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13651854162摘要：35kV變電站綜合自動化係統的設計，主要遵循電網調度自動化的整體(ti) 需要，其配置、功能要滿足電網安全、經濟、信息分層傳(chuan) 輸、資源共享等要求。本文以35kV及以下變電站自動化係統的設計為(wei) 指導思想，對設計工作進行相關(guan) 討論。
關(guan) 鍵詞：變電所；配電網；綜合自動化；電氣主接線；互感器
0引言
化工廠內(nei) 35kV及以下區域變電所的建設是工廠內(nei) 非常關(guan) 鍵的項目，在建設過程中，由於(yu) 技術要求高、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，管理部門要提高變電站的運行和管理水平，使其達到自動化，從(cong) 而提高變電站運行的可靠性和經濟效益。
在此背景下，新型微型二次裝置的使用及對傳(chuan) 統分立裝置的替代，使保護、控製、監控、遠動等多種功能得以加強，實現了設備和信息的共享，使變電站設計布局更趨於(yu) 簡潔、緊湊，運行也更加安全、可靠。變電所集成控製係統采用現代計算機技術和通信技術，改造原有的二次設備結構，對係統結構進行大幅簡化，不僅(jin) 實現了數據共享，而且其布線結構更加簡便、二次設備占用空間更少，使得35kV以下變電站呈現全新的麵貌[1]。
1電氣主接線的方案解析
主接線應該以工作可靠、簡潔明了、易於(yu) 使用為(wei) 原則，並且具有發展空間。設計方案為(wei) 35kV接線兩(liang) 回為(wei) 主的變壓器進線和內(nei) 橋線路，10kV母線采用母線分段配線，10kV出線25條線路，其中2條電容補償(chang) 線路，10kV線路全部為(wei) 高壓真空斷路器。變壓器的中性點接地方式是35kV側(ce) 無接地，10kV側(ce) 的中性點經消弧線圈接地，10kV側(ce) 均為(wei) 電纜出線。因此，在10kV側(ce) 均為(wei) 電纜，故而采用消弧線圈進行補償(chang) 。由於(yu) 10kV主變側(ce) 無中性點，故采用了變電站與(yu) 消弧線圈共用的接地變壓器，並可以調整各消弧線圈的容量。本方案以300MVA的短路能力為(wei) 基礎，對短路電流進行了分析，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際負載及計劃負載而定，變壓器容量為(wei) 20MVA。35kV裝置采用全封閉的複合絕緣金屬鎧裝式開關(guan) 櫃，箱體(ti) 內(nei) 部裝有高壓真空開關(guan) ，主變壓器是三相雙繞組自冷卻風機有載調壓變壓器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開關(guan) 櫃，箱體(ti) 內(nei) 部裝有高電壓的真空開關(guan) 。從(cong) 測量準確度的角度來看，變壓器的測量精度都達到了0.2s級。10kV分段母線配有一套並聯電容器和一套消弧線圈設備。
在大樓樓頂安裝接閃網，以防止直接雷擊。在35kV、10kV母線、電容器、10kV出線等處，采用具有優(you) 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、遙控等信息發送到上級220kV變電站。將公用的測控設備，集中於(yu) 18luck新客户端室內(nei) 。電力供應采用SBH15-M-630/10變電站的10kV變壓器，並將其與(yu) 10kV的母線相連接。整個(ge) 變電所裏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轉換到EPS供電係統。
2 35kV變配電所主接線方案
通過對各種有關(guan) 數據的分析，發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，35kV降壓變電站應優(you) 先選用有載調壓變壓器。35kV變電站的主接線通常為(wei) 單母線、單母線分段、雙母線接線、單元接線、內(nei) 橋、外橋，具體(ti) 的實現要結合實際情況來確定[2]。35kV變電站的主接線，需要依據變電站在電網中的地位、進線和出線回路數量、設備特點和負載特性來決(jue) 定。同時還需要滿足供電可靠、操作靈活、操作維修方便、節約投資以及方便擴建的需要。
變電站的主要線路應滿足安全可靠、靈活、經濟的基本需求。其中，安全包含了設備和人員的安全。可靠度應符合一級負荷和二級負荷對供電可靠性的要求。靈活運用小的開關(guan) ，可適應多種工況，維修時使用方便，並可以適應負載發展，方便擴展，盡可能簡化接線，減少投資，減少占地，降低運行費用。35kV變電站一般有兩(liang) 種類型，一種是戶內(nei) 式，另一種是室外式。戶內(nei) 式操作簡單，維修簡單，占用空間少。而室外式的建築成本較低，能安裝報警裝置，散熱狀況良好。由此可見，戶內(nei) 式的優(you) 勢和室外式的優(you) 勢相輔相成，因為(wei) 廠房占地麵積有限，所以采用了戶內(nei) 布局，即35kV和10kV配電裝置，主變壓器采用戶內(nei) 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(hui) 對化工廠生產(chan) 造成一定的影響，還會(hui) 對設備形成損害，嚴(yan) 重時會(hui) 導致人員傷(shang) 亡、發生爆炸，造成嚴(yan) 重的負麵影響。比如，電力供應中斷對主要生產(chan) 設備的運行造成影響，嚴(yan) 重時會(hui) 導致關(guan) 鍵工序的連續性，造成重大的經濟損失，即便是恢複了電力供應，也需要很長一段時間。為(wei) 了保證供電的可靠性，對這些關(guan) 鍵的用電設備，需要采用雙回路的供電模式。保證供電質量，保證電壓波動的技術指標。
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(hui) 對其速度產(chan) 生一定的影響。《電能質量電力係統頻率偏差》中，對50Hz額定頻率的交流電要求標準是其頻率與(yu) 標稱值的偏差不允許超出±0.2~±0.5Hz，也就是±0.4%~±1%[3]。電壓限製是衡量電網質量的另一個(ge) 重要指標。電壓偏差是指電氣裝置的實際電壓與(yu) 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，會(hui) 影響電氣設備的性能，甚至會(hui) 導致設備故障。例如，白熾燈在超過其額定電壓5%的情況下運行，則會(hui) 減去一半的使用壽命。因此，國內(nei) 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額定電壓的±5％，燈泡的電壓偏差不得超過額定值的-3％和-2.5％。
4變電站係統數據鏈路整體(ti) 設計分析
4.1綜合自動化係統結構
變電站綜合自動化係統采用分層分布式結構，分層分布式監控係統實現了信息資源共享，充分發揮和利用了計算機係統整體(ti) 資源和效率，是目前監控係統的主流方式。該係統包括一個(ge) 隔離層和一個(ge) 站控層，該隔離層與(yu) 站控層之間采用雙以太網相互連接。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、低壓電動機保護器等智能化設備。通過通信管理器和以太網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幹台通信管理機，該通信管理機應采用嵌入式應用的工業(ye) 通信計算機，所有的串口設備通過通信管理機（通信協議采用Modbus）和以太網交換機接入站控層，所有的以太網設備通過以太網接口與(yu) 本地交換機連接後接入站控層，所有的通信接口具有隔離保護功能。
站控層設備主要實現對各類監控圖像、圖形曲線的調用、控製指令的發布、各類報告、操作票、數據庫的產(chan) 生、管理、打印事故報警、控製間隔層設備的打印、監控、管理、控製間隔層等，構成全站監控、管理中心、與(yu) 遠程監控中心通信。站控層主要包括監控主站、工程師站、綜合應用服務器、數據庫服務器、保護管理工作站、OPC服務器、通信服務器、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(ge) 變電所監控功能，備用主站處於(yu) 熱備用狀態。當監控主站一旦出現故障，備用主機立即提升為(wei) 監控主站，完成監控主站的一切功能，當監控主站恢複正常後，備用主機又將監控權交給監控主站，備用主站繼續處於(yu) 熱備用狀態，雙機切換無擾動。
4.2控製係統數據流
控製係統按需要分為(wei) 多層結構，分別為(wei) 底層的設備層、間隔層、站控層。各層次內(nei) 部及層次之間采用高速網絡通信，通信媒介為(wei) 網絡線或光纖。
平台軟件按作業(ye) 區、采油區、計量站的管理方式設計，實際的管理方式吻合。同時還考慮到該係統是一個(ge) 平台，各個(ge) 頁麵采取數據庫管理的方式進行管理，非常適應第三方軟件的嵌入等擴展性。
4.3子係統相關(guan) 說明
4.3.1監控功能
數據的收集與(yu) 處理：從(cong) 生產(chan) 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、直流係統、電力係統等。報警處理分為(wei) 事故報警和預先報警兩(liang) 類。打印和記錄由電腦站控製係統根據規定的格式，將所需的各項資料，通過打印機向打印紙張輸出。統計計算是統計、分析和計算實時數據。
係統狀態監視是對斷路器位置，隔離開關(guan) 位置等開關(guan) 量信號監視，同時還能對裝置本身的自檢、斷路器事故跳閘、母線接地、各種保護動作信號進行監視。操作員工作站能對各回路主要電力參數、通信狀態、故障、保護動作狀態，以數字、文字、圖形、表格、曲線等形式的動態顯示。監控每一環，監控期間的運行參數的變化和狀態都會(hui) 在顯示屏上顯示。
當通信出現故障時，可將通信中斷時的數據全部自動或喚醒，並在數據出現異常時進行提示，以確保數據的連續、完整、準確。還可以監測多種供電係統參數，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、無功、MD等，諧波分量顯示等，使各回路處在綜自係統的監視之下[4]。
數據庫維護是工程師可以通過互動的方法，在線對數據庫中的數據項目進行修改、添加和刪除。圖形接口是將顯示在顯示屏上的各類信息以報告、圖形、聲光等不同方式向操作人員實時顯示。時鍾同步由變電所控製的電腦監視係統，從(cong) 導航係統發送的定時信號，並對每一台有時鍾的設備，如隔離層和站級電腦，進行同步，以確保各部分的時鍾同步率，滿足要求。維護職能是由變電站的管理人員在工作站上進行管理、維護、擴充等工作。事故記錄是保護動作信息，斷路器/斷路器狀態的改變，保護功能的輸入/退出，本地/遠程切換，連鎖控製命令，自動報警等。
電能管理是能按日/自然月/自然年自動地計算各裝置的用電量。通過數據對比，計算出各裝置的能效，方便用戶添加/減少用電回路。操作票能按工作票自動生成操作票，並具有操作模擬功能，驗證操作正確性。仿真培訓是運用文字解說、圖像、視頻、視頻、二維動畫、虛擬仿真等多種形式，以圖文並茂、視聽結合、虛擬互動等多種形式進行創作。
4.3.2管理功能
設備管理：建立統一的動態設備台賬，關(guan) 注所有設備的曆史運行狀態、製定檢修維護計劃、檢修曆史、缺陷信息、更換曆史、維護曆史、備件情況等數據，通過設備出入庫流程、設備安裝卸載流程、設備維修維護更換流程對設備台賬進行動態更新，保證設備台賬與(yu) 現場設備的實際情況相符，為(wei) 設備的全生命周期管理提供支撐。
5.1概述
基於(yu) 互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的雲(yun) 端管理平台，滿足用戶或運維公司監測眾(zhong) 多變電所回路運行狀態和參數、室內(nei) 環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境場景等需求，實現數據一個(ge) 中心，集中存儲(chu) 、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，並完成有關(guan) 設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
5.2應用場所
適用於(yu) 電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體(ti) 、教育科研、農(nong) 林水利、商業(ye) 服務、公用事業(ye) 等行業(ye) 變配電運行維護係統的新建、擴建和改建。
5.3係統結構
係統可分為(wei) 四層：即感知層、傳(chuan) 輸層、應用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀(yi) 表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關(guan) 量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關(guan) RS485端口。
傳(chuan) 輸層：包含現場智能網關(guan) 和交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過交換機把數據上傳(chuan) 至服務器端口，網絡故障時數據可存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。
應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小於(yu) 30個(ge) 則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關(guan) 主動傳(chuan) 送過來的數據。
展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平台信息。
5.4係統功能
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為(wei) 月。
5.4.2站點監測
站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。
變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個(ge) 站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。
運維展示當前用戶管理的有關(guan) 變電所在地圖上位置及總量信息。
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關(guan) 狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。
5.4.6監控
監控展示了當前實時畫麵（直播），選中某一個(ge) 變配電站，即可查看該變配電站內(nei) 信息。
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時值及平均值行統計。
對平台所有警報信息進行分析。
任務管理頁麵可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體(ti) 的巡檢信息。
用戶報告頁麵主要用於(yu) 對選定的變配電站自動匯總一個(ge) 月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、警報事件等進行統計分析，並列出在該周期內(nei) 巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。
5.4.11APP監測
應用場合 | 型號 | 外觀圖 | 型號、規格 |
變電所運維雲(yun) 平台 | AcrelCloud-1000 |
| AcrelCloud-1000變電所運維雲(yun) 平台基於(yu) 互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的雲(yun) 端管理平台，滿足用戶或運維公司監測眾(zhong) 多變電所回路運行狀態和參數、室內(nei) 環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境場景等需求，實現數據一個(ge) 中心，集中存儲(chu) 、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，並完成有關(guan) 設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。 |
網關(guan) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從(cong) ）、104（主、從(cong) ）、建築能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網通 | ||
中壓進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； | |
中壓進線 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chu) ，內(nei) 存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
中壓饋線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種警報類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； | |
低壓進線 | AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露 |
低壓出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 |
ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩餘(yu) 電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） | |
無線測溫 | ATE-400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大於(yu) 5安培,測溫範圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳(chuan) 輸距離空曠150米 |
ATC-600 |
| 兩(liang) 種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳(chuan) ，ATC600-Z到ATC600-C的傳(chuan) 輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE係列傳(chuan) 感器、 AHE等傳(chuan) 輸的數據，1路485,2路警報出口。 | |
環境溫濕度 | WHD |
| WHD溫濕度控製器產(chan) 品主要用於(yu) 中高壓開關(guan) 櫃、端子箱、環網櫃、箱變等設備內(nei) 部溫度和濕度調節控製。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0RH～99RH |
水浸傳(chuan) 感器 | RS-SJ-*-2 |
| 接觸式水浸傳(chuan) 感器，監測變電所、電纜溝、控製室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：－20℃+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點。 |
攝像機 | CS-C5C-3B1WFR |
| 支持720P高清圖像，支持分辨率可達到130萬(wan) 像素（1280*960)內(nei) 置麥克風與(yu) 揚聲器具有語音雙向對講功能，支持螢石雲(yun) 互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和觀看。 |
煙霧傳(chuan) 感器 | BRJ-307 |
| 光電式煙霧傳(chuan) 感：電源正端（DC12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點 |
門禁 | MC-58(常開型） |
| 常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度，幹接點輸出。 |
配套附件 | ARTU-K16 |
| 常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度幹接點輸出 |
KDYA-DG30-24K |
| 輸出DC24V;24V電源 |
6結語
化工廠區35kV變電所綜合自動化控製係統，解決(jue) 了傳(chuan) 統保護裝置無法與(yu) 外部通信的不足，將控製、保護、數據采集、監控、數據傳(chuan) 輸等多個(ge) 主要模塊整合在一起，實現了數據的共享。該係統包括保護裝置、數據采集裝置、事件和故障錄波裝置、控製操作閉鎖裝置、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，越來越多的化工廠區35kV變電所采用了計算機集成自動化，並且陸續投入運行，這也充分體(ti) 現了化工廠區35kV變電所自動化技術的日趨成熟和的優(you) 勢，達到減人增效、降低工程造價(jia) 的目的，以保障變電站可靠運行和提高經濟效益。
安科瑞侯文莉
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