劉廣軍

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

1 引言

漢中車站位于陜西省漢中市，為2008年汶川地震災后重建重點建設項目，也是西安至成都鐵路客運專線一座重要的車站，車站站房建筑面積12000m2，設有1座10／0.4kV雙變壓器的室內(nèi)變電所。為了方便和實時地監(jiān)控低壓配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對用電設備進行統(tǒng)一管理，免去值班人員到現(xiàn)場進行合分閘的繁瑣工作，減少工作人員勞動強度，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。

低壓變配電系統(tǒng)智能化是當今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向潮流，是電力科技的重大創(chuàng)新和趨勢。它利用現(xiàn)代電子技術、通訊技術、計算機及網(wǎng)絡技術，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)絡結(jié)構(gòu)、地理位置等進行信息集成，實現(xiàn)對系統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的自動化，并具有部分狀態(tài)預測和故障診斷功能，是一個涵蓋所有系統(tǒng)管理和控制、狀態(tài)預測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)存在的問題和技術缺陷

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。其對電能的分配、控制、監(jiān)視、測量一般由裝有各種低壓元器件的低壓電氣柜來實現(xiàn)。這些低壓元器件包括：斷路器本體（裸開關）及各種保護附件（熱磁、電子或智能脫扣等）；各種測量儀表（電流表、電壓表、有功功率表、無功功率表、電能表及配套互感器或網(wǎng)絡儀表）；控制／聯(lián)鎖元件（繼電器、按鈕、開關）；信號元件（燈、光字牌、報警器）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)存在的主要問題和技術缺陷

2.2.1 保護性能的缺陷

低壓變配電系統(tǒng)的保護性能取決于斷路器本身所攜帶的脫扣器。這些常規(guī)脫扣器可實現(xiàn)的保護內(nèi)容較少（電流速斷保護、過電流保護、接地或漏電保護、失壓（欠壓）保護）；保護功能內(nèi)容的增減、變更的靈活性差，均需更換不同的保護附件；保護的準確度低，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性差、熱磁材料的老化程度、機械安裝可靠性等因素直接影響著保護的準確性；保護定值的現(xiàn)場整定和校驗困難，尤其對于容量較大的斷路器現(xiàn)場甚至無法整定和校驗，只能在出廠前由制造廠整定或校驗需返廠進行處理。

2.2.2 測量性能的缺陷

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)絡儀表可以測量 Ua、Ub、Uc0、Ia、Ib、Ic、cosαt、Pt、Qt、SRMS 等電參量，無法測量與電能質(zhì)量有關的參數(shù)，如諧波含量、波形畸變系數(shù)等；抄表方式，除網(wǎng)絡外表可遙測外，其余均需現(xiàn)場抄表讀數(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，人員操作勞動強度大，極易誤操作。智能框架斷路器只有加配通訊附件時才可后臺遙控。

2.2.4 遙信性能缺陷

塑殼斷路器和傳統(tǒng)框架斷路器的開合狀態(tài)無法上傳；斷路器工作位置、儲能位置等其他硬接點信號無法監(jiān)視；僅有就地狀態(tài)與報警指示，無SOE記錄。

2.2.5 通訊性能缺陷

只有配用網(wǎng)絡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，占用至少兩個通訊地址。

3 智能化低壓變配電系統(tǒng)的優(yōu)點

3.1 保護性能方面

不再依賴于斷路器自身攜帶的各種脫扣器，而是一種經(jīng)過具有預測、預估功能的卡爾曼濾波算法處理的全數(shù)字保護。其準確度、靈敏度高，重復性、穩(wěn)定性好，響應速度快、使用壽命長，受其他因素影響極小。保護功能強大，可實現(xiàn)I段過電流保護、Ⅱ段過電流保護、瞬時電流、零流（接地或漏電）保護、電壓過低保護、合相過負荷保護、不平衡保護、頻差保護、電壓過高保護、電壓錯序或缺相保護、工藝1保護、工藝2保護等。保護功能內(nèi)容的增減用軟件完成。

3.2 測量性能方面

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，采用瞬時無功功率理論（亦稱做pq理論）和軟測量理論的檢測方法，分析在瞬時條件下三相電路的特性，可獲得到包含的高達21次諧波的信息的各項電參數(shù)電參量；能測量諧波含量、波形畸變系數(shù)等與電能質(zhì)量有關的參數(shù)，實時性好，精度高。

可實現(xiàn)配電系統(tǒng)的“四遙”及無人值守和遠程監(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，通訊功能強大。

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

增加對電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控與管理、故障檢測和診斷功能?？刹榭锤骰芈犯骺刂茊卧ㄗ诱荆┑碾娏繀?shù)，對各子站遠程儲能（框架斷路器）、合閘、分閘、啟動、停車（電機控制回路）等操作；查詢系統(tǒng)各種信息、故障記錄、日記報表等，決速、準確地掌握供、配電設備的運行情況，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

后臺機服務器通過數(shù)據(jù)接口收集全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，保存全網(wǎng)參數(shù)、計算結(jié)果、歷史信息、圖形文件。

配置系統(tǒng)維護子系統(tǒng)用戶界面，允許自動化或其它電網(wǎng)參數(shù)維護人員對電網(wǎng)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)進行遠程維護。

4.2 現(xiàn)場總線層

通信接口：全隔離RS485、RS232或CAN；通信協(xié)議選用標準協(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）受電智能測控裝置用于低壓電源進線柜，用于完成進線斷路器的控制并對該進線回路進行監(jiān)視、保護、全電量測量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計、分析。

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

（3）聯(lián)絡智能測控裝置用于低壓母線聯(lián)絡柜或其它聯(lián)絡柜，用于完成聯(lián)絡斷路器的控制、保護和對聯(lián)絡回路的監(jiān)視、電量測量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計、分析。

圖2 智能化低壓變配電系統(tǒng)拓撲圖

（4）切換智能測控裝置用于低壓切換柜、油機切換柜、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（備）］之間的切換。

（5）無功補償智能測控裝置可根據(jù)實際工況選擇不同的控制策略用于完成對低壓系統(tǒng)無功的補償控制。

（6）電動機智能測控裝置用于低壓電動機饋線柜，用于完成對低壓電動機的控制、監(jiān)視、保護、電量測量及數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計、分析。

圖2所示為智能化低壓變配電系統(tǒng)拓撲圖。

5 結(jié)束語

智能型低壓配電系統(tǒng)可以方便和實時地監(jiān)控低壓配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對用電設備進行統(tǒng)一管理，免去值班人員到現(xiàn)場進行合分閘的繁瑣工作。系統(tǒng)對各種用電設備的歷史數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行管理分析，便于維護人員明確設備狀況，制定詳細的設備維護計劃，減少工作人員，提高效率。隨著信息技術的不斷發(fā)展，以及企業(yè)對自動化和輸配電系統(tǒng)相結(jié)合的需求的增長，低壓配電系統(tǒng)的智能化是一種必然的發(fā)展趨勢。

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