CN1457123A - 智能型变配电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控装置，特别是一种智能型变配电装置。该装置由智能型高压柜、Δ/Yo－11接线三相五柱变压器、智能型低压柜、智能型集中控制台组成。该装置是由10kV双电源供电，经高压计量柜、智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜给Δ/Yo－11接线三相五柱变压器，经智能型低压柜配出，两段低压母线有智能联络，并且还有备用发电机作为低压后备电源与智能型集中控制台所组成的智能型变配电装置。

Description

智能型变配电装置

技术领域：

本发明涉及一种电控装置，特别是一种智能型变配电装置。

背景技术：

目前所应用的配电装置，大都停留在传统结构上，体积庞大，价格比较高。国外进口的箱式变压器体积虽然小，但价格均比国内高。国内箱变采用三相电力变压器接线组别为Y/Yo-12，具有低压侧中性点位移，容易损坏电器，进口箱式变电站接线组别为Δ/Yo-11。但低压无有载调压装置，也不能保证供电电压定量。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种10KV双电源供电，通过智能型高压柜控制，经Δ/Yo-11接线三相五柱变压器将10KV变为0.4KV，0.4KV由智能型低压开关柜配出的智能型变配电装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

智能型变配电装置，由智能型高压柜、Δ/Yo-11接线三相五柱变压器、智能型低压柜、智能型集中控制台组成。所述的智能型高压柜由智能型高压计量柜、智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜、智能型所用变柜组成；所述的智能型低压柜由智能型低压馈电柜、智能型联络柜、智能型发电机与市电联络柜、智能型功率因数补偿柜、智能型低压负荷柜组成；Δ/Yo-11接线三相五柱变压器为油浸式全密封变压器、干式变压器；智能型集中控制台控制智能型变配电装置；该配电装置的智能型高压计量柜安装在智能型高压受电柜的上口，智能型高压受电柜的下口接在公共馈电母线上，该公共馈电母线接智能型高压馈电柜、智能型所用变柜。

智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜是由智能网络仪表及智能控制单元与传统高压开关柜组成的；智能型高压受电柜近方、远方计量电度，其开关为电动储能机构构成；传统高压开关柜原电磁保护作为高压主保护，而智能网络仪表与智能控制单元作为主保护的后备保护预报警及最终保护，通过智能网络仪表与智能控制单元将高压电参数、开关运行状态远传至上位计算机。

智能型低压馈电柜是由智能网络仪表与智能控制单元及传统低压柜组成的；其低压空气断路器由模拟电子继电保护组成过流、过载、短路及接地保护的四段保护；智能网络仪表与智能控制单元，将低压柜运行电参数、开关状态实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，并由通讯口上传至上位机，同时作为模拟电子四段保的后备保护，进行遥测、遥调、遥控，直至最后跳闸保护。

智能型变配电装置与智能型集中控制台相联，其远方实现计算机对高压柜、低压柜运行电参数实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，同时将变配电信息上传至总控制中心进行统一控制管理。

智能型低压负荷柜由智能网络仪表、智能控制单元与模拟电子式四段保护单元及具有电分、电合的空气开关组成，其按能源分析、早期预报警、电力负载管理的实际需要，对负荷进行自动投切。

本发明的优点与积极效果为：

本发明采用三相五柱结构，使变压器高度降低，适合高层建筑变电所使用。这种配电装置具有供电电压质量高，防雷性能好，还具有隔离谐波的作用。方便运输、安装，运行安全、可靠。

附图说明：

图1为本发明智能型变配电装置的框图；

图2为本发明10KV供电系统图；

图3为本发明三相五柱Δ/Yo-11变压器接线图；

图4为本发明0.4KV供电系统图；

图5为本发明市电与市电、市电与发电机联络系统接线图；

图6为本发明三相五柱Δ/Yo-11变压器铁心图；

图7为本发明低压有载调压系统图；

图8为本发明一类负荷开关供电接线图；

图9为本发明智能集中控制台系统图；

图10为本发明调压变压器接线图。

具体实施方式：

下面结合附图所示实例对本发明做进一步评述：

智能型变配电装置，由智能型高压柜、Δ/Yo-11接线三相五柱变压器、智能型低压柜、智能型集中控制台组成。

智能型高压柜：由智能型高压计量柜、智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜，智能型所用变柜组成。智能型高压计量柜，由电业部门批准的专用计量电度表及智能数控单元组成。智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜，由智能网络仪表及智能控制单元与传统高压开关柜组成。传统高压受电柜的电磁保护为主保护，智能控制单元、智能网络仪表为后备保护。它具有预报警及保护整定值设定和实时监控与实时将电能信号及开关状态远传的功能。智能型高压受电柜的开关采用电动储能机构，可以近方或远方实现电分、电合控制。按供电规则做到一路使用，一路备用。两台智能型高压受电柜有电气联锁。智能型高压馈电柜，由传统高压馈电柜及智能数控单元组成。主要用来给变压器高压馈电，两台或多台智能型高压馈电柜均是同时受电。其组成相同的智能型受电柜，所不同的是，每台智能型高压馈电柜保护整定值是按所馈电的变压器容量来整定，而智能型高压受电柜的保护整定值是根据变压器总容量来设定。

三相五柱Δ/Yo-11接线的变压器，可以用油浸式全密封变压器，也可以用干式变压器。油浸式变压器适用非高层建筑变电所，干式变压器适用高层建筑变电所。三相五柱Δ/Yo-11接线的变压器，它具有比S₉或SCB9显著的优点，其空载损耗比S₉低-10％～15％，负载损耗比S₉低10％，而且具有比S₉超容30％的能力。由于有两旁扼(边柱亦三相五柱)，在三相负载不平衡时，零序电流所引起零序磁通可以通过两边柱流通，这样变压器温升不会升高，比Y/Yo-12接线的变压器允许三相不平衡度可以超过50％。采用三相五柱结构，使变压器高度降低，最适合高层建筑变电所使用。它具有供电电压质量高，防雷性能好，还具有隔离谐波的作用。

智能型低压柜，由智能型低压馈电柜、智能型联络柜、智能型发电机与市电联络柜、智能型功率因数补偿柜及智能型低压负荷柜组成。智能型低压馈电柜由智能网络仪表与智能控制单元及传统低压柜组成。其低压空气断路器由模拟电子继电保护组成过流、过载、短路及接地保护的四段保护。智能网络仪表与智能控制单元，可将低压柜运行电参数、开关状态实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，并由通讯口上传至上位机。同时也可以作为模拟电子四段保的后备保护，并可根据需要进行遥测、遥调、遥控，直至最后跳闸保护。智能型馈电柜为变压器低压总出口配电柜，一般为两台或两台以上，现以两台为例说明：1#变压器低压出口为1#智能型低压进线柜，2#变压器低压出口为2#智能型低压进线柜。断路器下端各带I段、II段母线。I段、II段母线之间设置智能型低压联络柜。1#、2#智能型低压馈电柜有模拟式电子四段保护，并且具有电动储能、电分、电合、缺相及无压释放功能，可以近方、远方实现上述操作。智能网络仪表单元有以下功能：测量相电压、线电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度。精度：电流、电压为±0.5％，其它参数为±1％。系统参数设定/更改：可经前面板(近方)或经通讯口(远方)设定/更改。系统参数均存放在中，不需要电池，即可长期保存；修改系统参数须先输入密码以防止误操作；系统参数包括：通讯地址、通讯波特率、接线方式设定、PT和CT变比。通讯功能：标准RS485通信接口，Modbus-RTU通信协议，通讯地址和波特率均可设定，所有测量数据可由串口读出。通讯距离最长可达1200米，一条双绞线最多可连接32个智能数控单元。系统参数可经由串口进行下传设定；并经PLC对其保护装置进行回控。系统参数中功率因数经串口与PLC及电容器柜组成功率因数自动调节系统。由I段母线和II段母线及联络柜组成市电自动倒闸联络系统。当I段母线无电时，联络开关自动联络将II段母线电源经联络开关自动倒入I段母线；当I段母线来电时，联络开关自动断开I段母线、II段母线，I段母线、II段母线分别供电；当II段母线无电时，I段母线电源经联络开关联络自动倒向II段母线，II段母线来电时，联络开关自动断开I段、II段母线，I段、II段母线分别供电。发电机与市电倒闸联络是通过发电机柜与市电母线倒闸联络完成的。当I段、II段母线均无电时，这时启动发电机，当发电机发出稳定的额定电压、频率的电源后，发电机与市电联络的开关自动闭合，发电机电源自动接入市电母线上。由于发电机容量只能提供一类负荷的电源，其它非一类负荷必须自动脱离电源，负荷柜就接上述供电逻辑进行自动投入一类负荷。智能型低压负荷柜由智能网络仪表、智能控制单元与模拟电子式由段保护单元及具有电分、电合的空气开关组成。它可以按能源分析、早期预报警、电力负载管理的实际需要，对负荷进行自动投切。对非常重要的一类负荷，还可以用低压串联自动有载调压以保证供电电压质量。

智能型集中控制台控制本配电装置，由微机及电力组态软件组成的10KV以下智能监测、监控系统。它远方可以实现计算机对高压柜、低压柜运行电参数实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，同时可以将变配电信息上传至总控制中心进行统一控制管理。智能集中控制台监测监控10以下中、低压配电装置由智能网络仪表、智慧开关量仪表、智能调节仪表与传统高、低压开关柜组成10KV、0.4KV智能配电装置的智能集中监测监控系统。

(一)10KV供电系统：见附图2

本发明10KV供电系统，是10KV双电源的供电系统，由进线柜、计量柜、智能受电柜、智能馈电柜、所用变柜组成。本供电系统为双电源供电系统，运行方式为一路使用，一路备用。两路10KV高压电缆分别接于进线柜入口处，给计量柜供电，计量柜电源送至智能受电柜上口，智能受电柜下口同接在馈电公共母线上，该公共母线接智能馈电柜、所用变柜。智能受电柜、智能馈电柜上安装智能网络仪表，智能网络电力仪表是集遥测遥控于一体的多功能仪表。具有完善的通讯功能。综合上述将智能网络电力仪表与传统高压开柜相结合组成智能型受电柜及智能馈电柜。可测量如下运行电参数：电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数、频率等。智慧型开关量仪表，可将高压断路器运行开合状态、故障信息历史数据等传至集中控制台。

(二)三相五柱Δ/Yo-11箱式变压器见附图3。

箱式变压器是Δ/Yo-11联接的三相配电变压器。是一次受电10KV，二次输出0.4/0.23KV的配电变压器。Δ/Yo-11联接，一次高压绕组Δ型联接，中部无载分接调压，见附图3。二次绕组星型联接，线圈为箔绕，输出电压为0.4/0.23KV。变压器铁心为壳式结构，亦称三相五柱，采用45度全斜接叠片，低损耗硅钢片铁心，见附图6。箱式变压器分为油浸式或干式变压器二种。油浸式变压器采用全密封结构，干式变压器在高层建筑它具有特点是满足防火要求，采用三相五柱式结构，主要降低变压器器身高度，同时也提高了变压器供电质量。方便运输，方便安装。

箱式变压器接线组别为Δ/Yo-11，具有输出电压质量高，无中性点位移，防雷性能好的优点。在三相负载不平衡时，由于零序电流所产生零序磁通通过两边柱闭合，无零序磁通而引起变压器温度升高的问题。增加了变压器输出供电能力。若Y/Yo-12联接变压器，三相铁心只有三柱，零序磁通没有铁心闭合流通的路径，只有通过变压器外壳而闭合，造成了变压器铁心及外壳发热，引起变压器总体温度升高，影响了变压器出力。由于三相五柱铁心结构，在三相不平衡时，零序磁通由两旁轭(边柱)而闭合，每个铁心柱上总零序磁通及三次谐波磁势几乎等于零。由于一次绕组Δ型联接，三次谐波电流可以在高压绕组中闭合回路内流通，所以中性点不位移。二次相电压质量高。同样雷电流可以在高压绕组的闭合回路内流通，每个铁心柱上的总磁势几乎等于零。消除了正逆变换过电压，所以防雷性能好。由于Δ/Yo-11联接，铁心为三相五柱，在0.4KV低负荷中有大量产生谐波的电子设备，由于高压绕组Δ型联接，它所产生的谐波在高压成闭合回路，不产生对电网波形污染。所以它还具有防止谐波污染和起到防止谐波损害的隔离作用。

变压器采用Δ/Yo-11接线，可以降低变压器附加铜损，变压器运行过程中，在三相负载对称的情况下变压器附加铜损为最小。当变压器负载不平衡时，变压器附加铜损增大，称之为不对称损耗，变压器绕组Δ/Yo-11联接比Y/Yo-12联接附加铜损大大降低。

高压绕组线圈采用中部无载调压，见附图3，分接头之间电位梯度小，保证了高绝缘性能。低压绕组采用箔绕，具有抗短路的能力。能抗拒由于短路而产生的轴向的电动力。由于变压器设计按全寿命设计方案，所以变压器过载能力強，设计具有超容30％以上的过载能力。

箱式变压器铁心为三相五柱式铁心，见附图6，铁心截面呈矩型或近于园型截面，片式叠法，45度全斜接叠片，采用低损耗硅钢片，它具有体积小，变压器铁损低的优点，比S9节能，变压器铁损降低10％-15％。负载损耗比S9降低10％，具有比S9超容30％的能力。

(三)0.4KV配电系统

低压0.4KV配电系统由变压器、进线柜、馈出柜、电容器柜、联络开关柜、发电机柜组成，见附图4。0.4KV配电系统进线柜由智能网络仪表、智慧型开关量仪表、具有长时间保护LT、短时限保护ST、瞬动保护I、接地保护T的四段保护的空气断路器组成智能型低压配电系统。智能网络仪表可以测量如下电路参数：相电压、线电压、线电流、中线电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电度、无功电度、频率。智慧型I/O网络开关量仪表，它可以采集开关运行状态、可以实现远方监控等管理。组成智能型低压开关柜。

0.4KV智能型配电系统，见附图4，由两台变压器分别供电。B1变压器低压经1#进线柜的空气开关下端带I段母线，B2变压器低压经2#进线柜空气开关下端带II段母线。I段II段母线之间设置联络柜。平时两台变压器分列运行。当某一台变压器停电时，联络开关联络，有电母线经联络开关向无电母线供电。当市电停电时，两台变压器均无电，启动发电机发电，发电机发出稳定的额定电压、频率后经发电机柜向I段母线供电，联络柜开关闭合向II段母线供电。

0.4KV低压配电系统中各智能型开关柜各自均可以实现自动保护，也可以经智能网络仪表、智慧型开关量仪式将低压运行电参数、开关状态通过RS485通讯口传送至集中控制台的微机进行电参数监测与开关状态管理。

(四)0.4KV供电母线系统见附图5

0.4KV供电母线系统由总馈电柜输出的I段II段母线，经联络柜组成I段II段联络系统。由发电机馈电柜组成发电机与市电联络倒闸系统。

0.4KV低压供电系统，对所有负荷(一、二、三类)均为双电源供电。为了保证一、二类负荷不单电源供电，而且供电线路双电源双路供电，这样才能保证一、二类负荷连续供电，经电源互投开关给负荷供电。即两路电源中按负荷分配规定的位置选择电源。平时两路低压母线分别供电。而且按负荷均衡由两段母线分别供电。当某一路停电时，互投开关自动调整到另一路电源。当原路来电时，互投开关自动倒回原电源。

0.4KV母线分别向负荷供电，当某一段母线停电时，联络开关联络，将有电母线向无电母线供电。当停电母线来电时，联络开关自动断开，两段母线分别供电。当两路市电均停电时，这时发电机发电，发电机在15秒钟内发出稳定的额定电压及额定频率电源，这时发电柜与I段母线联络开关闭合，发电机发出电经联络开关向II段母线供电。由于发电机容量有限，仅能向一类负荷供电，所以非一类负荷在市电无电时自动脱离电源。保证一类负荷连续可靠供电。

两段母线倒闸，I段II段上的一类负荷具有上电自动投入功能，而且非一类负荷由于有无压释放，非发电机供电，即市电有电，而I段II段母线之间经过联络开关倒闸操作，非一类负荷必须人工恢复送电，见附图8。

(五)低压有载调压系统见附图7

一类负荷中有一些重要设备如电梯、计算机、给水等设备。对电压质量要求高，超过电压允许范围就会停运。为防止这种拒动故障，只有对其供电线路进行有载调压。

低压有载调压由调压变压器、调压控制器、调压开关三部分组成。

调压变压器见附图7，调压变压器二次与主电路每相串联，即供电三相电源接调压变压器二次输入端，其输出为调压的电源输出端。调压变压器的一次与供电线路输入端按升或降可逆调压关系经过开关SW控制。在调压控制器控制下，进行有序动作，进行自载自动调压。

调压变压器见附图10，调压变压器每一相都是相同但又相互独立的单相或三相的调压变压器。标有同名端的二次端为电源输入端，未标同名端的二次端为调压的输出端。调压变压器一次标有同名端接电源输入，未标有同名端的经调压分接开关接零线。为降压调压。标有同名端的一次接零线，未标同名端的一次经调压开关KM接电源输入端为升压调压。即SW为升、降调压选择开关，KM为调压开关，现以调压分接为2.5％调压运行状态，见附图10，为调压变压器电气参数。

    市电电压(V)      调压开关位置    调压值(V)    输出电压(V)

    225              2分接           5.5          220

    231        1分接       11       220

    214.5      2分接       5.5      220

    209        1分接       11       220

调压变压器的二次通过电流为调压线路电流，所以调压变压器容量为S＝3XV2XI

    V2   调压电压值

    I    线路电流

调压最大分接为5％，则调压变压器容量为线路容量的5％

调压开关

调压开关由升或降压状态选择开关SW、及调压分接开关KM组成。DZ空气开关为调压变压器一次保护开关。调压变压器二次在调压开关动作过程中，瞬间处于电感线圈运行状态，以保证供电连续性，在调压过程中无瞬间断电状态。选择这种开关作调压开关运行更安全、更可靠。

有载调压控制器

有载调压控制器由电压变送器将输出的电压变送为0-5V模拟电压，输入给智能调节仪表SRV，SRV接位控方式工作，输出调压开关量给PLC，PLC在调压程序控制下输出开关量给KM，按其电压值自动选择SW及KM分接位置。本控制器分自动或手动调压两种运行方式。

调压系统见附图7，主电源分调压方式或直联方式。见附图7中DZ1为调压运行，开关为合状态。DZ2开关为断开状态。若选择直联方式：DZ1开关为断开状态，DZ2开关为闭合状态。

(六)智能集中控制台

智能集中控制台监测、监控10KV以下中压、低压配电系统由智能网络仪表、智慧型开关量仪表与传统高低压开关柜组成智能10KV或0.4KV智能配电系统。

10KV配电装置智能监测：通过安装在智能高压开关柜上智能网络仪表将高压回路的电参数：电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度、功率因数、频率。通过RS485通讯口传送给集中控制台微机。高压开关运行状态通过智慧型开关量仪表将开关状态及历史数据通过RS485通讯口传送给集中控制台微机，集中控制台的微机根据高压开关柜传送来的信息，可以对高压运行参数、开关状态监测与监控。

0.4KV配电装置智能监测：是通过安装在智能低压开关柜上的智能网络仪表将低压回路运行电参数：相电压、线电压、线电流，中相电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度、功率因数、频率通过智能网络仪表的RS485通讯口传送给集中控制台微机。低压开关状态量是通过智慧型开关量仪表将低压开关状态及历史数据通过智慧型开关量仪表上的RS485通讯口传送给集中控制台的微机。集中控制台的微机可以对低压回路电参数、开关状态进行监测与监控。

两台变压器安装的智能型控制仪表可以将变压器运行状态如变压器运行温度、风机状态、通过智能型控制仪表RS485通讯口传送给集中控制台微机，集中控制台的微机可以对变压器运行状态、运行参数进行监测与监控。

集中控制台可以实现如下功能：

1.动态电力系统运行模拟图。

2.实时数据和历史数据的记录及越限趋势曲线设置。

3.卓越的报警和报警的管理及在线组态功能。

4.可以远方进行遥控各主开关开、合功能，根据运行需要及时改变运行状态。

5.强大的数据连接能力，支持Mirosoft开放数据库互连接口

6.提供灵活的报表生成功能，除了内嵌可组态的报表外，亦可通过DDE方式在MicrosoftExcel中形成报表。

7.可以向楼控中心转发配电运行信息。

Claims (5)

1.智能型变配电装置，由智能型高压柜、Δ/Yo-11接线三相五柱变压器、智能型低压柜、智能型集中控制台组成，其特征在于：所述的智能型高压柜由智能型高压计量柜、智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜、智能型所用变柜组成；所述的智能型低压柜由智能型低压馈电柜、智能型联络柜、智能型发电机与市电联络柜、智能型功率因数补偿柜、智能型低压负荷柜组成；Δ/Yo-11接线三相五柱变压器为油浸式全密封变压器、干式变压器；智能型集中控制台控制智能型变配电装置；该配电装置的智能型高压计量柜安装在智能型高压受电柜的上口，智能型高压受电柜的下口接在公共馈电母线上，该公共馈电母线接智能型高压馈电柜、智能型所用变柜。

2.如权利要求1所述的智能型变配电装置，其特征在于：智能型高压受电柜、智能型高压馈电柜是由智能网络仪表及智能控制单元与传统高压开关柜组成的；智能型高压受电柜近方、远方计量电度，其开关为电动储能机构构成；传统高压开关柜原电磁保护作为高压主保护，而智能网络仪表与智能控制单元作为主保护的后备保护预报警及最终保护，通过智能网络仪表与智能控制单元将高压电参数、开关运行状态远传至上位计算机。

3.如权利要求1所述的智能型变配电装置，其特征在于：智能型低压馈电柜是由智能网络仪表与智能控制单元及传统低压柜组成的；其低压空气断路器由模拟电子继电保护组成过流、过载、短路及接地保护的四段保护；智能网络仪表与智能控制单元，将低压柜运行电参数、开关状态实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，并由通讯口上传至上位机，同时作为模拟电子四段保的后备保护，进行遥测、遥调、遥控，直至最后跳闸保护。

4.如权利要求1所述的智能型变配电装置，其特征在于：智能型变配电装置与智能型集中控制台相联，其远方实现计算机对高压柜、低压柜运行电参数实时测量、存储、分析、显示、报警、能源分析、早期预报警、电力负载管理及控制，同时将变配电信息上传至总控制中心进行统一控制管理。

5.如权利要求1所述的智能型变配电装置，其特征在于：智能型低压负荷柜由智能网络仪表、智能控制单元与模拟电子式四段保护单元及具有电分、电合的空气开关组成，其按能源分析、早期预报警、电力负载管理的实际需要，对负荷进行自动投切。

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