大型工业企业变电站综合自动化系统的实施与应用方案--安科瑞张田田-电子发烧友网

摘要：本文针对大型工业企业变电站的设计与运行优化问题展开研究。通过分析大型工业企业变电站的特点和功能，探讨了变电站的选址、设备选型、自动化系统设计等关键环节。同时，对变电站的运行管理模式、维护策略和能效优化方法进行了深入分析。研究表明，科学合理的变电站设计和运行优化能够显著提高供电可靠性、降低运营成本，为大型工业企业的稳定运行提供有力保障。本研究为大型工业企业变电站的规划建设和运营管理提供了理论指导和实践参考。

关键词：大型工业企业；变电站设计；运行优化；自动化系统；能效管理

0引言

随着工业生产的快速发展，大型工业企业对电力供应的可靠性和质量提出了更高要求。变电站作为电力系统的关键节点，其设计和运行水平直接影响着企业的生产效率和运营成本。本研究旨在探讨大型工业企业变电站的设计原则和运行优化策略，以提高变电站的供电可靠性和运行效率。

针对大型工业企业特殊需求的变电站设计与运行优化研究仍显不足。本研究将结合大型工业企业的特点，深入探讨变电站设计与运行中的关键问题，为企业提供切实可行的解决方案。

1大型工业企业变电站概述

大型工业企业变电站是为满足企业大规模用电需求而设计建造的专用变电站。与普通民用变电站相比，它具有负荷集中、容量大、可靠性要求高等特点。这类变电站通常采用高压或高压供电，电压等级可达110kV甚至更高，以满足企业生产设备的电力需求。

变电站的主要功能包括电压变换、电能分配、功率因数补偿和保护控制等。通过变压器将高压电能转换为适合生产设备使用的电压等级，并通过配电网络将电能分配到各个用电单元。同时，变电站还配备有完善的保护和控制装置，确保电力系统的安全稳定运行。对于大型工业企业而言，变电站不仅是电力供应的枢纽，更是保障生产连续性和产品质量的关键设施。

2大型工业企业变电站设计

变电站设计是确保其安全可靠运行的基础。首先，选址和布局应考虑负荷、进出线方便、地质条件等因素，同时要预留发展空间。设备选型是设计的核心环节，需要根据负荷特性、短路容量等参数选择合适的变压器、开关设备、保护装置等。主变压器容量应满足负荷需求，并考虑一定的裕度。

自动化系统设计是现代变电站的重要特征。应配置完善的SCADA系统，实现数据采集、监控、保护和控制功能。同时，可考虑引入智能诊断、负荷预测等应用，提高变电站的智能化水平。此外，还需重视接地系统、防雷保护等安全设施的设计，确保人员和设备安全。

3大型工业企业变电站运行优化

运行管理是变电站发挥效能的关键。应建立完善的运行管理制度，包括值班制度、操作规程、应急预案等。采用先进的监控系统，实现运行状态的实时监测和异常情况的快速响应。维护策略方面，可结合状态检修和预防性维护，提高设备可靠性，降低维护成本。

能效优化是变电站运行管理的重要内容。可通过优化变压器运行方式、合理配置无功补偿装置、功率因数等措施提高能源利用效率。同时，可利用能源管理系统对变电站的能耗进行监测和分析，找出节能潜力，制定针对性的改进措施。此外，还可考虑引入新能源和储能系统，进一步提高变电站的能源利用效率和供电可靠性。

4安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

4.1方案综述

Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比优越，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

4.2应用场所

适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

4.3系统结构

4.4、系统功能

4.4.1 实时监测

Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

4.4.2 报警处理

监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

1）事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。

次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

2）对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。

3）开关事故跳闸到该次数或开关拉闸到该次数，推出报警信息，提示用户检修。

4）报警方式。

报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

4.4.3 调节与控制

操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。

操作控制分为四级：

第控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。

级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

第三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。

第四级控制，远方控制，优先级。

原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的安全性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

3）定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。

4）监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。

4.4.4 用户权限管理

系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

4.5系统硬件配置

应用场合	型号	图片	保护功能
35kV变电站综合自动化系统	Acrel- 1000

	可显示变电站主接线图，模拟配电网络运行，实现无人值班模式；根据顺序事件记录、历史曲线、故障录波，协助运维人员实现快速故障分析、定位和排除问题，尽量缩短停电时间；实时采集各回路、设备的电流、电压、功率、电能以及谐波、电压波动等参数，对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理
网关	ANet- 2E8S1

	8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传，支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡（32GB）、支持不同协议向多平台转发数据；每个设备的多个报警设置。输入电源：AC/DC 220V，导轨式安装。
35kV/10kV/6kV 弧光保护	ARB6-A6

	动作时间：弧光单判据≤3.8ms 弧光电流双判据≤7.8ms	0.4kV~35kV：每段母线配置1台主机。
ARB6-A12
ARB6-A18
ARB6-A24
ARB6-A30
选配	2、3路以太网接口
ARB-S0		无源型广角宽光谱探头（不含电池、免维护）自带滤光功能全绝缘、不含金属成分（没有电气安全隐患）配套双股阻燃光纤（20米）	高压柜：母线室配置1个弧光探头，手车室和电缆室可按需各配置1个弧光探头。低压柜：正对主母排处配置1个弧光探头。
ARB-S1		无源型广角紫外光探头（不含电池、免维护）自带滤光功能 ST标准接口（国网应用）配套双股阻燃光纤（20米）
35kV/10kV/6kV 进线柜电能质量在线监测	APView500

	相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。
35kV/100kV/6kV 间隔智能操控、节点测温	ASD500

	5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4～20mA输出；
35kV/10kV/6kV 间隔电参量测量	APM830

	三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD显示；
变压器绕组温度检测	ARTM-8

	8路温度巡检，预埋PT100，RS485接口，2路继电器输出；
变压器接头测温低压进出线柜接头测温	ARTM-Pn-E

	无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯；
ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125C，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米；

应用场合	型号	图片	保护功能	其他功能
35kV/10kV/ 6kV进线	AM6-L

	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；	操作回路、双以太网口、双485口、 2路4-20mA变送输出、故障录波、 GPS对时、全电量测量直流量测量
35kV/10kV/ 6kV馈线	AM6-L	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；
35kV主变（2000kVA以上）	AM6-D2/ AM-3	两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护；
AM6-TB	变压器后备保护测控、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停；
35kV/10kV/ 6kV厂用变	AM6-S	三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、零序过流、过负荷保护（告警/跳闸）、控故障告警、PT断线告警、非电量保护；
35kV电机（2000kW以上）	AM6-MD	差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护；
10kV/6kV 异步电机	AM6-M	两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡；
35kV/10kV/6kV PT监测	AM6-UB	PT并列/解列、PT监测；
10kV/6kV 电容器	AM6-C	两段式过流/零序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护；
35kV/10kV/ 6kV母联	AM6-B	两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护；