智能化箱式变电站测控装置
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智能化箱式变电站测控装置
文本预览
箱式变电站 简称箱变 自动化是城市配电网改造 二、 箱变自动化功能需求
的重要环节, 本文从具体的产品出发 以北京科锐公 、 具有四遥和在线统计功能
司生产的 一 为例, 介绍适用于箱变自动化的 柜箱变自动化设备应能够实现对箱变进、 出线及
配网终端系统 功能特点及设计原理。 变压器的电流、 电压、 有功、 无功、 有功电度、 无功
电度、 频率、 相位等参数的检测 对配电变压器的运
一、 引言 行情况进行统计, 如电压合格率、 各个电参数出现的
箱式变电站 简称箱变 适用于住宅小区、 城市公 峰值及时间 实现对开关分合位、 有载调压档位等状
用变 繁华闹市、 施工电源等。 其自问世以来, 发展 态量的监视 实现对开关的远方控制 实现对变压器
极为迅速 在国外已普遍使用, 在国内已兴起, 在欧 的油温检测及远方遥调。
洲发达国家箱变已占配电变压器的 美国已占 、 具有 功能
。 在国内 城市现代化建设正在飞速发展, 城市 对于接在环网中的箱变 自动化设备应能够实现
配电网不断更新改造, 箱变得到了广泛的应用。 同时, 进出线的故障识别、故障隔离及非故障区自动送电功
随着国内配网自动化技术的日益成熟以及智能小区不 能。 能够灵活配置三段式电流保护、 一次重合闸及多
断崛起, 电力用户对供电质量提出了更高的要求, 以 次重合闸等保护功能 能够捕捉过流脉冲 能够实现
前的站前操作、 监测、 读表等传统功能已不能满足现 电流型或电压型分段器功能。 能够通过其他设备 如
代电力设备管理和运行管理的要求, 广大用电部门迫 手机、 笔记本、 掌抄器 或装置操作界面灵活配置各种
切需要箱式变电站能满足当今市场的需求 智能型箱 保护功能和查看实时数据。
式变电站应势而生 、 具有微功耗特点
作为箱式变电站、 开闭所 等电力系统装置, 自动化设备应具有微功耗设计, 这样可以减少对
要做到无人值守, 首先要做到四遥 遥测, 遥信 遥控, 后备电源的要求, 甚至取消后备电源 减少日常工作
遥调 , 而在智能化的处理上, 主要是内部某个功能模 的维护量。
块依据各种现场数据通过特定算法完成某种操作的判 、 具有备自投功能
断和执行。 箱变自动化设备能够实现双电或多电源进线的备
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net口 画恤面口应踢诊 讲 电 技 术
自投功能, 可靠保证供电质量。 备自投功能应根据接 当箱变的进、 出线采用负荷开关时 控制器可以
线方式可以进行多种备投方案的选择 以实现只要进 自动检测开关的电流、 电压状况 记录故障电流脉冲
线有电, 则保证负荷有电为原则。 并做出指示和告警。
、 具有故障定位和及时报告功能 、 断路器的继电保护和重合闸功能
能够根据现场故障电流的流经通道 判断故障 对于箱变中的断路器开关 控制器配置有继电保
点, 并通过手机短消息等渠道将故障信息发送给相关 护和重合闸功能 可投退 并可通过内部通信网络实
运行人员, 便于运行人员及时赶到故障现场 对故障 现箱变内断路器之间的保护快速配合, 以及箱变之间
进行处理, 减少了运行人员的寻线工作量 提高了工 的网络式保护配合 使距故障点最近的开关快速跳闸。
作效率 、 在终端用户时的备自投功能
、 具有无功补偿功能 多数时候, 箱变是为终端用户供电, 为提高供电
在电力持续紧缺, 节能要求日益迫切的今天 无 的可靠性 采用双电源备用的方式。 智能箱变控制器
功补偿功能具有非常现实的意义 箱变自动化设备应 具有电源备自投功能 当一侧电源失电或发生故障
能够实现变压器出线的无功补偿功能,控制安装在配 时, 自动隔离故障并投入备用电源。
变低压侧的电容器进行动态无功补偿, 减少通过配电 假设 常开 为备用电源一侧, 侧外部故障
变压器的无功电流 可以改善低压电压质量和降低功 或电源失压时 会自动断开 自动合闸 投入
率损耗 备用电源。
、 具有箱变安全防护功能 可选 、 在 系统中的远方四遥功能、 由主站
箱变自动化设备应能够实现温度、 湿度、 烟雾 ’ 实现的配电自动化功能
盗普等信号的检测, 实现就地报警及远方传送 根据 除以上自动化功能外 智能箱变系统的监控装置
检测到的信息 自动启动温控、 湿控、 灭火等功能 完全按照 功能设计 因此可以完成 系统
实现防盗、 防火、 防凝露等功能 确保箱变的安全运 中的四遥功能 即遥测、 遥信 遥控、 遥调 远方调整
行, 提高箱变的使用寿命 参数 控制终端将本地测量数据、 开关状态 故障信
、 具有视频监控功能 可选 息等数据通过 或其他通信方式发送给主站 主站
箱变实时视频信息通过摄像头接入到自动化设备 将综合分析和监控系统状态, 并在线路发生故障时,
并远传到调度中心 实现对箱变实时的图像监控 从 综合整个系统状况 可以给出更加精准的故障处理方
而实现对箱变的实时运行的监视。 案 智能箱变的网络自动重构功能可以由用户选择投
入或退出 或仅作为主站的故障处理方案的后备。
三、 智能箱变自动控制功能介绍
本节介绍根据箱变的不同结构和不同的开关类 四、 智能箱变的控制系统结构
型, 实现故障的智能处理和其他自动化功能的方案’ 智能箱变的控制系统利用现代高性能微处理器技
智能箱变系统采用智能化的配电终端控制器 不仅实 术、 交流采样技术 数字信号处理技术和网络拓扑技
现了传统的 系统中的远方 “ 四遥“ 功能, 并 术等 对现场的电流、 电压和开关状态进行采集、 计
且由分布式智能配电终端实现了配电网故障自动检 算、 判断 执行相应的自动控制功能 同时 通过适
测 自动清除、 自动隔离和自动转移供电等 功能。 当通信通道 可与上级控制中心通信。 系统采用面向
该系统采用分布式配电网保护和环网控制方案 对象的模块化结构设计 每个开关 装置或功能对应
由配电终端智能化地实现配电网保护和实时故障处理 配置一个监控模块, 模块的功能可以根据用户的不同
功能 故障处理过程不依赖主站 其故障处理速度也 需求进行灵活配置和扩展 从而减小用户的初期投资
提高了数倍。 和定货风险。
智能箱变系统的主要自动控制功能包括 在该系统中 通信管理单元属于系统核心处理部
、 负荷开关的故障自动检测、 指示和记录功能 分 它通过内部通信总线收集每个开关控制器 控制
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net群 电 技 术 困民 显 日圈血口 遨踢母
模块采集到的电流、 电压、 开关状态及过流信息等 度命令
对这些信息进行分析处理 将处理结果通过远动口 硬件上采用现场总线技术, 支持模块热插拔 采
协议或 协议 送给上级主站, 上级主站下发的 用模块式结构设计 由各自独立的 处理模块组
遥控命令经通信管理机处理后下发给相应开关控制 成 系统内模块间使用 网通信, 摒弃传统的并
器 控制模块, 由这些模块控制相应的开关动作 从 行总线结构, 从根本上解决了插件接触不良的问题
而完成 功能 同时 通信管理单元可以与远 所有板与板之间进行了完全的电气隔离, 没有任何电
方保护子站通过高速信息交换口进行通信, 交换系统 的联系 从而使得任何插件故障时保证不会影响其他
故障信息 判断故障类型和故障位置 , 从而实现故障 插件的正常运行, 在维护故障插件时, 可以任意带电
的快速清除和隔离 总的来看 , 该控制系统具有以下 插拔插件而无须关掉整机电源, 这样就克服了由于开
特点 关整机电源所造成的一些错误信息
、 模块化结构 软件方面主控模块采用了嵌入式实时操作系统
每个控制模块对应于一个开关、 设备或功能对 同时在此操作系统上构建了针对电力系统装里的二次
象 不同的对象可以配置不同的功能模块 但采用的 平台 所有的应用程序将基于该二次平台上开发, 使得
是相同的硬件平台 便于维护 所有模块通过系统内 项目开发人员可以不需要了解较深的软硬件知识 便
部通信总线交换信息 简化了系统的构成逻辑, 便于 可以开发出专业的功能软件, 嵌入到该系统中 从而使
系统将来的升级和扩展 减小单元间的相互影响 得该系统的可靠性和快速开发性能得到很大的提高
、 可以根据应用场合自动配置功能 模块的硬件设计
根据开关类型和进出线的不同 可以通过软件配 主控模块采用了高性能的 位单片机模块
置不同的功能。 的 并能提供 个
、 灵活的电源和通信系统 接口 个以太网接口 个 口 支持在线
系统可以利用直流屏供电, 也可以直接利用现场 直接更新 , 主控模块主要完成和调度通讯 以
交流供电, 并可自配后备电源 系统提供多种内部和 及和下面智能仪表的通讯, 存储所有的现场数据供各
外部通信方式。 内部通信总线主要采用 一 或 个智能模块使用
总线 可以根据模块的多少、 类型及系统对数据 智能模块则根据功能的不同的分别采用了
实时性要求的高低 确定内部通信总线的个数, 通常 的 和 的 每个智能
选用 组通信总线 特殊要求时可以选用 组以上内 模块主要完成遥信, 遥测数据的采集 遥控的执行
部通信总线。外部通信提供多种通信接口方式 无功补偿电容的投切, 同样适用于保护 故障诊断等
和以太网接口 , 支持多种通信协议 一 一 和 多种功能的运行。
等 和多种通信媒介 光纤、 、 有线等 。 主控模块以及各个智能模块的通讯采用了现场总
、 适合各种使用环境 线 该现场总线的主要特点是
系统可以在户内使用, 也可以全户外运行。 与全 总线属于工业现场总线的范畴。 与一般的
户外箱变配套时, 采用箱式、 插拔式模块化结构。 箱 淤信总线相比, 总线的数据通信具有突出的可
体采取了防雨、防潮等各种措施,适应各种恶劣环境 靠性、 实时性和灵活性 由于其良好的性能及独特的
在户内使用时 可以将各单元模块分散、 就地安装在 设计 总线越来越受到人们的重视。 全球很多大
不同的开关柜上 通过通信总线互联。 也可以集中组 的汽车公司都采用了 总线来实现汽车内部控制
的重要环节, 本文从具体的产品出发 以北京科锐公 、 具有四遥和在线统计功能
司生产的 一 为例, 介绍适用于箱变自动化的 柜箱变自动化设备应能够实现对箱变进、 出线及
配网终端系统 功能特点及设计原理。 变压器的电流、 电压、 有功、 无功、 有功电度、 无功
电度、 频率、 相位等参数的检测 对配电变压器的运
一、 引言 行情况进行统计, 如电压合格率、 各个电参数出现的
箱式变电站 简称箱变 适用于住宅小区、 城市公 峰值及时间 实现对开关分合位、 有载调压档位等状
用变 繁华闹市、 施工电源等。 其自问世以来, 发展 态量的监视 实现对开关的远方控制 实现对变压器
极为迅速 在国外已普遍使用, 在国内已兴起, 在欧 的油温检测及远方遥调。
洲发达国家箱变已占配电变压器的 美国已占 、 具有 功能
。 在国内 城市现代化建设正在飞速发展, 城市 对于接在环网中的箱变 自动化设备应能够实现
配电网不断更新改造, 箱变得到了广泛的应用。 同时, 进出线的故障识别、故障隔离及非故障区自动送电功
随着国内配网自动化技术的日益成熟以及智能小区不 能。 能够灵活配置三段式电流保护、 一次重合闸及多
断崛起, 电力用户对供电质量提出了更高的要求, 以 次重合闸等保护功能 能够捕捉过流脉冲 能够实现
前的站前操作、 监测、 读表等传统功能已不能满足现 电流型或电压型分段器功能。 能够通过其他设备 如
代电力设备管理和运行管理的要求, 广大用电部门迫 手机、 笔记本、 掌抄器 或装置操作界面灵活配置各种
切需要箱式变电站能满足当今市场的需求 智能型箱 保护功能和查看实时数据。
式变电站应势而生 、 具有微功耗特点
作为箱式变电站、 开闭所 等电力系统装置, 自动化设备应具有微功耗设计, 这样可以减少对
要做到无人值守, 首先要做到四遥 遥测, 遥信 遥控, 后备电源的要求, 甚至取消后备电源 减少日常工作
遥调 , 而在智能化的处理上, 主要是内部某个功能模 的维护量。
块依据各种现场数据通过特定算法完成某种操作的判 、 具有备自投功能
断和执行。 箱变自动化设备能够实现双电或多电源进线的备
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net口 画恤面口应踢诊 讲 电 技 术
自投功能, 可靠保证供电质量。 备自投功能应根据接 当箱变的进、 出线采用负荷开关时 控制器可以
线方式可以进行多种备投方案的选择 以实现只要进 自动检测开关的电流、 电压状况 记录故障电流脉冲
线有电, 则保证负荷有电为原则。 并做出指示和告警。
、 具有故障定位和及时报告功能 、 断路器的继电保护和重合闸功能
能够根据现场故障电流的流经通道 判断故障 对于箱变中的断路器开关 控制器配置有继电保
点, 并通过手机短消息等渠道将故障信息发送给相关 护和重合闸功能 可投退 并可通过内部通信网络实
运行人员, 便于运行人员及时赶到故障现场 对故障 现箱变内断路器之间的保护快速配合, 以及箱变之间
进行处理, 减少了运行人员的寻线工作量 提高了工 的网络式保护配合 使距故障点最近的开关快速跳闸。
作效率 、 在终端用户时的备自投功能
、 具有无功补偿功能 多数时候, 箱变是为终端用户供电, 为提高供电
在电力持续紧缺, 节能要求日益迫切的今天 无 的可靠性 采用双电源备用的方式。 智能箱变控制器
功补偿功能具有非常现实的意义 箱变自动化设备应 具有电源备自投功能 当一侧电源失电或发生故障
能够实现变压器出线的无功补偿功能,控制安装在配 时, 自动隔离故障并投入备用电源。
变低压侧的电容器进行动态无功补偿, 减少通过配电 假设 常开 为备用电源一侧, 侧外部故障
变压器的无功电流 可以改善低压电压质量和降低功 或电源失压时 会自动断开 自动合闸 投入
率损耗 备用电源。
、 具有箱变安全防护功能 可选 、 在 系统中的远方四遥功能、 由主站
箱变自动化设备应能够实现温度、 湿度、 烟雾 ’ 实现的配电自动化功能
盗普等信号的检测, 实现就地报警及远方传送 根据 除以上自动化功能外 智能箱变系统的监控装置
检测到的信息 自动启动温控、 湿控、 灭火等功能 完全按照 功能设计 因此可以完成 系统
实现防盗、 防火、 防凝露等功能 确保箱变的安全运 中的四遥功能 即遥测、 遥信 遥控、 遥调 远方调整
行, 提高箱变的使用寿命 参数 控制终端将本地测量数据、 开关状态 故障信
、 具有视频监控功能 可选 息等数据通过 或其他通信方式发送给主站 主站
箱变实时视频信息通过摄像头接入到自动化设备 将综合分析和监控系统状态, 并在线路发生故障时,
并远传到调度中心 实现对箱变实时的图像监控 从 综合整个系统状况 可以给出更加精准的故障处理方
而实现对箱变的实时运行的监视。 案 智能箱变的网络自动重构功能可以由用户选择投
入或退出 或仅作为主站的故障处理方案的后备。
三、 智能箱变自动控制功能介绍
本节介绍根据箱变的不同结构和不同的开关类 四、 智能箱变的控制系统结构
型, 实现故障的智能处理和其他自动化功能的方案’ 智能箱变的控制系统利用现代高性能微处理器技
智能箱变系统采用智能化的配电终端控制器 不仅实 术、 交流采样技术 数字信号处理技术和网络拓扑技
现了传统的 系统中的远方 “ 四遥“ 功能, 并 术等 对现场的电流、 电压和开关状态进行采集、 计
且由分布式智能配电终端实现了配电网故障自动检 算、 判断 执行相应的自动控制功能 同时 通过适
测 自动清除、 自动隔离和自动转移供电等 功能。 当通信通道 可与上级控制中心通信。 系统采用面向
该系统采用分布式配电网保护和环网控制方案 对象的模块化结构设计 每个开关 装置或功能对应
由配电终端智能化地实现配电网保护和实时故障处理 配置一个监控模块, 模块的功能可以根据用户的不同
功能 故障处理过程不依赖主站 其故障处理速度也 需求进行灵活配置和扩展 从而减小用户的初期投资
提高了数倍。 和定货风险。
智能箱变系统的主要自动控制功能包括 在该系统中 通信管理单元属于系统核心处理部
、 负荷开关的故障自动检测、 指示和记录功能 分 它通过内部通信总线收集每个开关控制器 控制
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net群 电 技 术 困民 显 日圈血口 遨踢母
模块采集到的电流、 电压、 开关状态及过流信息等 度命令
对这些信息进行分析处理 将处理结果通过远动口 硬件上采用现场总线技术, 支持模块热插拔 采
协议或 协议 送给上级主站, 上级主站下发的 用模块式结构设计 由各自独立的 处理模块组
遥控命令经通信管理机处理后下发给相应开关控制 成 系统内模块间使用 网通信, 摒弃传统的并
器 控制模块, 由这些模块控制相应的开关动作 从 行总线结构, 从根本上解决了插件接触不良的问题
而完成 功能 同时 通信管理单元可以与远 所有板与板之间进行了完全的电气隔离, 没有任何电
方保护子站通过高速信息交换口进行通信, 交换系统 的联系 从而使得任何插件故障时保证不会影响其他
故障信息 判断故障类型和故障位置 , 从而实现故障 插件的正常运行, 在维护故障插件时, 可以任意带电
的快速清除和隔离 总的来看 , 该控制系统具有以下 插拔插件而无须关掉整机电源, 这样就克服了由于开
特点 关整机电源所造成的一些错误信息
、 模块化结构 软件方面主控模块采用了嵌入式实时操作系统
每个控制模块对应于一个开关、 设备或功能对 同时在此操作系统上构建了针对电力系统装里的二次
象 不同的对象可以配置不同的功能模块 但采用的 平台 所有的应用程序将基于该二次平台上开发, 使得
是相同的硬件平台 便于维护 所有模块通过系统内 项目开发人员可以不需要了解较深的软硬件知识 便
部通信总线交换信息 简化了系统的构成逻辑, 便于 可以开发出专业的功能软件, 嵌入到该系统中 从而使
系统将来的升级和扩展 减小单元间的相互影响 得该系统的可靠性和快速开发性能得到很大的提高
、 可以根据应用场合自动配置功能 模块的硬件设计
根据开关类型和进出线的不同 可以通过软件配 主控模块采用了高性能的 位单片机模块
置不同的功能。 的 并能提供 个
、 灵活的电源和通信系统 接口 个以太网接口 个 口 支持在线
系统可以利用直流屏供电, 也可以直接利用现场 直接更新 , 主控模块主要完成和调度通讯 以
交流供电, 并可自配后备电源 系统提供多种内部和 及和下面智能仪表的通讯, 存储所有的现场数据供各
外部通信方式。 内部通信总线主要采用 一 或 个智能模块使用
总线 可以根据模块的多少、 类型及系统对数据 智能模块则根据功能的不同的分别采用了
实时性要求的高低 确定内部通信总线的个数, 通常 的 和 的 每个智能
选用 组通信总线 特殊要求时可以选用 组以上内 模块主要完成遥信, 遥测数据的采集 遥控的执行
部通信总线。外部通信提供多种通信接口方式 无功补偿电容的投切, 同样适用于保护 故障诊断等
和以太网接口 , 支持多种通信协议 一 一 和 多种功能的运行。
等 和多种通信媒介 光纤、 、 有线等 。 主控模块以及各个智能模块的通讯采用了现场总
、 适合各种使用环境 线 该现场总线的主要特点是
系统可以在户内使用, 也可以全户外运行。 与全 总线属于工业现场总线的范畴。 与一般的
户外箱变配套时, 采用箱式、 插拔式模块化结构。 箱 淤信总线相比, 总线的数据通信具有突出的可
体采取了防雨、防潮等各种措施,适应各种恶劣环境 靠性、 实时性和灵活性 由于其良好的性能及独特的
在户内使用时 可以将各单元模块分散、 就地安装在 设计 总线越来越受到人们的重视。 全球很多大
不同的开关柜上 通过通信总线互联。 也可以集中组 的汽车公司都采用了 总线来实现汽车内部控制
