智能預裝式變電站關鍵技術研究

劉　杰　宋述兵

（山東電力設備有限公司，濟南 250022）

智能預裝式變電站關鍵技術研究

劉杰宋述兵

（山東電力設備有限公司，濟南 250022）

本文對預裝式變電站的智能化技術進行了深入研究，給出了預裝式變電站智能化系統(tǒng)的總體方案，并分析了智能配電終端的實現(xiàn)方案。

預裝式變電站智能關鍵技術

引言

目前，預裝式變電站在現(xiàn)代低壓配電系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛使用，而智能預裝式變電站是將組件智能化技術、智能監(jiān)控與現(xiàn)代通訊技術相結合研制的新一代配電設備。它的推廣應用能提高配電網(wǎng)的安全可靠性，減少運維人員和成本，為堅強智能電網(wǎng)貢獻力量。因此，本文結合預裝式變電站技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀，對預裝式變電站的智能化技術進行深入研究，給出了預裝式變電站智能化系統(tǒng)的總體方案，并分析了各智能配電終端的實現(xiàn)方案。

1　預裝式變電站的智能化技術研究

1.1概述

預裝式變電站的智能化就是指對預裝式變電站的所有功能單元提供足夠的監(jiān)控手段，保證預裝式變電站安全可靠運行，為用戶提供更優(yōu)質服務，改善供電質量。如今，居民小區(qū)和商服系統(tǒng)的變電所，已逐步采用預裝式變電站的方案。因此，預裝式變電站智能化程度的高低，直接反映了配電自動化的水平。

預裝式變電站智能化技術主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，數(shù)字化。對預裝式變電站內部所有的高壓設備、變壓器、低壓設備和環(huán)境參數(shù)實現(xiàn)廣度和深度的監(jiān)控。廣度是指采集盡可能多的參量（遙測、遙信）和控制盡可能多的開關設備（遙控、遙調）。深度是指記錄盡可能多的參量歷史數(shù)據(jù)和事件順序記錄，從而保證預裝式變電站安全可靠運行，并使預裝式變電站成為一個完全可監(jiān)控的全自動設備。同時，對高低壓設備進行智能化改造，有利于配變監(jiān)控的實行。

第二，網(wǎng)絡化。預裝式變電站具有通信接口，能使預裝式變電站與中壓監(jiān)控單元及后臺之間進行通信，具有抗無線干擾能力，安全可靠通信。

第三，信息化。為滿足配電網(wǎng)信息管理的要求，能夠在預裝式變電站和中壓監(jiān)控單元之間上傳和下達各種信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)劃；管理配電設備；了解配電變壓器運行情況。

因此，智能型預裝式變電站的主要功能包括：配網(wǎng)遠動終端功能，配電變壓器監(jiān)測功能，電壓無功綜合優(yōu)化控制功能，預裝式變電站環(huán)境調節(jié)控制功能，低壓出線負荷管理監(jiān)控功能，通信功能和電能質量監(jiān)測功能。

1.2預裝式變電站智能化總體方案

預裝式變電站智能化方案有兩種實現(xiàn)方式：高低壓側分別配置智能系統(tǒng)和高低壓側統(tǒng)一配置智能系統(tǒng)。

1.2.1高低壓側分別配置智能系統(tǒng)

高低壓側分別配置智能系統(tǒng)即分別對預裝式變電站的高壓室、低壓室和變壓器室配置智能監(jiān)控終端。各終端功能相對獨立，分別完成各種電力數(shù)據(jù)和非電力數(shù)據(jù)的采集工作，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)保護或無功補償功能。同時，將各種數(shù)據(jù)上傳到后臺管理主站。采用這種多CPU系統(tǒng)可以提高處理并行多發(fā)事件的能力，解決獨立CPU計算的瓶頸問題，但各終端功能重復，造成嚴重成本浪費，不利于廣泛推廣。

1.2.2高低壓側統(tǒng)一配置智能系統(tǒng)

高低壓側統(tǒng)一配置智能系統(tǒng)即對預裝式變電站各功能模塊配置一個智能配電終端，完成預裝式變電站各種電參數(shù)和非電參數(shù)的采集工作，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)測控保護功能。

智能配電終端主要功能如下：

（1）配電變壓器監(jiān)測：電壓、電流、電壓合格率、諧波、閃變、瞬間過電等。

（2）配電變壓器保護：欠壓、過壓、過負荷保護。

（3）用戶用電信息監(jiān)測：用戶電表數(shù)據(jù)。

（4）配變計量總表監(jiān)測：預裝式變電站電表數(shù)據(jù)及運行狀況。

（5）高低壓單元監(jiān)測：開關狀態(tài)、開關電流。

（6）狀態(tài)監(jiān)測：進出線開關、電容器投切開關、配變終端運行狀態(tài)。

（7）負荷管理：功率定制閉環(huán)控制，電量定值控制，遠方控制。

（8）電能質量管理：無功動態(tài)補償、三相不平衡治理。

（9）視頻監(jiān)視：非法開門，則拍照后上傳圖片。

（10）安全防護：防盜，異常信息報警，或者語音報警。

（11）分布式電源監(jiān)控：分布式電源（光伏電站）監(jiān)控及報警。

經(jīng)過上面的分析比較，本文采用第二種實現(xiàn)方式。同時，為了方便預裝式變電站主站對預裝式變電站的集中管理，需提高預裝式變電站內部各智能模塊之間的通信能力。預裝式變電站智能化方案總體框圖如圖1所示。此外，結合前面論述的智能預裝式變電站的基本功能，還可以在配變監(jiān)測的基礎上實現(xiàn)低壓無功功率的快速分相補償和對低壓用戶的無線抄表功能，從而完善預裝式變電站的智能化設計。

圖1　預裝式變電站智能化方案總框圖

智能配電終端。智能配電終端是預裝式變電站中的數(shù)據(jù)傳輸裝置，也是預裝式變電站內重要的配網(wǎng)遠動終端。它主要完成數(shù)據(jù)的傳輸、通信參數(shù)的整定以及通信規(guī)約的校驗。向下通過局部網(wǎng)絡RS485對預裝式變電站中的各柜進行集中管理，完成數(shù)據(jù)的傳輸和命令的下達；向上通過無線通信模塊與調度管理主站聯(lián)系，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的上傳和操作命令的接收，使預裝式變電站智能化系統(tǒng)具有監(jiān)測的功能。此外，智能配電終端還要負責人機聯(lián)系工作，使預裝式變電站智能化系統(tǒng)能夠通過智能配電終端完成當?shù)仫@示、制表打印、開關操作等功能。

高壓側。在高壓側，主要實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)開關柜的智能化。環(huán)網(wǎng)開關柜的智能化主要體現(xiàn)在實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜全面的測量、監(jiān)控以及保護功能，并能完成配電自動化系統(tǒng)遠方終端的功能目標，以適應于智能預裝式變電站的發(fā)展要求。

變壓器室。對于變壓器室，智能配電終端可以監(jiān)測功率因數(shù)、頻率、有功（無功）電量、有功（無功）功率、電壓、電流、油溫（濕）度，數(shù)據(jù)正常與否反映變壓器的運行情況。所以，實時監(jiān)測配電變壓器運行中的各種參數(shù)，并分析數(shù)據(jù)，及時解決配電變壓器出現(xiàn)的異常情況，能使電網(wǎng)運行穩(wěn)定。我們主要通過智能配電終端的變壓器監(jiān)測單元來實現(xiàn)變壓器室的智能化功能。

低壓側。由于低壓側主要是由一些低壓斷路器等開關設備組成，因此低壓側的智能化主要體現(xiàn)在這些開關設備的智能化研究設計上。在這里，主要對低壓斷路器實現(xiàn)智能化，采用智能型低壓斷路器。

1.3智能配電終端硬件設計方案

在預裝式變電站內部安裝智能配電終端，變壓器二次側的電氣參數(shù)通過PT和CT進行采集并傳送給GPRS模塊，再把數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡中，上傳到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)到GPRS，GPRS發(fā)送信號控制智能斷路器，如圖2所示。

GPRS各種功能的模塊是獨立單元，具有靈活、可變的多種組合。GPRS模塊通過CAN總線集成多個附近變電站或變電站內其他監(jiān)控器的監(jiān)測量，然后歸集到一個變電站，再利用網(wǎng)絡通信通過GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

圖2　預裝式變電站監(jiān)控器邏輯框圖

2　結束語

本文對預裝式變電站的智能化技術進行了深入研究，給出了預裝式變電站智能化系統(tǒng)的總體方案，并分析了智能配電終端的實現(xiàn)方案。

智能預裝式變電站高壓側采用具有自動化接口的環(huán)網(wǎng)柜，電流、電壓、狀態(tài)等參數(shù)經(jīng)智能配電終端上傳監(jiān)控后臺；電氣參數(shù)經(jīng)智能配電終端上傳監(jiān)控后臺；低壓框架斷路器和塑殼斷路器選用智能型，經(jīng)485接口與智能配電終端進行通信；低壓電容補償設計為混合補償方式，由智能配電終端控制。

智能預裝式變電站智能配電終端系統(tǒng)是對智能預裝式變電站（含公變、專變）信息進行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng)，實現(xiàn)臺區(qū)信息監(jiān)測、微機保護、遠程遙控分合閘、電能分配、無功補償、集中抄表、漏電自動重合閘及漏電值監(jiān)測、電能質量監(jiān)測、變壓器調容信息監(jiān)測、預裝式變電站異常信息報警、智能預裝式變電站信息互動等功能。

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Research on Key Technologies of Intelligent Prefabricated Substation

LIU Jie，SONG Shubing
（Electric Power Equipment Co.，Ltd.，Ji'nan 250022）

In this paper，the intelligent technology of pre installed substation is studied deeply，the overall scheme of intelligent system is given，and the implementation scheme of intelligent power distribution terminal is analyzed.

Prefabricated，substation，intelligent，key technology