智能化箱式變電站測控裝置
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智能化箱式變電站測控裝置
智能化箱式變電站測控裝置
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箱式變電站 簡稱箱變 自動化是城市配電網改造 二、 箱變自動化功能需求
的重要環節, 本文從具體的產品出發 以北京科銳公 、 具有四遙和在線統計功能
司生產的 一 為例, 介紹適用于箱變自動化的 柜箱變自動化設備應能夠實現對箱變進、 出線及
配網終端系統 功能特點及設計原理。 變壓器的電流、 電壓、 有功、 無功、 有功電度、 無功
電度、 頻率、 相位等參數的檢測 對配電變壓器的運
一、 引言 行情況進行統計, 如電壓合格率、 各個電參數出現的
箱式變電站 簡稱箱變 適用于住宅小區、 城市公 峰值及時間 實現對開關分合位、 有載調壓檔位等狀
用變 繁華鬧市、 施工電源等。 其自問世以來, 發展 態量的監視 實現對開關的遠方控制 實現對變壓器
極為迅速 在國外已普遍使用, 在國內已興起, 在歐 的油溫檢測及遠方遙調。
洲發達國家箱變已占配電變壓器的 美國已占 、 具有 功能
。 在國內 城市現代化建設正在飛速發展, 城市 對于接在環網中的箱變 自動化設備應能夠實現
配電網不斷更新改造, 箱變得到了廣泛的應用。 同時, 進出線的故障識別、故障隔離及非故障區自動送電功
隨著國內配網自動化技術的日益成熟以及智能小區不 能。 能夠靈活配置三段式電流保護、 一次重合閘及多
斷崛起, 電力用戶對供電質量提出了更高的要求, 以 次重合閘等保護功能 能夠捕捉過流脈沖 能夠實現
前的站前操作、 監測、 讀表等傳統功能已不能滿足現 電流型或電壓型分段器功能。 能夠通過其他設備 如
代電力設備管理和運行管理的要求, 廣大用電部門迫 手機、 筆記本、 掌抄器 或裝置操作界面靈活配置各種
切需要箱式變電站能滿足當今市場的需求 智能型箱 保護功能和查看實時數據。
式變電站應勢而生 、 具有微功耗特點
作為箱式變電站、 開閉所 等電力系統裝置, 自動化設備應具有微功耗設計, 這樣可以減少對
要做到無人值守, 首先要做到四遙 遙測, 遙信 遙控, 后備電源的要求, 甚至取消后備電源 減少日常工作
遙調 , 而在智能化的處理上, 主要是內部某個功能模 的維護量。
塊依據各種現場數據通過特定算法完成某種操作的判 、 具有備自投功能
斷和執行。 箱變自動化設備能夠實現雙電或多電源進線的備
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net口 畫恤面口應踢診 講 電 技 術
自投功能, 可靠保證供電質量。 備自投功能應根據接 當箱變的進、 出線采用負荷開關時 控制器可以
線方式可以進行多種備投方案的選擇 以實現只要進 自動檢測開關的電流、 電壓狀況 記錄故障電流脈沖
線有電, 則保證負荷有電為原則。 并做出指示和告警。
、 具有故障定位和及時報告功能 、 斷路器的繼電保護和重合閘功能
能夠根據現場故障電流的流經通道 判斷故障 對于箱變中的斷路器開關 控制器配置有繼電保
點, 并通過手機短消息等渠道將故障信息發送給相關 護和重合閘功能 可投退 并可通過內部通信網絡實
運行人員, 便于運行人員及時趕到故障現場 對故障 現箱變內斷路器之間的保護快速配合, 以及箱變之間
進行處理, 減少了運行人員的尋線工作量 提高了工 的網絡式保護配合 使距故障點最近的開關快速跳閘。
作效率 、 在終端用戶時的備自投功能
、 具有無功補償功能 多數時候, 箱變是為終端用戶供電, 為提高供電
在電力持續緊缺, 節能要求日益迫切的今天 無 的可靠性 采用雙電源備用的方式。 智能箱變控制器
功補償功能具有非常現實的意義 箱變自動化設備應 具有電源備自投功能 當一側電源失電或發生故障
能夠實現變壓器出線的無功補償功能,控制安裝在配 時, 自動隔離故障并投入備用電源。
變低壓側的電容器進行動態無功補償, 減少通過配電 假設 常開 為備用電源一側, 側外部故障
變壓器的無功電流 可以改善低壓電壓質量和降低功 或電源失壓時 會自動斷開 自動合閘 投入
率損耗 備用電源。
、 具有箱變安全防護功能 可選 、 在 系統中的遠方四遙功能、 由主站
箱變自動化設備應能夠實現溫度、 濕度、 煙霧 ’ 實現的配電自動化功能
盜普等信號的檢測, 實現就地報警及遠方傳送 根據 除以上自動化功能外 智能箱變系統的監控裝置
檢測到的信息 自動啟動溫控、 濕控、 滅火等功能 完全按照 功能設計 因此可以完成 系統
實現防盜、 防火、 防凝露等功能 確保箱變的安全運 中的四遙功能 即遙測、 遙信 遙控、 遙調 遠方調整
行, 提高箱變的使用壽命 參數 控制終端將本地測量數據、 開關狀態 故障信
、 具有視頻監控功能 可選 息等數據通過 或其他通信方式發送給主站 主站
箱變實時視頻信息通過攝像頭接入到自動化設備 將綜合分析和監控系統狀態, 并在線路發生故障時,
并遠傳到調度中心 實現對箱變實時的圖像監控 從 綜合整個系統狀況 可以給出更加精準的故障處理方
而實現對箱變的實時運行的監視。 案 智能箱變的網絡自動重構功能可以由用戶選擇投
入或退出 或僅作為主站的故障處理方案的后備。
三、 智能箱變自動控制功能介紹
本節介紹根據箱變的不同結構和不同的開關類 四、 智能箱變的控制系統結構
型, 實現故障的智能處理和其他自動化功能的方案’ 智能箱變的控制系統利用現代高性能微處理器技
智能箱變系統采用智能化的配電終端控制器 不僅實 術、 交流采樣技術 數字信號處理技術和網絡拓撲技
現了傳統的 系統中的遠方 “ 四遙“ 功能, 并 術等 對現場的電流、 電壓和開關狀態進行采集、 計
且由分布式智能配電終端實現了配電網故障自動檢 算、 判斷 執行相應的自動控制功能 同時 通過適
測 自動清除、 自動隔離和自動轉移供電等 功能。 當通信通道 可與上級控制中心通信。 系統采用面向
該系統采用分布式配電網保護和環網控制方案 對象的模塊化結構設計 每個開關 裝置或功能對應
由配電終端智能化地實現配電網保護和實時故障處理 配置一個監控模塊, 模塊的功能可以根據用戶的不同
功能 故障處理過程不依賴主站 其故障處理速度也 需求進行靈活配置和擴展 從而減小用戶的初期投資
提高了數倍。 和定貨風險。
智能箱變系統的主要自動控制功能包括 在該系統中 通信管理單元屬于系統核心處理部
、 負荷開關的故障自動檢測、 指示和記錄功能 分 它通過內部通信總線收集每個開關控制器 控制
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net群 電 技 術 困民 顯 日圈血口 遨踢母
模塊采集到的電流、 電壓、 開關狀態及過流信息等 度命令
對這些信息進行分析處理 將處理結果通過遠動口 硬件上采用現場總線技術, 支持模塊熱插拔 采
協議或 協議 送給上級主站, 上級主站下發的 用模塊式結構設計 由各自獨立的 處理模塊組
遙控命令經通信管理機處理后下發給相應開關控制 成 系統內模塊間使用 網通信, 摒棄傳統的并
器 控制模塊, 由這些模塊控制相應的開關動作 從 行總線結構, 從根本上解決了插件接觸不良的問題
而完成 功能 同時 通信管理單元可以與遠 所有板與板之間進行了完全的電氣隔離, 沒有任何電
方保護子站通過高速信息交換口進行通信, 交換系統 的聯系 從而使得任何插件故障時保證不會影響其他
故障信息 判斷故障類型和故障位置 , 從而實現故障 插件的正常運行, 在維護故障插件時, 可以任意帶電
的快速清除和隔離 總的來看 , 該控制系統具有以下 插拔插件而無須關掉整機電源, 這樣就克服了由于開
特點 關整機電源所造成的一些錯誤信息
、 模塊化結構 軟件方面主控模塊采用了嵌入式實時操作系統
每個控制模塊對應于一個開關、 設備或功能對 同時在此操作系統上構建了針對電力系統裝里的二次
象 不同的對象可以配置不同的功能模塊 但采用的 平臺 所有的應用程序將基于該二次平臺上開發, 使得
是相同的硬件平臺 便于維護 所有模塊通過系統內 項目開發人員可以不需要了解較深的軟硬件知識 便
部通信總線交換信息 簡化了系統的構成邏輯, 便于 可以開發出專業的功能軟件, 嵌入到該系統中 從而使
系統將來的升級和擴展 減小單元間的相互影響 得該系統的可靠性和快速開發性能得到很大的提高
、 可以根據應用場合自動配置功能 模塊的硬件設計
根據開關類型和進出線的不同 可以通過軟件配 主控模塊采用了高性能的 位單片機模塊
置不同的功能。 的 并能提供 個
、 靈活的電源和通信系統 接口 個以太網接口 個 口 支持在線
系統可以利用直流屏供電, 也可以直接利用現場 直接更新 , 主控模塊主要完成和調度通訊 以
交流供電, 并可自配后備電源 系統提供多種內部和 及和下面智能儀表的通訊, 存儲所有的現場數據供各
外部通信方式。 內部通信總線主要采用 一 或 個智能模塊使用
總線 可以根據模塊的多少、 類型及系統對數據 智能模塊則根據功能的不同的分別采用了
實時性要求的高低 確定內部通信總線的個數, 通常 的 和 的 每個智能
選用 組通信總線 特殊要求時可以選用 組以上內 模塊主要完成遙信, 遙測數據的采集 遙控的執行
部通信總線。外部通信提供多種通信接口方式 無功補償電容的投切, 同樣適用于保護 故障診斷等
和以太網接口 , 支持多種通信協議 一 一 和 多種功能的運行。
等 和多種通信媒介 光纖、 、 有線等 。 主控模塊以及各個智能模塊的通訊采用了現場總
、 適合各種使用環境 線 該現場總線的主要特點是
系統可以在戶內使用, 也可以全戶外運行。 與全 總線屬于工業現場總線的范疇。 與一般的
戶外箱變配套時, 采用箱式、 插拔式模塊化結構。 箱 淤信總線相比, 總線的數據通信具有突出的可
體采取了防雨、防潮等各種措施,適應各種惡劣環境 靠性、 實時性和靈活性 由于其良好的性能及獨特的
在戶內使用時 可以將各單元模塊分散、 就地安裝在 設計 總線越來越受到人們的重視。 全球很多大
不同的開關柜上 通過通信總線互聯。 也可以集中組 的汽車公司都采用了 總線來實現汽車內部控制
的重要環節, 本文從具體的產品出發 以北京科銳公 、 具有四遙和在線統計功能
司生產的 一 為例, 介紹適用于箱變自動化的 柜箱變自動化設備應能夠實現對箱變進、 出線及
配網終端系統 功能特點及設計原理。 變壓器的電流、 電壓、 有功、 無功、 有功電度、 無功
電度、 頻率、 相位等參數的檢測 對配電變壓器的運
一、 引言 行情況進行統計, 如電壓合格率、 各個電參數出現的
箱式變電站 簡稱箱變 適用于住宅小區、 城市公 峰值及時間 實現對開關分合位、 有載調壓檔位等狀
用變 繁華鬧市、 施工電源等。 其自問世以來, 發展 態量的監視 實現對開關的遠方控制 實現對變壓器
極為迅速 在國外已普遍使用, 在國內已興起, 在歐 的油溫檢測及遠方遙調。
洲發達國家箱變已占配電變壓器的 美國已占 、 具有 功能
。 在國內 城市現代化建設正在飛速發展, 城市 對于接在環網中的箱變 自動化設備應能夠實現
配電網不斷更新改造, 箱變得到了廣泛的應用。 同時, 進出線的故障識別、故障隔離及非故障區自動送電功
隨著國內配網自動化技術的日益成熟以及智能小區不 能。 能夠靈活配置三段式電流保護、 一次重合閘及多
斷崛起, 電力用戶對供電質量提出了更高的要求, 以 次重合閘等保護功能 能夠捕捉過流脈沖 能夠實現
前的站前操作、 監測、 讀表等傳統功能已不能滿足現 電流型或電壓型分段器功能。 能夠通過其他設備 如
代電力設備管理和運行管理的要求, 廣大用電部門迫 手機、 筆記本、 掌抄器 或裝置操作界面靈活配置各種
切需要箱式變電站能滿足當今市場的需求 智能型箱 保護功能和查看實時數據。
式變電站應勢而生 、 具有微功耗特點
作為箱式變電站、 開閉所 等電力系統裝置, 自動化設備應具有微功耗設計, 這樣可以減少對
要做到無人值守, 首先要做到四遙 遙測, 遙信 遙控, 后備電源的要求, 甚至取消后備電源 減少日常工作
遙調 , 而在智能化的處理上, 主要是內部某個功能模 的維護量。
塊依據各種現場數據通過特定算法完成某種操作的判 、 具有備自投功能
斷和執行。 箱變自動化設備能夠實現雙電或多電源進線的備
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net口 畫恤面口應踢診 講 電 技 術
自投功能, 可靠保證供電質量。 備自投功能應根據接 當箱變的進、 出線采用負荷開關時 控制器可以
線方式可以進行多種備投方案的選擇 以實現只要進 自動檢測開關的電流、 電壓狀況 記錄故障電流脈沖
線有電, 則保證負荷有電為原則。 并做出指示和告警。
、 具有故障定位和及時報告功能 、 斷路器的繼電保護和重合閘功能
能夠根據現場故障電流的流經通道 判斷故障 對于箱變中的斷路器開關 控制器配置有繼電保
點, 并通過手機短消息等渠道將故障信息發送給相關 護和重合閘功能 可投退 并可通過內部通信網絡實
運行人員, 便于運行人員及時趕到故障現場 對故障 現箱變內斷路器之間的保護快速配合, 以及箱變之間
進行處理, 減少了運行人員的尋線工作量 提高了工 的網絡式保護配合 使距故障點最近的開關快速跳閘。
作效率 、 在終端用戶時的備自投功能
、 具有無功補償功能 多數時候, 箱變是為終端用戶供電, 為提高供電
在電力持續緊缺, 節能要求日益迫切的今天 無 的可靠性 采用雙電源備用的方式。 智能箱變控制器
功補償功能具有非常現實的意義 箱變自動化設備應 具有電源備自投功能 當一側電源失電或發生故障
能夠實現變壓器出線的無功補償功能,控制安裝在配 時, 自動隔離故障并投入備用電源。
變低壓側的電容器進行動態無功補償, 減少通過配電 假設 常開 為備用電源一側, 側外部故障
變壓器的無功電流 可以改善低壓電壓質量和降低功 或電源失壓時 會自動斷開 自動合閘 投入
率損耗 備用電源。
、 具有箱變安全防護功能 可選 、 在 系統中的遠方四遙功能、 由主站
箱變自動化設備應能夠實現溫度、 濕度、 煙霧 ’ 實現的配電自動化功能
盜普等信號的檢測, 實現就地報警及遠方傳送 根據 除以上自動化功能外 智能箱變系統的監控裝置
檢測到的信息 自動啟動溫控、 濕控、 滅火等功能 完全按照 功能設計 因此可以完成 系統
實現防盜、 防火、 防凝露等功能 確保箱變的安全運 中的四遙功能 即遙測、 遙信 遙控、 遙調 遠方調整
行, 提高箱變的使用壽命 參數 控制終端將本地測量數據、 開關狀態 故障信
、 具有視頻監控功能 可選 息等數據通過 或其他通信方式發送給主站 主站
箱變實時視頻信息通過攝像頭接入到自動化設備 將綜合分析和監控系統狀態, 并在線路發生故障時,
并遠傳到調度中心 實現對箱變實時的圖像監控 從 綜合整個系統狀況 可以給出更加精準的故障處理方
而實現對箱變的實時運行的監視。 案 智能箱變的網絡自動重構功能可以由用戶選擇投
入或退出 或僅作為主站的故障處理方案的后備。
三、 智能箱變自動控制功能介紹
本節介紹根據箱變的不同結構和不同的開關類 四、 智能箱變的控制系統結構
型, 實現故障的智能處理和其他自動化功能的方案’ 智能箱變的控制系統利用現代高性能微處理器技
智能箱變系統采用智能化的配電終端控制器 不僅實 術、 交流采樣技術 數字信號處理技術和網絡拓撲技
現了傳統的 系統中的遠方 “ 四遙“ 功能, 并 術等 對現場的電流、 電壓和開關狀態進行采集、 計
且由分布式智能配電終端實現了配電網故障自動檢 算、 判斷 執行相應的自動控制功能 同時 通過適
測 自動清除、 自動隔離和自動轉移供電等 功能。 當通信通道 可與上級控制中心通信。 系統采用面向
該系統采用分布式配電網保護和環網控制方案 對象的模塊化結構設計 每個開關 裝置或功能對應
由配電終端智能化地實現配電網保護和實時故障處理 配置一個監控模塊, 模塊的功能可以根據用戶的不同
功能 故障處理過程不依賴主站 其故障處理速度也 需求進行靈活配置和擴展 從而減小用戶的初期投資
提高了數倍。 和定貨風險。
智能箱變系統的主要自動控制功能包括 在該系統中 通信管理單元屬于系統核心處理部
、 負荷開關的故障自動檢測、 指示和記錄功能 分 它通過內部通信總線收集每個開關控制器 控制
? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net群 電 技 術 困民 顯 日圈血口 遨踢母
模塊采集到的電流、 電壓、 開關狀態及過流信息等 度命令
對這些信息進行分析處理 將處理結果通過遠動口 硬件上采用現場總線技術, 支持模塊熱插拔 采
協議或 協議 送給上級主站, 上級主站下發的 用模塊式結構設計 由各自獨立的 處理模塊組
遙控命令經通信管理機處理后下發給相應開關控制 成 系統內模塊間使用 網通信, 摒棄傳統的并
器 控制模塊, 由這些模塊控制相應的開關動作 從 行總線結構, 從根本上解決了插件接觸不良的問題
而完成 功能 同時 通信管理單元可以與遠 所有板與板之間進行了完全的電氣隔離, 沒有任何電
方保護子站通過高速信息交換口進行通信, 交換系統 的聯系 從而使得任何插件故障時保證不會影響其他
故障信息 判斷故障類型和故障位置 , 從而實現故障 插件的正常運行, 在維護故障插件時, 可以任意帶電
的快速清除和隔離 總的來看 , 該控制系統具有以下 插拔插件而無須關掉整機電源, 這樣就克服了由于開
特點 關整機電源所造成的一些錯誤信息
、 模塊化結構 軟件方面主控模塊采用了嵌入式實時操作系統
每個控制模塊對應于一個開關、 設備或功能對 同時在此操作系統上構建了針對電力系統裝里的二次
象 不同的對象可以配置不同的功能模塊 但采用的 平臺 所有的應用程序將基于該二次平臺上開發, 使得
是相同的硬件平臺 便于維護 所有模塊通過系統內 項目開發人員可以不需要了解較深的軟硬件知識 便
部通信總線交換信息 簡化了系統的構成邏輯, 便于 可以開發出專業的功能軟件, 嵌入到該系統中 從而使
系統將來的升級和擴展 減小單元間的相互影響 得該系統的可靠性和快速開發性能得到很大的提高
、 可以根據應用場合自動配置功能 模塊的硬件設計
根據開關類型和進出線的不同 可以通過軟件配 主控模塊采用了高性能的 位單片機模塊
置不同的功能。 的 并能提供 個
、 靈活的電源和通信系統 接口 個以太網接口 個 口 支持在線
系統可以利用直流屏供電, 也可以直接利用現場 直接更新 , 主控模塊主要完成和調度通訊 以
交流供電, 并可自配后備電源 系統提供多種內部和 及和下面智能儀表的通訊, 存儲所有的現場數據供各
外部通信方式。 內部通信總線主要采用 一 或 個智能模塊使用
總線 可以根據模塊的多少、 類型及系統對數據 智能模塊則根據功能的不同的分別采用了
實時性要求的高低 確定內部通信總線的個數, 通常 的 和 的 每個智能
選用 組通信總線 特殊要求時可以選用 組以上內 模塊主要完成遙信, 遙測數據的采集 遙控的執行
部通信總線。外部通信提供多種通信接口方式 無功補償電容的投切, 同樣適用于保護 故障診斷等
和以太網接口 , 支持多種通信協議 一 一 和 多種功能的運行。
等 和多種通信媒介 光纖、 、 有線等 。 主控模塊以及各個智能模塊的通訊采用了現場總
、 適合各種使用環境 線 該現場總線的主要特點是
系統可以在戶內使用, 也可以全戶外運行。 與全 總線屬于工業現場總線的范疇。 與一般的
戶外箱變配套時, 采用箱式、 插拔式模塊化結構。 箱 淤信總線相比, 總線的數據通信具有突出的可
體采取了防雨、防潮等各種措施,適應各種惡劣環境 靠性、 實時性和靈活性 由于其良好的性能及獨特的
在戶內使用時 可以將各單元模塊分散、 就地安裝在 設計 總線越來越受到人們的重視。 全球很多大
不同的開關柜上 通過通信總線互聯。 也可以集中組 的汽車公司都采用了 總線來實現汽車內部控制
