变配电站综合自动化系统的电气设计

    变配电站综合自动化系统在电力系统已经得到广泛应用，在工业与民用变配电站也开始推广应用。变配电站综合自动化系统是电力系统继电保护中最先进的技术，它与常规继电保护在电气设计上有着较大的区别。在其推广与应用过程中，变配电站二次电路设计也出现了许多新问题。

    1、变配电站综合自动化系统的定义

    利用计算机技术，将微机保护、自动控制与站内监控等功能集中在一起的计算机系统称为变配电站综合自动化系统。变配电站的自动控制主要有备用电源自动投切与母线电压自动切换。站内监控能将变配电站的电流、电压、功率、电能、频率与谐波等参数以及各种事故报警及时传输到计算机，使值班人员随时观察到变配电站的运行情况，及时发现与处理事故，减少事故停电时间。

    在小型变配电站可以不设置计算机，变配电站综合自动化装置有事故与预告报警输出干接点，可将其分别引到值班室中央信号屏(箱)，发生事故可以及时报警。值班人员可以随时到配电室，在变配电站综合自动化装置液晶显示屏上对变配电站的各种参数以及事故记录进行观察。

    在继电保护方面它有自诊断功能，保护整定简单方便，精度高。能随时观察到各种保护整定值，并可在线整定。随着产品质量不断提高，价格不断下降，其应用会越来越广泛。

    2、电气设计的主要内容

    变配电站综合自动化系统的电气设计为二次电路设计。主要内容包括保护功能选择、操作电源设计、测量回路设计、控制回路设计、信号回路设计以及外部电缆设计。控制回路还包括备用电源自动投切与母线测量电压自动切换。

    变配电站一次供电方案确定后，便可进行一次单线系统图设计，选择开关柜与操动机构型号。然后即可进行变配电站综合自动化系统的二次电路设计。它首先要满足一次供电方案以及所选的开关柜与操动机构技术要求。变配电站综合自动化系统不会影响到一次供电方案以及开关柜与操动机构选择。

    3、保护功能选择

    变配电站综合自动化装置保护功能比较全。电流保护有速断、过流与过负荷三段保护，过负荷有定时限与反时限，电压保护有过电压与低电压以及失压(无电压与电流)保护，其它还包括:单相接地保护、变压器的瓦斯与温度保护、电动机的堵转与热保护以及工艺故障跳闸、电容器的不平衡电流与电压、自动重合闸、备用电源自动投切与母线电压自动切换等。

    变配电站综合自动化装置保护功能完全由软件来完成，在其液晶显示屏上可以设置。不需要完全由二次电路设计来保证，这样就大大简化了二次电路设计。

    4、操作电源设计

    变配电站操作电源有直流操作与交流操作两种。直流操作电压有220V、11OV与48V三种。交流操作要采用UPS(不间断电源)或EPS(应急电源)作为后备电源，UPS与EPS电源输出电压为220V，所以交流操作电压只22OV一种。直流48V用于弱电集控，采用变配电站综合自动化系统后，弱电集控已经淘汰，直流48V不再使用。

    变配电站操作电源为不接地系统，并设置对地绝缘监视。直流操作电源输出不接地就可形成不接地系统。交流操作要采用UPS或EPS电源作为后备电源，必须在UPS或EPS电源输出端加20/20V隔离变压器，形成不接地系统后，再设置对地绝缘监视。

    变配电站综合自动化装置的供电电源电压为交直流两用，电压有直流220V、直流110V，以及交流220V三种，功耗不大于10w。信号回路电压有直流220V、110V、24V，以及交流220V四种。

    直流操作电源由蓄电池作为后备电源，可靠性高，可实现无延时切换。变配电站综合自动化装置的供电电源取自直流屏。采用弹簧储能与永磁操动机构后，由于其合分闸以及储能电源电流都很小，所以直流操作电源电压应选110V。

    交流操作电源由电压互感器与所用变供电。常规继电保护采用交流操作时，事故跳闸由操动机构内部的电流脱扣器来完成，不受交流操作电源切换时间的影响。采用变配电站综合自动化装置后，事故跳闸由操动机构内部的分励脱扣器来完成，对交流操作电源切换时间要求很高。

    有关设计手册与二次接线标准图要求采用在线式UPS不间断电源供电。仔细分析发现，采用变配电站综合自动化装置后，交流操作电源切换时间主要对操动机构内部的分励脱扣器影响很大。变配电站综合自动化装置内部电源选用开关电源，大容量的滤波电容保证了变配电站综合自动化装置供电电源中断0.5不会死机。变配电站综合自动化装置跳闸的固有时间为35ms。假如交流操作电源切换时间为20ms，变配电站综合自动化装置在25ms内不会死机，35ms后才能发出跳闸指令给操动机构内部的分励脱扣器，此时交流操作电源已恢复，继电保护跳闸不会受到影响。所以选用的UPS或EPS不间断电源供电切换时间不大于20ms就可以了。但必须为低电压切换，不能选用失压切换。

    5、测量回路设计

    测量回路设计分为电流测量回路与电压测量回路设计。电流测量回路设计的主要问题为三电流互感器与两电流互感器以及零序电流互感器选择。电压测量回路设计的主要问题为V/V型与YO/YO/乙(开口三角形)电压互感器选择。

    5.1电流测量回路设计

    a.三电流互感器。我国10kV供电系统为不接地系统，随着电力系统的不断发展，输配电线路总长度越来越长，全网的对地电容电流总和已超过允许值，发生单相接地故障就要求跳闸。10kV供电系统中性点经过小电阻接地，此时继电保护就要采用三电流互感器。

    变压器保护需要用高压侧过电流作为低压侧单相接地短路的后备保护时，也要求采用三电流互感器。高压电动机与高压电容器三相不平衡保护也需要采用三电流互感器。

    b.二电流互感器。10kV供电系统全网的对地电容电流总和不超过允许值时，10kV供电系统中性点不接地。没有上述后备与不平衡保护要求时，采用二电流互感器。

    c.零序电流互感器。01kV供电系统中性点不接地，发生单相接地故障后，全网单相接地一相对地电容电流为零，其它不接地两相对地电容电流增加V厄夕倍，不接地两相对地总电容电流经过单相接地故障回路流向母线。安装零序电流互感器后，就可以判断出单相接地故障回路。对于出线回路比较多的大中型变配电站，可安装零序电流互感器作为单相接地故障保护。

    5.2电压测量回路设计

    a.无高压计量的小型变配电站可以不安装电压互感器。

    b.01kV供电系统中性点不接地，发生单相接地故障后，由上一级变配电站进行单相接地故障报警或跳闸的小型变配电站，可安装V/V型电压互感器。

    c.orkV供电系统中性点不接地，发生单相接地故障后，需要进行单相接地故障报警或跳闸的大中型变配电站，需要安装YO/YO/乙(开口三角型)电压互感器。

    5.3关于电流表的设置

    变配电站综合自动化装置液晶显示屏上可以观察到电流等参数，开关柜上就可以不再设计各种测量仪表。高压电动机出线柜与高压电动机机旁以及DCS(集散控制系统)操纵台应设计单相过载型指针式电流表，以便于观察到电动机的启动电流与启动时间。

    此时如果用二次侧额定电流为IA的电流互感器，可以减小引到高压电动机机旁电流测量电缆的截面。

    DCS系统需要4一ZOmA电流时，电流变送器可安装在DCS系统操纵台。

    5.4关于电能表的设置

    有计算机系统时可统计电能报表，开关柜上应安装普通型自带电源隔离输出的脉冲电能表。如果选用的变配电站综合自动化装置可以计算电能，开关柜上就可不安装电能表，此时电能报表只能作为内部核算用。

    6、控制回路设计

    控制回路设计主要包括电源进线与母联断路器合分闸连锁、合分闸操作、不对应接线、防跳、备用电源自动投切与母线测量电压自动切换。

    6.1、控制回路的合分闸连锁

    a.控制回路的合分闸连锁由变配电站的运行方式决定。有两路进线单母线不分段的变配电站，两路进线不能同时合闸，要求互相连锁。有两路进线单母线分段的配电站，两路进线与母联三个开关只允许两个同时合闸，三个开关要求互相连锁。

    b.高压电动机出线柜有工艺允许合闸连锁以及工艺与电动机故障跳闸。高压电容器出线柜有允许合闸连锁。

    6.2合分闸操作

    a.采用变配电站综合自动化系统后，一般只设计开关柜前就地操作与计算机远程遥控操作。变配电站综合自动化装置集中组屏时，要设计开关柜前就地操作与保护(或控制)屏两地操作以及计算机远程遥控操作。

    b.高压电动机出线柜除上述操作方式外，还有电动机机旁与DCS系统操纵台操作。电动机机旁合闸优先权最高。

    6.3不对应接线

    常规设计开关柜合分闸操作开关采用不对应接线。合分闸操作开关有预合一合闸一合后与预分一分闸一分后六个位置。在预合与预分位置时合分闸信号灯接到闪光母线上，以便对断路器合分闸控制回路进行检查。合闸后其接点与断路器常闭接点串联，再接到事故跳闸报警母线，形成事故跳闸报警信号电路。

    采用变配电站综合自动化系统后，变配电站综合自动化装置本身已有事故跳闸与事故预告报警干接点输出，不再需要设计不对应接线。有了计算机遥控后，合分闸操作应选用自复位开关或控制按钮。为了方便作防跳试验，最好选用控制按钮。