摘要：在電力系統(tǒng)的運行過程中，變電站作為整個電力系統(tǒng)的核心，在保證電力系統(tǒng)可靠的運行方面起著至關(guān)重要的作用，基于此需對變電站監(jiān)控系統(tǒng)的特點進行分析，結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求，對變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)合和功能進行研究。本文闡述了某數(shù)據(jù)項目的高/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。

　　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“大數(shù)據(jù)"業(yè)務(wù)需求不斷增長，為了滿足日益增長的應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)的建設(shè)規(guī)模也在向超大型、園區(qū)級數(shù)據(jù)方向發(fā)展。通信、金融、商業(yè)等行業(yè)，面對未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長需求，都在積作出調(diào)整，提前布局，為在未來的競爭中取得先機，在時代發(fā)展的浪潮中處于地位，園區(qū)級數(shù)據(jù)的建設(shè)在很多領(lǐng)域相繼展開。

　　本項目數(shù)據(jù)定位為大型商業(yè)化的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)存儲和信息災(zāi)備基地。項目主要面向國內(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)電機配電系統(tǒng)。電源分界點為110kV變電所，110kV變電所屬城市供電部門負責設(shè)計，不在本次項目范圍內(nèi)。從110kV變電所的10kV出線放射至1號樓10kV配電系統(tǒng)，再由10kV配電系統(tǒng)放射至各個樓層變壓器，每套變壓器組的兩個供電回路從不同10kV母段各引兩路專線10kV電力電纜。

　　本工程負荷等級：

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

　　(2)二級負荷：貨梯、機房保證照明等；機房配套用房照明等；

　　(3)三級負荷：非機房用的動力、空調(diào)及照明用電負荷，室外景觀等用電。

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

　　變配電結(jié)構(gòu)

　　本工程供配電系統(tǒng)按《數(shù)據(jù)設(shè)計規(guī)范》GB50174-2017；機房設(shè)計。變壓器及供配電系統(tǒng)采用M（1+1）方式的配置；重要負荷均由兩回路供電，由兩臺不同的變壓器，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關(guān)均可實現(xiàn)互為備份。變、配電所布置深入負荷，采取高低壓配電室、變壓器室及電力電池室貼近負荷的布局，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電壓保護。10kV繼電保護進線采用過流、速斷、零序保護；出線采用過流、速斷、零序保護；變壓器設(shè)置過流、速斷、溫度保護。電能計量設(shè)計采用高壓集中計量，在每路10kV電源進線處設(shè)置專用計量裝置，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行，設(shè)母聯(lián)開關(guān)。聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)自投/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。主進開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣連鎖，任何情況下只能有兩個開關(guān)處在閉合狀態(tài)。低壓配電系統(tǒng)采用射式與樹干式相結(jié)合的方式，對于單臺容量較大的負荷或重要負荷采用放射式供電；對于照明及一般負荷采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式。低壓保護裝置采用主進斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)過載長延時、短路短延時和瞬時保護脫扣器，其他低壓斷路器設(shè)過載長延時、瞬時脫扣器，部分回路設(shè)（分勵）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：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，電力監(jiān)控系統(tǒng)是利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

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

　　現(xiàn)場設(shè)備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、電氣接點溫度等數(shù)據(jù)，同時分別在每處10kV變配電所配置1套直流電源，保障現(xiàn)場設(shè)備良好的運行環(huán)境。

　　網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，分散變電所通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過光纖上傳至消控室電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

　　平臺管理層：電力監(jiān)控系統(tǒng)平臺、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

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

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

　　10kV開閉所一次系統(tǒng)圖如圖1所示，共有48面開關(guān)柜，分別為：4面進線隔離柜、4面進線柜、24面出線柜、4面計量柜、4面PT柜、4面母聯(lián)柜、4面油機進線柜。

　　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)高壓計量。變壓器出線柜裝設(shè)定時限過流、速斷、零序、失壓報警，干式變壓器超溫跳閘保護，高溫報警。低壓配電柜采用固定分隔柜，配電柜進出線電纜、插接母線采用上進上出方式，變壓器不允許并列運行，同一套低壓系統(tǒng)市電進線、聯(lián)絡(luò)采用自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，三者只能任合其中二個，保證兩路電源進線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)不能同時投入。變壓器供電采用M（1+1）配置，平時運行時每臺變壓器的負荷率不大于50；當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器可帶起全部負荷。（注：負荷計算時按"當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器可帶起全部負荷"計算）。

圖4 區(qū)域10kV變電所10kV進線部分一次系統(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

　?、俦镜財?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88臺，同時將采集的數(shù)據(jù)中每個配電房計量柜的電量數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)的DCIM平臺，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)類型主要分為遙測、遙信、電能三類數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)展示如下：

　　遙測量

　　遙信量

　　電

②二次防護需求

　　為了加強本工程供配電系統(tǒng)，對本項目電氣二次部分加強防護，10kV進線采用過流、速斷、零序保護；出線采用過流、速斷、零序保護；變壓器設(shè)置過流、速斷、溫度保護。電能計量設(shè)計采用高壓集中計量，在每路10kV電源進線處設(shè)置專用計量裝置，并可根據(jù)要求設(shè)置低壓電力分表。低壓保護裝置采用主進斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)過載長延時、短路短延時和瞬時保護脫扣器，其他低壓斷路器設(shè)過載長延時、瞬時脫扣器，部分回路設(shè)（分勵）脫扣器。

　?、巯到y(tǒng)硬件配置需求

　　系統(tǒng)功能

　　實時監(jiān)測

　　Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預(yù)告信。

圖6 實時監(jiān)測主界面圖

　　電參量查詢

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

圖7 電參量查詢界面圖

　　運行報表

　　能查詢各回路或設(shè)備具體時間的運行參數(shù)，報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、總無功功率、正向有功電能等。

　　歷史事件查詢

　　能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

　　電能統(tǒng)計報表

　　具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。

圖8 電運行統(tǒng)計報表界面圖

　　網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

　　系統(tǒng)支持實時監(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)異常時能自動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)拓撲圖