智能低壓變配電系統(tǒng)在鐵路站房中的應(yīng)用

劉廣軍

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

1 引言

漢中車(chē)站位于陜西省漢中市，為2008年汶川地震災(zāi)后重建重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，也是西安至成都鐵路客運(yùn)專線一座重要的車(chē)站，車(chē)站站房建筑面積12000m2，設(shè)有1座10／0.4kV雙變壓器的室內(nèi)變電所。為了方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去值班人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合分閘的繁瑣工作，減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，該變電所采用了低壓變配電系統(tǒng)智能化技術(shù)。

低壓變配電系統(tǒng)智能化是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向潮流，是電力科技的重大創(chuàng)新和趨勢(shì)。它利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將低壓變配電系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、地理位置等進(jìn)行信息集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的自動(dòng)化，并具有部分狀態(tài)預(yù)測(cè)和故障診斷功能，是一個(gè)涵蓋所有系統(tǒng)管理和控制、狀態(tài)預(yù)測(cè)與故障診斷功能的信息系統(tǒng)。

2 傳統(tǒng)低壓變配電系統(tǒng)存在的問(wèn)題和技術(shù)缺陷

2.1 傳統(tǒng)低壓變配電系統(tǒng)

如圖1所示為典型的低壓變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其對(duì)電能的分配、控制、監(jiān)視、測(cè)量一般由裝有各種低壓元器件的低壓電氣柜來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些低壓元器件包括：斷路器本體（裸開(kāi)關(guān)）及各種保護(hù)附件（熱磁、電子或智能脫扣等）；各種測(cè)量?jī)x表（電流表、電壓表、有功功率表、無(wú)功功率表、電能表及配套互感器或網(wǎng)絡(luò)儀表）；控制／聯(lián)鎖元件（繼電器、按鈕、開(kāi)關(guān)）；信號(hào)元件（燈、光字牌、報(bào)警器）等。

圖1 用戶（企業(yè)）變配電站中的低壓系統(tǒng)

2.2 傳統(tǒng)低壓變配電系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題和技術(shù)缺陷

2.2.1 保護(hù)性能的缺陷

低壓變配電系統(tǒng)的保護(hù)性能取決于斷路器本身所攜帶的脫扣器。這些常規(guī)脫扣器可實(shí)現(xiàn)的保護(hù)內(nèi)容較少（電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、接地或漏電保護(hù)、失壓（欠壓）保護(hù)）；保護(hù)功能內(nèi)容的增減、變更的靈活性差，均需更換不同的保護(hù)附件；保護(hù)的準(zhǔn)確度低，分散性大，例如常規(guī)塑殼斷路器使用的熱磁脫扣器，其雙金屬簧片材質(zhì)的穩(wěn)定性、環(huán)境溫度、雙金屬簧片熱膨脹的重復(fù)性差、熱磁材料的老化程度、機(jī)械安裝可靠性等因素直接影響著保護(hù)的準(zhǔn)確性；保護(hù)定值的現(xiàn)場(chǎng)整定和校驗(yàn)困難，尤其對(duì)于容量較大的斷路器現(xiàn)場(chǎng)甚至無(wú)法整定和校驗(yàn)，只能在出廠前由制造廠整定或校驗(yàn)需返廠進(jìn)行處理。

2.2.2 測(cè)量性能的缺陷

低壓變配電系統(tǒng)常用的電磁式儀表、多功能數(shù)顯表或網(wǎng)絡(luò)儀表可以測(cè)量 Ua、Ub、Uc0、Ia、Ib、Ic、cosαt、Pt、Qt、SRMS 等電參量，無(wú)法測(cè)量與電能質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)，如諧波含量、波形畸變系數(shù)等；抄表方式，除網(wǎng)絡(luò)外表可遙測(cè)外，其余均需現(xiàn)場(chǎng)抄表讀數(shù)。

2.2.3 控制性能的缺陷

塑殼斷路器和常規(guī)框架斷路器需人工就地直接操作，安全性差；低壓柜數(shù)量較多且分散布置時(shí)，人員操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，極易誤操作。智能框架斷路器只有加配通訊附件時(shí)才可后臺(tái)遙控。

2.2.4 遙信性能缺陷

塑殼斷路器和傳統(tǒng)框架斷路器的開(kāi)合狀態(tài)無(wú)法上傳；斷路器工作位置、儲(chǔ)能位置等其他硬接點(diǎn)信號(hào)無(wú)法監(jiān)視；僅有就地狀態(tài)與報(bào)警指示，無(wú)SOE記錄。

2.2.5 通訊性能缺陷

只有配用網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)一，占用至少兩個(gè)通訊地址。

3 智能化低壓變配電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 保護(hù)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(jīng)過(guò)具有預(yù)測(cè)、預(yù)估功能的卡爾曼濾波算法處理的全數(shù)字保護(hù)。其準(zhǔn)確度、靈敏度高，重復(fù)性、穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)，受其他因素影響極小。保護(hù)功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)I段過(guò)電流保護(hù)、Ⅱ段過(guò)電流保護(hù)、瞬時(shí)電流、零流（接地或漏電）保護(hù)、電壓過(guò)低保護(hù)、合相過(guò)負(fù)荷保護(hù)、不平衡保護(hù)、頻差保護(hù)、電壓過(guò)高保護(hù)、電壓錯(cuò)序或缺相保護(hù)、工藝1保護(hù)、工藝2保護(hù)等。保護(hù)功能內(nèi)容的增減用軟件完成。

3.2 測(cè)量性能方面

基于24位高速微處理器芯片及高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片平臺(tái)，采用瞬時(shí)無(wú)功功率理論（亦稱做pq理論）和軟測(cè)量理論的檢測(cè)方法，分析在瞬時(shí)條件下三相電路的特性，可獲得到包含的高達(dá)21次諧波的信息的各項(xiàng)電參數(shù)電參量；能測(cè)量諧波含量、波形畸變系數(shù)等與電能質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)，實(shí)時(shí)性好，精度高。

可實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的“四遙”及無(wú)人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控。具有SOE事件記錄、硬遙信量、軟遙信量等；自帶統(tǒng)一的通訊口，通訊地址唯一，通訊信道多樣，通訊功能強(qiáng)大。

實(shí)現(xiàn)區(qū)域配電聯(lián)鎖時(shí)，不需大量聯(lián)鎖布線，節(jié)省了電纜，符合國(guó)家節(jié)能少耗之政策。

增加對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控與管理、故障檢測(cè)和診斷功能?？刹榭锤骰芈犯骺刂茊卧ㄗ诱荆┑碾娏繀?shù)，對(duì)各子站遠(yuǎn)程儲(chǔ)能（框架斷路器）、合閘、分閘、啟動(dòng)、停車(chē)（電機(jī)控制回路）等操作；查詢系統(tǒng)各種信息、故障記錄、日記報(bào)表等，決速、準(zhǔn)確地掌握供、配電設(shè)備的運(yùn)行情況，提高工作效率。

4 智能化低壓變配電系統(tǒng)的總體方案

4.1 管理層

后臺(tái)機(jī)服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)接口收集全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，保存全網(wǎng)參數(shù)、計(jì)算結(jié)果、歷史信息、圖形文件。

配置系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)用戶界面，允許自動(dòng)化或其它電網(wǎng)參數(shù)維護(hù)人員對(duì)電網(wǎng)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線層

通信接口：全隔離RS485、RS232或CAN；通信協(xié)議選用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；通信介質(zhì)為屏蔽雙色雙絞線電纜、通信光纜。

4.3 執(zhí)行層

由系統(tǒng)所需的底層智能物理單元組成。

（1）受電智能測(cè)控裝置用于低壓電源進(jìn)線柜，用于完成進(jìn)線斷路器的控制并對(duì)該進(jìn)線回路進(jìn)行監(jiān)視、保護(hù)、全電量測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。

（2）饋電智能測(cè)控裝置用于低壓饋線柜，用于完成對(duì)各條饋線回路的監(jiān)視、電量測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。

（3）聯(lián)絡(luò)智能測(cè)控裝置用于低壓母線聯(lián)絡(luò)柜或其它聯(lián)絡(luò)柜，用于完成聯(lián)絡(luò)斷路器的控制、保護(hù)和對(duì)聯(lián)絡(luò)回路的監(jiān)視、電量測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。

圖2 智能化低壓變配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D

（4）切換智能測(cè)控裝置用于低壓切換柜、油機(jī)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(fā)電機(jī)（備）］之間的切換。

（5）無(wú)功補(bǔ)償智能測(cè)控裝置可根據(jù)實(shí)際工況選擇不同的控制策略用于完成對(duì)低壓系統(tǒng)無(wú)功的補(bǔ)償控制。

（6）電動(dòng)機(jī)智能測(cè)控裝置用于低壓電動(dòng)機(jī)饋線柜，用于完成對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的控制、監(jiān)視、保護(hù)、電量測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。

圖2所示為智能化低壓變配電系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能型低壓配電系統(tǒng)可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，免去值班人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合分閘的繁瑣工作。系統(tǒng)對(duì)各種用電設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行管理分析，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，制定詳細(xì)的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少工作人員，提高效率。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及企業(yè)對(duì)自動(dòng)化和輸配電系統(tǒng)相結(jié)合的需求的增長(zhǎng)，低壓配電系統(tǒng)的智能化是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

［1］包 革，朱守云.帶現(xiàn)場(chǎng)總線的智能低壓配電裝置［J］.低壓電器，2000，（1）.

［2］劉一鋒.低壓配電系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)［J］.通信電源技術(shù)，2004，（1）.

［3］許先灶.智能化低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.低壓電器，2004，（2）.

［4］朱忠民.智能化低壓配電系統(tǒng)的特點(diǎn)及典型應(yīng)用［J］.電氣應(yīng)用，2006，（11）.

［5］朱 兵.智能型低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的研究［J］.鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2002，（1）.

［6］朱允生.智能化低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2007，（17）.

［7］遲 巖，鄭為民.低壓配電監(jiān)控系統(tǒng)的研制［J］.集美大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，（2）.