淺談對化工廠內35kV變電所的綜合自動化應用

　更新日期：2024-08-27　點擊量：826

摘要：35kV變電站綜合自動化系統的設計，主要遵循電網調度自動化的整體需要，其配置、功能要滿足電網安全、經濟、信息分層傳輸、資源共享等要求。本文以35kV及以下變電站自動化系統的設計為指導思想，對設計工作進行相關討論。

關鍵詞：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35kV及以下區域變電所的建設是工廠內非常關鍵的項目，在建設過程中，由于技術要求高、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統分立裝置的替代，使保護、控制、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于簡潔、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和通信技術，改造原有的二次設備結構，對系統結構進行大幅簡化，不僅實現了數據共享，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面貌[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、易于使用為原則，并且具有發展空間。設計方案為35kV接線兩回為主的變壓器進線和內橋線路，10kV母線采用母線分段配線，10kV出線25條線路，其中2條電容補償線路，10kV線路全部為高壓真空斷路器。變壓器的中性點接地方式是35kV側無接地，10kV側的中性點經消弧線圈接地，10kV側均為電纜出線。因此，在10kV側均為電纜，故而采用消弧線圈進行補償。由于10kV主變側無中性點，故采用了變電站與消弧線圈共用的接地變壓器，并可以調整各消弧線圈的容量。本方案以300MVA的短路能力為基礎，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20MVA。35kV裝置采用全封閉的復合絕緣金屬鎧裝式開關柜，箱體內部裝有高壓真空開關，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柜，箱體內部裝有高電壓的真空開關。從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分段母線配有一套并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的母線相連接。整個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轉換到EPS供電系統。

2 35kV變配電所主接線方案

通過對各種有關數據的分析，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降壓變電站應優先選用有載調壓變壓器。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、內橋、外橋，具體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，可適應多種工況，維修時使用方便，并可以適應負載發展，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變電站一般有兩種類型，一種是戶內式，另一種是室外式。戶內式操作簡單，維修簡單，占用空間少。而室外式的建筑成本較低，能安裝報警裝置，散熱狀況良好。由此可見，戶內式的優勢和室外式的優勢相輔相成，因為廠房占地面積有限，所以采用了戶內布局，即35kV和10kV配電裝置，主變壓器采用戶內安裝。

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對化工廠生產造成一定的影響，還會對設備形成損害，嚴重時會導致人員傷亡、發生爆炸，造成嚴重的負面影響。比如，電力供應中斷對主要生產設備的運行造成影響，嚴重時會導致關鍵工序的連續性，造成重大的經濟損失，即便是恢復了電力供應，也需要很長一段時間。為了保證供電的可靠性，對這些關鍵的用電設備，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，而頻率的變化則會對其速度產生一定的影響。《電能質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質量的另一個重要指標。電壓偏差是指電氣裝置的實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，會影響電氣設備的性能，甚至會導致設備故障。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變電站系統數據鏈路整體設計分析

4.1綜合自動化系統結構

變電站綜合自動化系統采用分層分布式結構，分層分布式監控系統實現了信息資源共享，充分發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干臺通信管理機，該通信管理機應采用嵌入式應用的工業通信計算機，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。

站控層設備主要實現對各類監控圖像、圖形曲線的調用、控制指令的發布、各類報告、操作票、數據庫的產生、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變電所監控功能，備用主站處于熱備用狀態。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，雙機切換無擾動。

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絡通信，通信媒介為網絡線或光纖。

平臺軟件按作業區、采油區、計量站的管理方式設計，與實際的管理方式吻合。同時還考慮到該系統是一個平臺，各個頁面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子系統相關說明

4.3.1監控功能

數據的收集與處理：從生產工藝中獲取模擬量、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。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。

系統狀態監視是對斷路器位置，隔離開關位置等開關量信號監視，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，并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。時鐘同步由變電所控制的電腦監視系統，從導航系統發送的定時信號，并對每一臺有時鐘的設備，如隔離層和站級電腦，進行同步，以確保各部分的時鐘同步率，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，連鎖控制命令，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，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、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臺賬，關注所有設備的歷史運行狀態、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行動態更新，保證設備臺賬與現場設備的實際情況相符，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

基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、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，并完成有關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、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。

5.3系統結構