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【摘要】针对1O kV配电站中的电气系统进行了详细的分析设计，首先简要分析了配电站开关站的布置方式，在此基础上对配电站电气系统进行了分析设计，给出了一次电气系统设计布置方案，并就其中一些关键性技术问题展开了探讨，最后分析了电气系统抗干扰措施的应用。
【关键字】10KV配电站，电气系统设计
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
随着经济的发展，各地对电力的需求缺口也越来越大，在这样的背景下，我国开始大力建设配电站。小型配电站因其建设周期快、成本相对较低，占建设数量的很大一部分，本论文主要所探讨10 kV配电站。对配电站电气系统的设计，主要是结合配电站输变电的等级要求，对相关电气系统进行功率设计，保证在安全稳定运行的前提下实现配电站效益的最大化。随着电力电子技术的飞速发展，以及计算机网络通信技术的发展，现在配电站越来越倾向于对电气系统实现远程监测与控制。本文从10 kV配电站电气系统的实际开发应用入手，对电气系統进行开发设计，并探讨电气系统设计过程中的一些问题，以此和广大同行分享。
二．配电站设备的选择
1．lOkV开关柜的选择
本设计10kV开关柜选用“五防”型KYN28A一12型户内金属铠装中置移开式开关柜，柜中配VD4真空断路器。进线柜、分段柜额定电流为1250A、额定开断电流为25kA。馈线柜、配变柜额定电流为630A，额定开断电流选用20kA，压变避雷器柜额定电流为630A。进线回路的电流互感器变比600／5A。馈线回路的电流互感器变比400／5A。
2．配变的选择
在配电站中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是配电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，以确定保证安全可靠供电为基础，确定变压器的经济容量，提高网络经济运行素质将具有明显经济意义。根据变压器的台数、容量、形式、连接组别等选择原则，本设计选用两台S11一MR一800／10kV油浸式变压器(带油枕)，连接组别选用D，ynl1。
过去也有工程选用Y，ynO结线组别的变压器，其原因主要是不清楚D，ynl1结线的优点。在GB50052—95《供配电系统设计规范》中第6．0．7条规定：“在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选用D，ynl1结线组别的三相变压器作为配电变压器”。这里“宜选用”的理由，主要基于D，ynl1结线比Y，ynO结线的变压器具有以下优点：
(一)有利于抑制高次谐波电流。三次及以上高次谐波励磁电流在原边接成△形条件下，可在原边形成环流，有利于抑制高次谐波电流，保证供电波形的质量。
(二)有利于单位相接地短路故障的切除。因D，ynl1结线比Y，ynO结线的零序阻抗小得多，使变压器配电系统的单相短路电流扩大3倍以上，故有利于单相接地短路故障的切除。
(三)能充分利用变压器的设备能力。Y，ynO结线变压器要求中性线电流不超过低压绕组额定电流的25％，见GB50052—95第6．0．8条，严重地限制了接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分利用；而D，ynl1结线变压器的中性线电流允许达到相电流的75％ 以上，甚至可达到相电流的100％ ，使变压器的容量得到充分的利用，这对单相负荷容量大的系统是十分必要的。因此在TN及TT系统接地型式的低压电网中，推荐采用D，ynl1结线组别的配电变压器。
三．10 kV配电站电气系统设计
1．配电站电气一次系统设计
电压等级为110 kV设置2回进线，而10 kV则设置l6回进线，变压器采用三角星型接线方式，在进线端采用内桥接线方式，在出线端采用母线分段连接的接线方式。对于电气一次系统，主要从变电站层和间隔层两个角度人手设计，实现主接线电气设计。具体电气接线设计方案如图1所示。
图1 10 kV配电站电气接线原理示意图
1O kV配电站电气系统设计可以由以下几个层次构成，具体分析如下：
（一）变电站层
变电站层硬件可分为以下几个部分：
首先是监控终端主机。监控终端主机，也就是所谓的上位机，能够对来自底层的设备传感器采集的状态数据进线处理和分析，主要完成对电网电力数据的采集，以及对电网和主要电气设备运行过程的实施监测，并将需要保存的运行数据进行显示、存储、打印、图形化分析及超限报警等任务。
其次是工程师站，为每一个配电站网络节点配备工程师站节点，利用工程师站的节点计算机实现对日常维护工作的统一和协调。
再次是通信管理机。通信管理机的主要功能是实现对网络中的不同通信终端与主机之间的通信转换，包括通信规约转换、通信格式转换等。简单的说，通信管理机就是一个远程通信的调度管理器，将来自不同终端的网络设备彼此之间的通信，以及与主机之间的通信按照事先设计好的调度权重值进行通信调度和转换，从而实现整个配电站网络通信的顺利和通畅。
最后是网络设备及网络电缆。光纤网络设备主要是指完成相关数据传输传送的网络中间件，比如路由器、收发中转站等。网络层设备及其网络电缆的通信可靠性直接影响到配电站运行的稳定可靠。
（二）间隔层
间隔层从硬件角度来实现，主要依赖于最小单片机系统，采用16位的PIC系列单片机作为间隔层的CPU，通过配置片外ROM 和片外RAM，以及必要的输入通道器件和输出通道器件，实现由最小单片机系统对各电气设备之间的隔离和信号传输，同时最小单片机系统还承担着对变压器、继电保护器、进线、出线等电气设备的工作状态参数的实时监测和保护等功
能。
2．电气系统设计的要点
（一）分布式母线保护
分布式母线保护对于一次电气系统而言具有多重保护作用，主要负责保证主接线母线的稳定可靠工作，防止误跳闸。分布式母线保护主要由隔离保护模块和中央保护模块两个功能模块构成。间隔保护模块主要由光电隔离器实现对电信号传输链路的切断，从而阻隔了干扰的传输，而中央保护模块主要完成主接线母线负责的各子单元之间的同步协调和跳闸判断等等。倘若不采用分布式母线保护装置，一旦断路器保护装置失灵，将会有大量的干扰信号被引人到主接线母线中，造成电气一次系统无法正常稳定可靠工作。
（二）旁路保护
由于10 kV主接线采用双母线带旁路母线设计方案，因此需要对旁路进行保护，否则旁路容易因为受到被隔离在双母线之外的干扰信号的干扰而无法正常工作。在设计保护电路时，主要是通过隔离保护器和自动切换装置实现对旁路的保护。隔离保护器主要实现对干扰信号的隔离，而自动切换装置需要实时监测双母线的工作状态。一旦双母线出现故障时，要能够自动切换到旁路通道进行无缝连接工作，从而有效地保障了整个电气一次系统的正常温度可靠工作。
（三）直流电源保护
配电站一次电气系统中必须要对直流电源进行保护，倘若采用传统的直流电源滤波器，则会由于滤波需求而引入新的谐波干扰。因此尽量采用直流稳压开关电源对电气系统进行直流稳压供电。这样能够在实现供电的同时避免将纹波电流引入到电气系统中而造成新的干扰。
3．电气系统抗干扰设计
由于配电站电气系统中存在大量电气设备及感性负载，因此在实际运行过程中，不可避免地存在很多高频或低频谐波干扰，为了保证电气系统的稳定可靠运行，就必须对电气系统进线抗干扰设计。由于电气系统在设计时分为模拟传输通道和数字传输通道，因此在具体抗干扰设计时需要根据传输物理量的性质分别进线抗干扰设计。
（一）模拟通道抗干扰技术
一是使用隔离放大器实现模拟信号在相邻电气设备之间传输时的干扰，这是由于隔离放大器内部的隔离器(光电隔离器或者电磁隔离器)能够切断信号传输链路，从而切断干扰的传输路径，实现了对模拟信号的干扰隔离。
二是从传感器到传输装置，尽量采用电流型器件，或者尽量将电压型器件的电压信号转换为电流信号进行传输，这样能够有效地避免由于电压叠加而带来的叠加噪声干扰。
三是在信号传输链路上加入低通滤波器，实现对高频噪声干扰信号的过滤，提高信号的信噪比。
（二）数字通道抗干扰技术
数字通道抗干扰措施主要借助于数字抗干扰集成芯片，对整个配电站电网或者电力系统回路采取干扰补偿的方式将高频尖峰脉冲干扰或者低频纹波电流干扰滤除，从而获得稳定可靠的电气特性。
四．结束语
10KV配电站电气系统的设计是一个系统工程，应该努力做好这方面的设计，提高配电站的运行效率。
参考文献：
[1]吴轶强 某高校10KV变配电站的微机继电保护工程设计与建设南昌大学2007-12-10硕士
[2]寇渭新 10kV配电站计算机监控系统的电气设计橡塑技术与装备2005-10-20期刊
[3]关宏; 王庭佛; 郜树民; 朱吕胜 10kV和35kV变配电站的噪声影响和治理噪声与振动控制2002-10-05期刊
[4]李强 10.5KV微机继电保护系统的设计与实现华东理工大学2011-03-25硕士
【关键字】10KV配电站，电气系统设计
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
随着经济的发展，各地对电力的需求缺口也越来越大，在这样的背景下，我国开始大力建设配电站。小型配电站因其建设周期快、成本相对较低，占建设数量的很大一部分，本论文主要所探讨10 kV配电站。对配电站电气系统的设计，主要是结合配电站输变电的等级要求，对相关电气系统进行功率设计，保证在安全稳定运行的前提下实现配电站效益的最大化。随着电力电子技术的飞速发展，以及计算机网络通信技术的发展，现在配电站越来越倾向于对电气系统实现远程监测与控制。本文从10 kV配电站电气系统的实际开发应用入手，对电气系統进行开发设计，并探讨电气系统设计过程中的一些问题，以此和广大同行分享。
二．配电站设备的选择
1．lOkV开关柜的选择
本设计10kV开关柜选用“五防”型KYN28A一12型户内金属铠装中置移开式开关柜，柜中配VD4真空断路器。进线柜、分段柜额定电流为1250A、额定开断电流为25kA。馈线柜、配变柜额定电流为630A，额定开断电流选用20kA，压变避雷器柜额定电流为630A。进线回路的电流互感器变比600／5A。馈线回路的电流互感器变比400／5A。
2．配变的选择
在配电站中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是配电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，以确定保证安全可靠供电为基础，确定变压器的经济容量，提高网络经济运行素质将具有明显经济意义。根据变压器的台数、容量、形式、连接组别等选择原则，本设计选用两台S11一MR一800／10kV油浸式变压器(带油枕)，连接组别选用D，ynl1。
过去也有工程选用Y，ynO结线组别的变压器，其原因主要是不清楚D，ynl1结线的优点。在GB50052—95《供配电系统设计规范》中第6．0．7条规定：“在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选用D，ynl1结线组别的三相变压器作为配电变压器”。这里“宜选用”的理由，主要基于D，ynl1结线比Y，ynO结线的变压器具有以下优点：
(一)有利于抑制高次谐波电流。三次及以上高次谐波励磁电流在原边接成△形条件下，可在原边形成环流，有利于抑制高次谐波电流，保证供电波形的质量。
(二)有利于单位相接地短路故障的切除。因D，ynl1结线比Y，ynO结线的零序阻抗小得多，使变压器配电系统的单相短路电流扩大3倍以上，故有利于单相接地短路故障的切除。
(三)能充分利用变压器的设备能力。Y，ynO结线变压器要求中性线电流不超过低压绕组额定电流的25％，见GB50052—95第6．0．8条，严重地限制了接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分利用；而D，ynl1结线变压器的中性线电流允许达到相电流的75％ 以上，甚至可达到相电流的100％ ，使变压器的容量得到充分的利用，这对单相负荷容量大的系统是十分必要的。因此在TN及TT系统接地型式的低压电网中，推荐采用D，ynl1结线组别的配电变压器。
三．10 kV配电站电气系统设计
1．配电站电气一次系统设计
电压等级为110 kV设置2回进线，而10 kV则设置l6回进线，变压器采用三角星型接线方式，在进线端采用内桥接线方式，在出线端采用母线分段连接的接线方式。对于电气一次系统，主要从变电站层和间隔层两个角度人手设计，实现主接线电气设计。具体电气接线设计方案如图1所示。
图1 10 kV配电站电气接线原理示意图
1O kV配电站电气系统设计可以由以下几个层次构成，具体分析如下：
（一）变电站层
变电站层硬件可分为以下几个部分：
首先是监控终端主机。监控终端主机，也就是所谓的上位机，能够对来自底层的设备传感器采集的状态数据进线处理和分析，主要完成对电网电力数据的采集，以及对电网和主要电气设备运行过程的实施监测，并将需要保存的运行数据进行显示、存储、打印、图形化分析及超限报警等任务。
其次是工程师站，为每一个配电站网络节点配备工程师站节点，利用工程师站的节点计算机实现对日常维护工作的统一和协调。
再次是通信管理机。通信管理机的主要功能是实现对网络中的不同通信终端与主机之间的通信转换，包括通信规约转换、通信格式转换等。简单的说，通信管理机就是一个远程通信的调度管理器，将来自不同终端的网络设备彼此之间的通信，以及与主机之间的通信按照事先设计好的调度权重值进行通信调度和转换，从而实现整个配电站网络通信的顺利和通畅。
最后是网络设备及网络电缆。光纤网络设备主要是指完成相关数据传输传送的网络中间件，比如路由器、收发中转站等。网络层设备及其网络电缆的通信可靠性直接影响到配电站运行的稳定可靠。
（二）间隔层
间隔层从硬件角度来实现，主要依赖于最小单片机系统，采用16位的PIC系列单片机作为间隔层的CPU，通过配置片外ROM 和片外RAM，以及必要的输入通道器件和输出通道器件，实现由最小单片机系统对各电气设备之间的隔离和信号传输，同时最小单片机系统还承担着对变压器、继电保护器、进线、出线等电气设备的工作状态参数的实时监测和保护等功
能。
2．电气系统设计的要点
（一）分布式母线保护
分布式母线保护对于一次电气系统而言具有多重保护作用，主要负责保证主接线母线的稳定可靠工作，防止误跳闸。分布式母线保护主要由隔离保护模块和中央保护模块两个功能模块构成。间隔保护模块主要由光电隔离器实现对电信号传输链路的切断，从而阻隔了干扰的传输，而中央保护模块主要完成主接线母线负责的各子单元之间的同步协调和跳闸判断等等。倘若不采用分布式母线保护装置，一旦断路器保护装置失灵，将会有大量的干扰信号被引人到主接线母线中，造成电气一次系统无法正常稳定可靠工作。
（二）旁路保护
由于10 kV主接线采用双母线带旁路母线设计方案，因此需要对旁路进行保护，否则旁路容易因为受到被隔离在双母线之外的干扰信号的干扰而无法正常工作。在设计保护电路时，主要是通过隔离保护器和自动切换装置实现对旁路的保护。隔离保护器主要实现对干扰信号的隔离，而自动切换装置需要实时监测双母线的工作状态。一旦双母线出现故障时，要能够自动切换到旁路通道进行无缝连接工作，从而有效地保障了整个电气一次系统的正常温度可靠工作。
（三）直流电源保护
配电站一次电气系统中必须要对直流电源进行保护，倘若采用传统的直流电源滤波器，则会由于滤波需求而引入新的谐波干扰。因此尽量采用直流稳压开关电源对电气系统进行直流稳压供电。这样能够在实现供电的同时避免将纹波电流引入到电气系统中而造成新的干扰。
3．电气系统抗干扰设计
由于配电站电气系统中存在大量电气设备及感性负载，因此在实际运行过程中，不可避免地存在很多高频或低频谐波干扰，为了保证电气系统的稳定可靠运行，就必须对电气系统进线抗干扰设计。由于电气系统在设计时分为模拟传输通道和数字传输通道，因此在具体抗干扰设计时需要根据传输物理量的性质分别进线抗干扰设计。
（一）模拟通道抗干扰技术
一是使用隔离放大器实现模拟信号在相邻电气设备之间传输时的干扰，这是由于隔离放大器内部的隔离器(光电隔离器或者电磁隔离器)能够切断信号传输链路，从而切断干扰的传输路径，实现了对模拟信号的干扰隔离。
二是从传感器到传输装置，尽量采用电流型器件，或者尽量将电压型器件的电压信号转换为电流信号进行传输，这样能够有效地避免由于电压叠加而带来的叠加噪声干扰。
三是在信号传输链路上加入低通滤波器，实现对高频噪声干扰信号的过滤，提高信号的信噪比。
（二）数字通道抗干扰技术
数字通道抗干扰措施主要借助于数字抗干扰集成芯片，对整个配电站电网或者电力系统回路采取干扰补偿的方式将高频尖峰脉冲干扰或者低频纹波电流干扰滤除，从而获得稳定可靠的电气特性。
四．结束语
10KV配电站电气系统的设计是一个系统工程，应该努力做好这方面的设计，提高配电站的运行效率。
参考文献：
[1]吴轶强 某高校10KV变配电站的微机继电保护工程设计与建设南昌大学2007-12-10硕士
[2]寇渭新 10kV配电站计算机监控系统的电气设计橡塑技术与装备2005-10-20期刊
[3]关宏; 王庭佛; 郜树民; 朱吕胜 10kV和35kV变配电站的噪声影响和治理噪声与振动控制2002-10-05期刊
[4]李强 10.5KV微机继电保护系统的设计与实现华东理工大学2011-03-25硕士