随着智能电网的深入研究,作为电网电能汇集和控制的核心节点变电站,进入大规模建设阶段,从“综合自动化变电站”发展到“数字化变电站”再演变到“智能变电站”。与智能变电站相关的网络设计、智能一次设备、集成二次设备等相关研究进入了飞速发展阶段。相较于传统“综合自动化变电站”,智能变电站应具有设备集成度高、可实现状态实时监测、占地面积小、节约经济等优势,但随着智能变电站大规模的建设和运行,出现了二次系统设备重复配置、接线复杂、高级应用实现困难等问题。对智能变电站的二次系统进行进一步研究,达到二次设备高度集成、结构优化接线简化、信息共享的目标是十分必要的。本文围绕“三层一网”网络结构及线路间隔的纵向集成两个方面分别对二次系统进行优化设计。分析具有普遍代表性的典型智能变电站设计方案。总结此类设计方案中存在的不足.研究了总线型、星型、环型三种网络结构,对比得出星型网络的适用性,在此基础上,提出相比“三层两网”更加节约共享的“三层一网”网络结构,建立了试验平台,基于电网数据,验证了“三层一网”的可行性与高效性。通过研究二次设备主流的横向集成模式,探讨了该模式的缺点,提出线路间隔纵向集成模式,将传统的线路保护、线路测控、合并单元、智能终端共用端口数据实现集成,并通过软件仿真实现了测控与保护通信的的解耦,论证了可行性与经济性。最后,对新型的“三层一网”网络结构及线路间隔纵向集成模式进行了应用,开展了实际智能变电站工程设计。为未来智能变电站规模化建设提供了新的设计思路。