及以下电容器、接地变、消弧线圈、10kV母线及附属设备为地区调度管辖设备。

6、35kV及以下站用变为地调许可设备，由运行单位管辖并负责操作管理7、10kV各出线断路器及线路为配网调度管辖设备。2.3.2运行方式：

1、各级调度应定期公布变电站正常运行方式。2、现场运行规程应明确本站的正常运行方式。2.3.3适用人员：

本规程适用于安徽电网内的所有智能变电站的运行、检修、试验工作。相关的调度、运行、检修和各级管理部门人员均应熟悉和掌握本规程。

2.3.4一般规定

1、有人值班变电站的正常巡视,每天至少一次；每周至少进行一次夜间巡

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视。

2、无人值班变电站内的正常巡视每周二次巡视检查。

3、每周应进行全面巡视一次，内容主要是对设备进行全面的外部检查，对缺陷有无发展作出鉴定，检查设备防火、防小动物、防误闭锁等有无漏洞，检查接地网及引线是否完好。

4、每周应进行熄灯巡视一次，内容是检查设备有无电晕、放电、接头有无过热现象。

5、在下列情况下应进行特殊巡视：

a.大风、雾天、冰雪、冰雹及雷雨后的巡视。b.设备变动后的巡视。c.设备新投入运行后的巡视。

d.设备经过检修、改造或长期停运后重新投入运行后的巡视。

e.异常情况下的巡视。主要是指：过负荷或负荷剧增、超温、设备发热、系统冲击、跳闸、有接地故障情况等，应加强巡视。必要时，应派专人监视。

f.设备缺陷近期有发展时、法定休假日、上级通知有重要供电任务时，应加强巡视。

6、站长应每月进行一次巡视。

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第三章智能变电站发展状况分析

3.1变电站发展的几个阶段

变电站是电力网络的节点，它连接线路，输送电能，担负着变换电压等级、汇集电流、分配电能、控制电能流向、调整电压等功能。变电站的智能化运行实现智能电网的基础环节之一。变电站的发展经历了如下几个发展阶段。3.1.1传统变电站

20世纪80年代及以前变电站保护设备以晶体管、集成电路为主，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行。随着微处理器和通信技术的发展，远动装置的性能得到较大提高，传统变电站逐步增加了“遥测”、“遥信”、“遥控”、“遥调”的四遥功能。

现有变电站存在着以下不足：

1、装置功能独立，且部分内容重复，缺乏高级应用。虽然独立的装置实现了智能，但是却没有真正意义上的变电站系统智能，由于功能独立，装置间缺乏整体协调、集成应用和功能优化；高级应用功能，如状态估计、故障分析、决策支持等尚未完全实现。

2、二次接线复杂、CT/VT负载过重由于测量数据和控制机构不能共享，自动化装置之间缺乏通信等原因，变电站内二次接线十分复杂，且系统内使用的通讯规约不统一，不同的厂家使用不同的通讯规约，在系统联调的时候需要进行不同程度的规约转换，加大了调试的复杂性，也增加了运行、维护的难度，给设计、调试和维护带来了一定的困难，降低了系统的可靠性。同时，存在大量硬接线，造成CT/VT负载过重。

3、装置的智能化优势未得到充分利用。由于站内各套独立的自动化装置间缺乏集成应用，使得智能装置的作用并未完全发挥，从而降低了自动化系统的使用效率和投资价值。

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4、缺乏统一的信息模型。相互独立的自动化装置间缺乏互操作性，一方面局限了其在站内的应用，另一方面也给集控中心对信息的集成和维护带来困难。3.1.2综合自动化变电站

20世纪90年代，随着微机保护技术的广泛应用，以及计算机、网络、通信技术的发展，变电站自动化取得实质性进展。利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分散分层式等不同结构的发展，使得变电站设计更合理，运行更可靠，更利于变电站无人值班的管理。

3.1.3数字化变电站

近年来，随着数字化技术的不断进步和IEC61850标准在国内的推广应用，国内已经出现了基于IEC61850的数字化变电站。数字化变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化四个重要特征。数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个变电站内信息的网络化，以及断路器设备的智能化，而且设备检修工作逐步由定期检修过渡到以状态检修为主的管理模式。

3.1.4智能变电站

数字化变电站从技术上来说，其突出成就是实现了变电站信息的数字采集和网络化信息交互，但这对于智能电网的需求来说，还是远远不够的。国家电网公司在建设统一坚强智能电网的变电环节中，提出建设智能变电站的目标。智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站分为设备层、系统层。设备层主要由高压设备、智能组

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百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网92,您的在线图书馆!件和智能设备构成，实现IEC61850中所提及的变电站测量、控制、保护、检测、计量等过程层和间隔层的功能。系统层相当于变电站的站控层,实现信息共享、设备状态可视化、智能告警、分析决策等高级智能应用，包含智能变电站系统级的先进功能。随着高压设备智能化的不断发展,传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐渐模糊，一次设备通过安装和集成智能组件，将成为智能设备。

智能变电站的智能主要体现在两个方面，即智能设备和智能高级应用。所谓智能设备，是指一次设备和智能组件的有机结合，其中，智能组件是二次设备的统称，包括测控装置、保护装置、测控保护装置、状态监测装置、智能终端等，也可以是几个装置的集合，如GIS汇控柜、屏柜等。这些智能组件就像一次设备的“管家”，帮助一次设备做好传输和分配电能的工作，还具有测量、控制、保护、计量等功能。

智能变电站的第二个特点是智能高级应用。目前，传统的变电站已经实现了自动化，但是相对于调度机构来说很“听话”，也是被动的，智能变电站可以与调度机构友好互动。因为智能组件的广泛应用，智能变电站采集的数据是全景式的，因而信息量非常大，但是这些数据不是不加分析就传输给电网调度机构，而是通过站内的信息一体化平台以及变电站自动化系统高级应用模块，对数据进行初步的挖掘、分析，实现智能告警、顺序控制、设备状态可视化、事故综合分析决策等。比如，通过对变压器在线检测的运行数据进行分析可发现设备存在的隐患，系统会进行统计评估，对越限值发出告警信息。

智能变电站强调全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。此外，还具有功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等显著技术特征，易扩展、易升级、易改造、易维护，被认为是变电站发展历史上的一次革命。

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3.2国内外研究现状

3.2.1我国的智能变电站的发展及研究状况：

国家电网公司在《国家电网公司“十一五”科技发展规划》中明确担出在‘十一五’期间要研究、实施示范智能变电站。国内各网省公司纷纷开始智能变电站试点工程的建设。

目前，智能变电站技术很多，有些已成熟，有些还在研究阶段，有的还处于概念阶段。如：

1、一次设备智能化的实践：目前已有应用，如淮北桓潭110kV智能变电站。2、二次功能网络化的实践：目前已有工程应用，如洛阳金谷园110kV数字化变电站。

3、设备状态检修的实践：智能一次设备状态检修的实践，继电保护二次设备状态检修的实践，目前正在开展研究。

4、站内智能高级应用方案研究：智能告警及分析决策经济运行与优化控制等，正在研究阶段。

5、分布协同智能控制与智能保护研究：目前正在研究阶段。

6、主变压器应用新型光栅式温度在线监控系统：目前正在研究阶段。7、GIS组合电气应用SF6压力、微水在线监测系统。

智能变电站研究、建设工作尚处于赴阶段，重点工作主要集中在智能化开关设备的研究开发，尚不具备大范围推广应用的基本条件。主要问题表现在：

1）智能变电站没有相应的设计规范、验收规范、装置检验规程、计量检定规程、运行规范等，需要在实践中不断研究、摸索并制定。

2）智能变电站技术尚不成熟，在智能设备检测装置、一体化信息、平台开发等方面还存在不足之处。

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3）智能变电站的投产，使得原有的检验手段已不能满足现场检验的需要，亟待研究新的检测方法，配置相应的检测仪器。

4）智能变电站与传统变电站的导致在维护界限、人员分工等方面需要重新划分。

3.2.2国外的变电站自动化技术的发展：

国外的变电站自动化技术的发展是从20世纪80年代开始的，以德国西门子公司为例，该公司于1985年投运了第一套变电站自动化系统LSA-678，此后陆续在德国及欧洲投运的该型变电站自动化系统达300多套，LSA-678变电站综合自动化系统1995年在中国正式投运。LSA-678系统结构有两类：一类是全分布式系统；另一类是集中与分布式相结合的系统。这两类系统均由64MB测控系统、7S/7U保护系统和8TK开关闭锁系统三部分构成。

20世纪90年代，日本在多座高压变电站采用了以计算机监控系统为基础的运行系统，其主要特点是继电保护装置下放至开关站，并设置微机控制终端，采集测量值和断路器触点信息，通过光缆传输到主控制室的后台计算机系统中，断路器及隔离开关的操作命令也由主控制室通过光缆下达至终端执行。

总体上来看，国外变电站自动化技术的发展趋势同国内的发展趋势基本上一致，分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流。

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3.3智能变电站同数字化变电站的区别

智能变电站与数字化变电站有密不可分的联系。数字化变电站的部分特征是智能变电站