摘要：在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，變電站作為整個(gè)電力系統(tǒng)的核心，在保證電力系統(tǒng)可靠的運(yùn)行方面起著至關(guān)重要的作用，基于此需對(duì)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，對(duì)變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)合和功能進(jìn)行研究。本文闡述了某數(shù)據(jù)項(xiàng)目的高/低壓供配電系統(tǒng)的組成，及其電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能，從供電可靠性的角度分析供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；變電站；數(shù)據(jù)；電力監(jiān)控系統(tǒng)。

　　概述

　　隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)“大數(shù)據(jù)"業(yè)務(wù)需求不斷增長(zhǎng)，為了滿足日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)的建設(shè)規(guī)模也在向超大型、園區(qū)級(jí)數(shù)據(jù)方向發(fā)展。通信、金融、商業(yè)等行業(yè)，面對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)需求，都在積作出調(diào)整，提前布局，為在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中取得先機(jī)，在時(shí)代發(fā)展的浪潮中處于地位，園區(qū)級(jí)數(shù)據(jù)的建設(shè)在很多領(lǐng)域相繼展開(kāi)。

　　本項(xiàng)目數(shù)據(jù)定位為大型商業(yè)化的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息災(zāi)備基地。項(xiàng)目主要面向國(guó)內(nèi)外企事業(yè)單位，提供以數(shù)據(jù)為核心的IT外包服務(wù)，提供高品質(zhì)的生產(chǎn)、災(zāi)備、存儲(chǔ)等外包服務(wù)。

　　本次建設(shè)內(nèi)容包括：樓內(nèi)10kV高壓配電系統(tǒng)、10/0.4kV配電系統(tǒng)、備用10kV發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)。電源分界點(diǎn)為110kV變電所，110kV變電所屬城市供電部門(mén)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，不在本次項(xiàng)目范圍內(nèi)。從110kV變電所的10kV出線放射至1號(hào)樓10kV配電系統(tǒng)，再由10kV配電系統(tǒng)放射至各個(gè)樓層變壓器，每套變壓器組的兩個(gè)供電回路從不同10kV母段各引兩路專(zhuān)線10kV電力電纜。

　　本工程負(fù)荷等級(jí)：

　　(1)負(fù)荷（含特別重要負(fù)荷）：機(jī)房IT設(shè)備負(fù)荷、空調(diào)主設(shè)備負(fù)荷、機(jī)房風(fēng)柜負(fù)荷、消防用電負(fù)荷、消防水泵、消防電梯、防排煙風(fēng)機(jī)、消防應(yīng)急照明、排尾氣風(fēng)機(jī)、生活水泵、客梯等；

　　(2)二級(jí)負(fù)荷：貨梯、機(jī)房保證照明等；機(jī)房配套用房照明等；

　　(3)三級(jí)負(fù)荷：非機(jī)房用的動(dòng)力、空調(diào)及照明用電負(fù)荷，室外景觀等用電。

　　本工程自備應(yīng)急電源共安裝10臺(tái)發(fā)電機(jī)，為2套并機(jī)系統(tǒng)（每套5臺(tái)），單臺(tái)發(fā)電機(jī)主用功率為2200kW，兩套系統(tǒng)做母聯(lián)，當(dāng)每套兩路10kV市電電源均失電后，柴油發(fā)電機(jī)能快速自啟動(dòng)，向本工程變電所供電，為本工程、二級(jí)負(fù)荷提供用電保證。

　　變配電結(jié)構(gòu)

　　本工程供配電系統(tǒng)按《數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2017；機(jī)房設(shè)計(jì)。變壓器及供配電系統(tǒng)采用M（1+1）方式的配置；重要負(fù)荷均由兩回路供電，由兩臺(tái)不同的變壓器，不同的保證母線段采取放射式供電，兩回路供電線路及出線開(kāi)關(guān)均可實(shí)現(xiàn)互為備份。變、配電所布置深入負(fù)荷，采取高低壓配電室、變壓器室及電力電池室貼近負(fù)荷的布局，在各層設(shè)置變壓器和低壓配電室、電力電池室，向數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備供電。

　　高壓供電系統(tǒng)

　　本次工程高壓供電系統(tǒng)中10kV斷路器采用真空斷路器短路電流為25kA，在10kV出線開(kāi)關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)氧化鋅避雷器作為真空斷路器的操作過(guò)電壓保護(hù)。10kV繼電保護(hù)進(jìn)線采用過(guò)流、速斷、零序保護(hù)；出線采用過(guò)流、速斷、零序保護(hù)；變壓器設(shè)置過(guò)流、速斷、溫度保護(hù)。電能計(jì)量設(shè)計(jì)采用高壓集中計(jì)量，在每路10kV電源進(jìn)線處設(shè)置專(zhuān)用計(jì)量裝置，并可根據(jù)要求設(shè)置低壓電力分表。

　　低壓配電系統(tǒng)

　　本次工程低壓配電系統(tǒng)中變壓器低壓側(cè)采用單母線分段方式運(yùn)行，設(shè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)。聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)自投/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。主進(jìn)開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)之間設(shè)電氣連鎖，任何情況下只能有兩個(gè)開(kāi)關(guān)處在閉合狀態(tài)。低壓配電系統(tǒng)采用射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式，對(duì)于單臺(tái)容量較大的負(fù)荷或重要負(fù)荷采用放射式供電；對(duì)于照明及一般負(fù)荷采用樹(shù)干式與放射式相結(jié)合的供電方式。低壓保護(hù)裝置采用主進(jìn)斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和瞬時(shí)保護(hù)脫扣器，其他低壓斷路器設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、瞬時(shí)脫扣器，部分回路設(shè)（分勵(lì)）脫扣器。

圖1 供配電系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)是指：通過(guò)執(zhí)行規(guī)定功能來(lái)實(shí)現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，電力監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量。

　　系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：包含微機(jī)保護(hù)、智能操控、多功能儀表、計(jì)量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運(yùn)行參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電氣接點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)，同時(shí)分別在每處10kV變配電所配置1套直流電源，保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備良好的運(yùn)行環(huán)境。

　　網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)，分散變電所通過(guò)數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過(guò)光纖上傳至消控室電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

　　平臺(tái)管理層：電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)DCIM。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　解決方案

　　方案綜述

　　本項(xiàng)目10kV開(kāi)閉所1座，區(qū)域變電所4座，此項(xiàng)目變、配電所布置深入負(fù)荷，采取高低壓配電室、變壓器室及電力電池室貼近負(fù)荷的布局在各層設(shè)置變壓器和低壓配電室、電力電池室，向數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備供電。

　　其中一層為10kV開(kāi)閉所、二層、三層、四層以及地下一層為10kV變壓器及0.4kV開(kāi)關(guān)室。消控室位于一層10kV開(kāi)閉所內(nèi)。

　　10kV開(kāi)閉所一次系統(tǒng)圖如圖1所示，共有48面開(kāi)關(guān)柜，分別為：4面進(jìn)線隔離柜、4面進(jìn)線柜、24面出線柜、4面計(jì)量柜、4面PT柜、4面母聯(lián)柜、4面油機(jī)進(jìn)線柜。

　　圖3 10kV供配電一次系統(tǒng)圖

　　區(qū)域變電所10kV采用多回路電源供電，采用10kV變電所內(nèi)高壓計(jì)量。變壓器出線柜裝設(shè)定時(shí)限過(guò)流、速斷、零序、失壓報(bào)警，干式變壓器超溫跳閘保護(hù)，高溫報(bào)警。低壓配電柜采用固定分隔柜，配電柜進(jìn)出線電纜、插接母線采用上進(jìn)上出方式，變壓器不允許并列運(yùn)行，同一套低壓系統(tǒng)市電進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)采用自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，三者只能任合其中二個(gè)，保證兩路電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)不能同時(shí)投入。變壓器供電采用M（1+1）配置，平時(shí)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)變壓器的負(fù)荷率不大于50；當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可帶起全部負(fù)荷。（注：負(fù)荷計(jì)算時(shí)按"當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可帶起全部負(fù)荷"計(jì)算）。

圖4 區(qū)域10kV變電所10kV進(jìn)線部分一次系統(tǒng)圖

圖5 區(qū)域10kV變電所低壓配電部分一次系統(tǒng)圖

　　功能需求

　?、俦镜?cái)?shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)需采集設(shè)備數(shù)量共計(jì)88臺(tái)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)中每個(gè)配電房計(jì)量柜的電量數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)的DCIM平臺(tái)，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)類(lèi)型主要分為遙測(cè)、遙信、電能三類(lèi)數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)展示如下：

　　遙測(cè)量

　　遙信量

　　電

②二次防護(hù)需求

　　為了加強(qiáng)本工程供配電系統(tǒng)，對(duì)本項(xiàng)目電氣二次部分加強(qiáng)防護(hù)，10kV進(jìn)線采用過(guò)流、速斷、零序保護(hù)；出線采用過(guò)流、速斷、零序保護(hù)；變壓器設(shè)置過(guò)流、速斷、溫度保護(hù)。電能計(jì)量設(shè)計(jì)采用高壓集中計(jì)量，在每路10kV電源進(jìn)線處設(shè)置專(zhuān)用計(jì)量裝置，并可根據(jù)要求設(shè)置低壓電力分表。低壓保護(hù)裝置采用主進(jìn)斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)和瞬時(shí)保護(hù)脫扣器，其他低壓斷路器設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、瞬時(shí)脫扣器，部分回路設(shè)（分勵(lì)）脫扣器。

　?、巯到y(tǒng)硬件配置需求

　　系統(tǒng)功能

　　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號(hào)，手車(chē)工作、試驗(yàn)位置信號(hào)，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)、接地刀合分信號(hào)、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào)，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信。

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主界面圖

　　電參量查詢(xún)

　　在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線。

圖7 電參量查詢(xún)界面圖

　　運(yùn)行報(bào)表

　　能查詢(xún)各回路或設(shè)備具體時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

　　歷史事件查詢(xún)

　　能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

　　電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

　　具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

圖8 電運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表界面圖

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖9 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D