摘要：在電力系統的運行過程中，變電站作為整個電力系統的核心，在保證電力系統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控系統的特點進行分析，結合變電站監控系統的功能需求，對變電站電力監控系統的體系結合和功能進行研究。本文闡述了某數據項目的高/低壓供配電系統的組成，及其電力監控系統的功能，從供電可靠性的角度分析供配電系統設計。

　　關鍵詞：電力系統；變電站；數據；電力監控系統。

　　概述

　　隨著網絡和信息技術的快速發展，人們對“大數據"業務需求不斷增長，為了滿足日益增長的應用需求，數據的建設規模也在向超大型、園區級數據方向發展。通信、金融、商業等行業，面對未來數據業務的爆發式增長需求，都在積作出調整，提前布局，為在未來的競爭中取得先機，在時代發展的浪潮中處于地位，園區級數據的建設在很多領域相繼展開。

　　本項目數據定位為大型商業化的數據中心、數據存儲和信息災備基地。項目主要面向國內外企事業單位，提供以數據為核心的IT外包服務，提供高品質的生產、災備、存儲等外包服務。

　　本次建設內容包括：樓內10kV高壓配電系統、10/0.4kV配電系統、備用10kV發電機配電系統。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。從110kV變電所的10kV出線放射至1號樓10kV配電系統，再由10kV配電系統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臺發電機，為2套并機系統（每套5臺），單臺發電機主用功率為2200kW，兩套系統做母聯，當每套兩路10kV市電電源均失電后，柴油發電機能快速自啟動，向本工程變電所供電，為本工程、二級負荷提供用電保證。

　　變配電結構

　　本工程供配電系統按《數據設計規范》GB50174-2017；機房設計。變壓器及供配電系統采用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，向數據機房設備供電。

　　高壓供電系統

　　本次工程高壓供電系統中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，并可根據要求設置低壓電力分表。

　　低壓配電系統

　　本次工程低壓配電系統中變壓器低壓側采用單母線分段方式運行，設母聯開關。聯絡開關設自投/手動轉換開關。主進開關與聯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。低壓配電系統采用射式與樹干式相結合的方式，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合的供電方式。低壓保護裝置采用主進斷路器、聯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 供配電系統架構圖

　　監控系統結構

　　電力監控系統是指：通過執行規定功能來實現某一給定目標的一些相互關聯單元的組合，電力監控系統是利用先進的計算機技術、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、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量。

　　系統可分為三層結構：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

　　現場設備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設備，用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開關狀態、電氣接點溫度等數據，同時分別在每處10kV變配電所配置1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。網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，分散變電所通過數據采集箱（內置智能網關）采集數據通過光纖上傳至消控室電力監控系統平臺。

　　平臺管理層：電力監控系統平臺、數據基礎設施管理系統DCIM。

圖2 監控系統網絡結構圖

　　解決方案

　　方案綜述

　　本項目10kV開閉所1座，區域變電所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，向數據機房設備供電。

　　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。

　　10kV開閉所一次系統圖如圖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面母聯柜、4面油機進線柜。

　　圖3 10kV供配電一次系統圖

　　區域變電所10kV采用多回路電源供電，采用10kV變電所內高壓計量。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，同一套低壓系統市電進線、聯絡采用自動電源轉換系統，三者只能任合其中二個，保證兩路電源進線開關和聯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 區域10kV變電所10kV進線部分一次系統圖

圖5 區域10kV變電所低壓配電部分一次系統圖

　　功能需求

　　①本地數據采集與轉發

　　電力監控系統需采集設備數量共計88臺，同時將采集的數據中每個配電房計量柜的電量數據上傳至數據的DCIM平臺，根據轉發數據類型主要分為遙測、遙信、電能三類數據，部分數據展示如下：

　　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，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，并可根據要求設置低壓電力分表。低壓保護裝置采用主進斷路器、聯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。

　　③系統硬件配置需求

　　系統功能

　　實時監測

　　Acrel-2000Z電力監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監測的開關量主要有：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、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，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、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

　　歷史事件查詢

　　能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

　　電能統計報表

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

圖8 電運行統計報表界面圖

　　網絡拓撲圖

　　系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網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 站內設備系統網絡拓撲圖