间质转化关系的初步研究论文下载

（转载）生命的本质 生命是什么？历史上，哲学家们非常关心这个问题。亚里士多德、康德、恩格斯等都曾提出过自己的看法。然而，在分子生物学革命之后的很长一段时间，哲学家和生物学家们似乎完全忽视了这个问题。本来生物学的革命大大推进了我们对生命的理解，我们好像应当能够更准确地说出生命是什么，然而，遗憾的是，从50年代到80年代，生物学家和哲学家几乎大都避而不谈这个问题。生物学家往往感到这个问题太“哲学”，因而把它当作是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而另一方面，哲学家们可能感到这个问题“太科学”，因此把它主要当作一个科学问题，而不是一个哲学问题（Bedau 1996）。所以，当今一些主要生物学哲学家的生物学哲学著作，比如像罗森伯格的《生命科学的结构》，索伯的《生物学哲学》，都没有把生命的本质问题作为一个主要的问题来研究。在我国科学哲学界，生命的本质问题更是很少有人触及，多年来，主要的哲学刊物几乎没有发表过一篇关于生命本质问题的研究论文。针对这种情况，本文讨论了生命难以定义的各种原因，详细论述了定义生命的两种主要方法：实体定义方法和功能定义方法，分析一些主要生命定义的优点和问题，最后提出并论证了生命的信息定义。一、定义生命的困难 人们之所以很少谈论生命的本质或定义问题，一个重要的原因是这个问题太难回答。之所以难以定义生命，主要有以下几个原因： 首先，我们每个人都有着关于生命的常识经验，而定义生命往往要包含所有的生命现象，其中包括大量常人不熟悉的生命和处于极限状态下的生命。这样定义出的生命概念可能和常识观念相差甚远，甚至完全相反。我们常识的生命观念一般都与动物和植物的一般特征有关，这些特征包括生长、繁殖、自我维持、对外界刺激做出反应等等。但当我们定义生命时，我们需要考虑所有类型的生命的特征，包括细菌等微小的生物，甚至还要考虑病毒、类病毒、蛋白感染素等。这些生物的特征和我们的常识观念具有非常大的差别。 其次，不同学科的人在定义生命时，往往从本学科出发，把生命的某一方面加以强调，把某一方面作为生命的本质。比如，生理学往往把能够完成诸如消化、新陈代谢、排泄、呼吸、运动、生长、发育和对外界刺激做出反应的功能的系统定义为生命系统。生物化学和分子生物学又往往把生命有机体看作是可传递编码在DNA和RNA中的遗传信息的系统，这些信息可以控制蛋白质的合成，而蛋白质决定着生物的主要性状。进化论往往把一个能够通过自然选择进化的系统看作是生命系统。热力学则又把生命看作是一个与它的环境交换物质和能量的开放系统。开放系统能够“吃进”负熵，使系统从无序创造出秩序，利用这些负熵保持和重建它自己的组织。不同学科的视角的不同也使人们感到生命难有统一的概念。 第三，生命现象与非生命现象存在着连续性，它们之间并没有一条截然分明的界限；而我们定义生命的目的又是要把它们明确地区分开来，这必然使我们关于生命的定义要么太宽，把一些非生命的现象也包括在内；要么又太窄，一些生命现象也被排除在生命之外。比如，上面不同学科关于生命的定义尽管是有意义的，但实际上，它们在逻辑上都是不能令人满意的。它们或者把生物学家认为是有生命的系统当作是没有生命的，或者把非生命的系统也当作是有生命的。比如，生理学定义就会把休眠的种子、病毒、类病毒等排除在生命系统之外，因为它们并不进行新陈代谢，又把汽车等非生命的系统当作是有生命的，因为汽车也能进行新陈代谢。生物化学和分子生物学的定义会把蛋白感染素（导致瘙痒病的似蛋白感染粒子）排除在生命之外。 由于这些困难，有些生物学家往往把生命的定义问题当作一个回答与不回答对生物学的发展并没有多大影响的问题（Lange 1996）。1960年的诺贝尔桂冠得主，免疫学家梅达沃（P. B. Medawar）曾经不耐烦地说，生命是什么的讨论使人感到生物学对话的低水平。生物学家往往认为我们关于生命的直觉的概念对我们研究生物学现象已经足够；没有清晰明白的生命概念，并不会对生物的结构、功能、进化过程等方面的研究产生任何不良影响。一些哲学家也因此认为对生命概念作精确的定义对生物学研究并无必要。哲学家塞尔（John Searle）就说过，“生物学家当然不需要持续不断地思考生命是什么，并且确实，大多数生物学的著作甚至不需要使用生命这个概念。然而，没有人在他健全的思想里会否认他研究的生物学现象是生命的形式（Searle 1992: 227-8）”。斯蒂尔尼(Kim Sterelny)和格里菲斯(Paul Griffiths)在他们新近出版的一本生物学哲学的著作中也曾说道，生物学家并不需要一个生命定义来帮助他们识别他们所思考的东西是什么（Sterelny and Griffiths 1999）。 然而，并不是所有的生物学家和哲学家都赞同这样的观点。1958年的诺贝尔桂冠得主，遗传学家约书亚?莱德伯格（Joshua Lederberg）曾写道，“理论生物学的一个重要目标是给出一个生命的抽象定义（转引自Lange 1996: 226）。”除理论生物学家对生命概念感兴趣以外，研究生命起源的生物学家，研究地外生命的生物学家等，也都认为生命的定义问题非常重要。因为对生命的不同定义直接关系到他们工作的内容、范围和研究方向。80年代末兴起的人工生命学科更是把生命的概念问题作为首先要回答的问题。二、地球上“如吾所识的生命” 20世纪80年代末兴起的计算机与生物学交叉的前沿科学人工生命曾把地球上的生命说成是“如吾所识的生命”(life-as-we-know-it)，而把其它可能的生命形式，包括在计算机中创造的数字生命称为“如其所能的生命”（life-as-it-could-be）。生命的定义不仅要涵盖已知的生命，而且要涵盖未知的或可能的生命。这里，我们将先从我们所知道的地球上的生命特征说起。地球上的生命，如果从物质组成、结构和性质来看，主要有以下几个特点： 首先，从物质组成上看，所有生物都具有基本相似的物质组成。所有生命基本上都由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成。这些元素相互结合，构成氨基酸、核苷酸、葡萄糖等生命小分子；这些小分子再通过特殊的方式相互结合，形成蛋白质、核酸、多聚糖和脂类等生物大分子。这些分子成为构建生命的基本的“建设砖块”。由于重要的生物大分子都包含有碳，所以人工生命研究者又把这种“如吾所识的生命”叫做“碳基生命”。 从结构看，地球上直接表现出生命活性的生命都是由细胞构成的。细胞是生命的基本结构单位，一切生命都离不开细胞这一生命的基本形态。尽管细胞的形式多种多样，但基本上都有着相同的结构，都是由半透性的膜包围起来的与外界具有选择性物质交换的体系。其内部构成也基本相似，都有负责生命信息存储和表达的核或核区，有执行各种生命功能的细胞器（像线粒体、内质网、质体、核糖体、高尔基体等）。细胞还是生命的活动赖以进行的基础。生命的各种活动，比如代谢、生长、分裂、死亡等都是建立在细胞活动的基础上的。所以，细胞是维持生命系统运转的最基本的存在形式。离开了细胞，生命活动就会停止。病毒、类病毒和蛋白感染素是生命的边缘情况。它们只有在进入宿主细胞以后才能表现出生命活动。如果没有宿主细胞，无论外界环境多么“优越”，它们也只能静静地保存在那里不表现出任何生命活动的迹象。 细胞是生命的基本单位，但细胞并不是生命的全部。生命的存在是多层次的。除一些简单的生物之外，大部分生物都是由多细胞构成的。多细胞生物以组织、器官、系统等方式有序地将不同类型的细胞组织在一起，形成一个有复杂的等级结构和丰富功能的生物个体。组织是由细胞分化形成的具有相同功能的细胞的集合。器官是由不同的组织通过相互级联形成的具有特定功能的结构。系统是由不同的器官通过级联形成的完成特定功能的结构。最后多种系统相互结合形成统一的有序的生物个体。由于多细胞生物是由细胞分化形成的级联结构，所以，各个部分之间紧密联系，不可分割。另一方面，由于不同种类的多细胞生物的级联结构不同，使生命个体之间表现出差异性或多样性（陈阅增等1997：17）。历史上，由于自然选择，生物物种不断进化和发展，表现出高度歧化的发展态势和趋向。在漫长的进化过程中产生了植物、动物，最后进化出了智能生物——人类。 地球上的生物与其环境之间还通过相互作用，形成了一个复杂的、动态的、稳定的生态系统。在这个系统中，所有生物相互制约、相互依赖。生态系统还和其它生态系统之间相互作用，形成一个包括所有生命以及地球底层大气空间、陆地表面、岩石圈、水圈在内的生物圈。在生物圈内，生物通过改变自己，不断地进化以适应变化的自然环境和生命环境；同时生命也通过它们的活动改变着它们的生存环境。 生命的多层次性的级联结构使我们认识到，生命是自然界中的一种高度有序的现象（陈阅增等，1997：17）。这种有序性，从微观到宏观、从过去到现在全方位地表达出来。这种有序性既是结构上的，又是功能上的；既是空间上的，又是时间上的。这种结构还使我们看到，在生命的每一层次，都有新的属性突现出来。这样，我们在研究生命现象时，既要看到各层次之间的关联性，又要看到各层规律的独立性。 从规律上看，所有生命几乎都遵循相同的基本规则：所有生命使用相同的遗传密码、遵循着相同的复制、转录和蛋白质合成机制以及相同的DNA修复机制。生命的代谢活动，包括各种主要的生命物质的生成、转化，能量的获取、利用方式等，也都有着高度的一致性。 从性质或特征上看，地球生命具有如下一些特征： 首先，所有生命都处在与外界不断地进行物质和能量的代谢过程中。物质代谢和能量代谢实际上是一个过程的两个方面。生命在合成自身物质的过程中储存能量，在分解物质的过程中释放能量。新陈代谢的关键的化学过程是三羧酸循环和氧化磷酸化。新陈代谢是生命存在和活动的基础。 其次，生物在代谢过程中伴随着生长、发育和衰老过程。单细胞在代谢过程中会不断地长大，而多细胞生物更是具有一个生长、发育的过程。 第三，生物具有自我复制、繁殖和变异的现象（或经由繁殖而来）。生物在复制和繁殖过程中表现出高度的遗传特性，即亲代的遗传信息和它们所决定的结构性状被高度精确地传给下一代；同时在复制和繁殖过程中，遗传信息也会发生少量的错误，也就是变异，使后代生物和前代生物又有一些差别。 第四，生物对外界刺激都能做出一定的反应，即所谓的应激反应能力。例如植物茎尖的趋光生长，生物的免疫反应，生物的自我调节的稳态性，等等，都是生物不同的应激能力的表现。 第五，生命具有进化的能力。地球上的生命大约诞生于35亿年前。从原始的单细胞生物开始，经过漫长的进化历程，各生物物种辐射发生，形成了适应各种环境条件的多种多样的生物，直至高等智能生物人类出现。三、定义生命的两种方法 对地球上的生命的定义，目前主要有两种方法。一种是从构成生命的物质着眼，把生命看作是一类特殊的物质结构或有特殊结构的物质。另外一种是从生命的基本特征着眼，把生命看作是一种特殊的现象。前者可以叫做实体定义，后者可以叫做功能定义或操作定义。不过，需要说明的是，由于结构和功能是紧密联系的一对范畴，因此，实体定义和功能定义常常是结合在一起的。差别主要在于定义中主要强调的是物质结构还是功能。强调物质结构重要的就是实体定义，强调功能重要的就是功能定义。 1．实体定义方法 实体定义目前也有两种。一种把生命定义为某种特定的大分子，包括“生命-蛋白质同一说”和“生命-核酸同一说”；一种把生命定义为特殊的物质结构，特别是细胞结构，又可称为“生命-细胞同一说”。 19世纪，恩格斯主要从大分子的角度定义生命。他说：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新（恩格斯，1970：78）。”恩格斯的这个定义是在批判杜林的生命定义的基础上提出来的。杜林曾把生命定义为细胞的新陈代谢活动。恩格斯认为，高级的生物确是由简单的类型“细胞”组成的，但有低于细胞的生物，它们和高级的生物相联系，只是因为它们的基本组成部分是蛋白质，从而它们执行着蛋白质的职能——生和死。恩格斯的这个生命定义实际上是和他关于物质的运动形式的思想是统一的。恩格斯认为自然界存在五种运动形式：即机械运动、物理运动、化学运动、生命运动和社会运动。这五种运动形式从历史的角度看，反映了自然界演化发展的顺序，每一种后面的运动形式都是由前面的运动形式演化来的。不同的运动形式有不同的物质承担者，有不同的运动规律，高级的运动形式包含低级的运动形式。生命运动是一种高级的运动，它是由化学运动发展而来的，它的物质承担者及其运动规律都不同于化学运动，但生命运动包含化学运动。恩格斯当时非常强调自然界的连续性。如果把生命定义为细胞结构之上的活动，就难以解释生命的起源问题。恩格斯特别重视从无机界到有机界的辩证发展过程，所以恩格斯选择了蛋白体作为生命活动的物质承担者。 恩格斯所理解的蛋白体和现在所说的蛋白质是不同的。他说：“在这里，蛋白体是按照现代化学的意义来理解的，现代化学把构造上类似普通蛋白或者也称为蛋白质的一切东西都包含在蛋白体这一概念之内，这个名称是不恰当的，因为普通蛋白在一切和它相近的物质中，是最没有生命的，起着最被动的作用，它和蛋类一起仅仅是胚胎发育的养料，但是在蛋白体的化学构造还一点也不清楚的时候，这个名称总比一切其它名称好些，因为它比较一般（恩格斯，1970：79）。”可见，恩格斯所指的蛋白体是广义的，它甚至不是现化意义上的一种高分子，而是一个物质系统。恩格斯在不同场合用这个词，他有时甚至把细胞也叫“蛋白质小块”。比如他说：“一切有机体，除了最低级的以外，都是由细胞构成的，都由很小的，只有经过高度放大才能看到的，内部具有细胞核的蛋白质小块构成的（恩格斯，1970：74）。” 总之，恩格斯把生命和蛋白体等价。生命是“蛋白质所固有的，生来具备的，没有这种过程，蛋白质就不能存在（恩格斯，1970：80）。” 20世纪前半叶，随着生物化学的研究进展，人们对蛋白质的结构和功能有了越来越清楚地了解，蛋白质形态复杂，功能各异，在生命活动过程中的作用异常重要。所有这些使得很多人更加坚信生命的分子基础就是蛋白质。 到了20世纪50年代以后，DNA双螺旋结构的发现及其遗传功能的研究进展改变了人们关于生命的本质是蛋白质的看法，从此很多人把注意力转向核酸，开始把生命的分子基础看作是具有自我复制和携带有遗传信息的核酸。于是生命的定义由强调蛋白质及其代谢功能，改变为强调核酸及其遗传载体的功能。生命起源问题被还原为能进行自我复制的低聚和多聚核苷酸的起源问题。这种观点可以称为“生命-核酸同一说”。 把生命定义为某种大分子的性质和功能，必然产生这样的问题：存在非细胞形式的生命吗？生命的基本特征能否在分子状态体现出来？ 现在知道，确实存在着非细胞的生命形式。主要有三类：一是病毒，由蛋白质外壳和DNA或RNA核心组成；一类是类病毒，是没有蛋白质外壳的、全裸的RNA分子；第三类是蛋白感染素，或叫原体（Prions），仅由蛋白质分子组成，但这种蛋白质含有自身复制的密码子。换句话说，这种蛋白质本身也是遗传信息载体。但目前对这种极为特殊的蛋白质生命了解甚少。 然而，这三种类型的非细胞生命只有在感染一个活细胞时才能表现出生命的各种特征。它们不能独立地实现其自身复制。因此，上述三种非细胞的生命不是完整的生命，不能作为原始生命的模型。 问题是，病毒、类病毒和蛋白感染素等都不能算是完整的生命形式，我们能因此认为在地球早期化学进化阶段也没有出现过非细胞的“大分子状态”的生命形式吗？在细胞生命出现之前的化学进化阶段，是否可能产生过单由蛋白质分子或单由核酸分子组成的生命形式？因为早期地球上可能存在大量的非生物合成的有机分子，作为大分子自身复制的外在条件，所以，大分子的生命形式很可能在地球早期是存在的（张昀，1998），就像非细胞的生命形式现在可以存在于试管中一样。 如果我们同意在细胞生命出现之前的化学进化阶段确实有过由蛋白质分子或核酸分子组成的生命形式，那么接着的一个问题就是：在生命起源的过程中，是先有蛋白质，还是先有核酸？这个问题曾有过激烈争论。“RNA世界”说认为是先有核酸。80年代初有人发现在一定条件下RNA具有酶的功能：在RNA分子剪切过程中起催化作用的是RNA自己。这为先有核酸说提供了证据。然而，原体的发现使人们又认为先有蛋白质。原体分子本身就携带有遗传信息，并控制自身的复制。因此，到底谁先谁后，现在还是没有完全弄清楚的问题。 由于在现今生命中，核酸与蛋白质之间是密不可分的。蛋白质是在核酸的信息指导下合成的，而核酸又是在蛋白质的催化下复制和转录的。因此，也很有可能早期前细胞的原始生命形式既不是RNA分子，也不是蛋白质分子，而是由核酸和蛋白质（或许还有类脂）组成的大分子系统。在这个大分子系统内，氨基酸与核苷酸之间的关系通过相互作用逐步确立，即遗传密码在这种作用中产生。实体定义还有一种观点，即生命-细胞同一说。这种观点认为，不存在分子状态的生命形式，所有生命都是细胞才具有的。蛋白质与核酸一旦产生，必须包含在类脂形成的膜结构之内才能形成独立的生命形式。病毒、类病毒和原体都缺少膜分隔，因此都不能在宿主细胞之外进行各种生化反应。所以它们都不是独立的生命。 2．功能定义方法 与实体定义强调生命的结构特征相对，功能定义主要从生命的性质和功能来定义生命。功能定义也有两种，一种强调生命是多种性质的集合，所以又称“集合定义”(cluster definition)；另一种强调少数几种或一种性质为生命的本质性质，可以叫做“根本性质定义”。 “集合定义”往往是通过列举生命的一系列特征来定义生命。比如莫诺（Monod）在他著名的《必然性和偶然性》(1971)一书中列出三个特性作为生命的定义特性：目的性，自主的形态发生和繁殖的不变性。克里克（Crick）(1981)根据下列几个特征定义生命：自我繁殖，遗传，进化和新陈代谢。一般的生物学教科书列举的性质更多一些，比如：新陈代谢，生长，发育，遗传，进化，应激性，自稳态，自组织，等等。著名生物学家恩斯特?迈尔曾经列出一个更长的生命性质列表(Mayr 1982: 53)： (1) 所有层次的生命系统都有非常复杂和适应的组织。 (2) 生命有机体由化学上独特的一组高分子构成。 (3) 生命系统中的重要现象主要是质的，而不是量的。 (4) 所有层次的生命系统由高度可变的独特个体的群体组成。 (5) 所有的有机体拥有历史上进化来的遗传程序，它使有机体能够参与目的性的过程和活动。 (6) 生命有机体的类别是由共同家系的历史连接定义的。 (7) 有机体是自然选择的产物。 (8) 生命过程特别难以预料。 多伊恩·法默（J. Doyne Farmer）和白林（Aletta d’A Belin）曾经列举了下列一组性质作为生命共有的典型特征(Farmer & Belin 1991: 818)： (1) 生命是时空中的一种模式（pattern），而不是特殊的物质客体。对生命来说，重要的是模式和各种关系的集合，而不是特殊的原子实体。 (2) 生命具有自我繁殖的能力，或者至少是通过繁殖产生的。比如骡子虽然不育，但也是通过繁殖过程产生的。 (3) 生命存储有自我表征的信息。比如自然界的有机体在DNA分子中都存储有关于它们自己的描述，这种描述可以被生物自己翻译成蛋白质。 (4) 生命具有新陈代谢的能力，即是说，生命可以不停地与环境进行物质和能量的转换。 (5) 生命可以与环境在功能上发生的相互作用。即是说，有机体可以有选择地对外界刺激做出反应，能够适应环境，同时它们也能够创造和控制它们相应的环境。 (6) 生命的组成部分之间相互依赖。这种相互依赖维持了生物体的统一性。 (7) 生命能够在扰动面前保持稳定，或者说它能够在噪声环境中保持自己的形态和组织，发挥自己的正常功能。 (8) 生命具有进化的能力。这种进化能力并不是有机体个体的性质，而是有机体系谱的性质。 法默认为，这个列表远远不是完善的。有些有机体，比如病毒在很多方面处在生命和非生命之间的状态。一些生命起源模型中的“原始有机体”也是这种“半活性的”实体。而根据这个列表，我们也可能把生态系统和社会系统看作是生命。所以，法默说，生命和非生命之间并没有一种截然分明的界限。恰当的做法是把生命看作是“一种连续的组织模式的性质，其中有些模式比其它模式更多或更少活性（Farmer & Belin 1991: 819）。” 集合定义通过各种性质的相互补充来帮助我们区分生命和非生命，这可以使我们避免过分简单地断定某种性质是否是生命的本质属性。然而，这既是它的优点，又是它的缺点。因为哪些性质可以作为生命的定义特征，哪些性质不能，仿佛并没有一个一致的标准。这就使我们感到集合定义有时显得相当任意。这种定义的性质列表总是变动不已，有的人的列表长一些，有的人的列表又短一些。不同的人总是根据自己的理解列举出不同的性质。 “根本性质定义”虽然也从功能性质出发定义生命，但主要是从少数更根本的性质来定义生命。生命有多种性质，然而，是什么原因使这些性质集合在一起形成生命这个独特的实体的呢？集合定义并不特别关心性质之间的联系，它解释不了为什么特殊的一组性质要集合在一起产生生命这样的实体。根本性质定义则力图克服集合定义的这些缺陷。 根本性质定义目前主要有四种：一种是“新陈代谢说”，一种是“自创生说”，还有一种是“灵活适应说”，最后一种是我所赞成的信息说。由于这部分的内容较多，所以我们在新的一节讨论这些定义。生命的本质是趋利避害。亚里士多德说，生命的本质在于追求快乐，使得生命快乐的途径有两条：第一，发现使你快乐的时光，增加它；第二，发现使你不快乐的时光，减少它。但问题是快乐在哪儿？谁不知道要躲避不快乐的时光，问题是不快乐的事情就像一条疯狗一样，总是追着我们，我们躲不过去。因此，生命的本质就是趋利避害。想一想，是生命重要，自由重要，还是权力重要、钱财重要？答案当然是生命和自由重要。两害相权取其轻，趋利避害是当然的选择。李大伦等人趋利没有避害，所以失去了自由。一个人一生希望有两个时刻隆重，一个是婚礼，一个是葬礼。婚礼的时候没有多大本事，参加的人不多，指望葬礼隆重一点。有多隆重呢？我要告诉你的是，你是谁并不重要，能够参加你葬礼的人的数量主要取决于天气。天气好了，大家来看热闹为你送行；天气不好，人家就不来了。这样想就想开了，实在想不开就参加一次别人的葬礼，这样你就想开了。你会发现，再多的财富，再大的权力，再多的学问，都是一股烟上去，其他全放下，连灰尘都得放下。人有三个欲望：名、利、情。好名者愤恨终生，好利者六亲不认，好情者苦苦相斗。人要学会放下，真正的放下是指放下名、利、情，不要为这三个字所累。一点没有名、利、情的人不可能存在，但是过度求之又难于满足。放下名、利、情不是不要，不是出家遁入空门，而是淡泊而后求之。如果能够享受追逐目标的过程，不把得失萦绕于心，是普通人能够放下的境界。因此，对一般人来讲，放下就是不萦绕于心，随缘、随喜、自在。心中若无烦恼事，便是人生好时节。这样一路思考下来的结果是：淡泊名利而后求之。可以追名，也可逐利，但必须避害。

关于智能技术在变电站中应用探究论文

在日复一日的学习、工作生活中，大家一定都接触过论文吧，借助论文可以达到探讨问题进行学术研究的目的。写起论文来就毫无头绪？以下是我帮大家整理的智能技术在变电站中应用探究论文，仅供参考，大家一起来看看吧。

随着科技的不断创新、改革，当前电力企业当中，智能技术有了突飞猛进的发展，具备智能化、集成化、标准化等特点。智能技术在变电站中的应用非常广泛，能够应用在设备层面、间隔层面以及站控层面，智能技术的合理应用不仅能够降低变电站对人工的依赖性，还能够显著提升变电站数据的收集、数据正常性判断的准确性等。本文主要分析变电站中智能技术的应用。

近些年，智能化技术在不断的创新，越来越多的先进技术在各个行业当中逐渐普及。智能技术在当前已经较为成熟，在工业产业当中，智能技术本质上就是代替人工进行一些分析、操作。相关研究报道，合理应用新型设备、自动化设备、电子计算机、新技术以及新工艺等智能技术能够显著改善电力行业的经济价值，能够达成高效、高产、低能耗以及低成本的企业目标。

1、智能技术在变电站的使用现状

我国当前主要的枢纽性变电站数量大约有1000座左右，其中大部分已经基本实现自动化管理、运作。智能技术在其中有着较多的使用，并且取得的经济效益十分是显著。采用先进的智能数据整理、收集与对比系统，能够给予变电站非常多的自动化、智能化功能。在新型变电站中，主要有全部分散、局部分散以及集中配屏等多种模式，智能系统在多个模式当中具备的功能大致相同，具备基本的监控功能、保护、防误操作、事故紧急修复、经济运维处理、设备实施管理等等。传统变电站与智能技术变电站而言其体系结构全然不同，其信息的交替效率也有所不同。想要将传统变电站全面改造成为智能化变电站，在技术上、安全性上以及造价成本等方面都有相当的难度。对此，智能技术应用在变电站中的优化工作重点应当是新变电站的建设方面。

我国终端站以及受控站的数量大约有1万左右，其因为人力资源以及资金等方面的限制，当前还无法真正、全面的实现智能化。在当前，新建变电站已经能够全面完成智能化管理。而对于常规变电站而言，变电站的无人化、自动化问题仍是问题解决重点。在未来的工作中，应当尽量将变电站向无人值班转变。对此，就需要电气设备具备更加强大的自动控制功能和更高的安全性。

2、智能技术在变电站当中的应用

引入控制端

引入计算机终端，促使变电站具备自动化控制功能。计算机终端系统能够按照实际的要求检测变电站的电能转变、运输等情况，判断运输电力时的电压、时间等情况，从而判断故障的发生。此外，计算机终端还能够通过数据的实时监控，实现自动化控制的功能，从而降低突发事件所引发的变电站故障，从而提升供电的可靠性。

分级控制技术

基于电力安全运输、管理的要求所创造的分级式控制技术，在站控层、间隔层以及设备层等方面实现了基本相对应的分级控制模式，这不仅能够显著的降低中央处理设备的负荷，还能够促使设备体现较高的使用效率，从而实现集中式控制，并且消除潜在的安全风险。

光纤技术的应用以及电力装置的集成性

智能变电站能够借助光纤技术完成变电站与变电站之间的各个控制层局域网管理目的，在控制中心可以分别对站控层、间隔层以及设备层的实时信息，实现自动传播信息。与此同时，局域网当中的控制层能够借助光纤技术更加稳定、可靠的传输各类数据。电力装置的集成性配合光纤技术能够将电力装置的所有运行参数进行集成化传输、管理，从而节约数据收集的时间，节约设备的维护繁琐性。

实现全局或局部智能控制

智能设备在变电站当中的合理使用能够基本满足智能化控制的需求。通过对变电站各级设备的优化控制，能够完成电流闭锁装置、电流互感器以及控制柜等设备的智能化管控，从而实现设备半自动、全自动化管理。

智能技术在变电站中的突出应用

智能技术在变电站当中的应用能够促使变电站实现高压配电设备具备智能化，完成小范围内的智能化电网建设工作。基于智能传感器的实时监控能力，监控电力设备的运行状况，并根据监控结果进行实时的调整、控制。智能技术在变电站中能够使一次变电设备实现一体化控制、检测。对于高压设备的断路器实现一体化设计，从而实现一体化管理的目的。

智能技术在变电站中基于计算机终端，通过站控系统便可以实现全面的设备检测，并可以按照实际需求不断的完成电力设备运行数据的实时监测以及各类型智能变电装置的工作信号的监控，检测变电站的输出、输入状态。智能技术在变电站当中大量应用，能够极大程度的控制无效数据的采集量，并提升变电站的整体监控效率。

采用先进的数据采集智能系统，能够促使智能变电站具备相当庞大的信息收集能力。基于先进的数据处理技术，智能变电站便具有非常显著的信息处理效果。借鉴在线处理技术以及数据库模型技术，智能变电站能够具备基本的故障诊断能力以及状态监测能力，工作人员需要将变电站内部的设备正常工作状态时的特性、参数输入到数据库当中，系统便可以根据输入的参数、特性与当前检测到的数据是否一致来判定变电站是否处于正常工作状态，并在协议允许范围之内进行自主整改、调整，能够在一定周期之内完成变电站基本设备的实时工作状态监测、评估以及上报等工作。

3、总结

综上所述，智能技术在变电站当中的巧妙应用，不仅能够降低工作的复杂性、繁琐性，还能够极大程度的提升变电站的自动化程度，对于变电站而言有着极其重要的意义。电力企业的创新必然需要依靠智能技术，通过改善智能技术优化电力企业变电站的运维质量，从而实现智能化发展。

摘要

随着科技的发展，社会的进步，国家电网快速发展，智能变电站的建设也越来越多，智能变电站由智能设备和智能高级应用两个特征，具有多信息融合，智能化监控设备状态、智能化变电站防误闭锁等高级功能。智能变电站的普及为实现我国变电站的自动化运行和管理会带来深远的影响，具有重大的技术和经济意义。

【关键词】智能变电站防误

智能化变电站由智能化一次设备(电子式互感器、智能化开关等)以及网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建，它建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。智能变电站为采用先进、可靠、集成、低碳、环保智能设备，并以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，采用自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，能够实现变电站运行操作自动化、变电站信息共享化、变电站分区统一管理、利用计算机仿真技术实现智能化电网调度和控制的基础单元。智能变电站体现了集成一体化、信息标准化、协同互动化的特征。

1、智能变电站的智能特征

智能变电站是与传统电网相对而言的一种新型电网，其智能主要包含智能设备和智能高级应用在两个方面。

智能变电站的智能设备

智能变电站的智能设备由一次设备和智能组件有机结合而成，智能变电站系统由过程层、间隔层和站控层3层组成，

智能变电站的过程层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组成，能够完成变电站电能的分配、变换、传输、测量、控制、保护、计量以及状态监测等相关的功能。

智能变电站的间隔层设备一般由继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备构成，能够实现使用一个间隔的数据并作用于该一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。

智能变电站的站控层功能高度集中，能够在一台计算机或嵌入式装置中实现，同时也可在多台计算机或者嵌入式装置中实现。它主要由自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统构成，能够实现面向全站或者一个以上一次设备的测量和控制功能，能够完成数据采集和监视控制、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。

智能变电站的智能高级应用

智能变电站的智能是与传统的变电站相对而言，传统的变电站大都也实现了自动化控制，但是这种自动化是被动式的，与现在意义上的智能变电站是有区别与差异的。智能变电站具有良好的互动功能，可以与调度机构友好互动，其采集数据信息量非常大，全景采集，经站内信息一体化平台和电站自动化系统高级应用模块，来对数据进行初步的挖掘、分析，以便实现智能告警、顺序控制、设备状态可视化、事故综合分析决策等智能功能

2、 多信息融合，智能化监控设备状态功能

智能变电站采用信息融合(数据融合)技术对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化。多信息融合技术能够从多视角进行处理及综合，可以得到各种信息的内在联系和规律。智能变电站现在已经实现了广泛的在线监测，可有效获取电网运行状态数据，掌握各种智能电子装置的故障动作信息及信号同路状态。而状态监测与诊断系统的有机结合，可以对变电站设备进行综合故障诊断：根据获得的被监测设备状态数据，利用多信息融合技术、结合被监测设备的结构特性和参数对设备进行综合故障诊断，结合其运行历史状态记录以及环境因素，对被监测设备工作状态和剩余寿命做出科学、合理的正确评估，以减少故障，确保设备安全、稳定运行。

3、智能化变电站防误闭锁功能

智能化变电站防误闭锁系统根据IEC61850标准三层架构体系构建，分为站控层防误主机、间隔层智能防误装置、过程层智能闭锁单元、机械和电气锁具、闭锁附件，及电脑钥匙等部分。其中防误主机、智能防误装置层以及智能闭锁单元之间所采用的均为IEC61850规范完成变电站内各种操作的防误闭锁，能够有效实现智能变电站防误闭锁的强制性和全面性要求，同时实现与监控系统站内模型信息共享，监控系统与防误闭锁系统信息交互免配置等功能。其主要功能特点如下：

标准统一、信息共享

智能化变电站各设备及系统之间数据采用统一的IEC61850标准进行交互，为防误闭锁装置和自动化装置互联与互操作性提供了技术上的支持，所以两者之间的数据能够好的进行交互访问，能够在误闭锁装置独立的基础上实现信息统一和共享。

全面防控、强制闭锁

智能化变电站系统根据IEC61850标准三层架构体系构建，能对五防主机和监控系统提供设备操作的所有五防功能，实现了间隔层防误。同时，为了防止过程层网络GOOSE报文错误或者监控系统未经防误系统解锁直接操作智能电动开关设备而可能导致的误操作，在过程层上设置智能闭锁单元，能够实现防误闭锁的强制性要求，智能闭锁单元同时支持就地操作时使用电能钥匙对其进行解闭锁操作功能。

顺控操作

顺控操作由间隔层智能防误闭锁装置和监控系统配合完成，顺序控制操作方式是指通过监控中心的计算机监控系统下达操作任务，再由计算机系统独立地按顺序分步骤地实现操作任务。按防误操作方式可分为：远、近控均采用逻辑防误加本间隔电气节点防误。智能防误闭锁装置具有良好的开放性以及互操作性，融合了从权限管理、唯一操作权限管理、模拟预演、实时逻辑判定、闭锁元件五个方面，能够完整的实现对设备操作的防误功能，最大限度地实现防误功能。

智能变电站是智能电网的重要基础和支撑，同时是变电站建设和发展的方向，我们要结合我国智能电网发展的情况，充分发挥智能变电站的功能，做好我国智能变电站的建设工作，为促进我国电网向自动化、信息化发展做出应有的贡献。

参考文献

[1]苏鹏声，王欢.电力系统设备状态监测与故障诊断技术分析[]J.电力系统自动化，2003，27(l)：61-65.

[2]王璐，王鹏.电气设备在线监测与状态检修技术[]J.现代电力，2002，19(5)：40-45.

[3]严璋.电力设备绝缘的状态维修[A].电力设备状态检修和在线监测论文集[C].2001.

作者简介

董德永(1981-)，男，现为国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司工程师。研究方向为高电压电气设备绝缘。

作者单位

国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司辽宁省辽阳市111000

摘要：介绍智能变电站的涵义、结构、应用，分析其关键技术并提出智能变电站的一些应用。智能化变电站是在数字化变电站的基础上，根据标准的通信协议体系，考虑到智能电网中分布式电源的大量接入和与用户的互动性要求，应用数字化测量等智能技术构建的智能电网枢纽；智能变电站建设是智能电网发展的基础。

关键词：智能变电站技术功能

中图分类号：TM76文献标识码：A文章编号：1007—3973(2012)009—042—02

1、引言

目前，国家电网公司正在大力推广智能电网的建设，作为智能电网的一个重要组成部分智能变电站正在越来越称为今后电网建设的主流，虽然关于智能变电站的相关技术、规范还处于不断的改进、修订过程中，智能变电站在实际工程中的应用已经在不断的扩大，技术、经验也已经不断的成熟。下面我们对智能变电站的一些技术、功能等方面作一简单介绍。

2、智能变电站的涵义

目前，广为认可的对智能变电站的定义是“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的变电站”。

3、智能变电站的结构

智能变电站内的设备

智能变电站内的设备按照功能的不同可分为三大类(有时常被称为三层)：

过程层：主要指一次设备，变压器、断路器、互感器、刀闸等；

间隔层：主要指二次设备，保护装置、测控装置、在线监测装置、自动装置等；

站控层：基于计算机主机的后台系统、监控系统、远动、视频安防。

智能变电站与传统变电站的区别

智能变电站与传统变电站相比一个很大的区别在于：二次设备和一次设备的功能重新定位，并且一次设备的智能化改变了传统变电站中继电保护设备的结构。

其中，一次设备的变化主要体现在一次设备的智能化：

(1)互感器方面的变化。由电子式互感器取代以前的常规互感器，这里包括电流、电压互感器。AD变换装置移入电子式互感器，并配备高速数据接口。(2)开关方面的变化。由智能化开关取代以前的常规开关，开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设备的执行器来执行操作。表1为常规互感器与电子式互感器优缺点的比较。

电子式互感器就其结构原理分为有源式和无源式两种类型，目前广为采用的是有源式结构。

从电压等级上区分，大体上也分为两种：

(1)110kV及以上采用数字输出的电子式互感器，需要合并单元；

(2)10kV、35kV采用模拟输出电子式互感器直接接入就地四合一智能单元。与电子式互感器配合使用的设备被称为“合并单元”，它是实现电子式互感器与二次设备接口的关键装置。它的作用主要有以下几个方面：

1)数据合并：合并单元同时接收并处理三相电流和电压信号，并按照IEC60044—8或IEC61850—9—2格式输出；单间隔内IEC61850—9传输，跨间隔60044—8/FT3传输；

2)数据同步：合并单元实现独立采样的三相电路和电压的信号同步；

3)信号分配：智能二次设备从合并单元获取一次电流电压信息；

4)激光供能(户外支柱式电流互感器)；

5)完善的自检功能，如CT断线等。目前，真正意义上的智能开关还未得到广泛的生产及应用，在实际中应用较多的是在传统开关上，安装智能装置，提供开关量输出DO、输入DI，接收保护装置发出的命令，由一次设备的执行器来执行操作。实现此功能的设备被称为“智能终端”，通过它实现输出DO、输入DI信号的光电转化。

它的作用主要有以下几个方面：

a)给传统断路器或变压器提供数字化变电站接口，接入GOOSE网络和MMS网络；

b)在开关端子箱安装智能终端：对刀闸等进行状态采集和控制，就地操作箱功能；

c)在变压器端子箱安装智能终端，实现变压器测控功能：采集温度、档位、非电量、中性点地刀等状态，控制风扇和档位。

可见，目前被广泛使用的“智能开关”是由一个“传统开关”，一个“合并单元”以及一个“智能终端”组成的集合体。它所实现的功能已经基本具备了真正意义上的“智能开关”的一些常用的功能了。

在电子式互感器进行采样时，涉及到同步的问题，即需要使相关的几种设备之间传输、交换的数据达到相对的同步。这有点类似于传统变电站保护测控装置中的所使用的GPS对时功能。

在这里我们采用的是在过程层构建独立的采样同步网，这里我们采用了IEEE1588精密对时协议，它的优点主要体现在以下几个方面：

(1)硬件对时精度在ns级别，满足计量需要；

(2)与数据网络合一，减少了故障点，增加了系统的可靠性；

(3)支持绝对时间；

(4)光纤纵差保护可以借助硬件1588实现与合并单元的同步；

(5)软件1588可以实现事件“打时标”的要求。

说到信息通信，我们不得不提到GOOSE网络，它与传统变电站中的通信网络系统相比有以下几个特点：

(1)GOOSE(面向通用对象的变电站事件)以快速的'以太网组播报文传输为基础，代替了传统的智能电子设备(IED)硬接线的通信方式，为逻辑节点间的通信提供了快速且高效可靠的方法；

(2)GOOSE服务支持由数据集组成的公共数据的交换，主要用于保护跳闸、断路器位置、联锁信息等实时性要求高的数据传输；

(3)GOOSE服务的信息交换基于发布/订阅机制基础上，同一GOOSE网中的任一智能电子设备，既可以作为订阅端接收数据，也可以作为发布端为其他设备提供数据。这样可以使得设备之间通信数据的增加和更改变得更加容易实现。

可以说，引入了GOOSE通信技术后，变电站内的信息通信系统变得更加强大了。

目前，对一次设备进行智能化改进，主要包括：断路器智能化、变压器智能化。

其中，断路器智能化方案包括：

(1)研制功能合一化的智能组件装置；

(2)合并单元+开关控制器合一的智能组件；

(3)保护+测控+开关控制器+合并单元，四方面功能合一的智能组件；

(4)监测功能组主IED；

(5)优化检测设备传感器的配置；

(6)一体化设计智能组件与机构，简化回路；

(7)使用软件联锁替代硬件联锁；

(8)研制机构控制器；

(9)简化断路器和刀闸机构；

(10)从机构到智能组件柜实现光纤替代电缆；

(11)用自动控制替代手动控制。

同时，当以GIS设备为代表的等设备的智能化方案中，GIS智能组建柜内包括：主IED、断路器机械特性在线控制IED、局部放电IED、SF6密度及微水监测IED、避雷器在线监测IED、智能终端、合并单元。

现在普遍使用的变压器智能化方案，主要是采用“传统的变压器+智能终端”的方法，实现以下几个方面：

(1)现阶段智能终端已实现的功能；

(2)档位上传与控制；

(3)中性点地刀控制；

(4)非电量及其他信号测量；

(5)主变温度等测量；

(6)冷却控制。

变压器智能组件柜内包括：主IED、控制测量IED、冷却控制IED、局放监测IED、油中气体在线监测IED、分接开关监测IED、套管在线监测IED、非电量保护、合并单元、本体保护。

保护与控制系统和传统保护控制设备的主要区别：

(1)接口。传统保护只需支持传统的5A/100V的模拟量接口，数字化保护需支持GOOSE和SV点对点模式、组网模式等多种接口，接口方式多样。(2)通讯规约。传统保护为103规约，数字化保护需支持IEC61850规约。

4智能变电站的智能高级应用

智能变电站系统除具备以上最基本的应用功能外，还包括以下方面的高级应用功能。

一体化信息平台

在实现传统综自变电站当地监控功能的基础上，利用一体化信息平台，对变电站的全景数据进行综合分析和应用，以实现支持电网的安全优化运行。一体化信息平台的主要功能包括：

(1)实时自动控制；

(2)智能调节；

(3)在线分析决策；

(4)协同互动；

(5)其他高级功能。

从而提高运行管理的自动化程度，减少系统的维护工作量，减轻变电站和调控运行人员的劳动强度。

图形化的配置工具与源端维护

其中，“源端维护”是指利用SCD文件直接生成一体化信息平台的数据库，图形可导出为SVG格式供远端系统使用，从SCD文件导出变电站一次设备连接的拓扑关系，并且从SCD文件导出符合IEC61970标准的CIM模型。

智能告警及分析决策

在目前的变电站监控系统中，告警的方式比较单一，功能也比较有限，基本上信息按照时间顺序全部显示，未作筛选和推理判断处理。一旦发生事故后，信息多，值班人员很难从大量的信息中获取到重要告警信息，影响对事故的正确判断。因此，智能告警与分析决策能够实现：分类告警、信息过滤、在线实时分析和推理变电站运行状态、自动报告变电站异常并提出处理指导等功能。

智能视频

可以实现视频系统与监控系统联动。

(1)正常遥控时。操作人员点击主接线图面上的设备进行遥控时，视频系统能够通过调度编号等信息定位显示设备现场画面，并且在监控机上显示现场的视频。

(2)事故异常时。当发生事故导致站内设备动作时，视频系统能够通过事故总和SOE告警信息主动推出动作设备的现场视频。

此功能需遥视设备厂商与监控系统厂商合作进行。

设备在线监测

采集主要一次设备(变压器、断路器等)的状态信息，进行状态可视化展示并发送到上级系统，为实现优化电网运行和设备运行管理提供基础数据支撑。

采集的数据主要包括：

一体化在线五防

(1)五防规则在监控系统统一制定，在监控系统实现防误闭锁功能；

(2)五防规则由监控系统传递到间隔层测控装置，取消传统电脑钥匙，遥控回路采用硬接点闭锁；对于手动操作设备采用在线式锁具闭锁。

此功能需五防设备厂商与监控系统厂商合作进行。

程序化顺控

(1)可接收和执行调度/集控中心和本地后台系统发出的控制命令，经安全校核正确后，自动完成相关运行方式变化要求的设备控制，具备投退保护软压板功能，具备急停功能，可在站内和远端实现可视化操作。

(2)在顺控控制过程中，变电站可以及时向调度/集控中心反馈执行过程的信息，如当前执行步骤、遥控超时、逻辑闭锁等，以便远端系统能更全面的掌控。

5、结语

智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。智能化变电站的相关技术及应用正在不断的成熟与积累经验的过程中，相信在不久的将来，智能化变电站的相关技术将越来越成熟、完善，能够为我国电网的建设、运行提供越来越多的帮助。

参考文献：

[1]冯军.智能变电站原理及测试技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]钟连宏，梁异先.智能变电站技术与应用[M].中国电力出版社，2010.

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