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摘要：35kV变电站综合自动化系统的设计，主要遵循电网调度自动化的整体需要，其配置、功能要满足电网安全、经济、信息分层传输、资源共享等要求。本文以35kV及以下变电站自动化系统的设计为指导思想，对设计工作进行相关讨论。
关键词：变电所；配电网；综合自动化；电气主接线；互感器
0引言
化工厂内35kV及以下区域变电所的建设是工厂内非常关键的项目，在建设过程中，由于技术要求高、投入资金大、电力设施较多等因素，对变电所工作人员的各项能力有较高的要求。因此，管理部门要提高变电站的运行和管理水平，使其达到自动化，从而提高变电站运行的可靠性和经济效益。
在此背景下，新型微型二次装置的使用及对传统分立装置的替代，使保护、控制、监控、远动等多种功能得以加强，实现了设备和信息的共享，使变电站设计布局更趋于简洁、紧凑，运行也更加安全、可靠。变电所集成控制系统采用现代计算机技术和通信技术，改造原有的二次设备结构，对系统结构进行大幅简化，不仅实现了数据共享，而且其布线结构更加简便、二次设备占用空间更少，使得35kV以下变电站呈现全新的面貌[1]。
1电气主接线的方案解析
主接线应该以工作可靠、简洁明了、易于使用为原则，并且具有发展空间。设计方案为35kV接线两回为主的变压器进线和内桥线路，10kV母线采用母线分段配线，10kV出线25条线路，其中2条电容补偿线路，10kV线路全部为高压真空断路器。变压器的中性点接地方式是35kV侧无接地，10kV侧的中性点经消弧线圈接地，10kV侧均为电缆出线。因此，在10kV侧均为电缆，故而采用消弧线圈进行补偿。由于10kV主变侧无中性点，故采用了变电站与消弧线圈共用的接地变压器，并可以调整各消弧线圈的容量。本方案以300MVA的短路能力为基础，对短路电流进行了分析，确定了装置的选型。
主变压器选用有效节能、低损耗、有载调压变压器（S11-35型），容量按供电地区的实际负载及计划负载而定，变压器容量为20MVA。35kV装置采用全封闭的复合绝缘金属铠装式开关柜，箱体内部装有高压真空开关，主变压器是三相双绕组自冷却风机有载调压变压器S11-20000/35，其阻抗电压Uk%=8.35±3×2.5%/10.5kV。10kV装置采用金属铠装移动开关柜，箱体内部装有高电压的真空开关。从测量准确度的角度来看，变压器的测量精度都达到了0.2s级。10kV分段母线配有一套并联电容器和一套消弧线圈设备。
在大楼楼顶安装接闪网，以防止直接雷击。在35kV、10kV母线、电容器、10kV出线等处，采用具有优良防护性能的金属氧化锌避雷器。35kV区域变电所的调度和管理工作，应当将遥测、遥信、遥控等信息发送到上级220kV变电站。将公用的测控设备，集中于电力监控室内。电力供应采用SBH15-M-630/10变电站的10kV变压器，并将其与10kV的母线相连接。整个变电所里都安装了工作灯和意外灯，在断电情况下，应急照明电路可自动转换到EPS供电系统。
2 35kV变配电所主接线方案
通过对各种有关数据的分析，发现采用低损失的节电变压器是减少电力损耗的有效途径。当电压偏差达不到规定值时，35kV降压变电站应优先选用有载调压变压器。35kV变电站的主接线通常为单母线、单母线分段、双母线接线、单元接线、内桥、外桥，具体的实现要结合实际情况来确定[2]。35kV变电站的主接线，需要依据变电站在电网中的地位、进线和出线回路数量、设备特点和负载特性来决定。同时还需要满足供电可靠、操作灵活、操作维修方便、节约投资以及方便扩建的需要。
变电站的主要线路应满足安全可靠、灵活、经济的基本需求。其中，安全包含了设备和人员的安全。可靠度应符合一级负荷和二级负荷对供电可靠性的要求。灵活运用小的开关，可适应多种工况，维修时使用方便，并可以适应负载发展，方便扩展，尽可能简化接线，减少投资，减少占地，降低运行费用。35kV变电站一般有两种类型，一种是户内式，另一种是室外式。户内式操作简单，维修简单，占用空间少。而室外式的建筑成本较低，能安装报警装置，散热状况良好。由此可见，户内式的优势和室外式的优势相辅相成，因为厂房占地面积有限，所以采用了户内布局，即35kV和10kV配电装置，主变压器采用户内安装。
3供电可靠性分析
电力供应的可靠性是指不中断的电力供应。电力供应中断不但会对化工厂生产造成一定的影响，还会对设备形成损害，严重时会导致人员伤亡、发生爆炸，造成严重的负面影响。比如，电力供应中断对主要生产设备的运行造成影响，严重时会导致关键工序的连续性，造成重大的经济损失，即便是恢复了电力供应，也需要很长一段时间。为了保证供电的可靠性，对这些关键的用电设备，需要采用双回路的供电模式。保证供电质量，保证电压波动的技术指标。
交流电的频率直接影响到交流电机的工作性能，而频率的变化则会对其速度产生一定的影响。《电能质量电力系统频率偏差》中，对50Hz额定频率的交流电要求标准是其频率与标称值的偏差不允许超出±0.2~±0.5Hz，也就是±0.4%~±1%[3]。电压限制是衡量电网质量的另一个重要指标。电压偏差是指电气装置的实际电压与运行中的额定电压之间的差异。耗电设备对电压偏差有一定的适应性，但当电压偏差增大时，会影响电气设备的性能，甚至会导致设备故障。例如，白炽灯在超过其额定电压5%的情况下运行，则会减去一半的使用寿命。因此，国内对电气设备的电压偏差有明确的规定。如电机的电压偏差不得超过额定电压的±5％，灯泡的电压偏差不得超过额定值的-3％和-2.5％。
4变电站系统数据链路整体设计分析
4.1综合自动化系统结构
变电站综合自动化系统采用分层分布式结构，分层分布式监控系统实现了信息资源共享，充分发挥和利用了计算机系统整体资源和效率，是目前监控系统的主流方式。该系统包括一个隔离层和一个站控层，该隔离层与站控层之间采用双以太网相互连接。符合IEC61850标准。隔离装置包括：I/0测控装置、继电保护装置、多功能电表、低压电动机保护器等智能化设备。通过通信管理器和以太网交换器将所有的智能装置连接到站控层，所有的智能设备支持Modbus通信规约。在间隔层分别设置若干台通信管理机，该通信管理机应采用嵌入式应用的工业通信计算机，所有的串口设备通过通信管理机（通信协议采用Modbus）和以太网交换机接入站控层，所有的以太网设备通过以太网接口与本地交换机连接后接入站控层，所有的通信接口具有隔离保护功能。
站控层设备主要实现对各类监控图像、图形曲线的调用、控制指令的发布、各类报告、操作票、数据库的产生、管理、打印事故报警、控制间隔层设备的打印、监控、管理、控制间隔层等，构成全站监控、管理中心、与远程监控中心通信。站控层主要包括监控主站、工程师站、综合应用服务器、数据库服务器、保护管理工作站、OPC服务器、通信服务器、打印机、等设备组成。监控主站采用双机热备模式，正常情况下由监控主站完成整个变电所监控功能，备用主站处于热备用状态。当监控主站一旦出现故障，备用主机立即提升为监控主站，完成监控主站的一切功能，当监控主站恢复正常后，备用主机又将监控权交给监控主站，备用主站继续处于热备用状态，双机切换无扰动。
4.2控制系统数据流
控制系统按需要分为多层结构，分别为底层的设备层、间隔层、站控层。各层次内部及层次之间采用高速网络通信，通信媒介为网络线或光纤。
平台软件按作业区、采油区、计量站的管理方式设计，与实际的管理方式吻合。同时还考虑到该系统是一个平台，各个页面采取数据库管理的方式进行管理，非常适应第三方软件的嵌入等扩展性。
4.3子系统相关说明
4.3.1监控功能
数据的收集与处理：从生产工艺中获取模拟量、数字量、温度测量等，其中包括CT、PT、配电设备保护、直流系统、电力系统等。报警处理分为事故报警和预先报警两类。打印和记录由电脑站控制系统根据规定的格式，将所需的各项资料，通过打印机向打印纸张输出。统计计算是统计、分析和计算实时数据。
系统状态监视是对断路器位置，隔离开关位置等开关量信号监视，同时还能对装置本身的自检、断路器事故跳闸、母线接地、各种保护动作信号进行监视。操作员工作站能对各回路主要电力参数、通信状态、故障、保护动作状态，以数字、文字、图形、表格、曲线等形式的动态显示。监控每一环，监控期间的运行参数的变化和状态都会在显示屏上显示。
当通信出现故障时，可将通信中断时的数据全部自动或唤醒，并在数据出现异常时进行提示，以确保数据的连续、完整、准确。还可以监测多种供电系统参数，除了可以监测电压、电流、频率等常规电力参数外，还可以测有功、无功、MD等，谐波分量显示等，使各回路处在综自系统的监视之下[4]。
数据库维护是工程师可以通过互动的方法，在线对数据库中的数据项目进行修改、添加和删除。图形接口是将显示在显示屏上的各类信息以报告、图形、声光等不同方式向操作人员实时显示。时钟同步由变电所控制的电脑监视系统，从导航系统发送的定时信号，并对每一台有时钟的设备，如隔离层和站级电脑，进行同步，以确保各部分的时钟同步率，满足要求。维护职能是由变电站的管理人员在工作站上进行管理、维护、扩充等工作。事故记录是保护动作信息，断路器/断路器状态的改变，保护功能的输入/退出，本地/远程切换，连锁控制命令，自动报警等。
电能管理是能按日/自然月/自然年自动地计算各装置的用电量。通过数据对比，计算出各装置的能效，方便用户添加/减少用电回路。操作票能按工作票自动生成操作票，并具有操作模拟功能，验证操作正确性。仿真培训是运用文字解说、图像、视频、视频、二维动画、虚拟仿真等多种形式，以图文并茂、视听结合、虚拟互动等多种形式进行创作。
4.3.2管理功能
设备管理：建立统一的动态设备台账，关注所有设备的历史运行状态、制定检修维护计划、检修历史、缺陷信息、更换历史、维护历史、备件情况等数据，通过设备出入库流程、设备安装卸载流程、设备维修维护更换流程对设备台账进行动态更新，保证设备台账与现场设备的实际情况相符，为设备的全生命周期管理提供支撑。
5.1概述
基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境场景等需求，实现数据一个中心，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
5.2应用场所
适用于电信、金融、交通、能源、卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。
5.3系统结构
感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。
传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。
应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。
展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。
5.4系统功能
5.4.1用能月报
用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。
5.4.2站点监测
站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。
5.4.3变压器状态
变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。
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