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

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

0引言

化工廠內(nèi)35kV及以下區(qū)域變電所的建設(shè)是工廠內(nèi)非常關(guān)鍵的項(xiàng)目，在建設(shè)過程中，由于技術(shù)要求高、投入資金大、電力設(shè)施較多等因素，對變電所工作人員的各項(xiàng)能力有較高的要求。因此，管理部門要提高變電站的運(yùn)行和管理水平，使其達(dá)到自動化，從而提高變電站運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

在此背景下，新型微型二次裝置的使用及對傳統(tǒng)分立裝置的替代，使保護(hù)、控制、監(jiān)控、遠(yuǎn)動等多種功能得以加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和信息的共享，使變電站設(shè)計(jì)布局更趨于簡潔、緊湊，運(yùn)行也更加安全、可靠。變電所集成控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，改造原有的二次設(shè)備結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅簡化，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，而且其布線結(jié)構(gòu)更加簡便、二次設(shè)備占用空間更少，使得35kV以下變電站呈現(xiàn)全新的面貌[1]。

2 35kV變配電所主接線方案

通過對各種有關(guān)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)采用低損失的節(jié)電變壓器是減少電力損耗的有效途徑。當(dāng)電壓偏差達(dá)不到規(guī)定值時，35kV降壓變電站應(yīng)優(yōu)先選用有載調(diào)壓變壓器。35kV變電站的主接線通常為單母線、單母線分段、雙母線接線、單元接線、內(nèi)橋、外橋，具體的實(shí)現(xiàn)要結(jié)合實(shí)際情況來確定[2]。35kV變電站的主接線，需要依據(jù)變電站在電網(wǎng)中的地位、進(jìn)線和出線回路數(shù)量、設(shè)備特點(diǎn)和負(fù)載特性來決定。同時還需要滿足供電可靠、操作靈活、操作維修方便、節(jié)約投資以及方便擴(kuò)建的需要。

變電站的主要線路應(yīng)滿足安全可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)的基本需求。其中，安全包含了設(shè)備和人員的安全?？煽慷葢?yīng)符合一級負(fù)荷和二級負(fù)荷對供電可靠性的要求。靈活運(yùn)用小的開關(guān)，可適應(yīng)多種工況，維修時使用方便，并可以適應(yīng)負(fù)載發(fā)展，方便擴(kuò)展，盡可能簡化接線，減少投資，減少占地，降低運(yùn)行費(fèi)用。35kV變電站一般有兩種類型，一種是戶內(nèi)式，另一種是室外式。戶內(nèi)式操作簡單，維修簡單，占用空間少。而室外式的建筑成本較低，能安裝報(bào)警裝置，散熱狀況良好。由此可見，戶內(nèi)式的優(yōu)勢和室外式的優(yōu)勢相輔相成，因?yàn)閺S房占地面積有限，所以采用了戶內(nèi)布局，即35kV和10kV配電裝置，主變壓器采用戶內(nèi)安裝。

3.變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路整體設(shè)計(jì)分析

3.1綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息資源共享，充分發(fā)揮和利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體資源和效率，是目前監(jiān)控系統(tǒng)的主流方式。該系統(tǒng)包括一個隔離層和一個站控層，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(biāo)準(zhǔn)。隔離裝置包括：I/0測控裝置、繼電保護(hù)裝置、多功能電表、低壓電動機(jī)保護(hù)器等智能化設(shè)備。通過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(shè)備支持Modbus通信規(guī)約。在間隔層分別設(shè)置若干臺通信管理機(jī)，該通信管理機(jī)應(yīng)采用嵌入式應(yīng)用的工業(yè)通信計(jì)算機(jī)，所有的串口設(shè)備通過通信管理機(jī)（通信協(xié)議采用Modbus）和以太網(wǎng)交換機(jī)接入站控層，所有的以太網(wǎng)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口與本地交換機(jī)連接后接入站控層，所有的通信接口具有隔離保護(hù)功能。

站控層設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)對各類監(jiān)控圖像、圖形曲線的調(diào)用、控制指令的發(fā)布、各類報(bào)告、操作票、數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生、管理、打印事故報(bào)警、控制間隔層設(shè)備的打印、監(jiān)控、管理、控制間隔層等，構(gòu)成全站監(jiān)控、管理中心、與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信。站控層主要包括監(jiān)控主站、工程師站、綜合應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、保護(hù)管理工作站、OPC服務(wù)器、通信服務(wù)器、打印機(jī)、等設(shè)備組成。監(jiān)控主站采用雙機(jī)熱備模式，正常情況下由監(jiān)控主站完成整個變電所監(jiān)控功能，備用主站處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)控主站一旦出現(xiàn)故障，備用主機(jī)立即提升為監(jiān)控主站，完成監(jiān)控主站的一切功能，當(dāng)監(jiān)控主站恢復(fù)正常后，備用主機(jī)又將監(jiān)控權(quán)交給監(jiān)控主站，備用主站繼續(xù)處于熱備用狀態(tài)，雙機(jī)切換無擾動。

3.2子系統(tǒng)相關(guān)說明

3.2.1監(jiān)控功能

數(shù)據(jù)的收集與處理：從生產(chǎn)工藝中獲取模擬量、數(shù)字量、溫度測量等，其中包括CT、PT、配電設(shè)備保護(hù)、直流系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等。報(bào)警處理分為事故報(bào)警和預(yù)先報(bào)警兩類。打印和記錄由電腦站控制系統(tǒng)根據(jù)規(guī)定的格式，將所需的各項(xiàng)資料，通過打印機(jī)向打印紙張輸出。統(tǒng)計(jì)計(jì)算是統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算實(shí)時數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視是對斷路器位置，隔離開關(guān)位置等開關(guān)量信號監(jiān)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(hù)動作信號進(jìn)行監(jiān)視。操作員工作站能對各回路主要電力參數(shù)、通信狀態(tài)、故障、保護(hù)動作狀態(tài)，以數(shù)字、文字、圖形、表格、曲線等形式的動態(tài)顯示。監(jiān)控每一環(huán)，監(jiān)控期間的運(yùn)行參數(shù)的變化和狀態(tài)都會在顯示屏上顯示。

當(dāng)通信出現(xiàn)故障時，可將通信中斷時的數(shù)據(jù)全部自動或喚醒，并在數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時進(jìn)行提示，以確保數(shù)據(jù)的連續(xù)、完整、準(zhǔn)確。還可以監(jiān)測多種供電系統(tǒng)參數(shù)，除了可以監(jiān)測電壓、電流、頻率等常規(guī)電力參數(shù)外，還可以測有功、無功、MD等，諧波分量顯示等，使各回路處在綜自系統(tǒng)的監(jiān)視之下[4]。

數(shù)據(jù)庫維護(hù)是工程師可以通過互動的方法，在線對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)項(xiàng)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信息以報(bào)告、圖形、聲光等不同方式向操作人員實(shí)時顯示。時鐘同步由變電所控制的電腦監(jiān)視系統(tǒng)，從導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送的定時信號，并對每一臺有時鐘的設(shè)備，如隔離層和站級電腦，進(jìn)行同步，以確保各部分的時鐘同步率，滿足要求。維護(hù)職能是由變電站的管理人員在工作站上進(jìn)行管理、維護(hù)、擴(kuò)充等工作。事故記錄是保護(hù)動作信息，斷路器/斷路器狀態(tài)的改變，保護(hù)功能的輸入/退出，本地/遠(yuǎn)程切換，連鎖控制命令，自動報(bào)警等。

電能管理是能按日/自然月/自然年自動地計(jì)算各裝置的用電量。通過數(shù)據(jù)對比，計(jì)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，并具有操作模擬功能，驗(yàn)證操作正確性。仿真培訓(xùn)是運(yùn)用文字解說、圖像、視頻、視頻、二維動畫、虛擬仿真等多種形式，以圖文并茂、視聽結(jié)合、虛擬互動等多種形式進(jìn)行創(chuàng)作。

3.3.2管理功能

設(shè)備管理：建立統(tǒng)一的動態(tài)設(shè)備臺賬，關(guān)注所有設(shè)備的歷史運(yùn)行狀態(tài)、制定檢修維護(hù)計(jì)劃、檢修歷史、缺陷信息、更換歷史、維護(hù)歷史、備件情況等數(shù)據(jù)，通過設(shè)備出入庫流程、設(shè)備安裝卸載流程、設(shè)備維修維護(hù)更換流程對設(shè)備臺賬進(jìn)行動態(tài)更新，保證設(shè)備臺賬與現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際情況相符，為設(shè)備的全生命周期管理提供支撐。

4安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺

4.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報(bào)，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

4.2應(yīng)用場所

適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)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(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)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)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1用能月報(bào)

用能月報(bào)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(shè)置為月。

4.4.2站點(diǎn)監(jiān)測

站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時用電曲線、用電概況。

4.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4運(yùn)維

運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

4.4.5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關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。

4.4.6監(jiān)控

監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時畫面（直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)信息。

4.4.7電力運(yùn)行報(bào)表

電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

4.4.8警報(bào)信息

對平臺所有警報(bào)信息進(jìn)行分析。

4.4.9任務(wù)管理

任務(wù)管理頁面可以發(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。

4.4.10用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、警報(bào)事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。

4.4.11APP監(jiān)測

4.12APP支 電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"、“缺陷記錄"、“文檔管理"和“用戶報(bào)告"七大模塊，支持一次圖、需量、用電量、、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件警報(bào)查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢、用戶報(bào)告、文檔管理等。