CN105576541A - 一种箱式变电站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种箱式变电站，其特征在于，包括智能监控单元、电气测量回路、控制设备、信号设备、断路器设备。该箱式变电站，可扩展性和灵活的配置，集中控制和管理，分散功能，实时数据处理，安全和可靠的传输，灵活，操作方便。其中，智能监控单元包括防凝露保护系统、变压器室温保护系统、参数显示设定系统。

Description

一种箱式变电站

技术领域

本发明涉及箱式变电站，更为具体地本发明涉及一种包括智能监控系统的箱式变电站。

背景技术

箱式变电站亦即“户外成套变电站”，简称其为“箱变”。箱变于20世纪的60年代至70年代在欧美地区产生并兴起，因其具有易于深入电力负荷中心进行集中供电、减小供电半径、提高配电线路末端供电电能质量、运行安全可靠且工程投资少等一系列优点，逐渐被引进我国，经过仿制、消化后在我国社会经济建设中得到了进一步发展，并在城乡电网中得到广泛应用，素有“21世纪变电所建设的目标模式”美称。

随着我国城乡电网建设与改造的不断推进实施，希望高压可以直接进入到负荷中心。箱变能够满足这样的供电要求，故而在我国城乡电网中得到了广泛的应用。其次，随着我国城市化进程不断推进，负荷密度不断增大，面对城市用地紧张的局面，要求以架空线为主的城市配电网逐步转变为电力电缆，传统的“杆上变”日渐不能满足人们的要求，供配电需要改变当前的蜘蛛网式布线方式。箱变由于其占地面积小而成为了首选配电设备。再者，人们对于供电质量与可靠性的要求日益增高，而箱变具备高压网供电、双电源供电以及低压网自动进行投切等功能，无疑成为良好的配电设备。当前城市小区的智能化、信息化、网络化发展趋势，要求箱变能够安全可靠运行且具备“四遥”功能((遥测、遥讯、遥调、遥控))，以保证在一分钟前后恢复供电。箱变可以说是当今时代变电设备新的发展趋势之一，在减少变电所建设的投资、加快建设的速度、提高电力网安全可靠性能等方面起着举足轻重的作用。作为城市建设中涉及最多的工程之一，箱变符合了时代发展的需求，因而对箱变的研究、设计及不断改进便具有了十分重要的理论和现实意义。

箱变可分为终端型和环网型两种，主要应用在系统的终端供电和环网供电中，用于受电和配电、提供照明与动力供电之用，多数用在建筑施工工地、住宅小区、机场、港口等地方，可安装于户内或者户外。其中欧式箱变兴起于上世纪60年代的欧洲地区，他们将变压器及高、低压开关柜一起组合置于公共的箱体内，组成了传统的欧式箱变。由于科学技术的不断提高，箱变的智能够化也获得了飞速发展，实现了智能够监控、智能够通信、低压无功补偿、远程抄表等功能够。当前欧式箱变已实现“四遥”功能够，即遥控、遥测、遥信、遥调，并能够快速切除故障、恢复供电。2003年后，我国箱变的产量以每年10000台的递增速度快速发展。

在未来的社会发展和城市化过程中，负荷的密度必将越来越高，用地也更加紧张，导致“杆上变”越来越不适应人们的需求。因此，小型化的箱变将成为主要的配电设备之一。箱变将在我国广大农村、城市、企业等领域得到广泛应用。譬如：箱变可应用于铁路系统电力的调度及远程控制；也可应用于城市供配电系统中，在负荷增加的某个时间段，可以很好地增加变压器的容量，提高供电可靠性。

但是现有的箱式变电站的监控及操作还不够智能化，在监控及使用的便捷性上还较差。

发明内容

本发明提供一种箱式变电站，其特征在于，包括智能监控单元、电气测量回路、控制设备、信号设备、断路器设备。

优选地，所述智能监控单元包括防凝露保护系统、变压器室温保护系统、参数显示设定系统。

优选地，所述防凝露保护系统包括位于箱式变电站内的温度监测设备、湿度监测设备、升温设备、降温设备、抽湿设备；当温度高于设定值时，降温设备启动；当温度低于设定值时，升温设备启动；当湿度高于设定值时，抽湿设备启动。

优选地，所述变压器室温保护系统包括对箱式变电站的电力变压器绕组温度或油温进行监控的温度监控设备及排热风扇，当电力变压器绕组温度或油温高于设定温度时，排热风扇启动。

优选地，所述电气测量回路对箱变的各个低压侧输出端口的电压、高压侧入口的电压以及高压侧出口的电流的参数进行监测，记录运行时的电流、电压、功率；同时，监测箱式变电站的高压侧的出口电流，若有故障发生，则负荷开关将自动跳闸。

优选地，所述箱式变电站为美式箱式变电站或者为欧式箱式变电站。

优选地，所述箱式变电站包括低压室、高压室及变压器室。

该箱式变电站，可扩展性和灵活的配置，集中控制和管理，分散功能，实时数据处理，安全和可靠的传输，灵活，操作方便。其中，智能监控单元包括防凝露保护系统、变压器室温保护系统、参数显示设定系统。

具体实施方式

本发明提供一种箱式变电站，包括智能监控单元、电气测量回路、控制设备、信号设备、继电保护设备。该箱式变电站，可扩展性和灵活的配置，集中控制和管理，分散功能，实时数据处理，安全和可靠的传输，灵活，操作方便。其中，智能监控单元包括防凝露保护系统、变压器室温保护系统、参数显示设定系统。

所述防凝露保护系统包括位于箱式变电站内的温度监测设备、湿度监测设备、升温设备、降温设备、抽湿设备；当温度高于设定值时，降温设备启动；当温度低于设定值时，升温设备启动；当湿度高于设定值时，抽湿设备启动。防凝露的主要内容是实时在线监测箱体内的温度及湿度参数，并根据所监测到的温度及湿度信息正确地启动或停止升温或降温设备，从而避免了因凝露而发生的闪络放电。

所述变压器室温保护系统包括对箱式变电站的电力变压器绕组温度或油温进行监控的温度监控设备及排热风扇，当电力变压器绕组温度或油温高于设定温度时，排热风扇启动。对箱变的电力变压器绕组温度或油温进行实时在线监测，并根据监测的情况适时启动风扇，强迫排风散热。

箱体内的温度及湿度、各个低压侧输出端口的电压、高压侧入口的电压以及高压侧出口的电流等参数是通过8为的LED来进行循环显示的，即参数显示设定系统的一种实现方式。可通过键盘对故障电流整定值以及各路温湿度限定值进行修改、设置。

上述的智能监控单元是一个小型CPU系统，能够处理各路模拟信号、对开关量进行输入和输出、进行串口之间的通讯等部分，同时对所采集的非电量和电量进行计算和判断，实现对系统进行实时监控；同时，通过送风、加热等措施来调节环境温湿度、变压器线包温度，从而使得箱变能够正常运行。人们基于通用硬件平台，并采用了总线的结构形式来进行硬件设计，以使各个部分之间能够根据具体控制要求选配不同种类模板。监控单元的硬件组成包括：总线板、模拟板、输入板、输出板、面板、CPU主控板等。

所述电气测量回路对箱变的各个低压侧输出端口的电压、高压侧入口的电压以及高压侧出口的电流的参数进行监测，记录运行时的电流、电压、功率；同时，监测箱式变电站的高压侧的出口电流，若有故障发生，则负荷开关将自动跳闸。在电气测量回路中，计算机监测与控制系统对箱变运行的各个测量参数进行监控。测量参数是设计师按照用户的实际需求，根据有关规定来决定的。以计算机为基础的监测和控制系统需要输入各种测量参数，首先通过电流互感器和电压互感器，形成一个统一的交流，然后转换成直流AC参数。5V←10毫安，4至20mA或←10V信号计算机监测与控制系统的测量。(1)电量变送器电测量仪器仪表的类型完全对应。什么类型的电测仪表，电量变送器是什么类型的。(2)电力变送器接线和电气测量工具是相同的。电流回路串联连接的电流-电压的变压器电路和电压互感器电路并联电路。电量变送器设计应统一安排在最年底的电流互感器电路，以避免电测仪表和交叉安排。(3)测量电压变送器应增加20％，高压选举低当选AC120V，AC250V或420V功率发射机输出换届选举DC0-5V或4-20mA最大输入电压。(4)变电站综合自动化系统，监控单元，交流采样，直接取自电流或电压互感器。电气测量回路的优点为(1)误差不应随时间、温度、湿度和外磁场等外界条件的影响而变化；(2)测量仪表的功率损耗要小；(3)读数装置要方便良好；(4)构造坚固，使用维护都要方便。

对于控制设备，计算机监测和控制系统有一个继电器输出开关门触点，触点容量A050V3A。并连接到开关柜分闸开关或按钮，在遥远的分闸操作。(1)以计算机为基础的分闸继电器触点开关柜分闸开关或按钮，监控和控制系统的设计应该是手动和遥控器之间的自动转换开关。(2)10KV及以上电源和配电系统的开放运行的远程计算机监测和控制系统，控制开关不对应的布线应该被取消，您可以使用自复位转换开关控制按钮也可以被使用。(3)到计算机监测与控制系统的远程操作开关的开关或按钮手动门操作，应该有一对常开触点，导致电脑系统，电脑监控和控制的监测和控制，手动分门系统是一个数字输入，以防止虚假报警信号时手动切换到人工的地方。

对于信号设备，(1)所有的计算机监测和控制系统需要监控的开关状态，都应该有一对常开触点，导致到计算机监测与控制系统。所有的常开触点可以共享一个信号，但不能被连接到AC系统接地。(2)所有信号继电器应该有一个单独的一对常开触点，从而导致在计算机监测和控制系统。中央信号系统中，信号继电器的一对常开触点，导致中央信号系统中，下面的两个常开触点应分开在不同的电压电平不能被共地。

对于断路器设备，断路器控制可分为集中控制和本地控制。集中控制，集中控制，本地控制是控制断路器的安装位置在中控室。距离控制被称为控制室配电单元的断路器控制。这种控制是主控制开关，控制电缆和运行机制。箱式变电站电气设备的运行，可发生于任何意外的操作状态。主要用于电气设备的工作状态，并显示运营商采取行动跟上中央信号，提醒。断路器控制电路的基本要求：(1)手动跳闸，合闸可以完成自动跳闸断路器跳闸过程完成后，可以自动切断跳闸线圈短路电流，以很长一段时间和烧伤防止线圈通电时，重复。(2)以防止断路器跳闸或关闭操作的位置信号。(3)以反映反跳电路断路器跳闸或关闭，(4)自动断路器跳闸或关闭位置信号。(5)控制电路信号完整性监控。(6)并力争满足要求的前提下，简单和可靠的。中央控制信号，根据光信号和声音信号的形式。光信号表示的音频信号的性质，在正常工作状态下，操作人员的注意。通过安装在控制面板上的灯和光板的光信号，这表明的各种电气设备，从蜂鸣器和警报设置在控制室内的音频信号的声音。共用的声音信号，简称为中央音响信号装置。中央信号装置分区：事故信号，报警信号和位置信号。

整个箱式变电站可采用该系统采用分布式控制系统配置，可扩展性和灵活的配置，集中控制和管理，分散功能，实时数据处理，安全和可靠的传输，灵活，操作方便。整个变电站保护系统主要采用以下设备，它们都具有以下特点：1.设备有抑制谐波能力；2.设备自检，自检错误报警和闭锁保护；3.设备出口和行动周期可以设置开关压盘；4.设备保护动作出口和监测业务自主出口；5.的设备集测量，测量，保护和控制功能于一体。

(1)变压器保护主变压器主保护装置，高压侧主变压器保护监控装置，主变压器低压侧监控装置三个设备。主要实现：①比率差动保护;②差动保护，③重瓦斯保护。

(2)10kV电压等级的线路保护及测控装置主要是实现：①三个阶段的三相过流保护，保护不破的限速，限速的时间，定时限过电流组成；②三相重合闸。

(3)10千伏电容器保护监控装置：①明确的时间-电流保护；②电压保护。

(4)备用电源设备适用于总线领带断路器自动投入功能由两个完全独立的监测和保护系统，备用电源总线耦合器快速突破过电流保护。

(5)PT监控装置适用于总线电压互感器，PT由两个完全独立的监控和保护系统自动切断。转换功能和接地故障保护，低电压保护。

(6)中央信号监测设备站事故信号和告警信号报警输出，主变压器油的温度和环境温度，与其他设备兼容的。

对于本发明提出的箱式变电站，可以为美式箱式变电站或者为欧式箱式变电站。美式箱式变电站又称为预装式变电站，形成“一体式”的布置格局。美式箱式变电站的变压器具备户外设备的特性，能够进行良好散热且结构紧凑。然而，该种箱变在一相熔丝被熔断的情况下，三相负荷开关将无法跳闸，从而导致非全相运行的状况发生。欧式箱式变电站防护性能好，但由于多了一个共同的壳体，导致变压器不易散热。首先，美式箱式变电站由于采用的是一体化安装形式，体积较于欧式箱式变电站更小些。其次，美式箱式变电站和欧式箱式变电站高压侧所采用的保护方式不同。欧式箱式变电站高压侧通常利用负荷开关加配限流熔断器来进行保护。而美式箱式变电站的高压侧仅采用熔断器来进行保护，负荷开关的作用是投切转换以及切断高压负荷电流。美式箱式变电站的容量较之于欧变比较小。若美式箱式变电站高压侧某一相的熔丝被熔断，那么便会降低低压侧的电压，此时塑壳自动空开的欠压保护或过流保护便会动作，从而避免了变压器低压运行。再次，从产品成本方面看，欧式箱式变电站的成本比较高。相比于欧式箱式变电站，美式箱式变电站存在较大的降价空间。美变一般包括低压室、高压室及变压器室，其结构可分为三种，分别如下：(1)高压负荷开关、电力变压器以及高压熔断器分别置于上、下两个不同油箱；(2)电力变压器、高压负荷开关以及高压熔断器分别置于左、右两个不同油箱。(3)电力变压器、高压负荷开关以及高压熔断器三者共用一个油箱；

欧式箱式变电站一般也包括低压室、高压室及变压器室，总体结构包括“一体式”和“组合式”两种结构。“品字形”的布置方式对安装地点要求较低，对于操作和维护检验也更加方便，这对于变压器室内使用了多台变压器的情况下更加有利。箱变的低压室包含断路器、电流互感器、浪涌保护器、无功补偿器、隔离开关、电流表、电压表等。变压器一般采用油变或干变。各电气元件间采用机械联锁以达到“五防”要求。箱变具备电能检测、计量、显示、保护功能。一般情况下，变压器的容量在315KVA及以上的箱变，采用高压供电、高压计量，即“高供高计”；如有高压计量要求时，还需要设置高压计量柜。高压计量柜的结构一般由电流互感器、电压互感器、计量表计、遥控、遥测装置等构成。

进线电缆的负荷载流量应当大于所有出线之和的最大负荷1.3-1.8倍；其次应具有足够的机械强度，考虑箱式变电站所在电网位置的最大短路电流产生的电动力；运行时所接入的电压等级即为电缆绝缘等级。对于高压进线室，测量及保护用电流互感器采用两相式，其准确等级为0.5级，而保护等级为10P级，其变比按照变压器的额定电流来选择或者选择稍高一些；其保护的方式通常采用反时限继电保护（两相式），且交流故障的电流可以用来作为操作电源。对于高压出线室，高压只有一路变压器支路的情况下，可以由高压进线室直接进入变压器，容量若是小于630KVA时可使用负荷开关。高压有多路变压器分支时，需设有进线开关和继电保护，同时各分支应考虑采用负荷开关。低压进线母线的载流量应是电力变压器Ie的1.3至1.8倍之间(Ie为额定电流)。参考进线开关额定电流较之则要稍大些。630A以下开关通常采用对称测量的出线测量方式，630A以上的则采用三相测量。低压侧无功补偿一般按变压器额定容量的25%-30%进行补偿，由于电容器单元是按三相制作的，故单块容量的选择应按小于变压器额定容量的10%进行补偿。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种箱式变电站，其特征在于，包括智能监控单元、电气测量回路、控制设备、信号设备、断路器设备。

2.如权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述智能监控单元包括防凝露保护系统、变压器室温保护系统、参数显示设定系统。

3.如权利要求2所述的箱式变电站，其特征在于，所述防凝露保护系统包括位于箱式变电站内的温度监测设备、湿度监测设备、升温设备、降温设备、抽湿设备；当温度高于设定值时，降温设备启动；当温度低于设定值时，升温设备启动；当湿度高于设定值时，抽湿设备启动。

4.如权利要求2所述的箱式变电站，其特征在于，所述变压器室温保护系统包括对箱式变电站的电力变压器绕组温度或油温进行监控的温度监控设备及排热风扇，当电力变压器绕组温度或油温高于设定温度时，排热风扇启动。

5.如权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述电气测量回路对箱变的各个低压侧输出端口的电压、高压侧入口的电压以及高压侧出口的电流的参数进行监测，记录运行时的电流、电压、功率；同时，监测箱式变电站的高压侧的出口电流，若有故障发生，则负荷开关将自动跳闸。

6.如权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱式变电站为美式箱式变电站或者为欧式箱式变电站。

7.如权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱式变电站包括低压室、高压室及变压器室。