摘要：35kV變電站綜合自動(dòng)化系統的設計，主要遵循電網(wǎng)調度自動(dòng)化的整體需要，其配置、功能要滿(mǎn)足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、信息分層傳輸、資源共享等要求。本文以35kV及以下變電站自動(dòng)化系統的設計為指導思想，對設計工作進(jìn)行相關(guān)討論。

關(guān)鍵詞：變電所；配電網(wǎng)；綜合自動(dòng)化；電氣主接線(xiàn)；互感器

0引言

化工廠(chǎng)內35kV及以下區域變電所的建設是工廠(chǎng)內非常關(guān)鍵的項目，在建設過(guò)程中，由于技術(shù)要求高、投入資金大、電力設施較多等因素，對變電所工作人員的各項能力有較高的要求。因此，管理部門(mén)要提高變電站的運行和管理水平，使其達到自動(dòng)化，從而提高變電站運行的可靠性和經(jīng)濟效益。

在此背景下，新型微型二次裝置的使用及對傳統分立裝置的替代，使保護、控制、監控、遠動(dòng)等多種功能得以加強，實(shí)現了設備和信息的共享，使變電站設計布局更趨于簡(jiǎn)潔、緊湊，運行也更加安全、可靠。變電所集成控制系統采用現代計算機技術(shù)和通信技術(shù)，改造原有的二次設備結構，對系統結構進(jìn)行大幅簡(jiǎn)化，不僅實(shí)現了數據共享，而且其布線(xiàn)結構更加簡(jiǎn)便、二次設備占用空間更少，使得35kV以下變電站呈現全新的面貌[1]。

1電氣主接線(xiàn)的方案解析

主接線(xiàn)應該以工作可靠、簡(jiǎn)潔明了、易于使用為原則，并且具有發(fā)展空間。設計方案為35kV接線(xiàn)兩回為主的變壓器進(jìn)線(xiàn)和內橋線(xiàn)路，10kV母線(xiàn)采用母線(xiàn)分段配線(xiàn)，10kV出線(xiàn)25條線(xiàn)路，其中2條電容補償線(xiàn)路，10kV線(xiàn)路全部為高壓真空斷路器。變壓器的中性點(diǎn)接地方式是35kV側無(wú)接地，10kV側的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，10kV側均為電纜出線(xiàn)。因此，在10kV側均為電纜，故而采用消弧線(xiàn)圈進(jìn)行補償。由于10kV主變側無(wú)中性點(diǎn)，故采用了變電站與消弧線(xiàn)圈共用的接地變壓器，并可以調整各消弧線(xiàn)圈的容量。本方案以300MVA的短路能力為基礎，對短路電流進(jìn)行了分析，確定了裝置的選型。

主變壓器選用有效節能、低損耗、有載調壓變壓器（S11-35型），容量按供電地區的實(shí)際負載及計劃負載而定，變壓器容量為20MVA。35kV裝置采用全封閉的復合絕緣金屬鎧裝式開(kāi)關(guān)柜，箱體內部裝有高壓真空開(kāi)關(guān)，主變壓器是三相雙繞組自冷卻風(fēng)機有載調壓變壓器S11-20000/35，其阻抗電壓Uk%=8.35±3×2.5%/10.5kV。10kV裝置采用金屬鎧裝移動(dòng)開(kāi)關(guān)柜，箱體內部裝有高電壓的真空開(kāi)關(guān)。從測量準確度的角度來(lái)看，變壓器的測量精度都達到了0.2s級。10kV分段母線(xiàn)配有一套并聯(lián)電容器和一套消弧線(xiàn)圈設備。

在大樓樓頂安裝接閃網(wǎng)，以防止直接雷擊。在35kV、10kV母線(xiàn)、電容器、10kV出線(xiàn)等處，采用具有優(yōu)良防護性能的金屬氧化鋅避雷器。35kV區域變電所的調度和管理工作，應當將遙測、遙信、遙控等信息發(fā)送到上級220kV變電站。將公用的測控設備，集中于電力監控室內。電力供應采用SBH15-M-630/10變電站的10kV變壓器，并將其與10kV的母線(xiàn)相連接。整個(gè)變電所里都安裝了工作燈和意外燈，在斷電情況下，應急照明電路可自動(dòng)轉換到EPS供電系統。

2 35kV變配電所主接線(xiàn)方案

通過(guò)對各種有關(guān)數據的分析，發(fā)現采用低損失的節電變壓器是減少電力損耗的有效途徑。當電壓偏差達不到規定值時(shí)，35kV降壓變電站應優(yōu)先選用有載調壓變壓器。35kV變電站的主接線(xiàn)通常為單母線(xiàn)、單母線(xiàn)分段、雙母線(xiàn)接線(xiàn)、單元接線(xiàn)、內橋、外橋，具體的實(shí)現要結合實(shí)際情況來(lái)確定[2]。35kV變電站的主接線(xiàn)，需要依據變電站在電網(wǎng)中的地位、進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)回路數量、設備特點(diǎn)和負載特性來(lái)決定。同時(shí)還需要滿(mǎn)足供電可靠、操作靈活、操作維修方便、節約投資以及方便擴建的需要。

變電站的主要線(xiàn)路應滿(mǎn)足安全可靠、靈活、經(jīng)濟的基本需求。其中，安全包含了設備和人員的安全?？煽慷葢弦患壺摵珊投壺摵蓪╇娍煽啃缘囊?。靈活運用小的開(kāi)關(guān)，可適應多種工況，維修時(shí)使用方便，并可以適應負載發(fā)展，方便擴展，盡可能簡(jiǎn)化接線(xiàn)，減少投資，減少占地，降低運行費用。35kV變電站一般有兩種類(lèi)型，一種是戶(hù)內式，另一種是室外式。戶(hù)內式操作簡(jiǎn)單，維修簡(jiǎn)單，占用空間少。而室外式的建筑成本較低，能安裝報警裝置，散熱狀況良好。由此可見(jiàn)，戶(hù)內式的優(yōu)勢和室外式的優(yōu)勢相輔相成，因為廠(chǎng)房占地面積有限，所以采用了戶(hù)內布局，即35kV和10kV配電裝置，主變壓器采用戶(hù)內安裝。

3供電可靠性分析

電力供應的可靠性是指不中斷的電力供應。電力供應中斷不但會(huì )對化工廠(chǎng)生產(chǎn)造成一定的影響，還會(huì )對設備形成損害，嚴重時(shí)會(huì )導致人員傷亡、發(fā)生爆炸，造成嚴重的負面影響。比如，電力供應中斷對主要生產(chǎn)設備的運行造成影響，嚴重時(shí)會(huì )導致關(guān)鍵工序的連續性，造成重大的經(jīng)濟損失，即便是恢復了電力供應，也需要很長(cháng)一段時(shí)間。為了保證供電的可靠性，對這些關(guān)鍵的用電設備，需要采用雙回路的供電模式。保證供電質(zhì)量，保證電壓波動(dòng)的技術(shù)指標。

交流電的頻率直接影響到交流電機的工作性能，而頻率的變化則會(huì )對其速度產(chǎn)生一定的影響?！峨娔苜|(zhì)量電力系統頻率偏差》中，對50Hz額定頻率的交流電要求標準是其頻率與標稱(chēng)值的偏差不允許超出±0.2~±0.5Hz，也就是±0.4%~±1%[3]。電壓限制是衡量電網(wǎng)質(zhì)量的另一個(gè)重要指標。電壓偏差是指電氣裝置的實(shí)際電壓與運行中的額定電壓之間的差異。耗電設備對電壓偏差有一定的適應性，但當電壓偏差增大時(shí)，會(huì )影響電氣設備的性能，甚至會(huì )導致設備故障。例如，白熾燈在超過(guò)其額定電壓5%的情況下運行，則會(huì )減去一半的使用壽命。因此，國內對電氣設備的電壓偏差有明確的規定。如電機的電壓偏差不得超過(guò)額定電壓的±5％，燈泡的電壓偏差不得超過(guò)額定值的-3％和-2.5％。

4變電站系統數據鏈路整體設計分析

4.1綜合自動(dòng)化系統結構

變電站綜合自動(dòng)化系統采用分層分布式結構，分層分布式監控系統實(shí)現了信息資源共享，充分發(fā)揮和利用了計算機系統整體資源和效率，是目前監控系統的主流方式。該系統包括一個(gè)隔離層和一個(gè)站控層，該隔離層與站控層之間采用雙以太網(wǎng)相互連接。符合IEC61850標準。隔離裝置包括：I/0測控裝置、繼電保護裝置、多功能電表、低壓電動(dòng)機保護器等智能化設備。通過(guò)通信管理器和以太網(wǎng)交換器將所有的智能裝置連接到站控層，所有的智能設備支持Modbus通信規約。在間隔層分別設置若干臺通信管理機，該通信管理機應采用嵌入式應用的工業(yè)通信計算機，所有的串口設備通過(guò)通信管理機（通信協(xié)議采用Modbus）和以太網(wǎng)交換機接入站控層，所有的以太網(wǎng)設備通過(guò)以太網(wǎng)接口與本地交換機連接后接入站控層，所有的通信接口具有隔離保護功能。

站控層設備主要實(shí)現對各類(lèi)監控圖像、圖形曲線(xiàn)的調用、控制指令的發(fā)布、各類(lèi)報告、操作票、數據庫的產(chǎn)生、管理、打印事故報警、控制間隔層設備的打印、監控、管理、控制間隔層等，構成全站監控、管理中心、與遠程監控中心通信。站控層主要包括監控主站、工程師站、綜合應用服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、保護管理工作站、OPC服務(wù)器、通信服務(wù)器、打印機、等設備組成。監控主站采用雙機熱備模式，正常情況下由監控主站完成整個(gè)變電所監控功能，備用主站處于熱備用狀態(tài)。當監控主站一旦出現故障，備用主機立即提升為監控主站，完成監控主站的一切功能，當監控主站恢復正常后，備用主機又將監控權交給監控主站，備用主站繼續處于熱備用狀態(tài)，雙機切換無(wú)擾動(dòng)。

4.2控制系統數據流

控制系統按需要分為多層結構，分別為底層的設備層、間隔層、站控層。各層次內部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò )通信，通信媒介為網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)或光纖。

平臺軟件按作業(yè)區、采油區、計量站的管理方式設計，與實(shí)際的管理方式吻合。同時(shí)還考慮到該系統是一個(gè)平臺，各個(gè)頁(yè)面采取數據庫管理的方式進(jìn)行管理，非常適應第三方軟件的嵌入等擴展性。

4.3子系統相關(guān)說(shuō)明

4.3.1監控功能

數據的收集與處理：從生產(chǎn)工藝中獲取模擬量、數字量、溫度測量等，其中包括CT、PT、配電設備保護、直流系統、電力系統等。報警處理分為事故報警和預先報警兩類(lèi)。打印和記錄由電腦站控制系統根據規定的格式，將所需的各項資料，通過(guò)打印機向打印紙張輸出。統計計算是統計、分析和計算實(shí)時(shí)數據。

系統狀態(tài)監視是對斷路器位置，隔離開(kāi)關(guān)位置等開(kāi)關(guān)量信號監視，同時(shí)還能對裝置本身的自檢、斷路器事故跳閘、母線(xiàn)接地、各種保護動(dòng)作信號進(jìn)行監視。操作員工作站能對各回路主要電力參數、通信狀態(tài)、故障、保護動(dòng)作狀態(tài)，以數字、文字、圖形、表格、曲線(xiàn)等形式的動(dòng)態(tài)顯示。監控每一環(huán)，監控期間的運行參數的變化和狀態(tài)都會(huì )在顯示屏上顯示。

當通信出現故障時(shí)，可將通信中斷時(shí)的數據全部自動(dòng)或喚醒，并在數據出現異常時(shí)進(jìn)行提示，以確保數據的連續、完整、準確。還可以監測多種供電系統參數，除了可以監測電壓、電流、頻率等常規電力參數外，還可以測有功、無(wú)功、MD等，諧波分量顯示等，使各回路處在綜自系統的監視之下[4]。

數據庫維護是工程師可以通過(guò)互動(dòng)的方法，在線(xiàn)對數據庫中的數據項目進(jìn)行修改、添加和刪除。圖形接口是將顯示在顯示屏上的各類(lèi)信息以報告、圖形、聲光等不同方式向操作人員實(shí)時(shí)顯示。時(shí)鐘同步由變電所控制的電腦監視系統，從導航系統發(fā)送的定時(shí)信號，并對每一臺有時(shí)鐘的設備，如隔離層和站級電腦，進(jìn)行同步，以確保各部分的時(shí)鐘同步率，滿(mǎn)足要求。維護職能是由變電站的管理人員在工作站上進(jìn)行管理、維護、擴充等工作。事故記錄是保護動(dòng)作信息，斷路器/斷路器狀態(tài)的改變，保護功能的輸入/退出，本地/遠程切換，連鎖控制命令，自動(dòng)報警等。

電能管理是能按日/自然月/自然年自動(dòng)地計算各裝置的用電量。通過(guò)數據對比，計算出各裝置的能效，方便用戶(hù)添加/減少用電回路。操作票能按工作票自動(dòng)生成操作票，并具有操作模擬功能，驗證操作正確性。仿真培訓是運用文字解說(shuō)、圖像、視頻、視頻、二維動(dòng)畫(huà)、虛擬仿真等多種形式，以圖文并茂、視聽(tīng)結合、虛擬互動(dòng)等多種形式進(jìn)行創(chuàng )作。

4.3.2管理功能

設備管理：建立統一的動(dòng)態(tài)設備臺賬，關(guān)注所有設備的歷史運行狀態(tài)、制定檢修維護計劃、檢修歷史、缺陷信息、更換歷史、維護歷史、備件情況等數據，通過(guò)設備出入庫流程、設備安裝卸載流程、設備維修維護更換流程對設備臺賬進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，保證設備臺賬與現場(chǎng)設備的實(shí)際情況相符，為設備的全生命周期管理提供支撐。

5安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺

5.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數據、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺，滿(mǎn)足用戶(hù)或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數、室內環(huán)境溫濕度、電纜及母線(xiàn)運行溫度、現場(chǎng)設備或環(huán)境場(chǎng)景等需求，實(shí)現數據一個(gè)中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪(fǎng)問(wèn)、接收警報，并完成有關(guān)設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2應用場(chǎng)所

適用于電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體、教育科研、農林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

5.3系統結構

系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過(guò)RS485總線(xiàn)接入現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)交換機把數據上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)數據可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

應用層：包含應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器，若變電所數量小于30個(gè)則應用服務(wù)器和數據庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數據。

展示層：用戶(hù)通過(guò)手機、平板、電腦等多終端的方式訪(fǎng)問(wèn)平臺信息。

5.4系統功能

5.4.1用能月報

用能月報支持用戶(hù)按總用電量、變電站名稱(chēng)、變電站編號等查詢(xún)所管理站所的用電量，查詢(xún)跨度可設置為月。

5.4.2站點(diǎn)監測

站點(diǎn)監測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時(shí)用電曲線(xiàn)、用電概況。

5.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運維

運維展示當前用戶(hù)管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢(xún)。

5.4.6監控

監控展示了當前實(shí)時(shí)畫(huà)面（直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內信息。

5.4.7電力運行報表

電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統計。

5.4.8警報信息

對平臺所有警報信息進(jìn)行分析。

5.4.9任務(wù)管理

任務(wù)管理頁(yè)面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

5.4.10用戶(hù)報告

用戶(hù)報告頁(yè)面主要用于對選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進(jìn)行統計分析，并列出在該周期內巡檢時(shí)發(fā)現的各類(lèi)缺陷及處理情況。

5.4.11APP監測

3.12APP支 電力運維手機支持“監控系統"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶(hù)報告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、、曲線(xiàn)、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報查詢(xún)，設備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)、用戶(hù)報告、文檔管理等。

6結語(yǔ)

化工廠(chǎng)區35kV變電所綜合自動(dòng)化控制系統，解決了傳統保護裝置無(wú)法與外部通信的不足，將控制、保護、數據采集、監控、數據傳輸等多個(gè)主要模塊整合在一起，實(shí)現了數據的共享。該系統包括保護裝置、數據采集裝置、事件和故障錄波裝置、控制操作閉鎖裝置、同步裝置、通信裝置、數據處理及記錄裝置和自診斷裝置等。

近幾年，越來(lái)越多的化工廠(chǎng)區35kV變電所采用了計算機集成自動(dòng)化，并且陸續投入運行，這也充分體現了化工廠(chǎng)區35kV變電所自動(dòng)化技術(shù)的日趨成熟和優(yōu)勢，達到減人增效、降低工程造價(jià)的目的，以保障變電站可靠運行和提高經(jīng)濟效益。

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