箱式變電站的智能監(jiān)控設(shè)計(jì)

董明　徐江濤

摘 要：近年來(lái)隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，新型電力設(shè)備戶外箱式變電站在民用和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，箱式變電站是繼土建變電站之后崛起的一種新型的變電站，本文針對(duì)一些變電站配電系統(tǒng)目前存在著操作不方便、保護(hù)方式落后、檢修不方便、自動(dòng)化程度低且無(wú)智能監(jiān)控系統(tǒng)等供電缺陷，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)與電力技術(shù)進(jìn)行箱式變電站的智能監(jiān)控設(shè)計(jì)，從而大大提升變電站的智能化程度、供電的可靠度以及運(yùn)行的安全度。

關(guān)鍵詞：箱式變電站；智能監(jiān)控；電參數(shù)

中圖分類號(hào)：TM631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2163（2015）06-

Abstract： In recent years， with the continuous development of electric technology， the new type of power equipment outdoor box-type substation in civil and industrial production has been widely used， box-type substation is the civil substation after the rise of a new type of transformer substation.Aimed at the existed defects of power supply on substation power distribution system such as inconvenient operation and maintenance， backward protection way， and no configuration of intelligent monitoring system. The paper uses advanced computer and power technology intelligent monitoring design of box-type substation， thus greatly enhances the degree of intelligent substation， power supply reliability and safety of operation.

· Key words： Box-type Substation； Intelligent Monitoring； Electrical Parameters

0 引言

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，落后的土建變電站正在快速升級(jí)換代為智能化的箱式變電站，變電站是國(guó)家電網(wǎng)合理分配電力到各個(gè)場(chǎng)所的傳送帶[1]，因而變電站所采用的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。電網(wǎng)的智能監(jiān)控就是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用于箱式變電站中的配電設(shè)備和電器開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)變電站的智能化監(jiān)控。

1 箱式變電站

1.1 箱式變電站的組成

箱式變電站是由高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、低壓配電裝置、配電變壓室以及箱式變電站外殼四個(gè)部分組成，如圖1所示。

箱式變電站高壓配電室由進(jìn)線柜、PT柜、出線柜構(gòu)成。低壓配電室由進(jìn)線柜、電容柜、出線柜構(gòu)成。變壓配電室由變壓器、自動(dòng)控溫系統(tǒng)等構(gòu)成。

1.2 箱式變電站的工作原理

箱式變電站是輸配電的集結(jié)點(diǎn)，主要由主變、站用變、饋電線、母線、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、電壓互感器、電流互感器、接地開(kāi)關(guān)、避雷針等組成，箱式變電站適用于額定電壓在10/0.4KV的三相交流系統(tǒng)中，可以作為線路和分配電能，其工作原理就是將高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、電能計(jì)量設(shè)備和無(wú)功補(bǔ)償裝置等按照特定的技術(shù)接線方式集成在幾個(gè)箱體內(nèi)的配電裝置。國(guó)產(chǎn)箱式變電站在設(shè)計(jì)上，各個(gè)單元一般都采用相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)導(dǎo)線將高壓開(kāi)關(guān)室、變壓器室、低壓開(kāi)關(guān)室連成一個(gè)完整的供電系統(tǒng)。

1.3 箱式變電站的技術(shù)特點(diǎn)

箱式變電站占地面積小、工廠預(yù)制化、組合方式靈活、集成化程度高、建設(shè)周期短、投資省、見(jiàn)效快。箱體外殼采用鍍鋁鋅鋼板，內(nèi)封板采用鋁合金扣板，中間夾層采用防火保溫材料。箱體內(nèi)安裝有空調(diào)和除濕裝置，具有良好的防腐性能。一次設(shè)備采用真空開(kāi)關(guān)柜、真空斷路器、干式變壓器、干式互感器等全絕緣設(shè)備，安全性高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)油化運(yùn)行。二次采用微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守[2]。

2 箱式變電站智能監(jiān)控設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)原理

為了滿足用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的高新要求，對(duì)箱式變電站的智能監(jiān)控采用智能監(jiān)控單元。智能監(jiān)控單元由16位微處理器和可編程芯片構(gòu)成一個(gè)小的CPU系統(tǒng)，智能監(jiān)控單元由面板、總線板、輸入板、模擬板、CPU板、輸出板六個(gè)部分組成，智能監(jiān)控單元組成如圖2所示。

智能監(jiān)控單元的硬件電路主要集成有模擬信號(hào)處理、串口通訊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出、人機(jī)接口等部分。由輸入板接收的所有采集參數(shù)經(jīng)過(guò)互感器進(jìn)行交換后送往模擬板，經(jīng)過(guò)濾波、放大和模擬轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量再輸送到CPU板進(jìn)行計(jì)算處理，然后向輸出板發(fā)出操作信號(hào)，并向上位機(jī)上傳信息。

2.2 軟件設(shè)計(jì)原則

軟件設(shè)計(jì)原則上采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性的前提下，設(shè)計(jì)具有通用的軟件平臺(tái)，且呈現(xiàn)易操作、易維護(hù)、可擴(kuò)展性、可繼承性、可封裝性、模塊化等特點(diǎn)。軟件系統(tǒng)包含有用戶程序和應(yīng)用開(kāi)發(fā)程序。

2.3 系統(tǒng)通訊功能

系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用串行通訊方式進(jìn)行內(nèi)部和遠(yuǎn)程的通訊，數(shù)據(jù)交換采用網(wǎng)絡(luò)通信控制器實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的高速上傳和下達(dá)。網(wǎng)絡(luò)通訊控制器不依賴監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以相當(dāng)便捷地將不同接口的設(shè)備連接起來(lái)進(jìn)行通訊，且具有獨(dú)立的前置機(jī)功能可獨(dú)立運(yùn)行完成通訊數(shù)據(jù)的采集、交換和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.4 系統(tǒng)報(bào)警功能

系統(tǒng)可對(duì)過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)負(fù)荷、欠電壓、短路、油位過(guò)低、變壓器溫度過(guò)高、溫度過(guò)低、負(fù)荷開(kāi)關(guān)分合、接地開(kāi)關(guān)分合等故障信息進(jìn)行報(bào)警，并可記錄存儲(chǔ)故障設(shè)備的序號(hào)、故障時(shí)間、故障時(shí)的電氣量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作以及故障原因等信息。

3 箱式變電站智能監(jiān)控

由于目前大多箱式變電站沒(méi)有設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的故障監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控，為此對(duì)箱式變電站增加設(shè)計(jì)智能監(jiān)控單元，對(duì)電參量、變壓器溫度、環(huán)境濕度等信息進(jìn)行綜合分析做出相應(yīng)故障的及時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)箱式變電站的智能監(jiān)控，進(jìn)一步提高供電的可靠性和電能質(zhì)量，滿足用戶對(duì)電能的高要求。

3.1 電參數(shù)監(jiān)測(cè)

箱式變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)采用配套的Windows操作系統(tǒng)組態(tài)軟件，支持雙機(jī)雙網(wǎng)配置，可實(shí)時(shí)采集大量的數(shù)據(jù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將數(shù)臺(tái)智能化的箱式變電站聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力信息的集中監(jiān)控和管理。智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱式變電站三相高壓側(cè)的輸出電流故障，及時(shí)分?jǐn)嘭?fù)荷開(kāi)關(guān)，向上位機(jī)發(fā)出故障信息，還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓側(cè)的三相輸入電壓、低壓側(cè)的輸出電流，記錄設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參量。

3.2 變壓器溫度監(jiān)測(cè)

箱式變電站中的變壓器由于受負(fù)荷和各種原因的影響，在運(yùn)行的過(guò)程中容易引起溫度的突然升高，造成變壓器無(wú)法正常出力，引發(fā)設(shè)備故障，為此必須加強(qiáng)變壓器運(yùn)行溫度的監(jiān)測(cè)，箱式變電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)變壓器的油溫或繞組溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，排風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟散熱，有效保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 溫濕度監(jiān)測(cè)

箱式變電站一般安裝在戶外，由于大多數(shù)戶外環(huán)境惡劣，濕度大、溫度低，容易引起箱式變電站內(nèi)的高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備表面出現(xiàn)凝露，發(fā)生閃絡(luò)放電故障，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓室、低壓室內(nèi)的溫濕度，并且根據(jù)設(shè)置的溫濕度值及時(shí)啟動(dòng)除濕和升溫設(shè)備，消除凝露的生成，避免閃絡(luò)放電事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)系統(tǒng)的核心是保證企業(yè)、居民正常用電的基礎(chǔ)，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障。箱式變電站在我國(guó)應(yīng)用僅為10%左右，而國(guó)外許多國(guó)家箱式變電站的應(yīng)用已達(dá)到70-90%。箱式變電站由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、占地少、投資小、收益大[3]，故而是輸變電設(shè)備的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)智能化的箱式變電站，可大大提高配電系統(tǒng)的安全度、可靠度和智能化管理水平。智能化程度的提高使得箱式變電站在保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行前提下，朝著更加簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠和智能化的方向而日趨拓展與完善，在我國(guó)發(fā)展箱式變電站市場(chǎng)前景廣闊，社會(huì)效益顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 任學(xué)勤，甘敏浩.變電站事故分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及變壓器故障識(shí)別新方法[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014（4）：131.

[2] 蘇淑陽(yáng).箱式變電站及其在設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2008（2）：62-63.

[3] 毛勝，周莉莉.淺談箱式變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（29）：16-17.