CN102437650A - 智能化电力配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高低压配电系统，特别是一种智能化电力配电系统。它至少包括：固定于高压柜（1）的高压监控单元（2）、固定于直流屏（3）的直流屏监控单元（4）、固定于低压柜（5）的低压柜设备监控单元（6）、固定于变压器（7）的变压器监控单元（8），高压监控单元（2）、直流屏监控单元（4）、低压柜设备监控单元（6）、变压器监控单元（8）分别通过网络（9）与主控单元（10）电连接。它操作方便、价格低的智能化电力配电系统，能促使高低压开关柜的智能化率全面提升。

Description

智能化电力配电系统

技术领域

本发明涉及一种高低压配电系统，特别是一种智能化电力配电系统。

背景技术

现代工业技术的发展对高低压配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微处理器技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅度提高，使智能化高低压电器元件得到快速发展，使智能化高低压开关柜的发展也得到了极大地推动，智能化电力配电系统也因此应运而生。

电力的供应对社会的生产、工作的正常进行有着非常重要的作用。传统的高低压配电控制方式，主要是通过断路器、接触器、热继电器、熔断器、控制继电器、各种主令电器、互感器及各种电工仪表（电流表、电压表、功率表、电能表等）组合成的高低压开关控制柜来实现配电、控制、保护、监视等功能。这种传统的开关柜需要配有多种模拟指针仪表及继电器；给生产、储存、维修带来极大不便，并且以人工直接操作为主，无法实现计算机智能管理，对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。

随着现代工业的发展，对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高，利用现代电子技术、传感器技术、通讯技术、计算机及网络技术，将电力设备在正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量同工厂集散控制系统DCS、PLC、已成为一种必然趋势和发展方向。在数字化的时代，它正式宣布数字化网络时代已经来临。这意味着一切运行和经营管理方式均需数字化，并且必须与电脑、通信相融合。

智能化电力配电系统是在现有的以模拟仪表、继电器为监测、控制设备的普通开关柜基础上，与新型的智能仪表（网络电力仪表、智能配电监控/保护模块等、网络I/O）进行配合，通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视，对断路器的分合状态进行控制，配合各种完善的远程监控软件，从而实现“四遥”：

● 遥测：通过计算机实时对系统进行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行不断的采集、分析、处理、记录，显示曲线、棒图，自动生成报表；

● 遥信：可以实时对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监视，计算机实时显示和自动报警，并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流、速断、温度等动作进行实时记录、打印；

● 遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息，并在屏幕上将要选择的开关的状态反馈回来，确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关号等；

● 遥调：用于设定各种智能模块的运行参数，既计算机根据屏幕操作指令或计算机根据对系统分析判断结果，对智能模块的设定值和故障保护值进行远程整定。

目前在高低压配电方面，随着高低压开关柜智能化以及网络通讯技术的迅猛发展，使得自动化技术得到了空前发展，各大公司都想把这些技术用于配电系统，将强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通信技术相结合，从而出现了高低压开关柜智能化的要求，电力配电系统智能化的需求，对高低压开关柜设备实现遥调、摇讯、遥测、遥控操作；配电室真正实现了无人职守，从而极大提高了供电系统的智能化和供电的可靠性。

目前，ABB、施耐德、西门子在高低压配电系统智能化方面已经有了相当成熟的产品，但价格太高，国内市场根本无法接受，再加上担心控制装置的智能化发展会对智能化开关带来巨大冲击，因此三大国际品牌的企业对电力配电系统的智能化进程的推进力度并不大，由于国内高压配电智能化已经有了一定的发展，但低压配电系统智能化的发展步伐较慢，再加上资金的压力，导致配电系统智能化的推广力度相对较弱，但电力配电系统智能化的发展方向无法改变,市场前景非常广阔，市场容量巨大。

就我国高低压开关柜的智能化而言，存在着三个方面问题：

(1)开关柜智能化的构成单元还没有完全满足现场总线网络的要求，这些单元通常不具备现场总线接口，而是标准通讯接口RS485或RS232；这些单元的输入端需通过电量变送器和A/D转换器接入，并非电流或电压直接接入；这些单元还需经网关或集线器接入总线网络由此导致操作及时性、准确性和系统可靠性与国际水平的差距；

(2)系统运行在Window2000 或Windows NT 操作平台上，从网络层面来说不过是以太网式的DCS局域网而已。即使采用IEC61158 中某一个总线系统；

操作平台，还得购买国外总线系统的硬件和应用软件。系统硬件和软件与国际先进水平的差距是巨大的；

（3）开关柜的结构还是原有的产品结构、原封不动，并没有就满足GB/T7251.8关于开关柜结构的要求作过改造，尤其在二次布线系统上没有满足有关规定：不仅一次回路与二次布线有交叉，甚至有相当多的平行布置，更多是不具备单独的总线隔室。因此，它对于满足电磁兼容（EMC）的要求存在诸多不确定性。若没有经过严格的测试，很难确定其EMC指标是否达标。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便、价格低的智能化电力配电系统，促使高低压开关柜的智能化率全面提升。

本发明的目的是这样实现的，本发明的目的是这样实现的，智能化电力配电系统，其特征是：它至少包括：固定于高压柜的高压监控单元、固定于直流屏的直流屏监控单元、固定于低压柜的低压柜设备监控单元、固定于变压器的变压器监控单元，高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元分别通过网络与主控单元电连接。

高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元采用同样的结构。

高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元它们包括：处理单元、存贮单元、电压传感器、电流传感器、开关量检测单元、配电单元、指示输出、开关量输出、通信接口、显示单元和键盘单元，处理单元通过I/O接口分别与存贮单元、电压传感器、电流传感器、开关量检测单元、配电单元、指示输出、开关量输出、通信接口、显示单元和键盘单元电接。

电压传感器、电流传感器连接在一次CT及PT上，用于检测一次CT及PT的电压和电流信号。

开关量检测单元和开关量输出与处理单元光电隔离。

显示单元采用液晶显示，键盘单元作为人机界面，查询及设定各种运行参数并作为报警显示用。 

通讯接口采用现场总线通信接口，供通讯联网用。 

配电单元采用AC220V或DC110/220V输入。

本发明所带来的优点是：

1） 能不断促进变配电系统更安全、更可靠、更经济和更直观的运行，满足未来电力工业发展的需要；

2）全面实现变配电系统的 “四遥”及无人值守（或少人值班），节约人力资源，并可 实现低压供配电系统一体化综合监控、统一管理；

3）完善企事业单位的内部能量考核，采用现代化科技手段，完成电能管理、配电能耗 及用电成本统计功能，减少“跑、冒、滴、漏”，真正体现“管理出效益”的意义；

4）可以对潜在的事故进行预报警，同时实现各种电量的越限报警，便于及时处理以避 免事故或隐患的出现（如火灾等），减少损失；

5）供配电系统出现异常时；可以及时了解到有关故障信息（故障原因、性质、地点及 发生时间），来指导维修，减少故障的处理时间及停电时间；

6） 改善配电系统管理。通过历史记录的电力参数，及时掌握每天或季节负载特性；在 供配电系统内优化能耗的分配，均衡负载；减少潜在的停电事件；

7）  可以根据系统设备运行的记录数据和运行情况，制定临时或定期的设备维修计划； 按计划维修、减少运营和维修成本；

8） 可以快速、准确的掌握供、配电设备的运行情况（含历史数据），并可以用报表方 式或以图形方式进行显示、记录或打印出来，进行日报和月报，提高工作效率；

9） 供电质量（谐波失真度THD/最大、最小、平均值/电压合格率）实时分析功能，便于分清供电单位和用电单位的责任；

10）实现系统数据资源共享、供配电设备综合档案管理等诸多优点，为现代化管理提供了坚实、可靠的基础。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例电路框图；

图2是高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元的电控原理图。

图中，1、高压柜；2、高压监控单元；3、直流屏；4、直流屏监控单元；5、低压柜；6、低压柜设备监控单元；7、变压器；8、变压器监控单元；9、网络；10、主控单元；11、处理单元；12、存贮单元；13、电压传感器；14、电流传感器；15、开关量检测单元；16、配电单元；17、指示输出；18、开关量输出；19、通信接口；20、显示单元；21、键盘单元。

具体实施方式

智能化电力配电系统，它至少包括：固定于高压柜1的高压监控单元2、固定于直流屏3的直流屏监控单元4、固定于低压柜5的低压柜设备监控单元6、固定于变压器7的变压器监控单元8，高压监控单元2、直流屏监控单元4、低压柜设备监控单元6、变压器监控单元8分别通过网络9与主控单元10电连接。

高压监控单元2、直流屏监控单元4、低压柜设备监控单元6、变压器监控单元8采用同样的结构易于管理，它们包括：处理单元11、存贮单元12、电压传感器13、电流传感器14、开关量检测单元15、配电单元16、指示输出17、开关量输出18、通信接口19、显示单元20和键盘单元21，处理单元11通过I/O接口分别与存贮单元12、电压传感器13、电流传感器14、开关量检测单元15、配电单元16、指示输出17、开关量输出18、通信接口19、显示单元20和键盘单元21电接。

（1）电压传感器13、电流传感器14属模拟量输入，电压传感器13、电流传感器14连接在一次CT（0~5A）及PT（0~100V）上，用于检测电压和电流信号。电流电压变送都采用专用高性能的小CT、小PT，强电的电流0~5A、电压0~100V通过小CT小PT转换成0~5V电压信号（或4~20mA电流信号），通过低通滤波器。

（2）开关量输入，采用光电隔离等抗干扰技术，来监视开关柜各种位置信号及断路器状态信号、操动机构储能信号及操作闭锁信号。 

（3）脉冲量输入，采用光电隔离等干扰技术，供脉冲电度表电度计算计量用。 

（4）开关量输出，采用光电隔离技术供断路器分、合闸操作用，并具有控制路断线操作、回路电源失电信号的发生功能。

（5）显示单元采用液晶显示，键盘单元21作为人机界面，查询及设定各种运行参数并作为报警显示用。 

（6）通讯接口19采用现场总线通信接口，供通讯联网用。 

（7）配电单元16采用AC220V或DC110/220V输入。高压监控单元2、直流屏监控单元4、低压柜设备监控单元6、变压器监控单元8用于检测母线电压：Ua、Ub、Uc、UAB、UBC；线路电流：Ia、Ib、Ic：有功功率P、无功功率Q、功率因素cosφ、电网频率F；有功电度计量、无功电度计量。高压监控单元2、直流屏监控单元4、低压柜设备监控单元6、变压器监控单元8同时用于）保护馈线：速断、过流、过压、过载、接地等；同时完成电容器：速断、过流、接地、过压、低压、差压、不平衡电压、不平衡电流的检测。用于控制信号回路中的断路器分、合闸位置、工作位置、实验位置、储能位置检测。开关量输出用于控制断路器的分合闸控制。采用数字化存贮技术实现：故障录波：故障前、后2s100周（可选）各相电压、电流线电压，零序电流波形。并具有读出功能，正确读出每一时刻的副值及相互关系。采用网络通信完成遥测、遥信、遥控，遥调。

本发明中，电流回路：一般测量保护分开，测量回路接入测量CT，保护回路接入保护CT，电流回路需经过试验端子接线。电压回路：一般与三相电压互感连接，引出三相电压，经保险丝接入智能监控模块，同理开口三角电压也是这样。信号回路：一般可选DC24V或DC220V，直接从开关柜辅助接点接入，信号电源一般由智能监控模块供给。控制回路，直接从智能监控模块开关量输出端子引出分别接入分、合闸线圈及公共接地点。

本发明采用数字通信接口,通过网络与计算机系统进行互联 ,可在监控计算机上实现数据的实时采集、数据处理、数据存储、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与报警等、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等多种功能 ,实现配电系统的无人值守和远程监控 ,这也是传统方式无法企及的重要功能。

Claims (8)

1.智能化电力配电系统，其特征是：它至少包括：固定于高压柜的高压监控单元、固定于直流屏的直流屏监控单元、固定于低压柜的低压柜设备监控单元、固定于变压器的变压器监控单元，高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元分别通过网络与主控单元电连接。

2.根据权利要求1所述的智能化电力配电系统，其特征是：高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元采用同样的结构。

3.根据权利要求1所述的智能化电力配电系统，其特征是：高压监控单元、直流屏监控单元、低压柜设备监控单元、变压器监控单元它们包括：处理单元、存贮单元、电压传感器、电流传感器、开关量检测单元、配电单元、指示输出、开关量输出、通信接口、显示单元和键盘单元，处理单元通过I/O接口分别与存贮单元、电压传感器、电流传感器、开关量检测单元、配电单元、指示输出、开关量输出、通信接口、显示单元和键盘单元电接。

4.根据权利要求3所述的智能化电力配电系统，其特征是：电压传感器、电流传感器连接在一次CT及PT上，用于检测一次CT及PT的电压和电流信号。

5.根据权利要求3所述的智能化电力配电系统，其特征是：开关量检测单元和开关量输出与处理单元光电隔离。

6.根据权利要求3所述的智能化电力配电系统，其特征是：显示单元采用液晶显示，键盘单元作为人机界面，查询及设定各种运行参数并作为报警显示用。

7.根据权利要求3所述的智能化电力配电系统，其特征是：通讯接口采用现场总线通信接口，供通讯联网用。

8.根据权利要求3所述的智能化电力配电系统，其特征是：配电单元采用AC220V或DC110/220V输入。

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