CN112152205A - 一种智能低压自投管理单元及管理方法 - Google Patents

一种智能低压自投管理单元及管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能低压自投管理单元及管理方法，智能低压自投管理单元包括用于采集低压配电网运行状态的数据采集单元、主控单元、用于控制低压配电网各开关元件开合的控制单元、通信单元及电源单元，主控单元通过通信单元与数据采集单元及控制单元通信连接。本发明的智能低压自投管理单元将两配电变压器中一台作为主变压器、另一台作为备用变压器，轻载时切除备用变压器，重载时投入两配电变压器同时运行，一配电变压器出现故障时，自动切换另一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电，两配电变压器定期轮换运行，可有效提高低压配电网供电可靠性，降低轻载、重载损耗，提高设备全寿命使用周期，提高低压配电网运行的经济效益，减少运维成本。

Description

一种智能低压自投管理单元及管理方法
技术领域
本发明涉及电力系统配电技术领域，特别是一种智能低压自投管理单元及管理方法。
背景技术
目前，中压配电网自动化已基本覆盖10kV中压线路，故障自愈及优化运行等自动化技术手段得到应用，有效的提高了中压配电网的供电可靠性。但低压400V配电网作为直接面向客户的最后一公里电网，目前自动化运行程度低，基本依靠人工处理故障或调整轻重载，从而造成故障停电时间长、处理周期长，影响客户生活或生产；同时，配电变压器长期处于轻、重载时损耗高，影响电网运行的经济效益，造成设备利用率低。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可有效提高低压配电网供电可靠性，降低轻载、重载损耗，提高设备全寿命使用周期，提高低压配电网运行的经济效益，减少运维成本的智能低压自投管理单元及管理方法。
本发明采用如下技术方案：
一种智能低压自投管理单元，连接并控制低压配电网运行，低压配电网包括两台配电变压器，配电变压器一次侧连接高压线路、二次侧连接负荷，两台配电变压器低压侧母线之间通过联络开关互联，包括用于采集低压配电网运行状态的数据采集单元、主控单元、用于连接控制低压配电网各开关元件开合的控制单元、通信单元及电源单元，主控单元通过通信单元与数据采集单元及控制单元通信连接，并连接控制电源单元。
进一步地，所述数据采集单元包括配电变压器低压侧负载电流采集模块、配电变压器低压侧母线电压采集模块、配电变压器停运时间采集模块、配电变压器故障检测模块以及分别用于采集联络开关、配电变压器高压侧开关、配电变压器低压侧开关分合状态的开关量采集模块。
进一步地，所述智能低压自投管理单元还包括有用于显示低压配电网运行状态的显示单元，与主控单元可通信连接。
进一步地，所述电源单元包括电源板及电连接并控制电源板的供电管理模块。
一种基于上述的一种智能低压自投管理单元的智能低压自投管理方法，包括以下步骤：
①实时采集配电变压器低压侧负载电流，根据公式(1)计算当前低压配电网的负载率，判断当前低压配电网是否处于轻载或重载状态，当判定处于轻载状态时，选择切除一台配电变压器并闭合联络开关，由另一台配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电；当判定处于重载状态时，投入两配电变压器运行为负荷供电；
Figure BDA0002670779690000021
其中，x为低压配电网的负载率，I为配电变压器低压侧负载电流，I额为配电变压器额定电流；
②实时监测配电变压器故障状态，监测到一配电变压器出现故障时，切除该故障配电变压器并闭合联络开关，由另一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电；
③监测停运配电变压器的停运时间，当停运时间超过设定的停运时间阈值时，投入该配电变压器运行，并切除另一配电变压器，两配电变压器定期轮换运行。
进一步地，联络开关断开，两配电变压器独立带各自负荷运行时，低压配电网轻载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集两配电变压器低压侧负载电流；
b.根据当前采集的两配电变压器低压侧电流，计算当前两配电变压器的负载率，当至少一配电变压器的负载率小于设定的轻载阈值超过设定时间、联络开关处于分位、且两配电变压器的负载率之和小于设定的重载阈值时，判定当前低压配电网处于轻载状态，转入步骤c，并闭锁步骤③的配电变压器定期轮换逻辑；
c.闭合联络开关，并确认联络开关处于合位；
d.选择一配电变压器切除，先断开该配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开该配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位。
进一步地，一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，低压配电网重载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集当前运行配电变压器的低压侧负载电流；
b.根据当前采集的配电变压器低压侧电流，计算当前低压配电网的负载率，当负载率大于设定的重载阈值超过设定时间、且联络开关处于合位、停运配电变压器高压侧开关处于分位时，判定当前低压配电网处于重载状态，转入步骤c；
c.先闭合停运配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合停运配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.断开联络开关，并确认联络开关处于分位，使两配电变压器分别带各自负荷运行。
进一步地，联络开关断开，两配电变压器独立带各自负荷运行时，低压配电网故障自动切换管理方法包括以下步骤：
a.实时监测两配电变压器故障状态，当监测到一配电变压器低压侧无流、母线无压时，判定该配电变压器出现故障，转入步骤b；
b.监测另一配电变压器低压侧母线电压正常时，切除故障配电变压器，先断开故障配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开故障配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位；
c.闭合联络开关，并确认联络开关处于合位，使一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电。
进一步地，一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，低压配电网配电变压器定期轮换管理方法包括以下步骤：
a.监测停运配电变压器低压侧开关处于分位、联络开关处于合位时，开始计时监测停运配电变压器的停运时间，当停运时间超过设定的停运时间阈值时，转入步骤b；
b.停运配电变压器投入运行，先闭合停运配电变压器高压侧开关，对停运配电变压器进行故障检测，如检测无故障，则断开停运配电变压器高压侧开关；
c.延时一定时间后，先闭合停运配电变压器高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合停运配电变压器低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.切除原运行配电变压器，先断开原运行配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开原运行配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位，使两配电变压器定期轮换运行。
进一步地，通过对比负载率与设定阈值判断当前低压配电网是否处于轻载或重载状态，用于判定低压配电网处于轻载状态的轻载阈值为25％～35％之间的一固定值，用于判定低压配电网处于重载状态的重载阈值为65％～85％之间的一固定值，停运时间阈值为1～3个月之间的一固定值。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将两台配电变压器中一台作为主变压器、另一台作为备用变压器，通过实时采集、监测低压配电网变压器的运行数据，并根据负载率判断当前低压配电网是否处于轻载或重载状态，轻载时切除备用变压器，重载时投入两台配电变压器同时运行，可实现轻载、重载自动切换；同时，一配电变压器出现故障时，可自动切换另一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电；还具有配电变压器定期轮换运行功能，可保证两台配电变压器运行累计时间的均衡。可有效提高低压配电网供电可靠性，降低轻载、重载损耗，提高设备全寿命使用周期，提高低压配电网运行的经济效益，同时提升电力公司面向低压配电网海量重要资产的管理手段，减少运维成本。
附图说明
图1是本发明低压配电网的拓扑结构图；
图2是本发明智能低压自投管理单元的整体结构框图；
图3是本发明低压配电网轻载管理方法的流程图；
图4是本发明低压配电网重载管理方法的流程图；
图5是本发明低压配电网故障自动切换管理方法的流程图；
图6是本发明低压配电网配电变压器定期轮换管理方法的流程图。
图中：1.数据采集单元，2.主控单元，3.通信单元，4.显示单元，5.电源单元，51.电源板，52.供电管理模块，6.低压配电网各开关元件，7.控制单元。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1和图2，本发明的一种智能低压自投管理单元，用于连接并控制低压配电网运行，低压配电网包括两配电变压器T1、T2，配电变压器T1、T2一次侧连接高压线路、二次侧连接负荷，两配电变压器T1、T2低压侧母线之间通过联络开关LP互联，智能低压自投管理单元包括用于采集低压配电网运行状态的数据采集单元1、主控单元2、用于连接控制低压配电网各开关元件6开合的控制单元7、通信单元3、用于显示低压配电网运行状态的显示单元4及电源单元5，主控单元2通过通信单元3与数据采集单元1、控制单元7及显示单元4通信连接，并连接控制电源单元5，低压配电网各开关元件6包括联络开关LP及配电变压器T1、T2的高压侧开关和低压侧开关。
主控单元2采用嵌入式微处理器ARM。控制单元7采用现有技术的继电器输出单元、对低压配电网各开关元件6进行开合控制，继电器输出单元由主控单元2控制。数据采集单元1包括配电变压器低压侧负载电流采集模块、配电变压器低压侧母线电压采集模块、配电变压器停运时间采集模块、配电变压器故障检测模块以及分别用于采集联络开关、配电变压器高压侧开关、配电变压器低压侧开关分合状态的开关量采集模块，以上数据采集单元1的各模块均采用现有技术的装置或电路，均不影响本发明的实施，且对本领域技术人员来说是很容易实现的。通信单元3包括串行通信模块及无线通信模块，主控单元2与数据采集单元1、显示单元4及电源单元5根据实际情况选择采用串行通信模块和无线通信模块中的至少一种实现通信连接，串行通信可采用IO通信、串行总线通信及RS485/RS232中的至少一种通信方式，其中，主控单元2与显示单元4、通信单元3、数据采集单元1、控制单元7及供电管理模块52通过内部总线通信。显示单元4包括LED指示灯及LED显示屏。电源单元5包括电源板51及电连接并控制电源板51的供电管理模块52。
参照图3至图6，本发明的一种基于上述智能低压自投管理单元的智能低压自投管理方法，以T1作为主变压器、以T2作为备用变压器，具体包括以下管理方法：
①联络开关LP断开，配电变压器T1、T2独立带各自负荷运行时，低压配电网轻载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集配电变压器T1、T2低压侧负载电流；
b.根据当前采集的两配电变压器T1、T2低压侧电流，按公式(1)计算两配电变压器T1、T2的负载率，当至少一配电变压器的负载率小于30％超过10min、联络开关LP处于分位、且两配电变压器T1、T2的负载率之和小于70％时，判定当前低压配电网处于轻载状态，转入步骤c，并闭锁配电变压器定期轮换逻辑；
Figure BDA0002670779690000071
其中，x为低压配电网的负载率，I为配电变压器低压侧负载电流，I额为配电变压器额定电流；
c.闭合联络开关LP，并确认联络开关处于合位；
d.切除配电变压器T2，先断开配电变压器T2的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开配电变压器T2的低压侧开关，并确认该开关处于分位。
②一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，以配电变压器T1独立运行为例，低压配电网重载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集配电变压器T1的低压侧负载电流；
b.根据当前采集的配电变压器T1低压侧电流，按公式(1)计算配电变压器T1的负载率，当负载率大于70％超过设定时间、且联络开关处于合位、配电变压器T2高压侧开关处于分位时，判定当前低压配电网处于重载状态，转入步骤c；
c.先闭合配电变压器T2的高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合配电变压器T2的低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.断开联络开关LP，并确认联络开关LP处于分位，使配电变压器T1、T2分别带各自负荷运行。
③联络开关LP断开，配电变压器T1、T2独立带各自负荷运行时，低压配电网故障自动切换管理方法包括以下步骤：
a.实时监测两配电变压器T1、T2的故障状态，当监测到一配电变压器低压侧无流、母线无压时，判定该配电变压器出现故障，转入步骤b；
b.以配电变压器T2出现故障为例，监测配电变压器T1低压侧母线电压正常时，切除故障配电变压器T2，先断开故障配电变压器T2的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开故障配电变压器T2的低压侧开关，并确认该开关处于分位；
c.闭合联络开关LP，并确认联络开关LP处于合位，使配电变压器T1运行为两段低压母线的负荷供电。
④一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，以配电变压器T1运行、配电变压器T2停运为例，低压配电网配电变压器定期轮换管理方法包括以下步骤：
a.监测停运配电变压器T2低压侧开关处于分位、联络开关LP处于合位时，开始计时监测停运配电变压器T2的停运时间，当停运时间超过2个月时，转入步骤b；
b.停运配电变压器T2投入运行，先闭合停运配电变压器T2高压侧开关，对停运配电变压器T2进行故障检测，通过对配电变压器T2进行一次空载冲击试验来验证配电变压器T2是否存在故障，如检测无故障，则断开停运配电变压器T2高压侧开关；
c.延时10S后，先闭合停运配电变压器T2高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合停运配电变压器T2低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.切除配电变压器T1，先断开配电变压器T1的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开配电变压器T1的低压侧开关，并确认该开关处于分位，使两配电变压器T1、T2定期轮换运行。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种智能低压自投管理单元，连接并控制低压配电网运行，低压配电网包括两台配电变压器，配电变压器一次侧连接高压线路、二次侧连接负荷，两台配电变压器低压侧母线之间通过联络开关互联，其特征在于：包括用于采集低压配电网运行状态的数据采集单元、主控单元、用于连接控制低压配电网各开关元件开合的控制单元、通信单元及电源单元，主控单元通过通信单元与数据采集单元及控制单元通信连接，并连接控制电源单元。
2.如权利要求1所述的一种智能低压自投管理单元，其特征在于：所述数据采集单元包括配电变压器低压侧负载电流采集模块、配电变压器低压侧母线电压采集模块、配电变压器停运时间采集模块、配电变压器故障检测模块以及分别用于采集联络开关、配电变压器高压侧开关、配电变压器低压侧开关分合状态的开关量采集模块。
3.如权利要求1所述的一种智能低压自投管理单元，其特征在于：还包括有用于显示低压配电网运行状态的显示单元，与主控单元可通信连接。
4.如权利要求1所述的一种智能低压自投管理单元，其特征在于：所述电源单元包括电源板及电连接并控制电源板的供电管理模块。
5.一种基于权利要求1至4任一所述的一种智能低压自投管理单元的智能低压自投管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
①实时采集配电变压器低压侧负载电流，根据公式(1)计算当前低压配电网的负载率，判断当前低压配电网是否处于轻载或重载状态，当判定处于轻载状态时，选择切除一台配电变压器并闭合联络开关，由另一台配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电；当判定处于重载状态时，投入两配电变压器运行为负荷供电；
Figure FDA0002670779680000011
其中，x为低压配电网的负载率，I为配电变压器低压侧负载电流，I额为配电变压器额定电流；
②实时监测配电变压器故障状态，监测到一配电变压器出现故障时，切除该故障配电变压器并闭合联络开关，由另一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电；
③监测停运配电变压器的停运时间，当停运时间超过设定的停运时间阈值时，投入该配电变压器运行，并切除另一配电变压器，两配电变压器定期轮换运行。
6.如权利要求5所述的一种智能低压自投管理方法，其特征在于：联络开关断开，两配电变压器独立带各自负荷运行时，低压配电网轻载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集两配电变压器低压侧负载电流；
b.根据当前采集的两配电变压器低压侧电流，计算当前两配电变压器的负载率，当至少一配电变压器的负载率小于设定的轻载阈值超过设定时间、联络开关处于分位、且两配电变压器的负载率之和小于设定的重载阈值时，判定当前低压配电网处于轻载状态，转入步骤c，并闭锁步骤③的配电变压器定期轮换逻辑；
c.闭合联络开关，并确认联络开关处于合位；
d.选择一配电变压器切除，先断开该配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开该配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位。
7.如权利要求5所述的一种智能低压自投管理方法，其特征在于：一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，低压配电网重载管理方法包括以下步骤：
a.实时采集当前运行配电变压器的低压侧负载电流；
b.根据当前采集的配电变压器低压侧电流，计算当前低压配电网的负载率，当负载率大于设定的重载阈值超过设定时间、且联络开关处于合位、停运配电变压器高压侧开关处于分位时，判定当前低压配电网处于重载状态，转入步骤c；
c.先闭合停运配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合停运配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.断开联络开关，并确认联络开关处于分位，使两配电变压器分别带各自负荷运行。
8.如权利要求5所述的一种智能低压自投管理方法，其特征在于：联络开关断开，两配电变压器独立带各自负荷运行时，低压配电网故障自动切换管理方法包括以下步骤：
a.实时监测两配电变压器故障状态，当监测到一配电变压器低压侧无流、母线无压时，判定该配电变压器出现故障，转入步骤b；
b.监测另一配电变压器低压侧母线电压正常时，切除故障配电变压器，先断开故障配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开故障配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位；
c.闭合联络开关，并确认联络开关处于合位，使一配电变压器运行为两段低压母线的负荷供电。
9.如权利要求5所述的一种智能低压自投管理方法，其特征在于：一台配电变压器独立运行为两段低压母线的负荷供电时，低压配电网配电变压器定期轮换管理方法包括以下步骤：
a.监测停运配电变压器低压侧开关处于分位、联络开关处于合位时，开始计时监测停运配电变压器的停运时间，当停运时间超过设定的停运时间阈值时，转入步骤b；
b.停运配电变压器投入运行，先闭合停运配电变压器高压侧开关，对停运配电变压器进行故障检测，如检测无故障，则断开停运配电变压器高压侧开关；
c.延时一定时间后，先闭合停运配电变压器高压侧开关，并确认该开关处于合位；再闭合停运配电变压器低压侧开关，并确认该开关处于合位；
d.切除原运行配电变压器，先断开原运行配电变压器的高压侧开关，并确认该开关处于分位；再断开原运行配电变压器的低压侧开关，并确认该开关处于分位，使两配电变压器定期轮换运行。
10.如权利要求5至9任一所述的一种智能低压自投管理方法，其特征在于：通过对比负载率与设定阈值判断当前低压配电网是否处于轻载或重载状态，用于判定低压配电网处于轻载状态的轻载阈值为25％～35％之间的一固定值，用于判定低压配电网处于重载状态的重载阈值为65％～85％之间的一固定值，停运时间阈值为1～3个月之间的一固定值。
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