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，对设计工作进行有关讨论。

  关键词：变电所；配电网；综合自动化；电气主接线kV及以下区域变电所的建设是工厂内最重要的项目，在建设过程中，由于技术方面的要求高、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上的水准，使其达到自动化，来提升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，运行也更安全、可靠。变电所集成控制管理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，对系统结构可以进行大幅简化，不仅实现了数据共享，而且其布线结构更简便、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]。

  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。设计的具体方案为35kV接线两回为主的变压器进线kV母线kV出线条电容补偿线kV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kV侧均为电缆出线kV侧均为电缆，故而采用消弧线kV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，并能调整各消弧线MVA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%=8.353×2.5%/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kV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。

  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，具体的实现要结合真实的情况来确定[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，维修时使用起来更便捷，并能适应负载发展，方便扩展，尽可能简化接线，减少投资，减少占地，降低运行的成本。35kV变电站一般有两种类型，一种是户内式，另一种是室外式。户内式简单易操作，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。

  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，严重时会导致人员受伤或死亡、发生爆炸，导致非常严重的负面影响。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。为了能够更好的保证供电的可靠性，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标称电压之间的差异。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，则会减去一半的常规使用的寿命。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允许超出额定电压的5％，灯泡的电压偏差不允许超出额定值的-3％和-2.5％。

  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，充分的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。隔离装置包含：I/0测控装置、继电保护设施、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。站控层最重要的包含监控主站、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，一般的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。当监控主站如果出现故障，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。

  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。

  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。

  当通信发生故障时，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来管理、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。

  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作时的状态、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、设施安装卸载流程、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真实的情况相符，为设备的全生命周期管理提供支撑。

  基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，使用户得到满足或运维公司监测众多变电所回路运作时的状态和参数、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。

  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。

  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。

  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。

  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、等运作时的状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。