一種實現(xiàn)前維護的智能饋線采集模塊

國網(wǎng)甘肅省電力公司經(jīng)濟技術(shù)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(xiàn)前維護的智能饋線采集模塊

國網(wǎng)甘肅省電力公司經(jīng)濟技術(shù)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(wǎng)智能化變電站及數(shù)據(jù)中心機房（IDC）建設(shè)的需求，低壓電源供電系統(tǒng)正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化和前維護方向發(fā)展。目前市場上能實現(xiàn)前維護的設(shè)備，都因不同廠家有不同的結(jié)構(gòu)形式，僅是局部功能實現(xiàn)了前維護，其通用性不高。為了改變這一現(xiàn)狀，現(xiàn)研發(fā)一種可以實現(xiàn)前維護的智能饋線模塊，可實現(xiàn)饋線回路模塊化預(yù)生產(chǎn)、固定式開關(guān)帶電可在線更換及可調(diào)相功能，回路智能檢測功能完整、可靠，在成本上比同類產(chǎn)品有大幅下降。

【關(guān)鍵詞】前維護；模塊化；低成本

0　引言

近幾年，隨著電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站的試點和推廣及綠色數(shù)據(jù)中心機房配電模塊化的發(fā)展，對低壓交直流電源系統(tǒng)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(guān)、防雷器開關(guān)、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(guān)和饋線開關(guān)、熔斷器保險等。二次電源柜和數(shù)據(jù)機房列頭柜要解決以下問題：（1）采用可在線更換開關(guān)方式的精密配電柜支路數(shù)據(jù)采集和處理部分難以維護的問題；（2）采用普通開關(guān)配電柜無法實現(xiàn)支路開關(guān)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(shù)和開關(guān)選擇不同，導(dǎo)致無法規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊的問題。通常國內(nèi)企業(yè)解決以上問題，大部分采用ABB插拔式微斷開關(guān)或維納爾可在線更換方案，與競爭對手相比較沒有明顯優(yōu)勢。筆者基于對終端配電的研究和實踐經(jīng)驗，現(xiàn)開發(fā)新的可實現(xiàn)前維護的智能模塊化單元。該產(chǎn)品能實現(xiàn)核心組件模塊化生產(chǎn)、固定式開關(guān)帶電可在線更換及可調(diào)相、監(jiān)控部分完全自主知識產(chǎn)權(quán)，可以完全取代進口或合資同類產(chǎn)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(wěn)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(tài)?，F(xiàn)有的常規(guī)饋線采集模塊，通常安裝在柜內(nèi)上部，以采集饋線柜中對應(yīng)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(guān)信息。由于變電站饋線柜中設(shè)置的饋線回路數(shù)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(guī)的饋線采集模塊在電氣聯(lián)接上，饋線采集模塊為二次電纜的一個總結(jié)點，為保證二次電纜走線順暢，常規(guī)饋線采集模塊占用獨立空間，會造成饋線柜內(nèi)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(dǎo)致兩者之間的二次電纜（數(shù)量為幾十根）長度都不相同，非常復(fù)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(xù)維護檢修也十分不方便。

（3）常規(guī)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(guān)）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(guī)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(yīng)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(xiàn)前維護的方法主要結(jié)構(gòu)設(shè)計上改變，采集模塊裝置包括呈長條狀設(shè)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(tài)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(shè)置，且各所述指示模塊可插拔安裝于主板上，主板上對應(yīng)于各所述饋線回路的位置設(shè)有連接端口，保護罩上對應(yīng)于連接端口的位置開設(shè)有露出該連接端口的開口，保護罩上對應(yīng)于各指示模塊的位置開設(shè)有開孔。

通過在主板上設(shè)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(cè)邊，在使用二次電纜將各連接端口與相應(yīng)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?。徊⑶以O(shè)置可插拔的指示模塊來采集并指示各饋線回路的狀態(tài)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(xiàn)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(jié)構(gòu)組件

單個饋線模塊由級聯(lián)底座（底座），進線單元、出線單元、采集單元及斷路器組成。級聯(lián)底座包含底座、匯流排、通訊板；進線單元包括可調(diào)相進線接插件、可拔插調(diào)相部分、導(dǎo)向柱、相序顯示區(qū)域、固定卡扣；出線單元包括出線端口、傳感器、指示燈及標(biāo)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(lián)底座主要功能是接受電能、提供采集單元電源及數(shù)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(xiàn)支路電流的采集、開關(guān)狀態(tài)指示、斷路器狀態(tài)信號的接入等作用；采集單元的作用是采集回路的狀態(tài)量和模擬量實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)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(dān)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(guān)狀態(tài)、溫度數(shù)據(jù)的模塊，設(shè)有用戶接線端口；采集監(jiān)控模塊包括計算電流、電壓、電度、有功無功、功率因數(shù)、諧波數(shù)據(jù)的模塊，設(shè)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(xiàn)系統(tǒng)的遠程管理。智能組件的設(shè)計實現(xiàn)了饋線支路的智能化管理，對供電電源的安全、可靠、穩(wěn)定、節(jié)能運行提供了良好的基礎(chǔ)。

2.3實現(xiàn)柜前操作

進線、出線、采集單元及開關(guān)本體均為級聯(lián)底座板前接線，各單元之間實現(xiàn)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(lián)底座相連，這樣，整個前維護智能饋線模塊具有不同功能區(qū)域，各區(qū)域之間相互做機械連接，同時各功能區(qū)域具有獨立更換、獨立生產(chǎn)功能。所有通訊線都采用底座級聯(lián)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(xiàn)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(guān)設(shè)備。

3　前維護智能饋線模塊在電源系統(tǒng)中的功能

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

3.1健康狀況分析功能

檢查各開關(guān)負荷電流、電壓、功率因數(shù)、母線頻率、溫度等數(shù)值的變化狀況，對系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)做綜合診斷分析，分析系統(tǒng)的健康度，判斷系統(tǒng)是否存在隱患。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電量參數(shù)的數(shù)值進行設(shè)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(shù)的波動范圍，實時監(jiān)測電能質(zhì)量，當(dāng)電壓、電流波動變化教大，觸摸屏進行預(yù)警提示，比如：標(biāo)準(zhǔn)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(yù)警，“1#支路A相電壓波動范圍過大”。

示意圖：

3.2事故預(yù)警、告警

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

（2）負荷預(yù)警：設(shè)定重要負荷的定值范圍，對超過范圍的負荷進行預(yù)警。

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

（4）系統(tǒng)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(yù)警。

（5）負荷管理功能：設(shè)定重要負荷的定值范圍，對超過范圍的負荷進行預(yù)警。

（6）故障錄波功能：事故追憶、事故反演等。（7）系統(tǒng)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(guān)聯(lián)性。

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

（2）開關(guān)容量關(guān)聯(lián)調(diào)整。

將開關(guān)容量與柜內(nèi)溫度進行關(guān)聯(lián)，溫度超過40度時，自動調(diào)整開關(guān)容量。

3.4能耗管理（綠色節(jié)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(tǒng)具有節(jié)能調(diào)相及自動識別相序功能

監(jiān)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(yù)設(shè)值時提出相負荷不平衡預(yù)警，并相應(yīng)的作出調(diào)整相位的操作建議。

3.5數(shù)據(jù)管理

（1）可以導(dǎo)出系統(tǒng)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(tǒng)具有自動匯總輸出用戶要求的曲線、報表功能：系統(tǒng)能夠根據(jù)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(shè)備到巡檢期時，提示用戶聯(lián)系供應(yīng)商進行巡檢。

（2）壽命管理

系統(tǒng)具有元器件壽命管理功能：開關(guān)等元器件使用壽命及分合次數(shù)管理，對超過使用壽命的元件進行預(yù)警。通過對開關(guān)OF或SD狀態(tài)的監(jiān)測，計算出開關(guān)的分合次數(shù)以及開關(guān)工作運行的時間，然后根據(jù)塑殼開關(guān)、微斷開關(guān)最大使用年限及最大分合次數(shù)的設(shè)置值進行比較，（必須有相關(guān)依據(jù)，參考相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定）比如：1#開關(guān)的使用年限最大為8年，從1#開關(guān)合閘工作開始計算，7年6個月的時候觸摸屏預(yù)警提示“1#開關(guān)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(tǒng)設(shè)置權(quán)限級別管理，并對生產(chǎn)交接班進行管理。

3.7兼容多種通訊協(xié)議

系統(tǒng)支持多種通信協(xié)議，如RS485的MODBUS、TCP/IP、SNMP等；

SNMP協(xié)議拓撲結(jié)構(gòu)圖：

4　經(jīng)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(gòu)成（直流饋線模塊舉例說明）饋線支路開關(guān)　漏電流霍爾　指示燈　一次線　二次線常規(guī)結(jié)構(gòu)　48回　48只　48只　340米　200米前維護模塊結(jié)構(gòu)　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(guī)項目柜體結(jié)構(gòu)與前維護模塊柜體結(jié)構(gòu)進行比較，每面屏支路數(shù)量可以多安裝12回饋線，減少屏柜數(shù)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(jié)約下來；減少屏柜內(nèi)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(jié)論

目前市場上適用于單極斷路器前維護，可在線更換、可調(diào)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(diào)相，采用維納爾方案實現(xiàn)調(diào)相功能，但維納爾方案沒有實現(xiàn)模塊化，二次線工藝復(fù)雜。該前維護智能饋線模塊，完全可以代替同類國外進口產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，尤其是變電站交直流電源屏、數(shù)據(jù)機房交直流電源屏、控制柜、配電柜、配電箱等電力配電領(lǐng)域。為各類設(shè)備提供電力分配及進行數(shù)據(jù)分析，進行能源有效管理，確保供電質(zhì)量和合理用電。

參考文獻

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