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化工厂内35kV变电所自动化系统如何实施

文章更新时间：2024-04-02　点击量：50

　　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。

　　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。

　　5安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台

　　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、医疗卫生、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

　　系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

　　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。