一、概述：
随着电力系统的发展及技术的更新，变电站的可靠性及经济方面满足用户的要求已经成为越来越关键的因素，目前实际使用的变电站，其可靠性和有效性的改进，电压和电流测量技术的改进，现代化控制、保护和监视办法的实施，引发了变电站设计的创新选择。比如 PASS ，一个改进的组合开关间隔系统，为变电站的改造、扩建和利用新工艺技术的新建变电站提供了应用。
1 、序言
近几十年来，对高压变电站新产品的改进相对来讲是有限的。一些主要电气设备，如断路器（从空气，少油到 SF6 气体）、避雷针（间隙到无间隙）、电流电压互感器等，在技术上都取得了巨大的进步，但在外形尺寸上并无实质性改进。因此，变电站要从整体上取得重大的改进是不可能的。
六、七十年代，气体绝缘技术在检修条件和满足空间需求方面有了很大进步，尤其是在较低的高压范围内目前许多国家实际上都采用 GIS 技术。
另一方面，许多现存的变电站已经超过了其使用寿命。许多用户考虑对部件采取一对一的替换，如断路器、隔离开关等，或如需改造，考虑应用新技术的可能性。
目前来说是改造项目的改进率相对较低。人们正寻求一种更灵活、更可靠的设备来满足变电站发展的需要。这促进了应用 AIS 和 GIS 的变电站创新办法的发展。
2. 发展趋势
对变电站的改造和新建项目来讲，下列设备在技术上的发展趋势，是新变电站技术更新重要组成部分。
2.1 断路器
灭弧元件的数量在不断减少。单只开断元件的额定电压达 300 千伏，双只开断元件达 500 千伏的额定电压已属于正常的。随着自吹技术的原理日益广泛的应用，导致对操作能量要求的降低。相应地，这种断路器的机械稳定性提高了，因此只需较少的维护。受控开关的应用也简化了断路器的使用（没有隔断电阻器）。仅仅再过几年时间，在整个电压范围内的所有断路器中都只需要一个灭弧元件以及较低的驱动能量。
陶瓷绝缘子被复合绝缘子替代，使断路器将更简单、重量更轻、体积更小。
2.2 隔离开关
随着断路器日趋简化和小巧，隔离开关的功能可以与断路器和为一体。隔离开关和接地开关的多种功能可以结合起来。由于维护需求的减少以及可靠性的提高，其结果是有些开关将得以节省。
2.3 电流电压互感器
基于光电工作原理，电流电压互感器的选择范围很大，绝大多数的互感器即可以并入断路器也可以并入套管绝缘子上。与这些互感器连接的控制设备目前可在市场上买到。仅需要很低能源的模拟信号保护设备市场已有销售。可直接与数字信号相匹配的设备还处于研究中。
2.4 控制系统、维护、判断、智能开关
监控装置能够采集到开关的各种信息，如气体密度趋势，断路器定时速度，断路器和相邻部件的啮合磨损等。这些测量结果是用来获得关于维护和维修的早期信息。受控开关是用来降低对断路器和其他有关设备的压力。
发展趋势是，单个或两个处理元件可以与不同标准的其他装置连接起来。通过光纤通道进行数字交换，将节省大量的二次电缆和工程量。
2.5 绝缘子
基于在输电线路广泛经验和部分变电站应用的经验，合成材料绝缘子在变电站及有关设备中使用的数量正在不断上升。其带来的好处是重量的减轻以及毋须再为绝缘子清洁和添加润滑油。
总的来说，现代化的空气绝缘变电站（ AIS ）未来的外观与现有设计相比，将会出现较大差异。所有这些优势都将会用于新型的变电站，而且在很大程度上，这些进步亦会被用于各种改造的项目中。
3 、变电站创新办法
变电站自动化水平是电网成功的一个关键因素。伴随着上述最新的研究及发展成果以及相应的变电站设计上的“新思路”，确定了变电站的创新道路。
这些与数字化平台结合在一起，即在传统的 AIS 和 GIS 技术中的已得到增强的开关装置，现在市场上已可以见到。
变电站创新办法有一个简化操作的公共控制系统。他们配备有加强了的监控和判断系统以进一步降低生命周期成本并提高变电站的利用率。
4 、 PASS 概念
把开关间隔的所有功能统一归并到一个密封舱中，该密封舱配备有两个或三个绝缘套管，绝缘套管的数量取决于变电站的接线图，对于改建、扩展、升级或新建变电站等，就各种应用而言， PASS 是最适合的。 PASS 是由金属壳密封，把气体绝缘的断路器、隔离开关、电流及电压传感器与套管全部组合在一个共用的气室内。高压开关装置的数量被限制到了最低限，节省不必要的配置，只要能真正保证间隔或变电站的功能就行。每一元件在工厂已彻底组装，并经过了例行检测。除了绝缘套管，整个 PASS 均预装交货。
断路器、隔离和接地开关等所采用的设计如用于 GIS 技术的一样，已得充分的验证。绝缘套管由复合材料制成。一根环氧树脂浸渍的（浸泡的）玻璃纤维管确保了套管的机械性能。同时由一只浇铸的硅橡胶外套提供所需的电气性能，如爬距和对抗各种环境因素的防护等。
传统高压的电流和电压互感器的功能已由新一代的高效电流电压传感器来实现，这个传感器的将两种功能集中于一身。该传感器执行控制、测量、保护和总量测定等不同功能，覆盖全部相关的动态范围，具有最高分辨率和准确度。当需要保护和 / 或同步开关时，紧凑的外型（体积小）使得可以在设备的另一边安装上额外的传感器时操作简便。对设备、测量密度以及对不同测量监控功能的控制，也可以通过现代化的传感器技术来实现。一体化的传动器和感应器的联系装置工艺（ PISA ）对测定的信号进行处理、格式化和连续化以用于智能化间隔和变电站自动化技术的提高。
与控制级保护系统进行连接的是一根带插头的电缆，其内装有光纤电缆供模拟讯号和二进制讯号相互交换之用，此外还有向操作机构提供所需的辅助电源。另外， PASS 和控制保护系统间的信号交换受到持续监控。与布线连接中常规 AIS 设备与其控制及保护系统的信号交换相反，采用待插头式的电缆可以大大缩短安装及投产所需的时间。
设备紧凑的外型及智能化控制系统使得其监控功能可在较大的范围执行，如：进行自测、气体密度的趋势分析、断路器状态 ( 泵的运转时间、操作、动力、触点位移曲线，剩余寿命……等 ) 。
基建部分，每相电源，包括与间隔控制柜的连接， PASS 仅需一个公共通道，该通道也是在工厂预制和经过预检的。包括串行光纤母线以及动力供应的复合电缆也按照标准条款提供。
由于与常规空气绝缘变电站相比， PASS 的设计可靠性很高，所以取消了线端的隔离开关和接地开关。这是基于 SF 6 气体滚动槽断路器，不动槽断路器和气体绝缘开关装置技术得到长期验证的因素。如同 GIS 设备一样， PASS 对维护的要求很低。
在 PASS 的接地开关和断开母线断路器后接通电路断路器时，线的接地开始起作用。这种情况下，断路器的闭合起快速接地开关的作用。这种方法通常用于中压开关装置。
除了基本设计之外， PASS 还可在线端加装一个气体绝缘隔离开关，在绝缘套管和相关的隔离开关之间加装一个电流和 / 或电压传感器。这使得 PASS 可以应用于世界范围内不同的单线图。
5 、应用
利用空气绝缘件改建、扩展、升级现有 AIS 变电站的可能性在很多情况下被限制是因为缺少可用的空间。另外，由于空气绝缘组合电气的安装时间较长，停电时间较长。这类情况下，采用 PASS 的创新办法将非常有效。
除了对现存的 AIS 变电站的改建、扩展和升级外，配备了现代传感技术 PASS 的还可用于相关的布局和包括通讯在内的变电站自动化。
5.1 AIS 变电站的扩建
对于现存 AIS 变电站的扩建来说， PASS 模件对现有每相的 AIS 变电站组件进行永久性更换。图 6 显示的是有两个线路间隔的老的 220KV 的 AIS 变电站双母线配置的单线图。另外还有一个母联间隔和一个变压器间隔以及平面图和变压器间隔的截面图。 AIS 变电站一次设备如断路器，电流互感器和配有接地开关的隔离开关都已超出其使用寿命，应该更换了。不过，经常是金属支架和母线还能用，不必更换。考虑到变电站在电网中的位置，线路和变压器馈线的断电时间应保持在最低限度。
通过 PASS ，如图 7 所示的上述设备可以不改变现存结构和变压器间隔的母线就能进行更换。通过管式导线，附加的柱状绝缘子和铰线， PASS 与母线 2 （ BB2 ）相连 . 与母线 1 （ BB1 ）与变压器间隔的相连则通过铰线来实现。安装前，必须完成基建工程的改进工作。线路间隔、耦合器间隔 AIS 变电站设备的更换以及要求的这些间隔的改进更换变压器间隔的做法类似。
图 6 和图 7 图显示了该变电站长 81.5 米，宽 79.5 米的平面图。旧设计中，该变电站要求的面积为 6480 平方米，在此例中未做修改。
5.2空间有限的 AIS 变电站的扩展（尺寸）
如果标准 AIS 变电站扩展的空间尺寸不够，安装另外的新间隔对 PASS 来说也不是问题。图 8 显示的是图 6 中现有的变电站的切断，增加的一个间隔和相关变电站扩展部分的截面图和单线图。
安装两个间隔的优点，在这种情况下，一个线路间隔和一个变压器间隔被称作“进线”布置是显而易见的。除非其中一条母线被弄成 U 形，否则传统的 AIS 变电站设备不能与双母线“进线”安装。利用这种“进线”变压器间隔 / 线路间隔的布置，需要将 13 米宽的间隔再加上 4 米才能将现有的母线与间隔连接。每增加一个间隔变电站的宽度需要扩大 13 米。如果在变电站的两边各扩展一个变压器间隔和一个线路间隔，则现有的 AIS 变电站将扩大为 18 米的两倍，即 36 米。
5.3采用 PASS 对 AIS 变电站大检修
可以暂时使用 PASS ，加快对现有的 AIS 变电站的检修。
将 PASS 模件与要检修的间隔的相位并联连接，则要检修的部分可断开， PASS 模件可以暂时支持运转。
5.4配备 PASS 的全新变电站
除了整个变电站是由 PASS 实现的之外，图 9 所示的双母线路图与图 6 所示完全一致。常规 AIS 变电站所需的几个主要部件的功能可以由单个的 PASS 模件来获得。
如今，配备 PASS 变电站是有如下优点：
1、与通常用于 AIS 变电站的耐张导线相比，母线的相间距较小
2、铰线连接较短
3、由于连接较短，降低了短路式的作用力。
4、管式母线设计使得低标面的变电站设计可以减少钢结构的要求。
5、降低了间隔的宽度与长度
6、室外绝缘子和绝缘套管较少，即降低了由于污染引起故障的可能性
7、绝缘子串较少或没有
8、钢结构和接地材料较少
9、地基和沟槽较少使得混凝土需求较少
当利用 PASS 变电站时，其组合的隔离开关， CT 和 PT 感应器可以缩小间隔的宽度。传统的 AIS 变电站中 CT 、 PT 感应器的连接在短路状态下引起相对较高的导线摆动并且导致间隔中相位间距和相地间距的增大，要求 AIS 变电站的整个间隔比 PASS 的宽很多。
整个 PASS 变电站的双母线平面图长 45.4 米 , 宽 59.5 米（如图 9 所示） , 面积 2701 平方米，仅为传统设计的 42% 。
PASS 的布局仅需有数的几个构件和通常较少的钢铁支架。因此基建的工程量减少。除了图 9 所示的双母线的平面图外，图 8 所示的 “ 进线 ” 布置也可得以实现。双母线系统间隔的 “ 进线 ” 排列和错列的区别在于间隔的宽度和长度。
当空间受限时，“进线”排列有利于应用。另一种可能的应用就是在悬吊的传输线下面安装变电站。
利用 PASS 的其它变电站配置，如环形母线，双断路器等额定电压是 170KV 及以上时也容易实现。图 10 显示是一个配备 PASS 的 220KV 的断路器的 1 1/2 配置方案，包括平面图和截面图，安排的简单是显而易见的。
6 、结论
为了从最近的开关装置技术的技术进步和趋势中获取最佳效益，一个一对一的改建战略是不可行的。与常规办法相比，新技术所提供的更多优势使新的布置形式成为可能。
变电站技术创新减少了用地和工程费用，并且与此同时增加了可靠性和可行性。
PASS 为变电站项目的大规模实现提供了理想的标准构件。
（二）从复杂的变电站到一体化的解决办法
电力变电站设计者面临着以前个人计算机制造商曾面临的同样的问题——即你怎样将设计简化和标准化，以使你的客户不需再做任何费事的调整，只需插入新件就能马上使用？
即便在工程师们中间，设计高压电力变电站也常被认为是一件神秘的事情，每个都是经过精心设计，将断路器、避雷针、电压转变器、变压器以及其他数十种元件，令人迷惑地放在一起，组成一种装置，替换件还得定做，使得服务和维护费时费力。
以前变电站技术的改进只是致力于改进系统的单个零部件。不过，随着系统复杂性的增长， ABB 工程师们开始考虑关于变电站设计是否还有完全不同的办法。管制的取消和私有化进程使客户面临了竞争的压力。可采用的办法似乎是不把变电站看作是一个特殊的、复杂的系统，而是将其看作是一个简单的、配套的产品。
要做到这点，必须减少该难题中零件数和缩小单个元件的尺码才能找到办法。基地位于瑞士苏黎世的 ABB 的研究者们致力于感应系统和控制系统的新技术应用，减少或在有些情况下取消大量常规的感应和开关系统。实际上通过让变电站操作人员清楚地看到什么地方最易发生故障，那么，可以去省掉许多切断开关和其它保护和控制系统。同时，数据收集系统由铜线更换成了光纤电缆，有力地减少了变电站控制所需的电缆铺设量。
通过减少元器件数量和电缆长度， ABB 才能够设计出一种“插座和开关系统”（ PASS ），该系统可以使用户的安装简单，并且在小得多的空间都能够立即产生作用。这种观念也可以应用于变电站的元器件，因此，不必更换整个系统，现存的变电站就可以现代化。
对于新变电站，或者现有变电站的改建或扩展， ABB 的 PASS 系统能为全世界的电源用户带来更大的灵活性和经济效益。
