CN103972807B - 环网柜配电自动化改造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及户外电气设备技术领域，尤其是一种环网柜配电自动化改造装置，包括二次电源装置、自动化装置部分和开关柜电操作机构，二次电源部分采用小型CT无源取电装置，小型CT无源取电装置由开启式取电CT，电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成，自动化装置部分由GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU装置组成。本发明利用小型CT无源取电装置来替代PT提供二次电源，设备所占空间小，可实现在原户外箱内部直接改造，大大缩短了改造时间；使用小型分布式FTU，解决集中式DTU屏体积过大，无法安装在原有户外箱内部空间的缺点；可通用于目前市面上的所有环网柜；本发明具有良好的实用性和通用性，且不受空间的限制。

Description

环网柜配电自动化改造装置

技术领域

本发明涉及户外电气设备技术领域，尤其是一种环网柜配电自动化改造装置及其改造方法。

背景技术

配电作为电能发变送配中的最后一个环节，在电力生产中具有非常重要的作用，由于历史原因，过去配电设备的自动化程度不高。随着经济的发展和生活水平的提高，对供电质量和可靠性提出了更高的要求，大规模的两网改造结束后，配电网的布局得到了优化，需要进一步提高配电网的可靠性，全面实现高水平的配电网自动化，对老旧设备的自动化改造也就越加迫切。

目前针对老旧户外环网柜的智能化改造方案有好几种：

主要是改造后设备所需要的二次操作电源均是由PT提供的，然而PT的体积较大，无法直接安装在原户外箱中，所以改造时必须在原户外箱附近另安装一个户外箱或者直接将原户外箱更换，这样做不但大大增加了改造时间，还会造成原户外箱的浪费或者土建及环境等方面的破坏。

目前所知上海浦东区户外环网柜一个改造方案，为了安装供电源所需的PT柜和集中式DTU屏，改造时将原户外箱全部更换成新的户外箱，造成原户外箱的浪费，原户外箱更换成新户外箱必须在工厂进行，而返厂施工必然会造成现场停电时间增加，停电时间增加造成的经济损失更是无法估量。

另外，以CT取电技术作为二次电源早在几年前已经有运用的案例，最普遍的运用就是无源综合保护装置；近年由于电力网智能化改造的推行，不少企业开始研究用于智能化改造提供二次电源的CT取电技术，但是由于这项技术的初期运用一直是偏向小功率用电，所以后期出现的运用于智能化改造的CT取电产品的设计也还是延续了这一设计理念，以某电源模块厂家为华东电网设计的CT取电装置为例，装置需采用大连第二互感器厂定制的专用CT，体型较大，无法直接安装在环网柜内，CT必须根据具体项目的一次电流情况来定制，而且由于装置只能承受6W的长期负载，45W的短期负载，所以必须在每台单元柜都安装一套这种CT取电装置才能满足二次设备的用电要求，而每套装置（包含CT，电源模块和锂电池）的价格在2W元左右，一套6单元的户外环网柜，光电源部分的设备费用就达到12W，这明显就是不实用的。

上述改造方案，由于需要加装供电所需PT、大型CT或集中式DTU屏，所以必须在原户外箱附近再安装一个户外箱,目前在网运行的很多开关站、开闭所、户外环网站等开关设备由于受限于原先的空间，很难再开辟出额外的空间安装户外箱，具有空间限制，成本高，改造时间长，在某种程度上制约了自动化改造。

发明内容

为了克服现有的上述的不足，本发明提供了一种环网柜配电自动化改造装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环网柜配电自动化改造装置，包括二次电源部分、自动化装置部分和开关柜电操。所述二次电源部分采用小型CT无源取电装置，所述小型CT无源取电装置由开启式取电CT，电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成。本技术特征利用了小型CT无源取电装置替代原来的PT来提供智能化设备及开关柜电操的所需的二次电源。开启式取电CT直接安装于进线柜上。本技术特征中一是取电CT为开启式，二是其可以直接安装在原项目进线柜电缆上，不需要对原一次电缆拆装，大大缩短了改造时间。由电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成电流互感器电源模块；所述电流互感器电源模块的输入端连接有至少一个开启式取电CT。所述自动化装置部分由GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU组成。每台待改造的开关柜中安装一只小型分布式FTU，将所有小型分布式FTU的485通讯口连接至通讯管理机，通讯管理机的信号通过GPRS模块与配网自动化主站的信号互动连接。通讯管理机通过GPRS模块将这些信号发送至配网自动化主站，也接受来自配网自动化主站的控制信号，然后通过485总线将这些控制信号发送至对应开关柜的分散式FTU，由小型分布式FTU对开关柜进行分合闸操作，满足配网自动化所要求的遥信，遥测和遥控的功能。所述自动化装置部分的GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU均分别与电流互感器电源模块连接，实现二次供电，保证正常遥控性能。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述电流互感器电源模块优选地连接有三个80W开启式取电CT，则该模块输入端充电功率优选为240W。由于充电功率增加，对应的充电电流也会增加，元件运行热量与元件内阻以及充电电流息息相关。故为降低装置运行温度并保证价格不会过于昂贵，本方案优选连接三个80W开启式取电CT，这样装置整体充电功率为240W，这个充电功率既满足了用电需求，又保证了装置运行热量不会过高；由于充电电流并不是很高，所以装置使用的元器件的价格也得到了相应的控制；而且在240W的充电功率下，所用的开启式取电CT也能做的比较小型化，可以直接安装在环网柜电缆室。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述80W开启式取电CT尺寸为内径38mm*外径112mm*高度100mm。由于增加CT取电功率会导致CT外形变大，不利用在环网柜中的安装；且增加取电CT功率后，相应的电流转电压装置的硬件成本也会成倍增加。本方案中取电CT可很好地实现取电CT的小型化和装置经济化。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述开关柜电操来源于待改造的开关柜生产厂家，开关柜电操的操作电源需为DC48V。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述磷酸锂铁蓄电池优选为48V，25ah。由于开关柜电操不可能一直不停操作，而且操作时间也很短，本方案选择蓄电池容量时优先考虑了如何满足自动化装置长时间用电需求，所选择的蓄电池在充满电后，可以满足8单元的户外设备二次设备持续工作超过24个小时，故优选为48V。

本发明的有益效果是，

(1)利用小型CT无源取电装置替代PT来提供智能化设备及开关柜电操的所需的二次电源，其优势是设备所占空间小，可实现在原户外箱内部直接改造，不用更换原户外箱更不用破坏原项目土建和周边环境，并大大减少了改造停电时间；

(2)使用小型分布式FTU，解决集中式DTU屏体积过大，无法安装在原有户外箱内部空间的缺点；

(3)可通用于目前市面上的所有环网柜，只对操作电源有要求（DC48V），而且对户外箱内部空间的要求较低；

(4)部分设备的安装接线（如西门子6RK柜型中所设计的抽屉）可以在工厂内完成，无需在现场制作，大大缩短了改造时间；

(5)本发明具有良好的实用性和通用性，且不受空间的限制，值得推广应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的配网自动化原理图；

图2是本发明实施例一示意图；

图中，1.小低压室，2.自动化设备抽屉，3.小型分布式FTU，4.通讯管理机，5.电流互感器电源模块。

具体实施方式

以下实施例仅为了更好的说明本发明，并不限制本发明的保护范围。

图1为本发明配网自动化原理图，本发明包括二次电源部分、自动化装置部分和开关柜电操，二次电源部分采用小型CT无源取电装置，小型CT无源取电装置由开启式取电CT，电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成；自动化装置部分由GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU组成。每台开关柜中安装一只小型分布式FTU，将所有小型分布式FTU的485通讯口连接至通讯管理机，通讯管理机通过GPRS模块实现与配网自动化主站的信号互动连接。所有小型分布式FTU、通讯管理机、GPRS模块均与电流互感器电源模块连接，电流互感器电源模块与安装与进线柜上的开启式取电CT连接，有几个进线柜连接几个，最优为三个。

其中，电流转电压装置：①为了保证蓄电池的寿命，装置设置在蓄电池电量降低至60%时启动对蓄电池进行充电（磷酸锂铁蓄电池的电量长期保持在40%-60时，电池的使用寿命最长），电池电量达到100%时停止充电；②装置有2种工作模式（蓄电池充电模式和蓄电池工作模式）：当进线柜一次电流值在130A-600A的范围内，且蓄电池电量低于60%时，装置进入蓄电池充电模式（经过实验室模拟测算，蓄电池充电模式下，装置在长期带50W负载的工作环境下完成一次充电（0%-100%）的时间为5-6个小时），此时装置的最大额定输出功率为240W，装置在蓄电池充电模式下设置有二次负载智能监测的功能，当二次负载功耗高于240W时，装置会自动切换至蓄电池工作模式（蓄电池工作模式下装置的额定输出功率为1000W，极限输出功率为2200W），来保证大功率的输出，这个功能在实际应用时相当实用。

磷酸锂铁蓄电池：①蓄电池参数为DC48V25AH，由于开关柜电操不可能一直不停操作，而且操作时间也很短，所以选择蓄电池容量时我们优先考虑了如何满足自动化装置长时间用电需求，所选择的蓄电池在充满电后，可以满足8单元的户外设备二次设备持续工作超过24个小时（每单元开关柜进行3次电动分合闸操作）；②当一次电流在装置额定工作范围内时（130A-600A）,充电完成时间为5-6个小时（自动化装置正常工作的情况下），也就是说每天进线柜电流只要有5-6个小时超过130A，就可以满足装置的充电需求。

本发明的CT取电技术可以在宽电流范围内取电（130A-600A），当一次系统电流处于此范围内时，取电装置的截流分压技术，将开启式取电CT输出的二次电流转换成DC48V的电压，3只开启式取电CT可提供240W的输出功率（DC48V，5A的输出电源）。

上述取电装置有2种工作模式，一种是蓄电池工作模式（蓄电池电量超过60%），此工作模式下取电CT停止工作，完全由蓄电池来给二次负载供电，其额定输出功率可达到1000W，最大极限输出功率可以达到2200W。另一种是蓄电池充电模式（蓄电池电量低于60%时启动），此模式下取电CT在对蓄电池充电的同时为二次负载供电，所能承受的最大二次负载功耗为240W，虽然在蓄电池充电模式下额定最大二次输出比较低（仅240W），但是已经完全可以满足长期负载的用电要求。而且装置本身含智能切换功能，当蓄电池充电模式下二次负载功耗突然上升超过240W时，自动切换至蓄电池工作模式，保证大功耗设备的运行要求。

以下为本发明的实验室测试：

本实验模拟工作环境是一个拥有8单元负荷开关柜的户外箱。其中自动化装置部分的功耗为<40W（GPRS模块<3W；通讯管理机<10W；分布式FTU<24W），每个负荷开关柜电操功耗为50W。当装置进入蓄电池充电模式时，最大额定输出240W功率完全可以满足自动化装置的需要。此时如果同时操作8台开关柜一起合闸，瞬间功耗达到了450W，装置立刻自动切换至蓄电池工作模式。开关柜合闸完成后，功耗降低，装置又切换回了蓄电池充电模式。

另外，本发明的开关柜电操作机构：由开关柜生产厂家自行提供，要求是操作电源需为DC48V；开关柜电操二次回路需优化成适合在现场改造的模块设计，在工厂完成大部分工作，然后在现场只需做少部分连线及元件安装即可完成现场改造工作。

本发明直接在原户外箱基础上改造，不需要另增户外箱，可根据环网柜柜型定制各种改造方案。

以下实施例一的改造方案以西门子6单元负荷开关柜（以下简称6RK）的户外环网柜为例：

西门子6RK柜型在机构室上部有高度为210mm的小低压室，本发明预先定制一配网自动化设备抽屉。

如图2所示，小低压室1内增设自动化设备抽屉2，所述自动化设备抽屉2中安装小型分布式FTU3、通讯管理机4、GPRS拨号设备（现升级为芯片，安装于通讯管理机4内，图中无显示）和电流互感器电源模块5，自动化设备抽屉2中的所有元器件的安装和接线在工厂完成，需外引的导线线接入端子插头。

现场停电后安装负荷开关电动操作机构，将相关引线引入安装在小低压室侧面的端子，端子优选凤凰的VBST系列带插头端子，电流电压端子通用。

将抽屉插入小低压室并固定住，将抽屉上的端子插头插入对应的端子，并连接好2个抽屉间的连线，每3个单元一个小低压室，所以需安装2个抽屉，连线为电源线和485通讯线。

主回路合闸通电后，按电流互感器电源模块的启动按钮，启动供电后各元器件即开始工作。

需注意事项：

①主回路合闸通电前需确保电流互感器接线已完成；

②如需不停电检修或更换配网自动化设备，请先在端子上将供电CT和测量CT短路后才能将端子上的插头拔掉，将抽屉抽出；检修或更换设备完成后将抽屉再次装入固定，并插上插头后才能将短接器拔除，恢复正常运行。

上述实施例描述内容仅列举针对西门子户外环网柜改造，其他厂家户外环网柜改造方案可根据不同情况做方案调整。

改进后的环网柜配电自动化改造装置可以实现遥控，遥信，遥测，遥调等四遥功能，可以直接在原户外箱基础上进行改造，不需要在户外箱外部增加任何设备，部分设备的安装接线（如西门子6RK柜型中所设计的抽屉）可以在工厂内完成，无需在现场制作，大大缩短了改造时间。

Claims (5)

1.一种环网柜配电自动化改造装置，其特征是，包括二次电源部分、自动化装置部分和开关柜电操；

所述二次电源部分采用小型CT无源取电装置，所述小型CT无源取电装置由开启式取电CT，电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成；

所述自动化装置部分由GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU组成；

各部分连接关系如下：

开启式取电CT直接安装于进线柜上；

由电流转电压装置和磷酸锂铁蓄电池组成电流互感器电源模块；

所述电流互感器电源模块的输入端连接有至少一个开启式取电CT；

每台待改造的开关柜中安装一只小型分布式FTU，将所有小型分布式FTU的485通讯口连接至通讯管理机，通讯管理机的信号通过GPRS模块与配网自动化主站的信号互动连接；

所述自动化装置部分的GPRS模块，通讯管理机和小型分布式FTU均分别与电流互感器电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的环网柜配电自动化改造装置，其特征是，所述电流互感器电源模块连接有三个80W开启式取电CT，则该模块输入端充电功率为240W。

3.根据权利要求2所述的环网柜配电自动化改造装置，其特征是，所述80W开启式取电CT尺寸为内径38mm*外径112mm*高度100mm。

4.根据权利要求1所述的环网柜配电自动化改造装置，其特征是，所述开关柜电操来源于待改造的开关柜生产厂家，开关柜电操的操作电源需为DC48V。

5.根据权利要求1所述的环网柜配电自动化改造装置，其特征是，所述磷酸锂铁蓄电池为48V，25ah。