CN111049006A - 10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了10kV级电力设备数据采集分析远传的柜体，包括柜体，所述柜体的前侧设有柜门，柜门的上部安装有显示器，显示器的下方设有键盘鼠标抽屉，键盘鼠标抽屉的前端固定在柜门上，键盘鼠标抽屉下方的柜体内部设有工业交换机，工业交换机的下方设有4U工控机；所述柜体的底部设有底板，底板上设有若干个进线口，柜体的顶端设有冷却风扇组件；所述柜体的内部有若干个支撑安装板，工业交换机、4U工控机等都安装在支撑安装板上。本发明的能够稳定的控制，且对电力数据采集、分析、传输；对所有高低压开关柜、变压器、配电房的电气参数和非电量参数进行采集，通过多串口服务器、现场I/O模块和可编程控制器进行采集数据。

Description

10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜

技术领域

本发明涉及一种较大范围，具体是10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜。

背景技术

当前，在国家电网中，尤其是南方电网，要求加快落实在线监测技术在生产技术领域应用，进一步提升配网运维工作质量和效率，支撑配网技术发展向数字化、精益化、智能化转型，驱动配电房设备管控全要素、多领域全面提升的目标顺利实现，带动配网运维管理水平整体跃升和产业竞争水平跨越发展。

配电房智能电力自动化后台及集中控制中心电力自动化后台作为新型现代化智能配电房的核心关键，其重要性必须用专用控制柜进行电力数据采集、分析、传输和控制的稳定性，其结构同时还需要满足智能化电气设备的安全和运行要求。

发明内容

本发明的目的在于提供10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

10kV级电力设备数据采集分析远传的柜体，包括柜体，所述柜体的前侧设有柜门，柜门的上部安装有显示器，显示器的下方设有键盘鼠标抽屉，键盘鼠标抽屉的前端固定在柜门上，键盘鼠标抽屉下方的柜体内部设有工业交换机，工业交换机的下方设有4U工控机；所述柜体的底部设有底板，底板上设有若干个进线口，柜体的顶端设有冷却风扇组件，冷却风扇组件的四周设有挡板；所述柜体的内部有若干个支撑安装板，工业交换机、4U工控机等都安装在支撑安装板上，支撑安装板的侧边设有一个走线通道。

作为本发明的进一步方案：所述柜体通过控制及通讯总线，并通过控制网络SCADAelectric signal NET来实现通信传输；柜体包括10kV主供电源主开关控制、10kV计量柜关口数据采集、10kV互感器PT及避雷数据采集、10kV馈线电源主开关控制、10kV备供电源主开关控制、0.4kV进线主开关控制以及0.4kV馈线开关控制；柜体还能够对开关柜的温度、开关柜内湿度、配电房温度、配电房湿度、变压器各点温度、UOS不间断电源等数据进行采集监控

作为本发明的进一步方案：所述10kV主供电源主开关控制与10kV馈线电源主开关控制之间通过软件逻辑联锁。

作为本发明的进一步方案：所述开关柜内温度和配电房温度采集范围均为-50-150℃，开关柜内湿度和配电房湿度采集范围均为0%-100%，变压器各点温度采集范围为-50-300℃。

与现有技术相比，本发明的能够稳定的控制，且对电力数据采集、分析、传输；对所有高低压开关柜、变压器、配电房的电气参数（电流、电压、有功、无功、频率、相位、开断位置、故障开关量状态、故障模拟量状态、平衡度状态等）和非电量参数（开关柜温度、湿度，变压器各点温度、湿度，配电房温度、湿度、照度、臭氧浓度）进行采集，通过多串口服务器、现场I/O模块和可编程控制器进行采集数据。所有数据上传至现场10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜进行数据处理，专用控制柜对现有的老旧、传统配电房及现代化智能配电房均具有全面兼容性。

附图说明

图1为10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜的主视结构示意图。

图2为10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜的内部框架结构示意图。

图3为10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜的仰视结构示意图。

图4为10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜的采集、控制、可视化人机交互网络拓扑图。

图5为配电房数据采集图。

图6为单母线单电源运行方式图。

图7为高压电缆环网供电运行方式图。

图8为单母线双电源运行及联络图。

图9为单母线三电源运行及联络图。

图10为单母线电源、低压单变压器的运行图。

图11为高压单母线双电源运行及联络、低压双变压器运行及联络图。

图中：1、柜体；2、柜门；3、显示器；4、键盘鼠标抽屉；5、工业交换机；6、4U工控机；7、冷却风扇组件；8、挡板；9、支撑安装板；10、走线通道；11、进线口；12、底板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-11，10kV级电力设备数据采集分析远传的专用控制柜，包括柜体1，所述柜体1的前侧设有柜门2，柜门2的上部安装有显示器3，显示器3的下方设有键盘鼠标抽屉4，键盘鼠标抽屉4的前端固定在柜门2上，键盘鼠标抽屉4下方的柜体1内部设有工业交换机5，工业交换机5的下方设有4U工控机6；所述柜体1的底部设有底板12，底板12上设有若干个进线口11，柜体1的顶端设有冷却风扇组件7，冷却风扇组件7的四周设有挡板8；所述柜体1的内部有若干个支撑安装板9，工业交换机5、4U工控机6等都安装在支撑安装板9上，支撑安装板9的侧边设有一个走线通道10，走线通道10能够将柜体1内部的空间连通在一起，从而便于排线布线。

如图4所示，本申请的专用控制柜通过控制及通讯总线，并通过控制网络SCADAelectric signal NET来实现通信传输，专用控制柜包括10kV主供电源主开关控制、10kV计量柜关口数据采集、10kV互感器PT及避雷数据采集、10kV馈线电源主开关控制、10kV备供电源主开关控制、0.4kV进线主开关控制以及0.4kV馈线开关控制，此外，专用控制柜还能够对开关柜的温度、开关柜内湿度、配电房温度、配电房湿度、变压器各点温度、UOS不间断电源等数据进行采集监控；所述10kV主供电源主开关控制与10kV馈线电源主开关控制之间通过软件逻辑联锁；所述开关柜内温度和配电房温度采集范围均为-50-150℃，开关柜内湿度和配电房湿度采集范围均为0%-100%，变压器各点温度采集范围为-50-300℃，专用控制柜能够与操作员工作站通过系统登录来实现对上述数据实行可视化监控，从而实现人机交互。

如图5所示，在针对老旧、传统的配电房，数据采集均采用现代技术进行改造，使用标准电流型5A及电压型100V采样，模拟量通过加装485串口ModBus标准协议模块进行传输，或通过4~20mA及0~10V标准工业自动化信号模块传输；数字量通过加装I/O开关量采集模块，或PLC可编程控制器的DI/DO模块采集传输；非电量温度、湿度通过加装模拟量采集模块也通过加装485串口ModBus标准协议模块进行传输，或通过4~20mA及0~10V标准工业自动化信号模块传输。

针对现代化的智能配电房，只需按标准协议和南方电网标准接口进行对接。

本申请的专用控制柜对所有高低压开关柜、变压器、配电房的电气参数（电流、电压、有功、无功、频率、相位、开断位置、故障开关量状态、故障模拟量状态、平衡度状态等）和非电量参数（开关柜温度、湿度，变压器各点温度、湿度，配电房温度、湿度、照度、臭氧浓度）进行采集，通过多串口服务器、现场I/O模块和可编程控制器进行采集数据。

本申请的专用控制柜通过组态软件进行各开关柜、变压器及配电房的数据进行分析，具体分析如下：

1.电压分析

电压分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

10kV电压：实时数据10kV±5%，超过正负5%范围就行数据报警；由一次10kV电压互感器变换成二次100V电压等级进行采样，变比10/0.1kV；有高报（11.0kV＞实时数据＞10.05kV），高高报（实时数据＞11.0kV）；低报（9.0kV＜实时数据＜9.5kV），低低报（实时数据＜9.0kV）。

0.4kV电压：实时数据0.4kV±5%，超过正负5%范围就行数据报警；有高报（0.45kV＞实时数据＞0.42kV），高高报（实时数据＞0.45kV）；低报（0.33kV＜实时数据＜0.36kV），低低报（实时数据＜0.33kV）。

电压历史记录可查看全天24小时电压峰谷值，分析峰值和谷值的发生时间点和规律，分析电压波动的幅度与频度，分析某个时间段的平均电压等级。

2.电流分析

电流分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

10kV电流：实时数据电流±5%，超过正负5%范围就行数据报警；由10kV一次电流互感器变换成二次0~5A电流范围进行采样，变比X/5A（X为10kV负荷折算0.4kV电流）。

0.4kV电流：实时数据电流±5%，超过正负5%范围就行数据报警；由0.4kV一次电流互感器变换成二次0~5A电流范围进行采样，变比X/5A（X为0.4kV负荷折算0.4kV电流）。

10kV电流及0.4kV电流有高报（额定电流+10%A＞实时数据＞额定电流+5%A），高高报（实时数据＞额定电流+10%A）；低报（额定电流-10%A＜实时数据＜额定电流-5%A），低低报（实时数据＜额定电流-10%A）。

电流历史记录可查看全天24小时电流峰谷值，分析峰值和谷值的发生时间点和规律，分析电流波动的幅度与频度，分析某个时间段的平均电流等级。

3.开关柜状态分析

开关柜状态分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

配电房内10kV高压开关柜及0.4kV低压开关柜采集的断路器I/O数字量数据，结合高压系统的运行方式，低压系统的运行方式，分析断路器的分合闸状态，分析系统的运行方式。

高压柜及低压柜常用运行方式由单母线单电源，单母线双电源，单母线双电源+联络等方式；高压柜单母线双电源运行+联络运行方式，有些还具备备自投逻辑控制功能；分析运行状态可发现断路器异常跳变，接地刀、隔离刀、储能异常动作等报警状态。

4.功率分析

功率分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

各高压负载及低压负载的功率涵盖有功功率P，无功功率Q，功率因数cos；实时采样可以看出此时的功率及功率因数，通过组态软件分析历史记录数据查看某时、某一天、某一月、某一段时间有功P，无功Q的数量，功率及功率因数的变化规律，供电部门对功率因数的奖励和惩罚措施，比对与供电部门的数据，达到电气设备的经济安全运行。

5.温湿度度及湿度分析

温湿度分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

开关柜运行温度，空气温度不超过40度，24小时内平均温度不超过35度，最低温度不低于-25度，母线允许温升不超过75K。

开关柜运行湿度，24小时内相对湿度平均值不超过95%，水蒸气压力平均值不超过2.2kPa，月相对湿度平均值不超过90%，月水蒸气压力平均值不超过1.8kPa。

变压器运行温度，油浸式变压器介质最高不超过40度，顶层油温最高不超过95度；常用绝缘等级F级的变压器，额定电流下的绕组平均温升值不超过100K；干式变压器绕组热点额定值不超过145度。

配电房环境温度和湿度按电气设备的额定运行环境进行要求。

温湿度采集后组态软件写脚本分析温湿度进行实时显示，历史记录，实时报警；高报+5%，高高报10%，低报-5%，低低报-10%。

6.门禁分析

门禁分析脚本：if...else...；if...while...for...；!Sleep...等。

安装门禁、指纹机、摄像头进行数据采集，通过输入员工工号信息，在对采集的数据进行比对分析，防止无关无证人员进入配电房，保证电气设备运行的安全性。

7.其他数据分析

还可以衍生出水浸、烟雾、闪光灯、动物入侵等非电量数据采集分析，实现配电房更加智能化、人性化和安全性。

本申请的专用控制柜其传输方式由超五类网线、单模多模光纤、无线DTU、WiFi、蓝牙等多方式结合，上传与远传的数据，可进行二次数据分析，远程报警，实现智能配电房的电气设备的智能化运行，定期检修，无人值守等现代化运维管理。

专用控制柜对经过分析后的数据进行友好的人机界面可视化显示和操作，对报警信息进行实时推送和打印。

采用21寸LED液晶显示器在现场或远程控制中心，实时和历史记录查询各电气设备的电气数据和非电量数据，实时对异常数据进行报警，对历史报警查询和打印。

本申请的专用控制柜可对电气参数、非电量参数进行可视化及报警，具体如下：

1电气参数可视化及报警

实时显示各高低压开关柜的电气参数，有：电压10kV及0.4kV,一次电流及二次电流，高低压开关柜断路器开关状态、储能状态、工作位置、试验位置、抽出位置，接地刀开关状态，隔离刀开关状态，有功功率P，无功功率Q，功率因数cos，频率Hz，相位°，辅助电气设备直流屏及UPS的输入电压、电流，输出电压、电流，电池电压、电流，询价状态。同时提供历史数据查看记录，记录时间可自定义。

实时显示各开关柜的故障状态有：不同运行方式下开关异常动作，各开关柜过流、速断、零序保护故障状态，异常动作告警状态等。同时提供历史报警数据查看记录，记录时间可自定义。

2.非电量参数可视化及报警

非电量参数实时显示各高低压开关柜、变压器、配电房，可供历史记录查看，有：开关柜内温度，相对湿度，开关触头连接处A.B.C.N相上下温度，主母线A.B.C.N连接处温度。变压器外罩内湿度，变压器铁芯温度，上下层油温温度，变压器高低压绕组温度，配电房入口处温度，湿度，配电房内地面水浸，配电房内烟雾，闪光。同时提供历史报警数据查看记录，记录时间可自定义。

本申请专用控制柜采用的硬件配置如下表所示：

表1硬件配置表

序号

名称或代号

型号与规格

单位

数量

金额(元)

品牌

1

CPU模块

6ES7288-1ST60-0AA0

台

1

西门子

2

DI模块

6ES7288-2DE16-0AA0

台

1

西门子

3

DO模块

6ES7288-2QR16-0AA0

台

1

西门子

4

AI模块

6ES7288-3AE08-0AA0

台

1

西门子

5

AO模块

6ES7288-3AQ04-0AA0

台

1

西门子

6

触摸屏

MT8102IE

台

1

威纶通

7

温湿度控制器

TC-ZWS-1W1S-45

台

1

杭州添创

8

微型断路器

iC65N C型 20A

台

10

施耐德

9

微型断路器

iC65N C型 40A

台

1

施耐德

10

继电器模组

QX-16A1R16 24VDC

台

3

欧姆龙

11

串口服务器

USR-N668

台

1

有人

12

机柜

800*800*2200

台

1

中广电气

13

软件时钟

非标

个

1

中广电气

14

接口软件数据模块

非标

个

1

中广电气

15

工控机

IPC-610，带键鼠

台

1

研华

16

显示器

FC-2150CF

台

1

17

交换机

S1700-16R

台

1

华为

18

UPS主机

C1KS

台

1

山特

19

蓄电池

C12-26

台

6

山特

20

PDU

GNE-108D

台

1

公牛

21

电能数据采样软件模块

非标

个

1

中广电气

22

控制数据采样软件模块

非标

个

1

中广电气

23

机柜

800*800*2200

台

1

中广电气

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.10kV级电力设备数据采集分析远传的柜体，包括柜体（1），所述柜体（1）的前侧设有柜门（2），其特征在于，所述柜门（2）的上部安装有显示器（3），显示器（3）的下方设有键盘鼠标抽屉（4），键盘鼠标抽屉（4）的前端固定在柜门（2）上，键盘鼠标抽屉（4）下方的柜体（1）内部设有工业交换机（5），工业交换机（5）的下方设有4U工控机（6）；所述柜体（1）的底部设有底板（12），底板（12）上设有若干个进线口（11），柜体（1）的顶端设有冷却风扇组件（7），冷却风扇组件（7）的四周设有挡板（8）；所述柜体（1）的内部有若干个支撑安装板（9），工业交换机（5）、4U工控机（6）等都安装在支撑安装板（9）上，支撑安装板（9）的侧边设有一个走线通道（10）；

所述柜体通过控制及通讯总线，并通过控制网络SCADA electric signal NET来实现通信传输；柜体包括10kV主供电源主开关控制、10kV计量柜关口数据采集、10kV互感器PT及避雷数据采集、10kV馈线电源主开关控制、10kV备供电源主开关控制、0.4kV进线主开关控制以及0.4kV馈线开关控制；柜体还能够对开关柜的温度、开关柜内湿度、配电房温度、配电房湿度、变压器各点温度、UOS不间断电源等数据进行采集监控。

2.根据权利要求1所述的10kV级电力设备数据采集分析远传的柜体，其特征在于，所述10kV主供电源主开关控制与10kV馈线电源主开关控制之间通过软件逻辑联锁。

3.根据权利要求1所述的10kV级电力设备数据采集分析远传的柜体，其特征在于，所述开关柜内温度和配电房温度采集范围均为-50-150℃，开关柜内湿度和配电房湿度采集范围均为0%-100%，变压器各点温度采集范围为-50-300℃。

Images