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一种箱式变电站及其实时监测系统的设计

箱式变电站是电力网中的线路连接点,用以实现变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。箱式变电站包括高压部分、电力变压器部分、低压部分以及计量单元和智能化单元,它的优点是具有占地面积小、少维护、更高性能、而且节约能耗、可以将几部分进行拼装,所以箱变安装和运输都很方便。目前,箱变广泛应用于城镇、农村公共设施供电、居民小区以及工厂、码头、油田等。
组合式与一体式这两种是箱式变电站的总体布置的主要形式。“目”字型与“品”字型的组合形式是组合式这种分为三部分布置的最常见的表现,在当变压器室内排列着多台的变压器时,采用“品”字组合型则更为有利(如图1所示)。而以变压器为主体,负荷开关和熔断器等材料装配在变压器箱内部的这种布置格局结构则是一体式。
箱式变电站的基本功能
1、箱式变电站高压侧(10kV)的功能
箱式变电站高压侧一般选用负荷开关配合限流熔断器作为变压器的主保护,按高压开关的数量及开关接入方式可分为:环网型、双电源型和终端型,变压器分段范围保护由两组插入式熔断器和后备保护熔断器串联组成,为了避免高压部分缺相运行,当插入式熔断器的其中一相熔断时,可以联锁分闸三相负荷开关。为了实现负荷开关的电动操作,高压线路侧负荷开关会配置24V直流电源作为电动操作机构。
箱式变电站中电力变压器功能
箱式变电站中电力变压器将将 10kV 降至380V/220V,电力变压器容量一般为160 kVA至1600kVA。变压器的为三相三柱或三相五柱或立体卷铁心结构、Dyn11或 Yyn12 联结,熔断器连接在变压器外部。立体卷铁心变压器的特点是铁心在空间上完全对称,比三相三柱叠片铁心更容易保证各项电磁参数。这种铁心具有节材节能、三相磁路对称、励磁电流小、空载损耗低、谐波小、噪声大幅度下降等特点。
箱式变电站低压侧(0.4kV)的功能特点
箱式变电站低压侧,馈电电流出线部分一般配置空气塑壳断路器或者刀熔开关进行保护;用户用电负荷变化快时,采用自动循环投切的动态补偿装置(当用户用电负荷变化缓慢时,一般采用静态补偿装置),补偿容量为变压器容量的10%至40%;低压主开关需要配置智能控制器,控制器带有信号单元和操作控制单元,当出线断相或者过流,过压时,可以自动切断主开关,达到预警的功能。
箱式变电站的组成和使用的条件
箱式变电站的组成和功能
在工厂内部先将高压开关设备、低压开是若干个箱盒中,组成成套的配电设备,并用这些设备将电能从高压系统输送到低压系统中。
箱式变电站的使用条件
使箱式变电站正常的运行和为人们生活提供便利,也要确保在使用过程中能遵循箱式变电站使用的条件,以下就几点简单的进行认识:(1)箱式变电站所处的地点海拔不得超过1000米;(2)箱式变电站的环境最高温度要控制为40℃,日均最高气温要小于35℃,而最低气温要控制为-25℃,当箱式变电站的温度为25℃时,相对湿度的日平均值不可以超过95%,月平均值不超过90%,要将户外的风速控制在35m/s以内;(3)箱式变电站的安装地点必须确保没有爆炸的危险, 火灾隐患以及化学腐蚀剂。
箱式变电站智能系统的硬件设计
智能终端系统
智能终端系统的硬件组成结构如图2所示,由 CPU 模块,计量模块,显示模块和通讯模块组成。电池供给 CPU 自身的用电,时钟时钟器件 MC146818为 CPU 提供时间校验,通过键盘输入参数,通过 CPU 数据处理,由显示器显示,该终端还具有电流电压计量功能,支持遥测,遥信信号,以及 RS232 端口和多路 RS485 端口,具有 GPRS/CDMA 两种方式的通讯功能。
CPU 模块中包括单片机系统、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通信接口模块,显示模块等。
通讯网络
智能变电站实现了一系列的高级应用功能,因此对站内设备提出了更高的要求,比如一次设备智能化、一体化系统平台等。同时由于需要大量信息需要交换,因此,智能变电站需要数字化的通信平台。而数字化的通信平台,首先是需要有稳定可靠的数据链路的传输技术来保证各点测试数据的获取和控制信息的可靠到达。现有箱式变电站采用有线和无线两种通讯方式,有线通讯包括光纤、电话线、RS485 总线和低压电力线载波传输。
智能箱式变电站通讯网络设计结构见图3。系统的管理主站存放在各电力公司。通过光纤分布与各个变电站的智能网关相连接。数据网关与智能终端相连,通过节点交换机逐级把数据传递给核心交换机。系统自上至下由通信平台管理系统主站、核心交换机、节点交换机、智能终端组成,通过数据网关进行协议解析,实现全程链路的构建。
后台管理系统
后台管理系统主要由能耗管理系统、监控计算机、打印机、UPS 电源组成。后台管理系统采用 C++Bulider 编程制作,第四章将详细讲解该系统的设计过程。后台管理系统具有良好的人机交互界面,对采集的设备层实时能耗数据信息进行远程计算、分析与处理,并以图形、数显等方式反映变电站的运行情况,对箱式变电站中历史能耗数据进行统计、分析。
监控计算机:用于数据采集、处理和数据转发,为系统内或外部提供数据接口,进行系统管理、维护和分析工作。打印机:系统召唤打印或字形打印图像、报表等。
UPS 电源:保证监控计算机系统的正常供电,在整个系统发生供电问题时,保证后台管理设备的正常运行。
箱式变电站智能监测系统的软件设计
系统软件设计总方案
系统软件设计是否成功关系到整个智能箱式变电站的系统是否能够灵活使用、操作方便和可靠性等,软件设计的要求是,可以在较少改变硬件电路的条件下,改进整个箱式变电站的系统功能。
软件任务层次化,然后对没层次的任务逐步详细化“自顶向下,逐步求精”的结构化程序设计,由于软件任务层中的每个功能都是相互独立,所以彼此之间的影响会较少,通过主程序调用各层任务中的子程序,按照划分相反的过程进行编写和调用程序,当所有的子程序都编写完成后,按照子程序之间的顺序逻辑组合起来,形成一个完整的软件程序。
在智能箱式变电站中,系统的电压、电流、温度、断路器开合状态、油位等信号通过智能终端采集器和模/数转换成为后台管理中监控计算机处理的数字量后,后台管理系统将对这些参数进行计算、分析,得到配电系统中的相电流、相电压波形以及总有功功率、总无功功率、总有功电度、总无功电度、总功率因素以及元器件的温度等参量,并根据这些参数的结构以及报警设定值,确定判断设备装置的动作行为。所以自能终端采集器的采集算法的选择不仅与装置需要实现的功能相关,也与采样的方式密切相连。选择合理的算法可以优化整个软件的设计和计算,而且能够提高系统的精度和可靠性能。整个智能系统的软件设计分为智能采集终端采集程序设计和终端与后台管理系统的串行通讯设计。
后台管理系统的人机界面设计
后台管理系统是在 C+ +Builder 环境下开发的平台,后台管理系统由以下的功能:通过串口通讯端口 RS232 连接后端数据库储存数据,进行电力系统实时数据分析处理,同时利用数据库储存数据,将历史电力数据进行动态显示。如图4所示,其主要包含与下位机通信、实时数据处理、历史数据查询和报表打印。
后台管理系统界面设计的设计原则有以下几点:
要以通信功能作为界面设计的核心
人机界面设计的的关键是使人与计算机之间能够准确地交流信息。设计数据管理系统的人机界面时,要针对每一个功能,采用模块化思想,使得数据输入、数据处理与数据输出模块相互独立。
界面友好、使用方便
由于电力采集的参数输入量较大,对于不同类型的参数,进行分类、分项管理,数据大部分可以用图表和曲线表示。
结束语
箱式变电站具有占地面积小、投资成本低、运行安全可靠等诸多优势,但是由于电气仪表和采集传感器自身等因素的影响,导致所采集的变电站运行数据准确度低,控制系统智能化程度低等。通过对箱式变电站实时监测系统进行分析设计,从而来提高了电力系统运行、维护效率,实现了电力系统信息共享。
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