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浅谈10kV配电站电气系统设计中的一些问题
作者：边俊洲
来源：《农家致富顾问·下半月》2014年第14期
摘 要：本文主要所探讨10kV配电站设计的一些关键问题，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。
关键词：10kV；配电站；电气系统设计
配电是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。随着经济的发展，各地对电力的需求缺口也越来越大，在此背景下，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，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。
配电系统由配电变电所（通常是将电网的输电电压降为配电电压）、高压配电线路（即1千伏以上电压）、配电变压器、低压配电线路（1千伏以下电压）以及相应的控制保护设备组成。配电电压通常有35～60千伏和3～10千伏等。 1.电气系统开关站方案比较选择
对于10kV配电站，开关站是必不可少的电气系统。电气开关站一般有两种布置方案，对比分析如下：
1.1 敞开式中型布置方案
敞开式中型布置需要占用一定的面积，具体的占用面积要结合配电站开关站的规格来确定。出线方式可以采用电缆出线，或者架空出线，这样能够有效的节省出线空间。倘若采用电缆出线方式，则10kV关站高压配电装置可以布置在开关站地基的台地上，这样能够与开关站的发电机同等高度，方便后期维护管理。倘若采用架空出线方式，则需要根据配电开关站与建筑物的距离远近设置若干铁塔基座，还必须修建进站道路用以敷设架空电缆，这种方式投资较大，但是有效地节省了布置空间，且方便管理。因此，在实际的布置方案选择中，应当根据配电站的实际状况加以选择。 1.2 GIS布置方案
对于GIS布置方案，也同样具有电缆出线和架空出线两种方式。倘若采用电缆出线方式，则GIS设备与出线场设备之间必须采用电缆连接，中间还需要架设隔离开关、电压互感器、滤
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波器及避雷器等一系列感性负载电气设备，投资额较大。且由于使用了大量感性负载，在感性负载切换时容易产生大量高频谐波，对输变电网络造成一定污染。倘若采用架空出线方式，则GIS设备出线可以依靠管道进行敷设。而架空出线方式下还必须架设隔离开关，与电缆出线方式相比，架空出线方式现场线缆布置更加紧凑，同时也有利于后期对GIS设备及其他电气设备的检修维护。
2. 10kV配电站电气系统设计 2.1 配电站电气一次系统设计
为了使本文所探讨的配电站电气系统的设计更加具有针对性，这里以电压等级为10kV为例进行电气系统设计的分析。对于一次电气系统的设计，主要需要确定进线回路和出线回路数量，确定主接线方式，结合10kV配电站对于电气系统的负载负荷量相对较小，因此，可做如下设计：电压等级为110kV设置2回进线，而10kV则设置16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入手设计，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 10KV配电站电气接线原理示意图
10kV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： 2.1.1 变电站层
变电站层硬件可分为几个部分：（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。 2.1.2 间隔层
所谓间隔层就是将配电站电气一次系统的各个电气设备分别布置好之后，设立间隔隔断装置实现各个电气设备彼此之间的隔断，链路断而信号不断，有效地保证了电气设备的稳定可靠运行，也避免了输变电网络上的污染和干扰。间隔层从硬件角度来实现，主要依赖于最小单片
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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。 2.2 电气系统设计的几个关键 2.2.1 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入到主接线母线中，造成电气一次系统无法正常稳定可靠工作。 2.2.2 旁路保护
由于10kV 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。 2.2.3 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。 2.3 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。 2.3.1 模拟通道抗干扰技术
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（1）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。（2）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。（3）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。 2.3.2 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。
综上所述，对于10kV配电站电气系统的设计，开关站及其主站线损抑制是电气系统设计的重点。对于配电站电气系统设计还有更多实践性问题，有待于广大我们在设计中总结和创新，才能最终实现10kV配电站的电气系统设计及其应用达标。
