企業微電網能效管理平台在某食品加工廠35kV變電站應用

hth下载地址 陳聰

摘 要：35 kV 變電站的日常運維需要大量的人力物力，通常35 kV 變電站會(hui) 設有變電站綜自自動化係統與(yu) 低壓電力監控係統，多套係統應用造成運維人員的負擔，而Acrel-EMS企業(ye) 微電網能效管理平台集測量、控製、保護及通信等功能於(yu) 一身,正是解決(jue) 運維資源嚴(yan) 重不足現狀的出路，針對不同硬件設備管理監控的需求，Acrel-EMS企業(ye) 微電網能效管理平台可以對規約進行現場實時添加，從(cong) 而簡化變電站二次接線並切實降低運維成本，較具推廣和應用價(jia) 值。

關(guan) 鍵詞：35 kV 變電站；變電站綜合自動化係統；Acrel-EMS；企業(ye) 微電網能效管理平台

1.概述

該食品加工廠變電站工程規模：電壓等級：35/10.5kV，規劃主變容量1×6.3MVA+1台8MVA。有一個(ge) 總配電室，包括35kV開關(guan) 櫃、10kV開關(guan) 櫃和0.4kV配電櫃，兩(liang) 個(ge) 獨立變壓器室，變壓器為(wei) 幹式變壓器。35kV供電係統采用單母線接線，共有4麵高壓開關(guan) 櫃，進線1回，變壓器出線2回，PT間隔1回。10kV供電係統采用單母線分段係統，進線2回，電容器間隔2回，站用變間隔2回，PT間隔2回，分段間隔2回，出線8回。共有18麵高壓開關(guan) 櫃。

根據用戶配電係統管理需求，需要對35kV開關(guan) 櫃、10kV開關(guan) 櫃、35kV/10kV主變、交直流係統等進行全方麵監控與(yu) 保護，及時發現故障故障，保證配電係統可靠運行。

結合用戶實際生產(chan) 工藝要求，為(wei) 實現本項目35kV變電站的全方麵監控與(yu) 管理，在35kV和10kV配電回路中配置AM5SE係列進線保護、主變保護及各種出線保護裝置；在總進線處配置APView500電能質量在線監測裝置；在每麵高壓開關(guan) 櫃配置ASD200開關(guan) 櫃智能操控裝置和AMC96L-E4多功能儀(yi) 表；在0.4kV各配電回路中配置一隻AMC96L-E4多功能儀(yi) 表。

在電氣監控室配置一套Acrel-1000變電站綜合自動化係統監控屏和一套Acrel-2000Z電力監控係統監控屏，通過通信管理機及網絡交換機實時采集微機保護裝置、電能質量等二次設備數據，實現整個(ge) 廠區供配電係統的全方麵電力監控與(yu) 自動化管理。並配置一套整體(ti) 化電源係統，為(wei) 整個(ge) 變電站的斷路器、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。同時利用Acrel-EMS企業(ye) 微電網能效管理平台匯總Acrel-1000變電站綜合自動化係統與(yu) Acrel-2000Z電力監控係統平台數據，同時進行web發布與(yu) 手機APP訪問，減少運維人員運維巡檢工作，豐(feng) 富的能效分析可以方便運維人員排查能耗問題。

圖1 食品加工廠現場圖 

圖2 食品加工廠35kV變電站平麵布局圖

2.係統結構

AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台，采用B/S架構，集成Acrel-1000變電站綜合自動化係統與(yu) Acrel-2000Z電力監控係統，企業(ye) 微電網能效管理平台實現了從(cong) 35kV配電到0.4kV用電側(ce) 的整體(ti) 監控，提供變電站綜自係統，電力監控，電能質量監測，電氣安全保護，電能統計。對企業(ye) 的用電管理起到較大的幫助。

係統功能需求：

變電站綜自係統:通過一次係統圖監測企業(ye) 35kV中高壓側(ce) 用電情況，數據均實時刷新。

電力監控：監測企業(ye) 0.4kV低壓側(ce) 用電情況，提供配電室監測，無功補償(chang) 櫃監測，電力報表等功能。

電能質量：提供電能質量檢測儀(yi) 的穩態監測，諧波頻譜，穩態曲線，諧波曲線，SOE事件等參數。

電能統計：提供用電集抄，用電統計，分時段用電統計，用電同環比分析，分組用電統計等功能。

變電站綜合自動化係統是指：通過執行規定功能來實現某一給定目標的一些相互關(guan) 聯單元的組合，變電站綜合自動化係統是利用的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、優(you) 化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量，並將主要數據上傳(chuan) 至地方調度平台，同時接受調度端的調控指令，實現站內(nei) 功率調節。

變電站綜合自動化係統、電力監控係統均可可分為(wei) 三層結構：即現場設備層、網絡通訊層和平台管理層。

現場設備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀(yi) 表、計量表等設備，用於(yu) 采集站內(nei) 配電櫃內(nei) 電氣運行參數、開關(guan) 狀態、電氣接點溫度等數據，同時分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源，保障現場設備良好的運行環境。

網絡通訊層：包含ANet-2E8S智能網關(guan) 。網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，分散10kV變電站通過數據采集箱（內(nei) 置智能網關(guan) ）采集數據通過光纖上傳(chuan) 至通信室變電站綜合自動化監控係統平台；同時網關(guan) 充當遠動通信裝置，將現場設備數據采集後通過交換機經縱向加密數據加密後上傳(chuan) 調度網。

平台管理層：l變電站綜合自動化監控係統平台、電力監控係統平台、企業(ye) 微電網能效管理平台。

圖3 監控係統網絡結構圖

3.解決(jue) 方案
3.1.方案綜述

本項目本次工程在35kV、10kV配電係統中配置AM5SE係列微機保護裝置，其中35kV主變配置整套主變保護屏，實現主變的差動保護、後備保護、非電量保護及主變溫度監測；35kV其他回路及10kV各回路就地配置AM5SE係列微機保護裝置。

圖4 35kV開關(guan) 櫃現場圖

圖5 10kV開關(guan) 櫃現場圖

在電氣監控室配置一套整體(ti) 化電源係統，為(wei) 整個(ge) 變電站的斷路器、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。

在電氣監控室配置一麵時鍾同步屏，實現變電站內(nei) 所有微機保護裝置的時鍾同步。

在電氣監控室配置一麵公用測控屏，實現變電站內(nei) 總進線電能質量監測；35kV側(ce) 母線電壓/10kV側(ce) 站用變電壓等模擬量遙測；微機保護裝置異常信號等遙信。

在電氣監控室配置一套變電站綜合自動化係統，通過通訊管理機實現變電站綜合自動化監控與(yu) 管理。

在電氣監控室配置一套微機五防監控係統，在35kV及10kV開關(guan) 櫃內(nei) 配置機械五防鎖具及電氣五防鎖具，通過五防係統實現對全站設備的五防操作閉鎖功能。在五防工作站上進行操作預演，檢驗、打印和傳(chuan) 輸操作票，並對一次設備實施五防強製閉鎖。

在電氣監控室配置一麵計量屏，實現站內(nei) 的總電能計量與(yu) 主變電能計量。

圖6 電氣監控室屏櫃布置效果圖

35kV變電所1座，區域變電所3座，35kV變電所為(wei) 獨立二層建築物，其中一層為(wei) 35kV開關(guan) 室、35kV變壓器室、10kV開關(guan) 室，二層為(wei) 10kV變壓器及0.4kV開關(guan) 室、通信室。區域變電所為(wei) 裝置樓一層獨立區域，配置10kV開關(guan) 櫃、變壓器及0.4kV低壓櫃。。

35kV變電所內(nei) 35kV開關(guan) 室一次係統圖如圖1所示，共有4麵開關(guan) 櫃，分別為(wei) ：1麵進線櫃、1麵出線櫃、1麵計量櫃、1麵PT櫃。

圖3 35kV開關(guan) 室一次係統圖

35kV變電所內(nei) 10k開關(guan) 室一次係統圖如圖2所示，共有16麵開關(guan) 櫃、其中2麵10kV進線櫃、9麵變壓器出線櫃（含備用出線櫃3麵）、1麵母聯櫃、1麵隔離櫃、2麵PT櫃、1麵計量櫃。

圖4 10kV開關(guan) 室一次係統圖

圖5 各分散10kV變電所進線櫃一次係統圖

3.2.功能需求
3.2.1.35kV監控保護方案

1）35kV進線保護：

35kV進線櫃配置一台線路保護AM5SE-F，當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。

2）35kV/10kV 主變壓器保護：

本項目共有1#、2#兩(liang) 麵35kV主變壓器出線櫃，采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置2台主變保護屏。屏櫃設立在電氣監控室，每麵屏櫃上裝設1台差動保護裝置AM5SE-D2、1台高後備保護裝置AM5SE-TB、1台低後備保護裝置AM5SE-TB、1台高側(ce) 測控裝置AM5SE-K、1台低側(ce) 測控裝置AM5SE-K、1隻變壓器溫控儀(yi) ARTM-8及轉換開關(guan) 、壓板、空氣開關(guan) 等其他控製設備。

差動保護裝置：作為(wei) 主變壓器內(nei) 部及引出線短路故障的主保護，動作後跳主變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；

高後備保護裝置：作為(wei) 35kV側(ce) 的後備保護以及變壓器的非電量保護，動作後跳主變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；

低後備保護裝置：作為(wei) 10kV側(ce) 的後備保護，動作後跳主變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；

高側(ce) 測控裝置：用於(yu) 監測35kV側(ce) 測量電流、測量電壓；

低側(ce) 測控裝置：用於(yu) 監測10kV側(ce) 測量電流、測量電壓；

變壓器溫控器：監測主變壓器內(nei) 部繞組溫度；

3）35kV PT保護：

PT櫃配置一台PT並列及監測裝置AM5SE-UB，實現PT監測功能，當回路電壓出現異常時，及時發出告警信號。

4）35kV開關(guan) 櫃綜合測控

35kV各開關(guan) 櫃配置一台智能操控裝置ASD200，實現高壓開關(guan) 櫃內(nei) 刀閘狀態、溫濕度等綜合測控。

3.2.2. 10kV監控保護方案

1）10kV進線保護：

10kV進線櫃各配置一台線路保護AM5SE-F，當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。

2）10kV出線保護：

10kV出線櫃各配置一台線路保護AM5SE-F，當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。

3）10kV變壓器櫃保護：

10kV變壓器櫃各配置一台變壓器保護裝置AM5SE-T，當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。

4）10kV電容器保護：

10kV電容器櫃配置一台電容器保護裝置AM5SE-C，當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。

5）10kV母聯保護

母聯櫃配置一台備自投保護裝置AM5SE-B，用於(yu) 實現兩(liang) 進線和母聯之間的自動投切（進線備自投/母聯備自投/聯切備自投/自適應備自投），同時實現母聯保護功能。

6）10kV PT監測

PT櫃配置一台PT監測並列裝置AM5SE-UB，實現兩(liang) 台PT櫃間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時，及時發出告警信號。

7）10kV開關(guan) 櫃綜合測控

10kV各開關(guan) 櫃配置一台智能操控裝置ASD200，實現高壓開關(guan) 櫃內(nei) 刀閘狀態、溫濕度等綜合測控。

8）AMC96多功能表

10V各開關(guan) 櫃配置一隻多功能儀(yi) 表AMC96L-E4，實時監測各開關(guan) 櫃電流、電壓等電參量。

3.3.0.4kV配電室監控方案

0.4kV配電櫃共配置AMC96L-E4儀(yi) 表35隻，AMC72L-E4儀(yi) 表76隻。0.4kV電力監控係統通過接入以上AMC係列多功能電力儀(yi) 表，實現對0.4kV配電回路的數據采集、運行監視、電能計量功能。

3.4.微機五防閉鎖方案

針對35kV及10kV開關(guan) 櫃，每台斷路器配置五防電氣鎖1把，每個(ge) 手車包含斷路器手車、PT手車、隔離手車配置手車閉鎖套件1套，按手車數量的2倍配置櫃內(nei) 閉鎖套件，每個(ge) 接地刀與(yu) 隔離刀配置接地刀閉鎖套件1套，配置接地頭（按櫃子數量的一半配置）。五防解鎖鑰匙4把、充電器2個(ge) 、電腦鑰匙2把、微機五防主機1台、微機五防軟件一套。

3.5. 時鍾同步方案

配置時鍾同步裝置ATS1200GB一台，置在電氣監控室時鍾同步屏，時鍾源支持GPS和北鬥。監控係統、通訊管理機和微機保護裝置均從(cong) 該裝置獲得授時（對時）信號，保證I/O數據采集單元的時間同步達到1ms精度要求。當時鍾失去同步時，自動告警並記錄事件，當時鍾失去電源時，自動生成告警信號。監控係統設備采用NTP對時方式，微機保護裝置對時接口采用IRIG-B對時方式。

3.6.公共測控方案

配置公用測控屏一麵，放置AM5SE-K公共測控裝置2台和APView500電能質量監測裝置1台。2台AM5SE-K分別采集站內(nei) 35kV側(ce) 母線電壓/10kV側(ce) 站用變電壓、各微機保護裝置異常信號；並預留遙控出口各4路。並配置一台電能質量監測裝置APView500，監測電能質量如電壓諧波與(yu) 不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與(yu) 閃變等穩態數據、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態數據，當檢測到電能質量異常時，觸發故障錄波與(yu) 數據記錄，為(wei) 後續的電能質量分析提供數據支撐。

3.7.整體(ti) 化電源方案

本項目針對配電室內(nei) 監控設備的提供整體(ti) 化電源，具體(ti) 配置方案如下：

直流櫃GZDWJM-100/200-M、蓄電池櫃、UPS電源櫃、交流屏、交流饋線櫃、事故照明櫃、直流電源屏GZDWJM-40/110-M（1套1屏）各一麵。為(wei) 整個(ge) 變電站的斷路器、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。

3.8.變電所綜合自動化係統方案

設置35-10kV變電所綜合自動化監控屏1麵，通訊管理機2台，遠動裝置1台。實現35kV及10kV開關(guan) 櫃微機保護裝置、測控裝置、直流屏及其它智能設備的數據采集。實現變電站的遙測、遙信、遙控、報警、報表、操作票、防誤操作等相關(guan) 功能實現變電站內(nei) 數據采集與(yu) 實時監控。單網組網方式，實現變電站內(nei) 數據采集與(yu) 實時監控。單網組網方式，實現變電站內(nei) 數據采集與(yu) 實時監控。 

3.9.計量屏方案

本項目計量屏配置一隻DTZ1296三相四線製，有功0.2S，無功2.0， 3×57.7/100V，3×1.5(6)A電度表用於(yu) 進線處計量，兩(liang) 隻DTZ1296三相四線製，有功0.2S，無功2.0， 3×57.7/100V，3×1.5(6)A電度表用於(yu) 主變處計量，一台FKGA23型專(zhuan) 變采集終端（帶以太網口，4G通訊），通過電能量采集終端將電度表數據上傳(chuan) 至調度平台和監控係統。

3.10.遠動通信方案

在電氣監控室配置一麵調度數據網屏，配置II型網絡安全監測裝置PSSEM-2000S、路由器AR6140-S、交換機SG1528A-S2-24T-ST、NetKeeper-2000(百兆型)縱向加密認證裝置(百兆型)，通過專(zhuan) 用通道點對點方式以及站內(nei) 的數據網接入設備向各級調度傳(chuan) 送遠動信息。

3.11.0.4kV電力監控屏

設置0.4kV電力監控屏1麵，。對低壓多功能儀(yi) 表進行數據采集。實現低壓多功能儀(yi) 表的遙測、遙信、遙控、報警、報表等相關(guan) 功能實現變電站內(nei) 數據采集與(yu) 實時監控。實現供配電係統在運行過程中的數據采集、運行監視、事故記錄和分析、繼電保護等，完成企業(ye) 的安全供電、用電管理和運行管理。

遙測量

3.12.配置設備方案

表1 我司提供方案設備列表

4.係統功能
4.1.實時監測

4.1.1.綜合看板

係統提供低壓配電監測大麵板，提供變電站和光伏電站運行情況展示，通過地圖顯示各電站具體(ti) 位置，並展示目前告警數目和具體(ti) 信息。

地圖支持放大縮小且響應迅速。

報警信息支持輪播功能。

4.1.2.35kV配電係統

係統提供35kV/10kV一次係統圖展示全站電氣主接線圖（支持縮放方式）包括顯示設備運行狀態、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無功)等的實時值。

圖 35kV變電站綜合自動化係統界麵圖

4.1.3.變電所運行看板

展示單個(ge) 變電站運行狀況，並提供係統一次圖。

變電站基礎信息維護，包括變壓等級，裝機容量，申報需量，變壓器數量等。

提供變電所實時負荷曲線查詢，數據實時刷新。

提供變電站分時段用電今日昨日對比柱狀圖。

提供低壓側(ce) 係統一次圖，數據實時刷新。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台變電所運行看板界麵圖

4.1.4.直流屏監測

提供直流屏遙測數據，一/二路交流電壓監測。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台直流屏監測界麵圖

4.1.5.變壓器監測

展示所選變壓器實時負載率，頻率，三相電壓電流，三相繞組溫度，電壓/電流不平衡度。提供負載率、有功功率、無功功率曲線。如圖7.3.6所示。

數據實時刷新，響應迅速。

支持三相功率曲線同時展示。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台變壓器監測界麵圖

4.1.6.電能質量穩態監測

提供電能質量檢測儀(yi) 所采集數據，如電壓有效值，偏差率，諧波畸變率，電流有效值，分相功率，總功率等。如圖7.4.2所示。

數據實時刷新，響應迅速。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台電能質量穩態檢測界麵圖

4.1.7.電能質量諧波監測

通過柱狀圖展示電能質量檢測儀(yi) 諧波和間諧波各頻譜。如圖7.4.3所示。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台電能質量諧波檢測界麵圖

4.2.數據采集和存儲(chu)

4.2.1.數據采集和處理

圖 數據采集界麵圖

監控係統通過通信管理機實時采集模擬量、狀態量等信息量；通過公共接口設備接受來自其他通信裝置的數據，具有單獨配置通信采集點信息的模塊，不與(yu) 數據庫等其它部分相關(guan) 聯，並獨立運行。

對所采集的實時信息進行數字濾波、合理性檢查，工程值轉換、信號接點抖動減除、刻度計算、人工置入等加工。從(cong) 而提供電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等各種實時數據，並將這些實時數據帶品質描述傳(chuan) 送至站控層和各級調度中心。

4.2.2.數據庫的建立與(yu) 維護 

圖 數據庫建立與(yu) 維護界麵圖

 數據庫分為(wei) 實時數據庫和曆史數據庫，實時數據庫存儲(chu) 監控係統采集的實時數據，其數值根據運行工況的實時變化而不斷更新，記錄被監控設備的當前狀態；曆史數據庫對於(yu) 需要長期保存的重要數據將存放在曆史數據庫中。提供通用數據庫，記錄周期為(wei) 1min、5min、30min、60min任意調節。曆史數據實現在線滾動存儲(chu) 5年，無需人工幹預。所有的曆史數據轉存到光盤或磁帶等大容量存儲(chu) 設備上作為(wei) 長期存檔。對於(yu) 狀態量變位、事件、模擬量越限等信息，按時間順序分類保存在曆史事件庫中，並保存10年，以供查詢。

4.3.調節與(yu) 控製

圖 變電站綜自係統調節與(yu) 控製界麵圖

操作員對需要控製的電氣設備進行控製操作。監控係統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

原則上間隔層控製和設備就地控製作為(wei) 後備操作或檢修操作手段。為(wei) 防止誤操作，在任何控製方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，並在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證隻有在上一次操作步驟完成後，才進行下一步操作。同一時間隻允許一種控製方式合理。

納入控製的設備有：

a） 35kV及以下斷路器；

b） 35kV及以下隔離開關(guan) 及帶電動機構的接地開關(guan) ；

c） 站用電380V斷路器；

d） 主變壓器分接頭；

e）繼電保護裝置的遠方複歸及遠方投退連接片。

4.4.微機五防閉鎖

圖 變電站綜自係統微機五防界麵圖

具備全站五防閉鎖功能。具有防止誤拉、合斷路器；防止帶負荷拉、合開關(guan) ；防止帶電掛接地線；防止帶地線送電；防止誤入帶電間隔的功能。

配置獨立於(yu) 監控係統的專(zhuan) 用微機五防係統。遠方操作時通過專(zhuan) 用微機五防係統實現全站的五防操作閉鎖功能，就地操作時則由電腦鑰匙和鎖具來實現，同時在受控設備的操作回路中串接本間隔的閉鎖回路。專(zhuan) 用微機五防係統與(yu) 變電站監控係統共享采集的各種實時數據，不獨立采集信息，采用相互通信的間隔層測控裝置實現。

4.5.係統運行

4.5.1.儀(yi) 表通訊狀態

儀(yi) 表通訊狀態主要用於(yu) 監測目標站點的儀(yi) 表設備數據是否正常交互、是否有離線發生、何時離線與(yu) 數據交互中斷的持續時間等內(nei) 容，為(wei) 用戶初步判斷設備通訊的問題提供依據。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台設備通信界麵圖

4.5.2.網關(guan) 通訊狀態

網關(guan) 通訊狀態主要用於(yu) 監測目標站點的網關(guan) 設備數據是否正常交互、是否有離線發生、何時離線，為(wei) 用戶初步判斷網關(guan) 通訊的問題提供依據。

圖 企業(ye) 微電網能效管理平台網關(guan) 通信狀態界麵圖

5.結語

Acrel-EMS企業(ye) 微電網能耗管理平台解決(jue) 方案，通過一個(ge) 平台即可整體(ti) 對用電進行集中監控、統一調度、統一運維，滿足用戶可靠、安全、節約、合理、有序用電的要求。對用戶提供運維服務，實現能源互聯，信息互通，打破信息孤島；根據用電設備負荷重要性分級管理，錯峰有序用電，提高運維人員的技能，保證電網安全穩定運行。