智能低壓變配電系統在鐵路站房中的應用

劉廣軍

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

1 引言

漢中車站位于陜西省漢中市，為2008年汶川地震災后重建重點建設項目，也是西安至成都鐵路客運專線一座重要的車站，車站站房建筑面積12000m2，設有1座10／0.4kV雙變壓器的室內變電所。為了方便和實時地監控低壓配電系統的運行狀態，對用電設備進行統一管理，免去值班人員到現場進行合分閘的繁瑣工作，減少工作人員勞動強度，提高工作效率，該變電所采用了低壓變配電系統智能化技術。

低壓變配電系統智能化是當今電力系統發展變革的最新動向潮流，是電力科技的重大創新和趨勢。它利用現代電子技術、通訊技術、計算機及網絡技術，將低壓變配電系統在線數據和離線數據、用戶數據、網絡結構、地理位置等進行信息集成，實現對系統正常運行及事故情況下的監測、保護、控制、用電和配電管理的自動化，并具有部分狀態預測和故障診斷功能，是一個涵蓋所有系統管理和控制、狀態預測與故障診斷功能的信息系統。

2 傳統低壓變配電系統存在的問題和技術缺陷

2.1 傳統低壓變配電系統

如圖1所示為典型的低壓變配電系統結構示意圖。其對電能的分配、控制、監視、測量一般由裝有各種低壓元器件的低壓電氣柜來實現。這些低壓元器件包括：斷路器本體（裸開關）及各種保護附件（熱磁、電子或智能脫扣等）；各種測量儀表（電流表、電壓表、有功功率表、無功功率表、電能表及配套互感器或網絡儀表）；控制／聯鎖元件（繼電器、按鈕、開關）；信號元件（燈、光字牌、報警器）等。

圖1 用戶（企業）變配電站中的低壓系統

2.2 傳統低壓變配電系統存在的主要問題和技術缺陷

2.2.1 保護性能的缺陷

低壓變配電系統的保護性能取決于斷路器本身所攜帶的脫扣器。這些常規脫扣器可實現的保護內容較少（電流速斷保護、過電流保護、接地或漏電保護、失壓（欠壓）保護）；保護功能內容的增減、變更的靈活性差，均需更換不同的保護附件；保護的準確度低，分散性大，例如常規塑殼斷路器使用的熱磁脫扣器，其雙金屬簧片材質的穩定性、環境溫度、雙金屬簧片熱膨脹的重復性差、熱磁材料的老化程度、機械安裝可靠性等因素直接影響著保護的準確性；保護定值的現場整定和校驗困難，尤其對于容量較大的斷路器現場甚至無法整定和校驗，只能在出廠前由制造廠整定或校驗需返廠進行處理。

2.2.2 測量性能的缺陷

低壓變配電系統常用的電磁式儀表、多功能數顯表或網絡儀表可以測量 Ua、Ub、Uc0、Ia、Ib、Ic、cosαt、Pt、Qt、SRMS 等電參量，無法測量與電能質量有關的參數，如諧波含量、波形畸變系數等；抄表方式，除網絡外表可遙測外，其余均需現場抄表讀數。

2.2.3 控制性能的缺陷

塑殼斷路器和常規框架斷路器需人工就地直接操作，安全性差；低壓柜數量較多且分散布置時，人員操作勞動強度大，極易誤操作。智能框架斷路器只有加配通訊附件時才可后臺遙控。

2.2.4 遙信性能缺陷

塑殼斷路器和傳統框架斷路器的開合狀態無法上傳；斷路器工作位置、儲能位置等其他硬接點信號無法監視；僅有就地狀態與報警指示，無SOE記錄。

2.2.5 通訊性能缺陷

只有配用網絡儀表和斷路器通訊附件的低壓柜才具備通訊功能，但兩者通訊口可能不統一，占用至少兩個通訊地址。

3 智能化低壓變配電系統的優點

3.1 保護性能方面

不再依賴于斷路器自身攜帶的各種脫扣器，而是一種經過具有預測、預估功能的卡爾曼濾波算法處理的全數字保護。其準確度、靈敏度高，重復性、穩定性好，響應速度快、使用壽命長，受其他因素影響極小。保護功能強大，可實現I段過電流保護、Ⅱ段過電流保護、瞬時電流、零流（接地或漏電）保護、電壓過低保護、合相過負荷保護、不平衡保護、頻差保護、電壓過高保護、電壓錯序或缺相保護、工藝1保護、工藝2保護等。保護功能內容的增減用軟件完成。

3.2 測量性能方面

基于24位高速微處理器芯片及高精度數模轉換芯片平臺，采用瞬時無功功率理論（亦稱做pq理論）和軟測量理論的檢測方法，分析在瞬時條件下三相電路的特性，可獲得到包含的高達21次諧波的信息的各項電參數電參量；能測量諧波含量、波形畸變系數等與電能質量有關的參數，實時性好，精度高。

可實現配電系統的“四遙”及無人值守和遠程監控。具有SOE事件記錄、硬遙信量、軟遙信量等；自帶統一的通訊口，通訊地址唯一，通訊信道多樣，通訊功能強大。

實現區域配電聯鎖時，不需大量聯鎖布線，節省了電纜，符合國家節能少耗之政策。

增加對電網質量監控與管理、故障檢測和診斷功能?？刹榭锤骰芈犯骺刂茊卧ㄗ诱荆┑碾娏繀?，對各子站遠程儲能（框架斷路器）、合閘、分閘、啟動、停車（電機控制回路）等操作；查詢系統各種信息、故障記錄、日記報表等，決速、準確地掌握供、配電設備的運行情況，提高工作效率。

4 智能化低壓變配電系統的總體方案

4.1 管理層

后臺機服務器通過數據接口收集全網實時數據，保存全網參數、計算結果、歷史信息、圖形文件。

配置系統維護子系統用戶界面，允許自動化或其它電網參數維護人員對電網參數、系統參數進行遠程維護。

4.2 現場總線層

通信接口：全隔離RS485、RS232或CAN；通信協議選用標準協議；通信介質為屏蔽雙色雙絞線電纜、通信光纜。

4.3 執行層

由系統所需的底層智能物理單元組成。

（1）受電智能測控裝置用于低壓電源進線柜，用于完成進線斷路器的控制并對該進線回路進行監視、保護、全電量測量及數據記錄、統計、分析。

（2）饋電智能測控裝置用于低壓饋線柜，用于完成對各條饋線回路的監視、電量測量及數據記錄、統計、分析。

（3）聯絡智能測控裝置用于低壓母線聯絡柜或其它聯絡柜，用于完成聯絡斷路器的控制、保護和對聯絡回路的監視、電量測量及數據記錄、統計、分析。

圖2 智能化低壓變配電系統拓撲圖

（4）切換智能測控裝置用于低壓切換柜、油機切換柜、備自投切換柜。用于完成兩組供電電源［市電（主）－市電或發電機（備）］之間的切換。

（5）無功補償智能測控裝置可根據實際工況選擇不同的控制策略用于完成對低壓系統無功的補償控制。

（6）電動機智能測控裝置用于低壓電動機饋線柜，用于完成對低壓電動機的控制、監視、保護、電量測量及數據記錄、統計、分析。

圖2所示為智能化低壓變配電系統拓撲圖。

5 結束語

智能型低壓配電系統可以方便和實時地監控低壓配電系統的運行狀態，對用電設備進行統一管理，免去值班人員到現場進行合分閘的繁瑣工作。系統對各種用電設備的歷史數據和狀態進行管理分析，便于維護人員明確設備狀況，制定詳細的設備維護計劃，減少工作人員，提高效率。隨著信息技術的不斷發展，以及企業對自動化和輸配電系統相結合的需求的增長，低壓配電系統的智能化是一種必然的發展趨勢。

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