摘要：以某工廠變電所與配電線路為例，分析工廠的性質、規劃、規模以及未來的發展，對供電的具體需求，提出變電所與配電線路的綜合設計方案。
關鍵詞：變電所，配電線路，綜合設計
0、引言
在供電系統中，變電所具有至關重要的地位，其核心功能就是對電能的電流、電壓實施相應的轉化，然后再按照既定的要求重新分配，從而是電能的相關性質從符合運輸需求調整為符合用電需求，以滿足生產或生活對電力資源的需要。一旦變電所運行出現故障，必然會直接影響用戶對電能的使用，甚至嚴重的情況下還有可能造成電力系統的整體性崩潰。本文將主要針對某工廠的變電所以及其低壓配電系統展開設計，這首先需要對該工廠的整體符合展開科學的計算，并以此為基礎明確該工廠對于電能的具體需求，進而完成供配電方案的編制，其中至關重要的內容是高低壓電設備的選擇。對變電所與配電線路的綜合設計，就是要確保整個工廠的整個供電系統較大程度保證其可靠性、穩定性，從而更好地服務于工廠的需求。
1、工廠負荷的計算
計算和分析工廠的用電負荷，是設計變電所與配電線路的基礎。這一過程本質上來看，就是根據工廠的用電設備的安裝容量的實際情況，評估和預測工廠運行狀態狀態下可能達到的*大負荷；這一數據本身屬于一個假象數據，也被稱之為需求負荷、*大負荷。這一指標在整個系統設計過程中有非常重要的意義，是用來選擇供電線路導向截面積的重要依據，也是用來選擇開關電器、變壓器容量相關參數的重要基礎。*大負荷的計算方法，在工作中常用的方法有如下幾種：①單位指標法；②需要系數法；③利用系數法。其中，需要系數法是應用作為廣泛的方法，就是對用電設備功率與需要系數以及同時系數的乘積進行計算，從而可以直接得出計算負荷。利用系數法需要首先得出*大負荷的均值，然后再結合這一數據考慮工廠用電設備的數量、功率等，*后在將相應的系數聯系得出目標數據。這三種方法相對來說，利用系數法的計算較為復雜，通常僅用于數理統計計算中，而單位指標法一般只會應用于民用建筑的設計中，需要系數法的應用范圍得要廣泛得多。此外，還有一種二項式法也能夠用于計算*大負荷，但這這種方法僅局限于目標設備數量較少，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，有不同的性能優缺點，適用于不同的環境條件。所以，要根據變電所所處的實際情況、工廠的符合特點等情況，并基于經濟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數。特別需要注意的是，如果系統中的一級、二級負荷相對較多，存在著較大的季節性負荷差異，并且負荷相對集中，*好選擇兩臺或以上變壓器。這樣能夠在充分滿足需求的同時，較大程度保證安全性，即使其中一臺變壓器斷開，另外的變壓器依然可以滿足工廠的一二級符合用電需求，較大程度的保障供電系統穩定性。
3、變壓器及其冷卻與調壓方式的選擇
（1）變壓器繞組的選擇。就當前的實際情況來看，電力系統運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，需要結合項目的具體情況和需求，選擇合適的方式。一般依據如下的原則決定繞組方式，對于大于110kV，以及35kV的電壓，則應當選擇使用星形繞組，同時完成繞組在以后可采用消弧線圈連接中心點從而保證接地。對于35kV以下的電壓，則應當選擇三角形繞組。（2）冷卻方式與調壓方式。主變壓器的冷卻方式，有如下幾種方式可以選擇，包括自然風冷卻、強迫油循環水冷卻、強迫循環風冷卻。變壓器調壓功能的實現，一般是以分接開關來切換變壓器分接頭的方式來實現，從而達到變更變壓器變比的目的。設計過程中對于切換方式的設計，可選擇無激勵調壓或有載調壓。其中前者的調壓范圍一般在5%的范圍內，而后者的調壓范圍則能夠達到30%。本次設計中該工廠對于變壓器調壓范圍沒有太大的要求，5%以內已經足夠滿足日常生產使用。基于此，本次設計中，變壓器調壓方式選擇無載變壓器調壓。
4、一次設備的校驗
在變電所及配電線路綜合設計中，其中還包括了對設備的校驗工作，這也直接影響著設計的合理性。設備校驗需要技術人員對高壓側、低壓側的一次設備，按照相關技術參數展開整體校驗，這也是保證整個變電所及配電線路可靠性的重要工作。
5、變電所進出線的選擇
在進出線的選擇方面，10kV出線電纜一般都設計為電纜溝的方式完成，并以電纜的形式連接10kV側。需要特別注意的是，對于投入使用的電纜，須要對其實施短路電流熱效益計算，以保證其性能符合實際需求。在380V低壓出線的選擇中，要先對配電室連接主變低壓側的電纜實施普遍校驗，在此基礎上再對工廠給供氣、供水站、鍋爐車間、污水處理車間實施線路選擇。
6、二次回路方案與繼電保護方案的制定
在這一過程中，要首先完成高壓斷路器操作機構與信號回路方案的確定。因為該工廠的配電系統中操作顯示機構相對簡單，所以只需要以手動操作完成即可。另外，根據該工廠的實際需求，系統中的斷路器要具備機械分合閘與儲能指示功能。其次，需要完成主變壓器斷電保護裝置的設計，這一裝置的功能置于設定限過電流保護。通常情況下選擇真空斷路器，這樣能夠對線路系統實現三段式保護。①能夠實現短路速斷保護；②能夠做到過流延時保護；③可以實現通電瞬間防涌閉鎖。對于具體的保護限制，可以由技術人員基于實際情況對參數做出相應調整即可。這也需要在設計的過程中對電流保護整定值有較為準確的估算。*后針對線路開關繼電保護整定。如果在實際設計線路中選擇了真空斷路器開關用于保護10kV，則應當以短路速斷保護作為系統的主保護措施，以過電流保護作為后備保護方式。速斷保護則需要首先明確速斷電流設定，還需要確定動作時間設定。
7、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運維云平臺
7.1概述
基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
7.2應用場所
適用于電信、金融、交通、能源、醫療衛生、文體、教育科研、農林水利、商業服務、公用事業等行業變配電運行維護系統的新建、擴建和改建。
7.3系統結構
系統可分為四層：即感知層、傳輸層、應用層和展示層。
感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監測裝置、攝像頭、開關量采集裝置等。除攝像頭外，其它設備通過RS485總線接入現場智能網關RS485端口。
傳輸層：包含現場智能網關和交換機等設備。智能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，并通過交換機把數據上傳至服務器端口，網絡故障時數據可存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。
應用層：包含應用服務器和數據庫服務器，若變電所數量小于30個則應用服務器和數據庫服務器可以合一配置。服務器需要具備固定IP地址，以接收各智能網關主動傳送過來的數據。
展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。
7.4.1用能月報
用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設置為月。
站點監測包括概況、運行狀態、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、用電概況。
變壓器狀態支持用戶查詢所有或某個站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態數據，支持按負荷率、功率等升、降序排名。
運維展示當前用戶管理的有關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狀態、電流等運行狀態及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數查詢。
視頻監控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內視頻信息。
電力運行報表顯示選定站所選定設備各回路采集間隔運行參數和電能抄表的實時值及平均值行統計。
對平臺所有報警信息進行分析。
任務管理頁面可以發布巡檢或消缺任務，查看巡檢或消缺任務的狀態和完成情況，可以點擊查看任務查看具體的巡檢信息。
用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數據，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數、報警事件等進行統計分析，并列出在該周期內巡檢時發現的各類缺陷及處理情況。
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應用場合 |
型號 |
外觀圖 |
型號、規格 |
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變電所運維云平臺 |
AcrelCloud-1000 |
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AcrelCloud-1000變電所運維云平臺基于互聯網＋、大數據、移動通訊等技術開發的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監測眾多變電所回路運行狀態和參數、室內環境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現場設備或環境視頻場景等需求，實現數據一個中心，集中存儲、統一管理，方便使用，支持具有權限的用戶通過電腦、手機、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報警，并完成有關設備日常和定期巡檢和派單等管理工作。 |
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網關 |
ANet-2E4SM |
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4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網接口，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擴展模塊，485擴展模塊。 |
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擴展模塊ANet-485 |
M485模塊：4路光耦隔離RS485 |
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擴展模塊ANet-M4G |
M4G模塊：支持4G全網通 |
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中壓進線 |
AM6-L |
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三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
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APM810 |
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三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
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中壓進線 |
APView500 |
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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／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口，支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
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中壓饋線 |
AM6-L |
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三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護 |
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APM810 |
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三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實時及需量；電流、電壓不平衡度；負載電流柱狀圖顯示；66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示； |
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低壓進線 |
AEM96 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；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）；電流規格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級；工作溫度：-10℃～+55℃；相對濕度：≤95不結露 |
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低壓出線 |
AEM72 |
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三相電參量U、1、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統計，正反向無功電能統計；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）；電流規格3x1.5(6)A,有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 |
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ADW300 |
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三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（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 |
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無線測溫 |
ATE-400 |
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合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A,測溫范圍－50-125℃,測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
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ATC-600 |
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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等傳輸的數據，1路485,2路報警出口。 |
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環境溫濕度 |
WHD |
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WHD溫濕度控制器產品主要用于中高壓開關 柜、端子箱、環網柜、箱變等設備內部溫度和 濕度調節控制。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0RH～99RH |
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水浸傳感器 |
RS-SJ-*-2 |
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接觸式水浸傳感器，監測變電所、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 響應時間：1s 繼電器輸出：常開觸點。 |
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攝像機 |
CS-C5C-3B1WFR |
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支持720P高清圖像，*高支持分辨率可達到130萬像素（1280*960)內置麥克風與揚聲器具有語音雙向對講功能，支持螢石云互聯網服務，通過手機、PC等終端實現遠程互動和視頻觀看。 |
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煙霧傳感器 |
BRJ-307 |
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光電式煙霧傳感：電源正極（DC 12V):+12V 繼電器輸出：常開觸點 |
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門禁 |
MC-58(常開型） |
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常開型；感應距離：30-50mm 材質：鋅合金，銀灰色電度，干接點輸出。 |
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配套附件 |
ARTU-K16 |
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常開型；感應距離：30-50mm 材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 |
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KDYA-DG30-24K |
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輸出 DC 24V;24V電源 |
隨著我國社會經濟的不斷發展以及科學技術的不斷成熟，各種工業企業的規模和技術都有了大幅進步，電能作為當前工業企業中十分重要的能源，發揮著不可或缺的作用。所以，應當要做好企業的電力能源的供應公共工作。這一方面需要保證供電效率，另一方面需要保證供電的穩定性和可靠性。如果電力供應穩定性不足，則會對工廠造成損失，甚至可能引發安全事故。而保證電力供應穩定性和可靠性，首先要強化變電所與配電線路設計的合理性和科學性，這樣才能為企業營造更好的生產和發展環境。
參考文獻
[1] 邱栓,薛冰.化工廠變電所及配電線路綜合設計技術研究[J].化工管理,2016(36):94.
[2] 曾偉峰.化工廠車間變電所及配電線路綜合設計技術研究[J].中國新技術新產品,2014(02):108.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
[4]賀殿霜.變電所及配電線路的綜合設計分析（河北寰球工程有限公司，河北 072750）
