箱式变电站智能系统设计

李九林(中电电气集团，江苏扬中212200)摘要：智能箱式变电站可以实现无人值守和远程管理，提高供电可靠性和电能质量，满足用户对供电的高要求。介绍了由智能监控仪表、智能模块和网络组成的箱式变电站分布式智能控制系统的设计思想。关键词：箱式变电站；智能化；设计概述现代工业的持续生产和人民生活水平日益提高，电力用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。箱式变电站作为直接面向用户的成套终端配电产品，因其成套性强、投资快、体积小、占地小、负荷中心深、终端电能质量提高、安装使用方便、易于与周围环境协调等优点，得到了快速发展和广泛应用。采用配电自动化技术的智能箱式变电站可以保证供电的连续性，提高供电的可靠性和电能质量，实现无人值守和远程监控管理。箱式变电站的智能化是应用计算机技术、微电子技术、电力电子技术、网络技术等对断路器等电器和配电设备进行切换，实现系统的智能化，使其具有控制、测量、工作状态远程传输、保护参数远程设定、事故和故障判断、保护和记录等功能。结合网络技术和无线传输技术，实现远程集中监控和分级管理，替代人工值守和检查仪器，即时判断、切割和记录故障。将电力设备的运行管理与集散控制系统和电子顺磁共振系统相结合，实现高效统一管理，是现代企业的发展要求。对于一个智能小区或建筑来说，智能变配电系统已经成为一种必然的设备和选择。2.箱式变电站智能系统设计2.1箱式变电站智能系统结构典型箱式变电站的主要方案如图1所示，主要由三部分组成：高压————SF6环网单元；干式变压器——干式变压器或油浸式变压器；低压进线柜(包括计量)、出线柜(5回路)、电容补偿柜(6回路)。根据系统的特点、供电方式和负荷性质的具体要求，采用分层分布式结构，选用丹东华通生产的具有网络通信能力的网络电力仪表和智能模块，通过网络电缆将整个系统各种电气设备的信息连接到一个或多个监控站，形成一个智能系统。根据分层分布的原则，智能系统由站控层、通信层和间隔层三部分组成。结构框图见图2。系统采用分布式设计，一个组件对应一个回路(区间)，每个区间都有先立的功能，根据回路反映功能。每台智能仪器或模块都本地安装在高低压柜上，每台智能设备都有一个通信接口，通过通信网络与监控主机进行通信。监控主机实时监控箱变系统的运行状态，并对采集的信息进行分类、存储和管理。每个电气设备的控制操作可以在监控主机上集中完成，也可以在本地完成。间隔层：由分散安装在高低压开关柜(包括电路)上的智能仪表和模块组成，用于采集现场数据和执行通信命令。通信层：由网络通信控制器和网线组成，转换通信协议，实现数据通信。站控层：主要由监控计算机和后台监控软件组成，系统管理功能由计算机和软件实现。2.2系统配置根据系统特点和各回路智能监控功能要求，配置箱式变电站智能系统 #p#分页标题#e#

表1智能系统配置及要求电路/设备(装置)名称配置功能要求备注高压开关SF6环网开关柜PDM-800 PDM-800S遥测：三相电流通信：熔断器跳闸指示、负荷开关及接地开关位置指示、短路及接地故障指示、干式变压器超温报警/跳闸、气体保护RS485接口/Modbus协议干式变压器S11-M-500低压进线框架断路器PDM-820AC遥测：遥测值/电流遥读频率和谐波远程通信：远程监控断路器状态，并获取故障原因、时间和数值远程控制：远程调节远程分合闸断路器：远程修改或设置参数RS485接口/Modbus协议重要MCCB电路塑壳断路器250 a/160 adpm-810 PML遥测3360电流、电压、功率因数、有功/无功电能、频率、 谐波远程通信：断路器分合闸状态和故障状态远程控制：断路器分合闸RS485接口/Modbus协议通用MCCB电路塑壳断路器100A*3PDM-810PL遥测3360电流、电压、功率因数、有功/无功电能和频率远程通信：断路器分合闸状态和故障状态RS485接口/Modbus协议无功功率补偿15kVar*6电路PDM-820QC遥测3360电流、相/线电压、功率因数， 有功/无功/视在功率和频率远程通信：电容切换(12路)RS485接口/Modbus协议网络通信控制器2000R数据集中、通信协议转换2.3智能箱式变电站关键点2.3.1智能箱式变电站内部通信网络和远程通信的实现智能箱式变电站系统采用简单经济的传输线串行通信方式，网络接口采用RS485标准接口，现场间隔层与站控层实时数据交换采用网络通信控制器，实现通信数据的高速上行。 网络通信控制器具有先立前端处理器的功能，可以先立运行，不依赖于站控层的监控计算机系统，完成通信数据采集、交换和协议转换，方便不同接口的设备连接通信，实现与上级监控系统的信息共享。箱式变电站采用抗干扰性能好的双绞线作为传输介质。1200米范围内的箱式变压器和主控站采用双绞线传输；无线传输可以远距离使用，距离可以达到10公里。2.3.2工作电源的提取所有智能监控仪表在工作时都需要提供工作电源。常用的供电方案有两种。一种是在高压室增加一个PT柜，会提供交流220V/110V电源，但是增加PT柜必然会增加箱变的体积和成本；第二，电池用于提供DC电源，但其使用寿命不能满足箱式变压器的预期寿命要求。考虑到供电提取的方便性和经济性，SF6采用了这种方式

环网柜的进线回路加装一只专用电压互感器，从电压互感器二次侧引出～220V电压作为高压部分智能仪表的工作电源。低压部分的工作电源从回路开关的上桩头直接引出；也可以从高压室的电压互感器的二次侧提取。2.3.3监控组态软件监控组态软件是为了减少用户开发维护的工作量而开发的一种软件技术。智能系统配备了配套的组态软件，用户在不需要编写代码程序的情况下，就可以生成适合自己需要的应用系统。组态软件采用WINDOWS中文操作系统，支持双机双网配置，满足大数据量、实时性强的采集要求。2.3.4多台智能化箱变的联网对于一个用户，可能有数台分布在不同地点的智能化箱变，这数台智能化箱变也需要进行集中监控和管理。根据监控、管理要求，将每台智能化箱变的网络通讯控制器通过工业以太网（TCP/IP）或其它现场总线如PROFIBUS/DEVICENET连接起来，可以方便的组网实现集中监控与管理。3.智能化箱变系统的特点应用配电自动化技术实现的箱式变电站智能化系统主要具有以下特点：⑴ 计算机和通讯网络使配电系统透明化；提高配电系统安全性、可靠性和管理水平；⑵采用安全可靠的现场控制总线--RS485/工业以太网技术作为通讯层，各装置的信息在通讯层共享，取消了大量的控制电缆，简化二次接线，减少施工难度及维护工作量，节省了大量的人力物力，降低了综合成本。⑶功能完善，实现箱变的保护、运行监视、远程控制、事故告警、事件记录、谐波分析、数据记录管理等功能。⑷系统具有良好的开放性与灵活性，可以方便地与其它相关自动化系统和智能装置联网通信，如DCS系统，楼宇控制系统，消防系统等，实现自动化系统间的信息共享和综合管理。4.智能系统的主要技术指标4.1系统符合电磁兼容标准IEC255的要求4.2主要技术指标箱变的智能化系统的主要技术指标见表2。表2智能化系统的主要技术指标名称指标测量精度电流、相/线电压、零序电流、频率：0.2有功/无功功率、功率因数、有功/无功电能、电流/电压谐波：05通讯速率1200—9600bps可调传输距离双绞线：1200米无线：10千米平均无故障时间≥50000h #p#分页标题#e#

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