程瑜 187 0211 2087

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文針對(duì)大型工業(yè)企業(yè)變電站的設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)研究。通過(guò)分析大型工業(yè)企業(yè)變電站的特點(diǎn)和功能，探討了變電站的選址、設(shè)備選型、自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，對(duì)變電站的運(yùn)行管理模式、維護(hù)策略和能效優(yōu)化方法進(jìn)行了深入分析。研究表明，科學(xué)合理的變電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化能夠顯著提高供電可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本，為大型工業(yè)企業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。本研究為大型工業(yè)企業(yè)變電站的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提供了理論指導(dǎo)和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：大型工業(yè)企業(yè)；變電站設(shè)計(jì)；運(yùn)行優(yōu)化；自動(dòng)化系統(tǒng)；能效管理

0引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，大型工業(yè)企業(yè)對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量提出了更高要求。變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率和運(yùn)營(yíng)成本。本研究旨在探討大型工業(yè)企業(yè)變電站的設(shè)計(jì)原則和運(yùn)行優(yōu)化策略，以提高變電站的供電可靠性和運(yùn)行效率。

針對(duì)大型工業(yè)企業(yè)特殊需求的變電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化研究仍顯不足。本研究將結(jié)合大型工業(yè)企業(yè)的特點(diǎn)，深入探討變電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的關(guān)鍵問(wèn)題，為企業(yè)提供切實(shí)可行的解決方案。

1大型工業(yè)企業(yè)變電站概述

大型工業(yè)企業(yè)變電站是為滿足企業(yè)大規(guī)模用電需求而設(shè)計(jì)建造的專(zhuān)用變電站。與普通民用變電站相比，它具有負(fù)荷集中、容量大、可靠性要求高等特點(diǎn)。這類(lèi)變電站通常采用高壓或高壓供電，電壓等級(jí)可達(dá)110kV甚至更高，以滿足企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的電力需求。

變電站的主要功能包括電壓變換、電能分配、功率因數(shù)補(bǔ)償和保護(hù)控制等。通過(guò)變壓器將高壓電能轉(zhuǎn)換為適合生產(chǎn)設(shè)備使用的電壓等級(jí)，并通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)將電能分配到各個(gè)用電單元。同時(shí)，變電站還配備有完善的保護(hù)和控制裝置，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于大型工業(yè)企業(yè)而言，變電站不僅是電力供應(yīng)的樞紐，更是保障生產(chǎn)連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)施。

2大型工業(yè)企業(yè)變電站設(shè)計(jì)

變電站設(shè)計(jì)是確保其安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。首先，選址和布局應(yīng)考慮負(fù)荷、進(jìn)出線方便、地質(zhì)條件等因素，同時(shí)要預(yù)留發(fā)展空間。設(shè)備選型是設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，需要根據(jù)負(fù)荷特性、短路容量等參數(shù)選擇合適的變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置等。主變壓器容量應(yīng)滿足負(fù)荷需求，并考慮一定的裕度。

自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代變電站的重要特征。應(yīng)配置完善的SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、保護(hù)和控制功能。同時(shí)，可考慮引入智能診斷、負(fù)荷預(yù)測(cè)等應(yīng)用，提高變電站的智能化水平。此外，還需重視接地系統(tǒng)、防雷保護(hù)等安全設(shè)施的設(shè)計(jì)，確保人員和設(shè)備安全。

3大型工業(yè)企業(yè)變電站運(yùn)行優(yōu)化

運(yùn)行管理是變電站發(fā)揮效能的關(guān)鍵。應(yīng)建立完善的運(yùn)行管理制度，包括值班制度、操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案等。采用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和異常情況的快速響應(yīng)。維護(hù)策略方面，可結(jié)合狀態(tài)檢修和預(yù)防性維護(hù)，提高設(shè)備可靠性，降低維護(hù)成本。

能效優(yōu)化是變電站運(yùn)行管理的重要內(nèi)容?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化變壓器運(yùn)行方式、合理配置無(wú)功補(bǔ)償裝置、功率因數(shù)等措施提高能源利用效率。同時(shí)，可利用能源管理系統(tǒng)對(duì)變電站的能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，找出節(jié)能潛力，制定針對(duì)性的改進(jìn)措施。此外，還可考慮引入新能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步提高變電站的能源利用效率和供電可靠性。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對(duì)工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比優(yōu)越，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4、系統(tǒng)功能

4.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，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)。

4.4.2 報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2） 對(duì)每一測(cè)量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3） 開(kāi)關(guān)事故跳閘到該次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到該次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報(bào)警器、語(yǔ)音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級(jí)：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

第三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對(duì)任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4） 監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

4.4.4 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

4.5系統(tǒng)硬件配置

	動(dòng)作時(shí)間： 弧光單判據(jù)≤3.8ms 弧光電流雙判據(jù)≤7.8ms	0.4kV~35kV：每段母線配置1臺(tái)主機(jī)。
ARB6-A12
ARB6-A18
ARB6-A24
ARB6-A30
選配	2、3路以太網(wǎng)接口
ARB-S0		無(wú)源型廣角寬光譜探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 全絕緣、不含金屬成分 （沒(méi)有電氣安全隱患） 配套雙股阻燃光纖（20米）	高壓柜：母線室配置1個(gè)弧光探頭，手車(chē)室和電纜室可按需各配置1個(gè)弧光探頭。 低壓柜：正對(duì)主母排處配置1個(gè)弧光探頭。
ARB-S1		無(wú)源型廣角紫外光探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 ST標(biāo)準(zhǔn)接口 （國(guó)網(wǎng)應(yīng)用） 配套雙股阻燃光纖（20米）
35kV/10kV/6kV 進(jìn)線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測(cè)	APView500

	無(wú)線測(cè)溫采集可接入60個(gè)無(wú)線測(cè)溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測(cè)量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
ATE400		合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125C，測(cè)量精度±1℃；無(wú)線傳輸距離空曠150米；

5總結(jié)

科學(xué)合理的變電站設(shè)計(jì)是確保其安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，應(yīng)關(guān)注選址布局、設(shè)備選型和自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；運(yùn)行管理策略和能效優(yōu)化措施能夠顯著提高變電站的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益；未來(lái)，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大型工業(yè)企業(yè)變電站將朝著更加智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，為企業(yè)提供更加可靠的電力供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

【1】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版

審核編輯 黃宇