CN103618381B - 保护测控一体化综合配电箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护测控一体化综合配电箱，所述的配变监控终端包括有模拟量采集模块、数字信号处理器、CPU处理器、时钟模块、数字存储器、I/O模块、通信模块，所述的模拟量采集模块通过DSP数字信号处理器与CPU处理器相连，时钟模块、数字存储器、I/O模块、所述的配变监控终端还具有控制接口、状态量采接口及通信接口，所述的无功补偿开关、进线开关、控制电源开关、馈线开关及无功补偿装置通过接口与配变监控终端相连。本发明能够支持遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”方式对配电变压器和低压配电网进行一体化监控管理，并根据故障类型、故障范围、紧急程度等因素，自动协调、调整配电箱内各类装置动作方式和运行方式。

Description

保护测控一体化综合配电箱

技术领域

本发明涉及一种综合配电箱，特别是一种保护测控一体化综合配电箱。

背景技术

当前，低压农网的自动化水平还处于起步阶段，低压配网的保护测控一体化应用方面近于空白。国家电网公司《用电信息采集系统》的推广应用，在配电台区安装配变监测终端、智能电表，已逐步实现的配变台区电量、电压、电流、功率的远程监测，并实现对低压电力用户的远程抄表。根据有关资料及报道，部分地区配变台区试点实现了集成或分散的低压无功自动补偿、剩余电流保护器远程监控、低压电网分支线回路监控、配变油温监测，尽管实现了对配变及低压用户“遥测”和部分“遥调”、“遥控”功能，但是，在一些基本的电力设备及用户端设备保护方面，仍然缺少过压、欠压、断相等许多必要的保护功能，并且存在各种系统功能交叉重叠，各类测量、保护、控制设备功能重复应用等问题，不利于统一建设与管理。

较为先进的配变综合配电箱，在一个箱体内集中安装了配变监测终端、智能漏电保护器、智能低压断路器、自动无功补偿装置。专利号为201120344030.6一种多功能低压配电箱的实用新型专利，将低压进线开关、出线开关、智能配变终端、无功功率补偿装置集成在一个箱体内，将塑壳断路器作为进线开关，将多路高分断自动重合闸剩余电流动作保护器（也称全自动配电综合保护装置，以下简称保护器）作为出线开关，该保护器集过载、短路、过压、欠压、缺相、漏电及自动重合闸于一体，并通过485及232通信接口与控制单元通信。该专利技术方案的缺点是：配变终端的测量信息无法直接同进线开关等开关的保护、控制功能紧密关联，低压进线开关无法进行远程控制和自动控制，无法同各出线开关根据故障类型、范围等情况协调联动，无法对整个配电台区进行故障智能隔离和负荷调整；配电箱内各自动装置没有可靠稳定的控制电源，导致可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种具有多种功能的、能支持持遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”方式对配电变压器和低压配电网进行一体化监控管理的，并能根据故障类型、故障范围、紧急程度等因素，自动协调、调整配电箱内各类装置动作方式和运行方式的保护测控一体化综合配电箱。

一种保护测控一体化综合配电箱，包括有电流互感器、零序电流互感器、无功补偿装置、控制电源开关、无功补偿开关、进线开关、馈线开关、配变监控终端，所述的配变监控终端包括有模拟量采集模块、数字信号处理器、CPU处理器、时钟模块、数字存储器、I/O模块、通信模块，所述的模拟量采集模块通过DSP数字信号处理器与CPU处理器相连，时钟模块、数字存储器、I/O模块、通信模块分别与CPU处理器相连，所述的配变监控终端还具有控制接口、状态量采接口及通信接口，所述的无功补偿开关、进线开关、控制电源开关、馈线开关及无功补偿装置通过接口与配变监控终端相连，所述的保护测控一体化综合配电箱与配电变压器之间采用电力电缆相连接，在配电变压器内部安装有温度传感器,温度传感器通过信号电缆将信号传递给配变监控终端，配变监控终端还通过通信模块与远程主站或/和终端设备PDA相连通信连接。

本发明的保护测控一体化综合配电箱，能够支持遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”方式对配电变压器和低压配电网进行一体化监控管理，并根据故障类型、故障范围、紧急程度等因素，自动协调、调整配电箱内各类装置动作方式和运行方式，实现对故障类型自动判断、选择性动作和自动重合闸功能，实现低压台区瞬时性故障能“自愈”、对永久性故障能“智能隔离”。

电流互感器、零序电流互感器、配变终端、控制电源模块的一次电气接线接入点均设在进线开关的电源进线侧。

所述的保护测控一体化综合配电箱的模拟量采集模块包含三相电压、电流、漏电电流、温度四种类型采集端子，分别采集对应类型模拟量数据。

所述的电流互感器由三只电气参数、特性相同电流互感器组成，用于采集进线电缆A、B、C三相电流信号，其二次侧引线接入配变监控终端模拟量采集模块的电流采集端子。

进线电缆A、B、C相线及零线共同穿过零序电流互感器的铁芯，零序电流互感器二次侧接入配变终端模拟量采集模块漏电电流采集端子，实现剩余电流信号的采集。

进线开关为带有分励脱扣器、电动操作机构和辅助开关附件的框架式或塑壳式低压断路器。

无功补偿开关、控制电源开关采用带有分励脱扣器和辅助开关附件的塑壳式低压断路器。

馈线开关采用带有通信接口的智能综合漏电保护器，通过其RS485或RS232接口与配变监控终端进行通信，并接受配变终端的监控。

所述的保护测控一体化综合配电箱还包括有控制电源模块，所述的控制电源模块经控制电源开关从配电箱进线处引入三相电源，经变换、稳压、滤波/整流处理后，输出高质量的单相交流/直流控制电源，控制电源模块输出端同进线开关、无功补偿开关、控制电源开关的分励脱扣器、电动操作机构相连，为上述三个开关设备提供分、合闸操作控制电源。控制电源模块还可为无补偿装置、馈线开关提供高质量高可靠性的运行电源和控制电源。

综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：

1、以配变终端为核心监控设备，在配电箱实现信号、测量、保护、控制、通信等方面一体化自动监控管理，并可接入远程主站，实现对配电箱及其所属配电台区遥信、遥测、遥控、遥调的 “四遥”功能。

2、完善的配电台区智能化继电保护功能。将电压类继电保护（过压、欠压、缺相、逆相序）、电流类继电保护（短路、过流、漏电电流越限）、直流模拟类继电保护（变压器油温）等继电保护功能集成在一起，配电箱自动对配电台区故障的类型、范围、性质进行综合自动判断执行保护动作，减少故障停电范围和次数，提高供电可靠性。

3、提供智能配电控制功能。由配变终端进行对配电变压器、进线开关、馈线开关、无功补偿装置和其它开关的统一监控，并自动协调各开关之间的动作配合关系、协调各类继电保护、自动重合闸、开关操作之间的配合关系，并支持负荷自动调节。

4、方便的管理维护功能。引入PDA智能终端作为配电箱的现场运行维护设备，支持在PDA上实现配电箱运行情工况监测、参数调整、操作控制，提高工作效率，降低劳动强度。

5、增加控制电源模块，提高配电箱内部测控设备的运行可靠稳定性，提高对配电台区电网、设备的保护与控制可靠性。

附图说明

图1为本发明保护测控一体化综合配电箱的二次回路连接示意图。

图2为本发明保护测控一体化综合配电箱的一次电气连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例1

一种保护测控一体化综合配电箱，配电箱内各部件的一次电气连接关系如图2所示，电流互感器TA1、零序电流互感器TA0、配变终端连接在进线电缆侧，控制电源模块经控制电源开关QF3连接在进线电缆侧。进线电缆与0.4kV母线之间串接进线开关QF1；无功补偿装置经无功补偿开关QF2接入0.4kV母线；馈线开关QF4、馈线开关QF5、馈线开关QF6的进线端依次排列接入0.4kV母线，其出线端接低压馈线电缆。0.4kV母线的A、B、C相线上还分别接一只避雷器（或浪涌保护器）。

电流互感器TA1、零序电流互感器TA0、配变终端、控制电源模块的接入点均在进线开关上方，其优点是：当进线开关、无功补偿开关、馈线开关处于断开位置时，通过进线电缆直接供电或经控制电源模块的供电，配电箱内各主要测量、保护、控制设备仍然正常带电运行，配变终端对其监控对象仍可实施有效的监控，并可同远程主站保持正常通信状态，确保配电箱远程测控连续性，有利于远程主站对配电台区故障分析和故障隔离。

配变终端通过控制接口和控制线连接进线开关QF1的分励脱扣器MX1、电动操作机构MCH1，实现对进线开关QF1的分合闸操作，通过状态量采集接口、信号线连接进线开关QF1的辅助开关OF1，实现开关分合位置的监测。配变终端实现对无功补偿开关QF2、控制电源开关QF3的监控原理与上述方法相同，但只能进行分闸操作自动控制。

零序电流互感器TA0、温度传感器、配变终端、进线开关QF1及电流互感器TA1通过它们之间的一次、二次电气连接关系，就组成了集测量、保护、控制、监视、通信多种功能于一体的微机综合继电保护系统，可以实现配电台区的电压、电流、温度等参量类型的微机型继电保护，包括：过压、欠压、缺相、逆相序、短路、过流、漏电等保护和配变油温监控。其中，配变终端是电气模拟信号采集、变换、数字化处理的采集装置，也是进行继电保护判断和保护控制指令的智能控制装置，同时也是运行数据信息存储、数据通信装置；进线开关QF1和其它开关是微机综合继电保护系统的主要执行机构。

馈线开关QF4、QF5、QF6选用带有通信接口的智能综合漏电保护器，是一种具有漏电、过流、短路和电压异常等保护功能的多功能漏电断路器。各馈线开关通过RS485或RS232接口与配变终端进行通信，并接受配变终端的统一协调和监控。

进线开关与各馈线开关或无功补偿开关之间，是上下级选择性微机继电保护配合的关系，也是主保护与后备保护的关系，并根据保护范围、继电保护类型、参数配合等要素进行分工协调。配电箱内各开关的继电保护配合、自动重合闸顺序、动作闭锁关系由配变终端统一控制。为实现继电保护的分工与分级配合，根据馈线下侧用户负荷特点，馈线开关QF4、QF5、QF6的漏电、过流、短路保护参数整定值应小于进线开关相应参数的整定值，同时，取消馈线开关的电压异常类型继电保护功能，过压、欠压、缺相、逆相序等电压类断电保护功能由进线开关完成。

为便于所属技术领域的技术人员理解和实现本发明，现将配电箱内各开关继电保护动作过程，以图2所示综合配电箱一次电气连接示意图举例如下：

电流类继电保护：当低压馈线1发生过流或短路故障时，馈线开关QF4、配变终端同时检测到过流或短路电流，根据保护配合关系，馈线开关QF4的过流或短路电流整定值、动作时限均小于进线开关QF1，馈线开关QF4开关首先跳闸，并将故障信息和动作情况通过接口报送给配变终端。如果馈线开关QF4本身因故障动作异常，未成功隔离故障点，配变终端将仍然采集到过流或短路电流，则发出跳闸指令，断开进线开关QF1。其它低压馈线的过流或短路故障继电保护动作过程与上述相同。

当低压馈线1发生接地故障时，馈线开关QF4、配变终端同时检测到超限值的漏电电流，根据保护配合关系，馈线开关QF4的漏电电流越限整定值、动作时限均小于进线开关QF1，馈线开关QF4开关首先跳闸，并将故障信息和动作情况通过接口报送给配变终端。如果馈线开关动作异常，未成功隔离故障点，配变终端将仍然采集到漏电电流，则发出跳闸指令，断开进线开关QF1。其它低压馈线的漏电继电保护动作过程与上述相同。

电压类继电保护：当低压配网发生过压、欠压、缺相、逆相序等电压类故障时，配变终端将采集到的各相电压有效值、相位角，同预设的电压类继电保护整定值进行比较，判断故障类型，并通过控制接口发出跳闸指令，接通进线开关QF1的分励脱扣器MX1电源，断开进线开关QF1，完成电压类故障继电保护跳闸动作。对于配电箱，电压类故障主要来自于电源侧，配电变压器一二次侧、中性点接地线及配电箱进线电缆故障，其故障影响面具有全局性，因此，将进线开关QF1定为电压类故障的继电保护设备，其它开关可不执行该类故障继电保护。

自动重合闸：低压电网的过流、短路、漏电电流越限等电流类故障中，临时性故障所占比例较大，远程主站通过配变终端对各馈线开关进行管理，将重合闸参数发送给各馈线开关的智能控制器，由各馈线开关自主执行故障继电保护，并进行一次或多次自动重合闸操作，重合闸不成功后则将馈线开关置于重合闸闭锁状态。对于电压类故障，在单电源低压配网系统中，其故障点主要在进线开关的电源侧，配变终端监测到故障信息后，发出跳闸指令断开进线开关，并对跳闸前后的电压、电流及其相位关系变化情况进行分析，自动判断出故障原因，并继续连续监测电源侧电压变化情况，根据故障原因和电压变化情况对进线开关自动进行电动合闸操作闭锁，防止带故障合闸送电。当来自电源侧的故障排除后，才可以手动或自动进行合闸操作。

合闸闭锁：由于一些外界原因，导致配电变压器输出到配电箱的电能的各相电压大小、相位角不符合要求，如：配电变压器高压侧断相、内部故障导致的欠压、缺相，或者检测到配电变压器中性点接地不良或断线导致的单相过压或欠压，配变终端自动闭锁进线开关的合闸功能，防止将不符合要求的电能输出到用户引发故障扩大，或防止进线开关反复地合闸跳闸。各馈线开关重合闸闭锁功能由其智能控制器根据预设参数实现。

负荷调整：配变终端根据所采集的电压、电流、配电变压器油温、各馈线支路电流等数据进行自动计算和综合判断，当配电变压器的负载、温度在接近其极限承载能力时，为防止配电变压器烧毁等故障事故扩大，配变终端根据预定参数主动发出负荷调整指令，断开一路或多路馈线开关，实现自动减载。当配电变压器的温度、负载电流下降至一定程度后，具备增加负载条件时，自动将已断开的馈线开关重新合闸，对相应馈线下的电力用户继续供电。

远程主站、PDA终端同配电箱之间的关系及互动情况说明：远程主站与配电箱之间通过配变终端附属远程通信模块实现接入2G/3G移动无线公网或光纤通道组成数字化双向远程测控系统，远程主站是一套自动化管理系统，负责统一管理、采集、配置或调整多个配电箱设备、参数和运行数据，可直接远程操作配电箱内的各开关设备。PDA终端箱之间通过配变终端内置的短距离通信模块，通过蓝牙（Bluetooth）、WiFi无线网络联网，实现对配电箱近距离维护管理。

电压类继电保护的过电压故障，指的是电力系统内部故障引起的工频过电压，主要包括：（1）中性线断线或接地不良导致中性点偏移引起的过电压；（2）谐振过电压。低压电网受外部雷击引起的雷电过电压，其持续时间短、冲击电压幅值高，该类型过电压由接在配电箱0.4kV母线上的避雷器（或浪涌保护器）与馈线开关配合实现保护。

本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (8)

1.一种保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：包括有电流互感器、零序电流互感器、无功补偿装置、控制电源开关、无功补偿开关、进线开关、馈线开关、配变监控终端，所述的配变监控终端包括有模拟量采集模块、数字信号处理器、CPU处理器、时钟模块、数字存储器、I/O模块、通信模块，所述的模拟量采集模块通过DSP数字信号处理器与CPU处理器相连，时钟模块、数字存储器、I/O模块、通信模块分别与CPU处理器相连，所述的配变监控终端还具有控制接口、状态量采接口及通信接口，所述的无功补偿开关、进线开关、控制电源开关、馈线开关及无功补偿装置通过接口与配变监控终端相连，所述的保护测控一体化综合配电箱与配电变压器之间采用电力电缆相连接，在配电变压器内部安装有温度传感器,温度传感器通过信号电缆将信号传递给配变监控终端，配变监控终端还通过通信模块与远程主站或/和终端设备PDA相连通信连接，电流互感器、零序电流互感器、配变终端、控制电源模块的一次电气接线接入点均设在进线开关上方，保护测控一体化综合配电箱在实现电流类继电保护时：当低压馈线发生过流或短路故障时，馈线开关、配变终端同时检测到过流或短路电流，根据保护配合关系，馈线开关的过流或短路电流整定值、动作时限均小于进线开关，馈线开关首先跳闸，并将故障信息和动作情况通过接口报送给配变终端，如果馈线开关本身因故障动作异常，未成功隔离故障点，配变终端将仍然采集到过流或短路电流，则发出跳闸指令，断开进线开关，当低压馈线发生接地故障时，馈线开关、配变终端同时检测到超限值的漏电电流，根据保护配合关系，馈线开关的漏电电流越限整定值、动作时限均小于进线开关，馈线开关首先跳闸，并将故障信息和动作情况通过接口报送给配变终端，如果馈线开关动作异常，未成功隔离故障点，配变终端将仍然采集到漏电电流，则发出跳闸指令，断开进线开关。

2.根据权利要求1所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：所述的保护测控一体化综合配电箱的模拟量采集模块包含三相电压、电流、漏电电流、温度四种类型采集端子，分别采集对应类型模拟量数据。

3.根据权利要求2所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：所述的电流互感器由三只电气参数、特性相同电流互感器组成，用于采集进线电缆A、B、C三相电流信号，其二次侧引线接入配变监控终端模拟量采集模块的电流采集端子。

4.根据权利要求3所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：进线电缆A、B、C相线及零线共同穿过零序电流互感器的铁芯，零序电流互感器二次侧接入配变终端模拟量采集模块漏电电流采集端子，实现剩余电流信号的采集。

5.根据权利要求4所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：进线开关为带有分励脱扣器、电动操作机构和辅助开关附件的框架式或塑壳式低压断路器。

6.根据权利要求5所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：无功补偿开关、控制电源开关采用带有分励脱扣器和辅助开关附件的塑壳式低压断路器。

7.根据权利要求6所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：馈线开关采用带有通信接口的智能综合漏电保护器，通过其RS485或RS232接口与配变监控终端进行通信，并接受配变终端的监控。

8.根据权利要求7所述的保护测控一体化综合配电箱，其特征在于：所述的保护测控一体化综合配电箱还包括有控制电源模块，所述的控制电源模块经控制电源开关从配电箱进线处引入三相电源，经变换、稳压、滤波/整流处理后，输出高质量的单相交流/直流控制电源，控制电源模块输出端同进线开关、无功补偿开关、控制电源开关的分励脱扣器、电动操作机构相连，为上述三个开关设备提供分、合闸操作控制电源，控制电源模块还可为无补偿装置、馈线开关提供高质量高可靠性的运行电源和控制电源。