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摘要：以某工廠變電所與配電線路為例，分析工廠的性質(zhì)、規(guī)劃、規(guī)模以及未來的發(fā)展，對(duì)供電的具體需求，提出變電所與配電線路的綜合設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：變電所，配電線路，綜合設(shè)計(jì)
0、引言
在供電系統(tǒng)中，變電所具有至關(guān)重要的地位，其核心功能就是對(duì)電能的電流、電壓實(shí)施相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，然后再按照既定的要求重新分配，從而是電能的相關(guān)性質(zhì)從符合運(yùn)輸需求調(diào)整為符合用電需求，以滿足生產(chǎn)或生活對(duì)電力資源的需要。一旦變電所運(yùn)行出現(xiàn)故障，必然會(huì)直接影響用戶對(duì)電能的使用，甚至嚴(yán)重的情況下還有可能造成電力系統(tǒng)的整體性崩潰。本文將主要針對(duì)某工廠的變電所以及其低壓配電系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)，這首先需要對(duì)該工廠的整體符合展開科學(xué)的計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)明確該工廠對(duì)于電能的具體需求，進(jìn)而完成供配電方案的編制，其中至關(guān)重要的內(nèi)容是高低壓電設(shè)備的選擇。對(duì)變電所與配電線路的綜合設(shè)計(jì)，就是要確保整個(gè)工廠的整個(gè)供電系統(tǒng)較大程度保證其可靠性、穩(wěn)定性，從而更好地服務(wù)于工廠的需求。
1、工廠負(fù)荷的計(jì)算
計(jì)算和分析工廠的用電負(fù)荷，是設(shè)計(jì)變電所與配電線路的基礎(chǔ)。這一過程本質(zhì)上來看，就是根據(jù)工廠的用電設(shè)備的安裝容量的實(shí)際情況，評(píng)估和預(yù)測工廠運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)下可能達(dá)到的*大負(fù)荷；這一數(shù)據(jù)本身屬于一個(gè)假象數(shù)據(jù)，也被稱之為需求負(fù)荷、*大負(fù)荷。這一指標(biāo)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中有非常重要的意義，是用來選擇供電線路導(dǎo)向截面積的重要依據(jù)，也是用來選擇開關(guān)電器、變壓器容量相關(guān)參數(shù)的重要基礎(chǔ)。*大負(fù)荷的計(jì)算方法，在工作中常用的方法有如下幾種：①單位指標(biāo)法；②需要系數(shù)法；③利用系數(shù)法。其中，需要系數(shù)法是應(yīng)用作為廣泛的方法，就是對(duì)用電設(shè)備功率與需要系數(shù)以及同時(shí)系數(shù)的乘積進(jìn)行計(jì)算，從而可以直接得出計(jì)算負(fù)荷。利用系數(shù)法需要首先得出*大負(fù)荷的均值，然后再結(jié)合這一數(shù)據(jù)考慮工廠用電設(shè)備的數(shù)量、功率等，*后在將相應(yīng)的系數(shù)聯(lián)系得出目標(biāo)數(shù)據(jù)。這三種方法相對(duì)來說，利用系數(shù)法的計(jì)算較為復(fù)雜，通常僅用于數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算中，而單位指標(biāo)法一般只會(huì)應(yīng)用于民用建筑的設(shè)計(jì)中，需要系數(shù)法的應(yīng)用范圍得要廣泛得多。此外，還有一種二項(xiàng)式法也能夠用于計(jì)算*大負(fù)荷，但這這種方法僅局限于目標(biāo)設(shè)備數(shù)量較少，且彼此之間的容量差異較大的情況。
2、變電所主變壓器與主接線方案的選擇
一般來說，變電所的主變壓器有如下三種類型：①氣體絕緣變壓器；②干式變壓器；③油浸式變壓器。三種類型的變壓器，有不同的性能優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的環(huán)境條件。所以，要根據(jù)變電所所處的實(shí)際情況、工廠的符合特點(diǎn)等情況，并基于經(jīng)濟(jì)性和符合容量的條件，選擇合適的類型，明確變壓器的具體臺(tái)數(shù)。特別需要注意的是，如果系統(tǒng)中的一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷相對(duì)較多，存在著較大的季節(jié)性負(fù)荷差異，并且負(fù)荷相對(duì)集中，*好選擇兩臺(tái)或以上變壓器。這樣能夠在充分滿足需求的同時(shí)，較大程度保證安全性，即使其中一臺(tái)變壓器斷開，另外的變壓器依然可以滿足工廠的一二級(jí)符合用電需求，較大程度的保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3、變壓器及其冷卻與調(diào)壓方式的選擇
（1）變壓器繞組的選擇。就當(dāng)前的實(shí)際情況來看，電力系統(tǒng)運(yùn)用較為廣泛的繞組方式一種是星形繞組，另一種是三角形繞組；具體選擇哪一種，需要結(jié)合項(xiàng)目的具體情況和需求，選擇合適的方式。一般依據(jù)如下的原則決定繞組方式，對(duì)于大于110kV，以及35kV的電壓，則應(yīng)當(dāng)選擇使用星形繞組，同時(shí)完成繞組在以后可采用消弧線圈連接中心點(diǎn)從而保證接地。對(duì)于35kV以下的電壓，則應(yīng)當(dāng)選擇三角形繞組。（2）冷卻方式與調(diào)壓方式。主變壓器的冷卻方式，有如下幾種方式可以選擇，包括自然風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫循環(huán)風(fēng)冷卻。變壓器調(diào)壓功能的實(shí)現(xiàn)，一般是以分接開關(guān)來切換變壓器分接頭的方式來實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到變更變壓器變比的目的。設(shè)計(jì)過程中對(duì)于切換方式的設(shè)計(jì)，可選擇無激勵(lì)調(diào)壓或有載調(diào)壓。其中前者的調(diào)壓范圍一般在5%的范圍內(nèi)，而后者的調(diào)壓范圍則能夠達(dá)到30%。本次設(shè)計(jì)中該工廠對(duì)于變壓器調(diào)壓范圍沒有太大的要求，5%以內(nèi)已經(jīng)足夠滿足日常生產(chǎn)使用?；诖?，本次設(shè)計(jì)中，變壓器調(diào)壓方式選擇無載變壓器調(diào)壓。
4、一次設(shè)備的校驗(yàn)
在變電所及配電線路綜合設(shè)計(jì)中，其中還包括了對(duì)設(shè)備的校驗(yàn)工作，這也直接影響著設(shè)計(jì)的合理性。設(shè)備校驗(yàn)需要技術(shù)人員對(duì)高壓側(cè)、低壓側(cè)的一次設(shè)備，按照相關(guān)技術(shù)參數(shù)展開整體校驗(yàn)，這也是保證整個(gè)變電所及配電線路可靠性的重要工作。
5、變電所進(jìn)出線的選擇
在進(jìn)出線的選擇方面，10kV出線電纜一般都設(shè)計(jì)為電纜溝的方式完成，并以電纜的形式連接10kV側(cè)。需要特別注意的是，對(duì)于投入使用的電纜，須要對(duì)其實(shí)施短路電流熱效益計(jì)算，以保證其性能符合實(shí)際需求。在380V低壓出線的選擇中，要先對(duì)配電室連接主變低壓側(cè)的電纜實(shí)施普遍校驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上再對(duì)工廠給供氣、供水站、鍋爐車間、污水處理車間實(shí)施線路選擇。
6、二次回路方案與繼電保護(hù)方案的制定
在這一過程中，要首先完成高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)與信號(hào)回路方案的確定。因?yàn)樵摴S的配電系統(tǒng)中操作顯示機(jī)構(gòu)相對(duì)簡單，所以只需要以手動(dòng)操作完成即可。另外，根據(jù)該工廠的實(shí)際需求，系統(tǒng)中的斷路器要具備機(jī)械分合閘與儲(chǔ)能指示功能。其次，需要完成主變壓器斷電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，這一裝置的功能置于設(shè)定限過電流保護(hù)。通常情況下選擇真空斷路器，這樣能夠?qū)€路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三段式保護(hù)。①能夠?qū)崿F(xiàn)短路速斷保護(hù)；②能夠做到過流延時(shí)保護(hù)；③可以實(shí)現(xiàn)通電瞬間防涌閉鎖。對(duì)于具體的保護(hù)限制，可以由技術(shù)人員基于實(shí)際情況對(duì)參數(shù)做出相應(yīng)調(diào)整即可。這也需要在設(shè)計(jì)的過程中對(duì)電流保護(hù)整定值有較為準(zhǔn)確的估算。*后針對(duì)線路開關(guān)繼電保護(hù)整定。如果在實(shí)際設(shè)計(jì)線路中選擇了真空斷路器開關(guān)用于保護(hù)10kV，則應(yīng)當(dāng)以短路速斷保護(hù)作為系統(tǒng)的主保護(hù)措施，以過電流保護(hù)作為后備保護(hù)方式。速斷保護(hù)則需要首先明確速斷電流設(shè)定，還需要確定動(dòng)作時(shí)間設(shè)定。
7、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)
7.1概述
基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收?qǐng)?bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
7.2應(yīng)用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。
7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。
傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。
應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過來的數(shù)據(jù)。
展示層：用戶通過手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺(tái)信息。
7.4.1用能月報(bào)
用能月報(bào)支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號(hào)等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。
站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線、用電概況。
變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。
運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。
配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。
電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。
對(duì)平臺(tái)所有報(bào)警信息進(jìn)行分析。
任務(wù)管理頁面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。
用戶報(bào)告頁面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類缺陷及處理情況。
應(yīng)用場合 | 型號(hào) | 外觀圖 | 型號(hào)、規(guī)格 |
變電所運(yùn)維云平臺(tái) | AcrelCloud-1000 |
| AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收?qǐng)?bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。 |
網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 |
擴(kuò)展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴(kuò)展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
中壓進(jìn)線 | AM6-L |
| 三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù) |
APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； | |
中壓進(jìn)線 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口，支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
中壓饋線 | AM6-L |
| 三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù) |
APM810 |
| 三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； | |
低壓進(jìn)線 | AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級(jí),無功電能精度2級(jí)；工作溫度：-10℃～+55℃；相對(duì)濕度：≤95不結(jié)露 |
低壓出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；2-31次分次諧波及總諧波含量分析、低壓出線分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）；電流規(guī)格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級(jí)，無功電能精度2級(jí) |
ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級(jí) | |
無線測溫 | ATE-400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
ATC-600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收ATE系列傳感器、 AHE等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報(bào)警出口。 | |
環(huán)境溫濕度 | WHD |
| WHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān) 柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和 濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0RH～99RH |
水浸傳感器 | RS-SJ-*-2 |
| 接觸式水浸傳感器，監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V 工作溫度：－20℃+60℃ 工作濕度：0%RH~80%RH 響應(yīng)時(shí)間：1s 繼電器輸出：常開觸點(diǎn)。 |
攝像機(jī) | CS-C5C-3B1WFR |
| 支持720P高清圖像，*高支持分辨率可達(dá)到130萬像素（1280*960)內(nèi)置麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器具有語音雙向?qū)χv功能，支持螢石云互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，通過手機(jī)、PC等終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動(dòng)和視頻觀看。 |
煙霧傳感器 | BRJ-307 |
| 光電式煙霧傳感：電源正極（DC 12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點(diǎn) |
門禁 | MC-58(常開型） |
| 常開型；感應(yīng)距離：30-50mm 材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度，干接點(diǎn)輸出。 |
配套附件 | ARTU-K16 |
| 常開型；感應(yīng)距離：30-50mm 材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點(diǎn)輸出 |
KDYA-DG30-24K |
| 輸出 DC 24V;24V電源 |
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷成熟，各種工業(yè)企業(yè)的規(guī)模和技術(shù)都有了大幅進(jìn)步，電能作為當(dāng)前工業(yè)企業(yè)中十分重要的能源，發(fā)揮著巨大的作用。所以，應(yīng)當(dāng)要做好企業(yè)的電力能源的供應(yīng)公共工作。這一方面需要保證供電效率，另一方面需要保證供電的穩(wěn)定性和可靠性。如果電力供應(yīng)穩(wěn)定性不足，則會(huì)對(duì)工廠造成損失，甚至可能引發(fā)安全事故。而保證電力供應(yīng)穩(wěn)定性和可靠性，首先要強(qiáng)化變電所與配電線路設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，這樣才能為企業(yè)營造更好的生產(chǎn)和發(fā)展環(huán)境。
參考文獻(xiàn)
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[4]賀殿霜.變電所及配電線路的綜合設(shè)計(jì)分析（河北寰球工程有限公司，河北 072750）
