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)設計。

　　關鍵詞：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)絡和信息技術的快速發(fā)展，人們對“大數(shù)據(jù)"業(yè)務需求不斷增長，為了滿足日益增長的應用需求，數(shù)據(jù)的建設規(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)的建設在很多領域相繼展開。

　　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，提供高品質(zhì)的生產(chǎn)、災備、存儲等外包服務。

　　本次建設內(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設備負荷、空調(diào)主設備負荷、機房風柜負荷、消防用電負荷、消防水泵、消防電梯、防排煙風機、消防應急照明、排尾氣風機、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

　　本工程供配電系統(tǒng)按《數(shù)據(jù)設計規(guī)范》GB50174-2017；機房設計。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，在各層設置變壓器和低壓配電室、電力電池室，向數(shù)據(jù)機房設備供電。

　　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出線開關柜內(nèi)裝設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；變壓器設置過流、速斷、溫度保護。電能計量設計采用高壓集中計量，在每路10kV電源進線處設置專用計量裝置，并可根據(jù)要求設置低壓電力分表。

　　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，設母聯(lián)開關。聯(lián)絡開關設自投/手動轉(zhuǎn)換開關。主進開關與聯(lián)絡開關之間設電氣連鎖，任何情況下只能有兩個開關處在閉合狀態(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)絡斷路器設過載長延時、短路短延時和瞬時保護脫扣器，其他低壓斷路器設過載長延時、瞬時脫扣器，部分回路設（分勵）脫扣器。

圖1 供配電系統(tǒng)架構圖

　　監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構

　　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、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現(xiàn)對變電站二次設備的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

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

　　現(xiàn)場設備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關狀態(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)場設備良好的運行環(huán)境。

　　網(wǎng)絡通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關。網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(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）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)基礎設施管理系統(tǒng)DCIM。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構圖

　　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置變壓器和低壓配電室、電力電池室，向數(shù)據(jù)機房設備供電。

　　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和聯(lián)絡開關不能同時投入。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；變壓器設置過流、速斷、溫度保護。電能計量設計采用高壓集中計量，在每路10kV電源進線處設置專用計量裝置，并可根據(jù)要求設置低壓電力分表。低壓保護裝置采用主進斷路器、聯(lián)絡斷路器設過載長延時、短路短延時和瞬時保護脫扣器，其他低壓斷路器設過載長延時、瞬時脫扣器，部分回路設（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、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關量主要有：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

　　能查詢各回路或設備具體時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：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)絡拓撲圖

　　系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖9 站內(nèi)設備系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖