箱式变电站智能化系统的技术设计原则

箱式变电站智能化系统的技术设计原则

⒈概述现代工业的连续生产和人民生活水平的日益提高，用户对电能质量和供电可靠性要求越来越高。作为直接面向用户的终端成套产品，箱式变电站以其成套性强、投资见效快，体积小、占地少，可深入负荷中心、提高末端电能质量，安装使用方便，易与周围环境相协调等优点获得了快速的发展和广泛的应用。采用自动化技术的智能箱式变电站可以保证供电的连续性，提高供电可靠性和电能质量、实现无人值守和远程监控与管理。箱式变电站的智能化就是将计算机技术，微电子技术，电子技术，网络技术等应用于断路器等开关电器及设备，实现系统的智能化，使之具备控制、测量、工作状态远传、保护参数远方设定、事故故障判定、保护及记录等功能，并结合网络技术、无线传输技术等实现远方集中监控和分层分级管理，取代人工值班、查抄仪表，故障即时判断、切除和记录等人工工作，增强箱式变电站的供电可靠性、安全性，提高电能质量。将设备运行和管理与工厂集散控制系统DCS，企业资源计划EPR融合在一起，以达到高效、统一的管理是一个现代化企业的发展要求；而对于一个智能化的小区或楼宇，智能化的变系统已成为一种必然的配备和选择。2.箱式变电站智能化系统的设计2.1箱变智能化系统的结构一个典型的箱式变电站的一次方案见图1，它主要有三个部分组成：高压—SF6环网单元；临汾变压器—临汾变压器或临汾变压器；—进线柜（含计量） 馈出柜（5个回路） 电容补偿柜（6回路）。根据系统的特点、供电方式及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讯能力的网络仪表和智能模块将整个系统的各种电气设备的信息通过网络线缆连接到一个或多个监控站，组成智能化系统。智能化系统按分层、分布式原则由站控层、通讯层和间隔层三部分组成，结构框图见图2。系统采用一个元件对应一个回路（间隔）的分布式设计，各间隔功能独立，按回路体现功能。各智能仪表或模块就地安装在高柜上，每台智能设备均有通讯接口，通过通讯网络与监控主机通讯。监控主机实时监控箱变系统的运行状况，将所收集到的信息进行分类储存和管理。每台电气设备的控制操作既可以在监控主机上集中完成，也可以就地进行。⑴　间隔层：由分散安装在高、开关柜（包括回路）上的智能仪表和模块组成，完成现场数据的采集，通讯命令的实施。⑵　通讯层：由网络通讯控制器和网线构成，进行通讯协议的转换，实现数据的通讯。⑶　站控层：主要由监控计算机和后台监控软件组成，通过计算机和软件实现系统管理功能。2.2系统的配置根据系统特点和各回路的智能化监控功能要求，箱式变电站智能化系统的配置见下表1。表1智能化系统的配置及要求回路/设备设备（器件）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:电流遥信：熔断器跳闸指示、负荷开关与接地开关位置指示、短路及接地故障指示,临汾变压器超温报警/跳闸、瓦斯保护RS485接口/Modbus协议临汾变压器S11-M-500进线框架断路器PDM-820AC遥测：远程读取测量值/电流、电压、有功/无功功率、功率因数、有功/无功电能、频率、谐波遥信：远程监视断路器的状态，并获取故障原因、时间和数值遥控：远程分合断路器遥调：远方修改或整定参数RS485接口/Modbus协议重要MCCB回路塑壳断路器250A/160APDM-810PLM遥测:电流、电压、功率因素、有功/无功电能、频率、谐波遥信：断路器分合闸状态和故障状态遥控：远程分合断路器RS485接口/Modbus协议一般MCCB回路塑壳断路器100A*3PDM-810PL遥测:电流、电压、功率因素、有功/无功电能、频率遥信：断路器分合闸状态和故障状态RS485接口/Modbus协议无功补偿15kVar*6回路PDM-820QC遥测:电流、相/线电压、功率因数、有功/无功/视在功率、频率遥信：电容投切（12路）RS485接口/Modbus协议网络通讯控制器2000R 数据集中，通讯协议转换2.3箱式变电站智能化的要点2.3.1智能箱变的内部通讯网络和远程通信的实现箱式变电站智能系统采用传输线路简单、经济的串行通讯方式，网络接口采用RS485标准接口，现场间隔层和站控层之间的实时数据交换采用网络通讯控制器实现通讯数据的高速上行和下达。网络通讯控制器具有独立的前置机功能，不依赖于站控层监控计算机系统就可独立运行，完成通讯数据采集、交换、协议转换，使不同接口的设备可以方便地连接起来进行通讯，与上级监控系统实现信息共享。在箱式变电站的内部，采用抗干扰性能良好的双绞线作为传输介质。箱变与主控站，距离在1200米以内的采用双绞线传输；较远距离时可采用无线传输方式，其距离可达10千米。2.3.2工作的提取各智能监控仪表在工作时均需要提供工作，比较常用的提供方案有两种，一是在高压室增加一台PT柜，由PT柜提供交流220V/110V的，但增加PT柜必然会增大箱变的体积和造价；二是采用蓄电池提供直流，但其使用寿命不能满足箱变预期寿命要求。综合考虑提取的方便性和经济性，采取在SF6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。部分的工作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系统透明化；提高系统安全性、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