CN102185262A

CN102185262A - 智能型集成变电站

Info

Publication number: CN102185262A
Application number: CN2011100366457A
Authority: CN
Inventors: 荣博; 邢成岗; 成学英; 徐文超
Original assignee: SHANDONG JIBAO ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: SHANDONG JIBAO ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种智能型集成变电站，属于配电一次设备与智能配电终端的融合与集成技术领域。包括变电站箱体、高压保护柜和低压保护柜，箱体内设置依次连接的高压母线、变电装置和低压配电装置，低压配电装置包括智能控制器和无功补偿电路，其特征在于：在变电装置的高压侧的高压母线上设置贯穿式高压电量数据终端，采集信号和计量，其输出端连接智能控制器，将数据传输到低压侧进行处理。高压母线设置高压电参量数据终端，即传感器式高压电能表，达到准确计量，增加保护效果。其高压保护系统提高了保护性能，减少了故障，减小了体积，提高了保护特性、克服了传统箱变问题。本发明可以实现：防窃电、计量准确、节能省电、控制灵敏、安全。

Description

智能型集成变电站

技术领域

本发明提供一种智能型集成变电站，具体说是属于配电一次设备与智能配电终端的融合与集成技术领域，适用于10-35kv箱式变电站。

背景技术

为了适应经济、社会发展的要求，应对全球气候变化以及电网面临的重大挑战，许多国家开展了智能电网的研究与实践。建设智能电网已成为电力工业发展的必然选择，对我国积极应对气候变化、确保经济社会持续快速发展、促进能源结构优化和高效利用、保障电力供应安全、培育战略性新兴产业、带动相关产业发展具有重要意义。

本发明提供的技术属于其配电一次设备与智能配电终端的融合与集成技术；配电自动化系统与智能用电信息支撑平台及智能配电网自愈控制系统的集成技术等项目课题。

目前，箱变技术的开发与应用在欧美国家普及率已高达90％以上，而在我国仅为10％左右。特别在箱变智能化技术方面，较国外有着较大的差距，国内相关技术的研究属起步阶段。特别是在广域的城市输配电网络系统中仍延用传统的土建变电站和户内外变压器亭(台)，即使有少数箱式变电站应用，仍有多数箱式变电站为金属箱体，存在着易腐蚀、凝露、老化、污染环境，维修难、土建、运行、维护费用高，自动化水平低等诸多弊端。并且环网供电电缆采用高压架空线路的接入方式。

已有变电站的低压无功补偿采用常规机械开关投切电容器组开关，合闸时触点弹跳易产生过电压和动作延时产生涌流，分闸时易重燃产生过电压并且不可频繁操动、静态均压不适于补偿无功变化快速的负荷等缺点。

中国专利(专利号200820090782.2)公开了一种智能高低压预装箱式变电站，其组成包括：混凝土箱体，所述的混凝土箱体内具有10KV环网供电装置，所述的10KV环网供电装置依次连接变压装置、低压配电装置、无功补偿装置、远程抄表装置，所述的以上各装置通过通讯接口连接智能控制器，所述的智能控制器的无线数据传输终端通过无线天线铁塔对应于主站计算机的无线数据传输终端，所述的无功补偿装置包括反并联晶闸管控制的变阻抗变压器，所述的变阻抗变压器分别连接断路器、真空接触器、抑制涌流电感，所述的抑制涌流电感连接补偿电容器组。该专利能够解决上述缺点，但是存在：1、用电计量误差大，计量不准确，远程抄表不准确；2、安全保护性能不好，智能控制器性能不高，误差大，误动作多。

中国专利(公开号CN101826707A)公开了一种智能型预装式变电站，包括主控模块、测量模块、显示模块、开关控制模块，以及故障录波、接地测试等功能模块：单片机设置在主控模块土，各功能模块由单片机直接控制，相对独立工作；测量模块用交流采样法对三相交流线路的电流、电压输入信号进行数据采集并处理，实现对电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、相位、频率、电能参量的测量，并定时将测量数据存储在EEPROM中，供上位机读取进行后期分析处理；开关控制模块土设有继电器，开关控制模块监测各开关的状态，接收上位机发出的开关控制命令，并通过控制其上的继电器使相应的开关动作。该发明制造方便，维修快捷。其存在的不足是：1、测量模块采用交流采样法采集数据和处理，需要对采集的数据进行分压处理和I/V变换，才能输入模拟开关进行处理，浪费大量电能，并且误差交大；2、其只能对6路信号进行采集处理，功能单一，如果出现复杂情况，不能够显示处理多种状态，会对变电站的安全运行造成影响。3、取得计量、保护信号是传统的取样方法。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种计量准确、节能省电、控制灵敏安全的智能型集成变电站。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：智能型集成变电站，包括变电站箱体、高压保护柜和低压保护柜，箱体内设置依次连接的高压母线、变电装置和低压配电装置，低压配电装置包括智能控制器和无功补偿电路，其特征在于：

在变电装置的高压侧的高压母线上设置贯穿式高压电量数据终端，采集信号和计量，其输出端连接智能控制器，将数据传输到低压侧进行处理。

高压侧设置贯穿式高压电量数据终端，即传感器式高压电能表或者传感器式组合互感器，即可以在高压侧实现计量，通过远传无线、光纤等方式把数据传回到低压侧，又可以将传感器式高压电能表作为传感器使用，把高压侧的电流、电压信号用毫安、毫伏的弱信号传回到低压侧，用于精确控制。高压保护柜设置在变电站箱体内，并且设置在变电装置的一次侧和高压电缆之间，用于连接高压电缆和输出母线，起到防护。

其中优选方案是：

所述的智能控制器为毫伏级信号保护监控装置，毫伏级信号保护监控装置包括弱信号微机保护器、高压传感器和开关机构，高压传感器和开关机构设置在高压母线上，高压传感器的输出端连接弱信号微机保护器的输入端，弱信号微机保护器的输出端连接开关机构。高压传感器采集高压侧信号，经过处理，能够实现保护、监控、通信、自动切换控制开关机构、故障录波、断路器状态检测等多功能，能够在分析软件上显示各元件动作过程，便于事故分析和装置的调试。所述的高压传感器为电流、电压组合式传感器，其输出端连接弱信号微机保护器。采用弱电信号进行分析处理。

所述的弱信号微机保护器的输入端也可以直接连接贯穿式高压电量数据终端的输出通讯端。直接采用其弱电微信号进行处理，不需要另外设置高压传感器。

所述的弱信号微机保护器包括微处理器、DSP、FPGA和存储器，微处理器的输入端通过DSP连接10-16路模拟量输入通道，微处理器的输入端还通过FPGA连接12路开关量输入通道，微处理器的输出端通过FPGA连接8路开关量输出通道，微处理器的数据端连接存储器，模拟量输入通道设置A/D转换器，所述的微处理器设置通讯装置、对话显示装置和提醒报警装置。微处理器处理输入信号，根据不同的运行情况，控制输出，通过开关量输出通道控制开关机构动作，并且通过通讯装置、对话显示装置和提醒报警装置，实现数据的上传、抄送、输入、显示，实现运行状态的指示、报警或者预警。

所述的高压保护柜和低压保护柜采用485线连接，也可以采用无线连接。增加通讯功能，实现了联网信息采集，提高了安全性和防窃电性能。

所述的变电装置主要为变压器，变压器可以采用材质不低于30ZH110冷轧硅钢片；三相三柱立体对称结构有最平衡的三相磁路；每组心片由薄钢带在专用铁心卷绕机上绕制而成，压力均匀紧实。采用三角形结构的全密封波纹油箱，三相均设置波纹片以保证散热及补偿随油温变化而导致的油体积变化的膨胀体积；箱盖上装有带压力释放阀的油位计便于加油及观察油面高度，及对变压器内部突发断路故障过电压时释放压力，安全保护。

所述的低压配电装置设置使用直列式熔断器开关。

本发明智能型集成变电站所具有的有益效果是：通过在箱式变电站的变压装置高压侧设置和使用传感器式高压电能表和毫伏级信号保护监控装置，贯穿式高压电量数据终端(传感器是高压电能表)计量和测量的高压侧电流、电压、功率、功率因数、用电量等数据通过485或无线方式传输到低压保护柜的数据显示终端；高压电流、电压组合式传感器的标准弱信号输送到高压弱信号微机保护器，弱信号微机保护器的输出端连接开关机构。以及经过设置，本发明可以实现：

1、在高压侧设置传感器式高压电能表，减少了标准电压信号的二次转换，取消了标准电流信号接口的锰铜分流电阻。它即可以在高压侧实现计量，通过远传无线、光纤等方式把数据传回到低压侧，又可以采用传感器把高压侧的电流、电压信号用毫安、毫伏的弱信号传回到低压侧，考虑到高压电能计量作为计量器具的严肃性，为使用户明白放心用电，高压传感器式电能表，保留了传统的电流、电压、电能信号的读取方式，改善了传统的计量方式的许多弊端，使传感器式电能表在安全运行、防止窃电、故障率小、节能节材、计量更加公平公正。

2、设置毫伏级信号保护监控装置，该装置集保护、监控、通信、自动装置、故障录波、断路器状态检测等多功能于一体，能够在分析软件上显示各元件动作过程，便于事故分析和装置的调试，使箱式变压器整套装置真正实现了一体化、智能化。功能强大，实用性强。

3、变压器采用S13-M.RL系列变压器，与S11系列变压器相比空载损耗平均下降30％，负载损耗平均下降25％，空载电流平均下降75％，噪声平均降低7-9dB。该系列产品直接节能应等于计量单元节能加上节能变压器的节能。

4、低压侧设置直列式熔断器开关：防止故障扩大，只有接近故障点的熔断器动作，不影响上级熔断器，而塑壳开关在出现故障时，出现跨级断路器跳闸；当熔断器动作后，仅需更换熔断器，由于更换熔断器即方便又容易，因而大大减少了安装和维修时间。尺寸小，每台柜子可装多路出线，使用寿命长而且不影响保护特性。

本发明采用远程抄表系统当线损失常时，通过本测算分路线损和楼域线损确定线损失常的楼域，然后调用本楼用户的用电量历史数据进行比较分析，找出漏电地点或可疑窃电用户，防止偷电漏电；通过检测电力线载波的幅度可以有效地判定电网状况，当发现某用户终端载波幅度明显降低或消失时系统给出报警指示以告知该处有表前接线行为，实现了电网检测，安全等级高，不会受到病毒、黑客等的攻击避免数据破坏。减少了传统方式电磁谐振、过电压冲击等；减少了十几个甚至几十个大电流节点和二次侧的十几个甚至几十个大节点；减少了了计量柜。

附图说明

图1为本发明的电气原理方框图；

图2为本发明的电气原理图；

图3为本发明的弱信号微机保护器的电气原理图；

其中：1、高压母线 2、传感器式高压电能表 3、传感器 4、弱信号微机保护器5、开关机构 6、变压器 7、低压配电装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，高压母线连接变电装置的一次侧，变电装置的二次侧设置连接低压配电装置，高压母线设置传感器式高压电能表和毫伏级信号保护监控装置。毫伏级信号保护监控装置包括弱信号微机保护器、传感器和开关机构，传感器和开关机构设置在高压母线上，传感器的输出端连接弱信号微机保护器的输入端，弱信号微机保护器的输出端连接开关机构。传感器为高压传感器，为电流、电压组合式传感器，其输出端连接弱信号微机保护器。

高压保护柜和低压保护柜采用485线连接，也可以采用无线连接，尤其适用于检测信号和状态信号的传输。

变压装置通常采用变压器，变压器可以采用材质不低于30ZH110冷轧硅钢片；三相三柱立体对称结构有最平衡的三相磁路；每组心片由薄钢带在专用铁心卷绕机上绕制而成，压力均匀紧实。采用三角形结构的全密封波纹油箱，三相均设置波纹片以保证散热及补偿随油温变化而导致的油体积变化的膨胀体积；箱盖上装有带压力释放阀的油位计便于加油及观察油面高度，及对变压器内部突发断路故障过电压时释放压力，安全保护。

开关机构一般采用大容量断路器，或者其他电磁控制装置。

如图2所示，变压器6的一次侧设置连接高压母线1，高压母线上设置传感器式高压电能表2、传感器3和开关机构5，传感器3的输出端连接弱信号微机保护器4，弱信号微机保护器4的输出端连接控制开关机构5，控制其动作已达到对高压母线1的通断控制。变压器6的二次侧设置连接低压配电装置7。

低压配电装置7设置使用直列式熔断器开关。

如图3所示为，弱信号微机保护器包括微处理器、DSP、FPGA和存储器，微处理器的输入端通过DSP连接10-16路模拟量输入通道，微处理器的输入端还通过FPGA连接12路开关量输入通道，微处理器的输出端通过FPGA连接8路开关量输出通道，微处理器的数据端连接存储器，模拟量输入通道设置A/D转换器，所述的微处理器设置通讯装置、对话显示装置和提醒报警装置。微处理器处理输入信号，根据不同的运行情况，控制输出，通过开关量输出通道控制开关机构动作，并且通过通讯装置、对话显示装置和提醒报警装置，实现数据的上传、抄送、输入、显示，实现运行状态的指示、报警或者预警。

微处理器CPU采用INTEL公司的通用处理器，除了模拟输入量处理以外的所有其它功能均由主CPU完成或协作完成，包括所有硬件初始化如现场可编程逻辑阵列FPGA和数字信号处理器DSP的软件下载和所有的通信和数字I/O口处理。大规模现场可编程逻辑阵列FPGA负责整个系统的时序控制，包括模拟输入量的多路选择控制和定时转换，CPU与DSP的接口控制和数字输入量的选通和变位检测等。DSP负责模拟量的计算和故障检测，采用AD公司的高集成度单片数字信号处理器，内置一个DMA接口和一个串行接口，DMA接口用于和CPU之间传输数据，串行口用于从A/D转换器获取数据。SRAM(512K)是CPU的工作内存，在装置掉电时，由一个1法拉的电容器给SRAM供电，保证其内部数据不丢失。FLASH RAM(512K)用于保存整定方式字、装置运行自举程序、CPU运行程序、DSP运行程序以及FPGA的I/O配置数据等。

弱信号微机保护器根据设置优选外接14路交流模拟量和1路外部直流模拟量的输入，所有的交流模拟输入量都经互感器隔离，直流模拟输入量使用光电耦合器、固态继电器(经过飞电容)实现隔离。经过低通滤波的交流量同直流量一起进入多路转换开关，由FPGA控制其选通那一路进入A/D转换器，经过A/D转换后的数据直接进入DSP处理。A/D与DSP的同步由FPGA控制，FPGA内部的数字锁相环调整采样时钟与工频同步，使CPU通过FPGA动态跟随工频频率的变化，保证交流量的采样周期总是128个采样点/周波。内部直流量输入为零、正、负参考电压以及由一个内部芯片输出的温度值共四个内部模拟参考量，用于多路转换器、缓冲放大器、A/D转换器的校正与漂移补偿。开关量输入共12路，供外部使用的有10路，均为内部有源接点，外接空接点即可。2路开关量输入用于监视装置内部状态，如开关位置，跳合闸回路是否完好等。开关量输出共8路，分为两类。一类是SBO(Select-Before-Operate)即操作前预选择，一般作为保护跳合闸输出和遥控输出；另一类是DO(Digital-Output)普通数字量输出用作其他控制。装置默认配置8路SBO输出，内部使用了2路SBO输出，外部使用的6路输出中最多可路配置成2路SBO输出和4路DO输出。

弱信号微机保护器为一体化智能化的监控装置，该装置集保护、监控、通信、自动装置、故障录波、断路器状态检测等多功能于一体，能够在分析软件上显示各元件动作过程，便于事故分析和装置的调试，为成品装置。

工作原理和使用过程：

变压器6的高压侧设置传感器式高压电能表1，即可以在高压侧实现计量，通过远传无线、光纤等方式把数据传回到低压侧，又可以采用传感器3把高压侧的电流、电压信号用毫安、毫伏的弱信号传回到低压侧。传感器3采集高压侧信号，经过处理，能够实现保护、监控、通信、自动切换控制开关机构5、故障录波、断路器状态检测等多功能，能够在分析软件上显示各元件动作过程，便于事故分析和装置的调试。

实施例2：

弱信号微机保护器的输入端直接连接贯穿式高压电量数据终端的输出通讯端。直接采集贯穿式高压电量数据终端的内部数据，用于分析处理控制。

实施例3：

设置上位机，采集高压侧数据，和低压侧数据，进行汇总分析，实现远程集中数字化智能运行。

Claims

1.一种智能型集成变电站，包括变电站箱体、高压保护柜和低压保护柜，箱体内设置依次连接的高压母线、变电装置和低压配电装置，低压配电装置包括智能控制器和无功补偿电路，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的智能控制器为毫伏级信号保护监控装置，毫伏级信号保护监控装置包括弱信号微机保护器、高压传感器和开关机构，高压传感器和开关机构设置在高压母线上，高压传感器的输出端连接弱信号微机保护器的输入端，弱信号微机保护器的输出端连接开关机构。

3.根据权利要求2所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的弱信号微机保护器的输入端直接连接贯穿式高压电量数据终端的输出通讯端。

4.根据权利要求2所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的高压传感器为电流、电压组合式传感器，其输出端连接弱信号微机保护器。

5.根据权利要求2或3或4所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的弱信号微机保护器包括微处理器、DSP、FPGA和存储器，微处理器的输入端通过DSP连接10-16路模拟量输入通道，微处理器的输入端还通过FPGA连接12路开关量输入通道，微处理器的输出端通过FPGA连接8路开关量输出通道，微处理器的数据端连接存储器，模拟量输入通道设置A/D转换器，所述的微处理器设置通讯装置、对话显示装置和提醒报警装置。

6.根据权利要求1所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的高压保护柜和低压保护柜采用485线连接。

7.根据权利要求1所述的智能型集成变电站，其特征在于：所述的高压保护柜和低压保护柜采用无线连接。