一種實現前維護的智能饋線采集模塊

國網甘肅省電力公司經濟技術研究院 王 鑫 李惠庸深圳市泰昂能源科技股份有限公司績溪分公司 崔曉軍 鄧先富

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一種實現前維護的智能饋線采集模塊

國網甘肅省電力公司經濟技術研究院 王 鑫 李惠庸
深圳市泰昂能源科技股份有限公司績溪分公司 崔曉軍 鄧先富

【摘要】隨著國家對電網智能化變電站及數據中心機房（IDC）建設的需求，低壓電源供電系統正朝著標準化、模塊化、智能化和前維護方向發展。目前市場上能實現前維護的設備，都因不同廠家有不同的結構形式，僅是局部功能實現了前維護，其通用性不高。為了改變這一現狀，現研發一種可以實現前維護的智能饋線模塊，可實現饋線回路模塊化預生產、固定式開關帶電可在線更換及可調相功能，回路智能檢測功能完整、可靠，在成本上比同類產品有大幅下降。

【關鍵詞】前維護；模塊化；低成本

0　引言

近幾年，隨著電力系統標準配送式變電站的試點和推廣及綠色數據中心機房配電模塊化的發展，對低壓交直流電源系統的操作、維護、接線提出更高要求。要求柜前正面操作進線和出線斷路器、ATS開關、防雷器開關、采樣熔斷器保險、電流電壓信號端子等元件，柜前正面更換維護易損件，如防雷器開關和饋線開關、熔斷器保險等。二次電源柜和數據機房列頭柜要解決以下問題：（1）采用可在線更換開關方式的精密配電柜支路數據采集和處理部分難以維護的問題；（2）采用普通開關配電柜無法實現支路開關可在線更換功能的問題；（4）用戶需求大同小異，主要是回路數和開關選擇不同，導致無法規模化生產，產品質量參差不齊的問題。通常國內企業解決以上問題，大部分采用ABB插拔式微斷開關或維納爾可在線更換方案，與競爭對手相比較沒有明顯優勢。筆者基于對終端配電的研究和實踐經驗，現開發新的可實現前維護的智能模塊化單元。該產品能實現核心組件模塊化生產、固定式開關帶電可在線更換及可調相、監控部分完全自主知識產權，可以完全取代進口或合資同類產品。

1　饋線采集模塊前維護方法

為了保證變電站的正常平穩運行，變電站的饋線柜中一般會安裝饋線采集模塊來檢索各饋線回路的狀態。現有的常規饋線采集模塊，通常安裝在柜內上部，以采集饋線柜中對應饋線回路的斷路器（OF/SD）、漏電流等信息。其采集方式主要是通過二次電纜將饋線回路連接到饋線采集模塊，以便饋線采集模塊采集相關信息。由于變電站饋線柜中設置的饋線回路數較多，且在柜子中分布安裝，而需要使用二次線纜將各饋線回路分別連接至饋線采集模塊，因而會存在一系列的問題：

（1）常規的饋線采集模塊在電氣聯接上，饋線采集模塊為二次電纜的一個總結點，為保證二次電纜走線順暢，常規饋線采集模塊占用獨立空間，會造成饋線柜內空間緊張，同時二次電纜走線距離較長，難以將饋線采集模塊上的元器件在饋線柜的前端進行直接拆換維護，維修不便。

（2）由于饋線采集模塊安裝在饋線柜頂部，而饋線回路在饋線柜中分布安裝，導致兩者之間的二次電纜（數量為幾十根）長度都不相同，非常復雜冗繁，造成安裝時二次電纜的連接走線和固定十分繁瑣，接線時會耗費大量的時間和人力，后續維護檢修也十分不方便。

（3）常規饋線采集模塊上饋線指示燈更換維護時，需要先松開饋線柜中斷路器（開關）的出線端子，這樣勢必要先將負載斷電后，才可進行接線，從而影響負載的運行。

（4）常規饋線采集模塊上饋線指示燈是通過旋緊固定圈，將指示燈卡在饋線柜（箱）體的面板或支架的對應開孔上，這樣指示燈的安裝固定要求占用較大的獨立空間。

使饋線采集模塊實現前維護的方法主要結構設計上改變，采集模塊裝置包括呈長條狀設置的主板、保護主板的保護罩和若干用于采集并指示變電站饋線柜中各饋線回路狀態信息的指示模塊，若干所述指示模塊沿主板長度方向依次設置，且各所述指示模塊可插拔安裝于主板上，主板上對應于各所述饋線回路的位置設有連接端口，保護罩上對應于連接端口的位置開設有露出該連接端口的開口，保護罩上對應于各指示模塊的位置開設有開孔。

通過在主板上設置與變電站饋線柜中各饋線回路位置相對就的連接端口，饋線采集模塊在安裝時，可以直接固定在變電站饋線柜的各組饋線回路的側邊，在使用二次電纜將各連接端口與相應的饋線回路連接時，可以使各二次電纜的長度相同或相近，同時也方便走線與連接，占用空間小；并且設置可插拔的指示模塊來采集并指示各饋線回路的狀態信息，在維護時，可以直接從變電站饋線柜的前端將指示模塊插拔更換，實現前維護，維護方便，也不會影響負載運行，而指示模塊可插拔安裝在主板上，無需單獨安排安裝空間，占用空間小。

2　饋線模塊簡述

2.1結構組件

單個饋線模塊由級聯底座（底座），進線單元、出線單元、采集單元及斷路器組成。級聯底座包含底座、匯流排、通訊板；進線單元包括可調相進線接插件、可拔插調相部分、導向柱、相序顯示區域、固定卡扣；出線單元包括出線端口、傳感器、指示燈及標牌；采集單元包括IPM-S采集單元、SD/OF采集接口，各部分的分解示意見下圖1和圖2。級聯底座主要功能是接受電能、提供采集單元電源及數椐傳輸作用；進線單元主要功能是支路電源的接入、支路換相及相序顯示；出線單元主要功能分配電能，實現支路電流的采集、開關狀態指示、斷路器狀態信號的接入等作用；采集單元的作用是采集回路的狀態量和模擬量實現A/D轉換。

圖1

圖2

2.2智能組件

智能組件即為采集單元，是智能饋線模塊的運算中心，承擔支路饋線的各種電參量采集工作。出線采集組件包括采集電壓、電流、開關狀態、溫度數據的模塊，設有用戶接線端口；采集監控模塊包括計算電流、電壓、電度、有功無功、功率因數、諧波數據的模塊，設有對外提供通訊接口。并通過底座的通訊底板和后臺進行信息交互，實現系統的遠程管理。智能組件的設計實現了饋線支路的智能化管理，對供電電源的安全、可靠、穩定、節能運行提供了良好的基礎。

2.3實現柜前操作

進線、出線、采集單元及開關本體均為級聯底座板前接線，各單元之間實現相互的機械連接組成一個本體模塊，模塊又通過卡接的方式和級聯底座相連，這樣，整個前維護智能饋線模塊具有不同功能區域，各區域之間相互做機械連接，同時各功能區域具有獨立更換、獨立生產功能。所有通訊線都采用底座級聯方式，對外看不到任何通訊線纜，工藝美觀且提高安全性能。整個模塊實現安裝、接線、操作、維護和檢修都在柜前進行，適用于各種靠墻安裝的交直流電源饋線開關設備。

3　前維護智能饋線模塊在電源系統中的功能

前維護智能饋線模塊應用于變電站交直流電源系統，各模塊和上位機進行通訊，由上位機進行管理，可實現以下功能：

3.1健康狀況分析功能

檢查各開關負荷電流、電壓、功率因數、母線頻率、溫度等數值的變化狀況，對系統的運行數據做綜合診斷分析，分析系統的健康度，判斷系統是否存在隱患。

根據標準電量參數的數值進行設置，通過報表或者實時曲線的方式記錄電壓、電流、頻率等參數的波動范圍，實時監測電能質量，當電壓、電流波動變化教大，觸摸屏進行預警提示，比如：標準相電壓為220V，允許波動范圍為±5V，若A相實際電壓為223V左右時提出預警，“1#支路A相電壓波動范圍過大”。

示意圖：

3.2事故預警、告警

（1）事故告警：回路欠壓、過壓、失電、開關跳閘、防雷故障、變壓器溫升等信息進行告警。

（2）負荷預警：設定重要負荷的定值范圍，對超過范圍的負荷進行預警。

（3）負荷平衡度檢測：系統具有相間負荷不平衡預警功能：根據饋線負荷的大小，對相間負荷不平衡進行預警，并給出調相建議。

（4）系統具有支路諧波檢測功能：可對重要負荷進行諧波檢測并進行預警。

（5）負荷管理功能：設定重要負荷的定值范圍，對超過范圍的負荷進行預警。

（6）故障錄波功能：事故追憶、事故反演等。（7）系統可選短信告警功能。

3.3專家診斷功能

（1）具備故障分析功能，分析故障的關聯性。

相關故障開關的級差配合分析，提出維護建議。如：監測到上下級開關同時跳閘，提示兩級開關之間存在選擇性問題，給出解決措施：調整脫扣電流或短路延時定值。

（2）開關容量關聯調整。

將開關容量與柜內溫度進行關聯，溫度超過40度時，自動調整開關容量。

3.4能耗管理（綠色節能）

（1）能耗分析

檢測各個回路的能耗，并能按日、月、年生成能耗報表及實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線，分析回路能耗，對能耗異常進行提示。

（2）系統具有節能調相及自動識別相序功能

監測母線各相負荷大小，通過對比三相負荷之間的實際負荷，對比出相間不平衡度，達到預設值時提出相負荷不平衡預警，并相應的作出調整相位的操作建議。

3.5數據管理

（1）可以導出系統運行狀況報表，如日報表、周報表、月報表等。

（2）曲線報表。

（3）系統具有自動匯總輸出用戶要求的曲線、報表功能：系統能夠根據饋線的負荷電流、電壓、零地電壓、電度等輸出趨勢圖。

3.6運行維護管理

（1）巡檢管理

設備到巡檢期時，提示用戶聯系供應商進行巡檢。

（2）壽命管理

系統具有元器件壽命管理功能：開關等元器件使用壽命及分合次數管理，對超過使用壽命的元件進行預警。通過對開關OF或SD狀態的監測，計算出開關的分合次數以及開關工作運行的時間，然后根據塑殼開關、微斷開關最大使用年限及最大分合次數的設置值進行比較，（必須有相關依據，參考相關參數進行設定）比如：1#開關的使用年限最大為8年，從1#開關合閘工作開始計算，7年6個月的時候觸摸屏預警提示“1#開關使用7年6個月，使用壽命接近最大極限，請進行維護……”。

（3）值班管理

系統設置權限級別管理，并對生產交接班進行管理。

3.7兼容多種通訊協議

系統支持多種通信協議，如RS485的MODBUS、TCP/IP、SNMP等；

SNMP協議拓撲結構圖：

4　經濟價值成本分析

以下以某項目饋線前維護模塊作為分析對象。

項目柜體成本構成（直流饋線模塊舉例說明）饋線支路開關　漏電流霍爾　指示燈　一次線　二次線常規結構　48回　48只　48只　340米　200米前維護模塊結構　60回　60只　采用LED燈　160米　80米成本降低　860　200　384　460　 240成本降低率　15%　4%　200%　42%　60%

以常規項目柜體結構與前維護模塊柜體結構進行比較，每面屏支路數量可以多安裝12回饋線，減少屏柜數量；每個支路指示燈采用LED燈代替，60回指示燈的成本直接節約下來；減少屏柜內一次和二次走線，一次線和二次線的長度明顯縮短，制造成本和人工工時也能減少。

5　結論

目前市場上適用于單極斷路器前維護，可在線更換、可調相的智能饋線模塊，使用ABB SMISSLINE方案成本較高，而APC 3P模塊不能調相，采用維納爾方案實現調相功能，但維納爾方案沒有實現模塊化，二次線工藝復雜。該前維護智能饋線模塊，完全可以代替同類國外進口產品，并廣泛應用于電力系統，尤其是變電站交直流電源屏、數據機房交直流電源屏、控制柜、配電柜、配電箱等電力配電領域。為各類設備提供電力分配及進行數據分析，進行能源有效管理，確保供電質量和合理用電。

參考文獻

［1］王慎.江蘇省興化市供電公司全預制裝配式變電站［J］.農村電氣化，2008年第11期總第258期.

［2］國家電網公司.220kV和110kV變電站典型設計推薦方案，2005.