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(2012No． 23) · · 低压电器 配网自动化 智能综合配电箱的设计和应用 1 1 2 3 3 4 王 庆 ， 李韬滔 ， 刘英健 ， 戴 辉 ， 魏永鑫 ， 周道娟 ( 1． ， 408399; 电力公司 垫江供 电公司生技部 重庆 2． ， 401147; 电力公司 江北供 电局 重庆 3 ． ， 400014 ; 电力公司 重庆 4 ． ， 400061) 重庆樱花 电气开关有限公司 重庆 : ( ) ， 摘 要 对传统配电变压器 配变 的配套装置进行有效的整合 集中采集配变 王 庆 (1974—)， ， 、 、 ， 辖区内居民电能表数据 监测配变运行情况和总电量 无功补偿数据 交换数据 然后 ， ， 男 工程师 主要从 。 通过中压载波方式上传数据 配电箱装置具备多方式的剩余电流检测配电功 事电力系统及其自 、 ， 。 能 负荷控制 并且集成智能无功补偿装置为一体的台区多功能智能综合配电装置 动化的研究。 : ; ; ; ; 关键词 智能综合配电箱 集中器 自动抄表 电力线载波 电力负荷管理终端 中图分类号:TM 642 文献标志码:A 文章编号:1001-5531 (2012)23-0032-05 Design and Application of Intelligent Comprehensive Distribution Box 1 1 2 3 3 4 WANG Qing ， LI Taotao ， LI U Yingj ian ， DAI Hui ， WEI Yongxin ， ZHOU Daoj uan (1． Dianjiang Power Supply Bureau ，Chongqing Power Company ，Chongqing 408399 ，China ; 2 ． Jiangbei Power Supply Bureau ，Chongqing Power Company ，Chongqing 40 1147 ，China ; 3． Chongqing Power Company ，Chongqing 4000 14 ，China ; 4 ． Chongqing Sakura Switch Co． ，Ltd． ，Chongqing 400061，China) Abstract :Effectively integrating supporting device of distribution transformer ，focusing on the collection of the electric energy meter data within the jurisdiction of distribution transformer ，monitoring and measuring the distribution transformer operation and total power ，reactive compensation data ，exchange data ，then through the medium voltage carrier way to upload data． This equipment has residual current detection and protection ，power distribution function ，and load control ，integrating intelligent reactive compensation device for the integration of the multi-function intelligent comprehensive power distribution． Key words :intelligent comprehensive distribution box ;concentrator ;automatic meter reading (AMR);power line carrier (PLC);power load management terminal unit : ， 思是 集台区所有智能装置为一体 目的是为 0 引 言 ， 、 了加强设备之间的联系 降低区域的占用空间 设 、 、 ， 、 随着国家要求电力行业安全 可靠 效率和经 备的孤立性 同时提高设备精准度 采集数据的及 ， ， ， 、 、 济 人们更加重视城乡配电网的建设 提出了进一 时性 完成数据和电能的采集测量 故障判别 隔 。 、 ， 步的高标准要求 电力部门对城乡电网设备进行 离 无功补偿等功能 使智能管理化程度得到极大 ， 。 了大规模的升级 特别是城区台式变压器及 的提升 ， ， 其配套设备的复杂性 给电网建设带来了阻碍 同 1 智能综合配电箱结构 。 ， 时也极大地影响了市容市貌 对此 本文提出了 “ ”。 Q / W 614— 台区智能综合配电箱技术方案 方案的主要 按国家电网公司企业标准 (1974—)，， ， 。 李韬滔 男 工程师 主要从事配网配电设计 (1977—)，， 。 刘英健 男 主要从事配网运行 — 32 — · · (2012No． 23) 配网自动化 低压电器 20 11 《 。 。 。 。 农网智能型低压配电箱功能规范和技术条 据 ⑥ 校时功能 与主站校时 ⑦ 远程通信 》 ， 、 RS-485 、 、 ， 件 要求 智能综合配电箱采用功能布局 分 支持 载波 无线通信等多种信道通信 将 、 ， 、 层分布式结构 统一标准设计 分为主开关室 智 台区总表的电量及低压载波集中器采集的居民区 、 能无功补偿室 计量及负荷管理室及主进电缆通 的表的数据转送上传至大客户电能量采集与 。 、 2 ， 。 道室 箱体分为前 后 部分 前部分分布主开关 系统 ; 、 (2) 。 室和智能无功补偿室 后部分分布计量 负荷管理 电子式多功能电能表 负责对公用变的 ， 。 室和主进电缆通道室 并充分考虑箱体的通风散 供电量进行分时段准确计量 精度等级采用有功 、 、 。 0 ． 5S 、1 ; 2 。 热 防尘 防水 级 级 无功 级 1． 1 (3) 。 主开关室结构及功能 低压载波集中器 将居民区的具有载波 YSM3 、 主开关室配备 型塑壳断器 单相电 功能的电能表的数据采集并传送至电力负荷管理 流互感器、 。YSM3Z 终端。 ， 避雷针及工况控制设备 若居民区的电能表不具有载波功能 则需 / 。 型智能塑壳断器作为智能综合配电箱进 出线 另加装采集终端 采集终端的作用是把电能表的 ， YSM3Z ， RS-485 。 开关 配备 控制器和电动操作机构 具有 接口转换为与低压载波集中器相匹配 、 、 。 RS-485 通信功能及需量 缺相 剩余电流或 ① 设置功能 可通过 接口或远方信道设 ， ， ， 接地增选功能 承担承载和分配电能的主要 置集中器参数 可校对时钟 设置抄表间隔或自动 。 6 ， 3 。 。 作用 单相电流互感器有 个 其中 个供电子 抄表计划等 ② 数据采集及存储功能 可实时 式多功能电能表和电力负荷管理终端采集三相电 召测或根据设定的抄读间隔自动采集各电表的实 ， 3 、 、 、 。 流 另 个供无功补偿装置采集电流 分相计算无 时电量 月末零点冻结电量 日零点冻结电量 ， 。 、 。 功功率和功率因数 实现无功补偿 避雷器用作 ③ 未抄收到数据补抄 报警功能 集中器对在规 综合配电箱防雷元件。 定的抄读间隔时间内未抄读数据的电能表具有补 1． 2 ; 计量及负荷管理室 抄功能 对在的抄读间隔时间内未抄到数据 ( 。 。 计量及负荷管理室对公用配电变压器 台区 的电能表向主站发送报警信息 ④ 级联功能 ) ， 配电变压器总表表计 进行相对实时监测和数据 可连接多个集中器或配变监测计量终端 实现 ， 、 ， GPRS / CDMA 。 。 采集 为台区抄表 居民集抄提供通道 公用 通信通道的共享 ⑤ 校时功能 配电变压器。 、 ， 主要配备电力负荷管理终端 电子 有计时单元可被主站校时 并且集中器能对系统 、 ， 。 。 式多功能电能表 低压载波集中器 以及中压电力 内电能表进行校时 ⑥ 远程控制功能 支 (Power Line Carrier ，PLC) 。 线载波 从机及其开关 持主站命令对电表实行远程控制功能 ⑦ 自诊 电源等。 断和异常信息记录功能。⑧ 具有停电数据保持 (1) 。 Q / W 615— ， 10 a 。 电力负荷管理终端 按 功能 停电数据保存时间不少于 20 11 《 》 (4 ) PLC 。PLC 农网智能配变终端功能规范和技术条件 中压 从机及其开关电源 采 : 。 标准要求 ① 负责对公用台变的用电监测 实 用先进的数字信号处理技术和通用标准通信协 、 、 、 ， ， 时采集公用台变的电流 电压 有功功率 无功功 议 利用电力线作为数据传输通道 将配电箱中其 、 、 。 、 、 率 功率因数 电网周波 提供状态如过压 欠压 他智能设备采集的信息上传至综合配电管理与远 、 、 、 ， (Distribution 断相 缺相 超负荷 电流不平衡等信息 提供最大 程抄表一体化系统调度管理系统 。 、 0 ． 2 Management System ，DMS)。 PLC 需量及其发生时间 精度等级有电流 电压 中压 能够在有 ， 0 ． 5S 、1 ， 2 。 。 、 级 有功 级 级 无功 级 ② 负荷控制 强噪声干扰的中低压配电线上实现稳定 可靠的 、 、 、 ， 支持时段控制 临时限电控制 月电量控制 购电 数据传输 可满足电力设备通过电力线进行 、 ， 。 。 RS-232 RS-485 量控制 远方直接控制 具有保电功能 ③ 异常 数据通信的需要 数字信号采用 或 。 、 、 ， RTU 、FTU 、 报警 电压回逆相序 电流反极性 电压断相缺 接口 可与现有的配电自动化终端 、 。 。 TTU ， ， 相 电流不平衡等事件的报警 ④ 自动抄表 将 以及负荷控制装置等互联 实现中心站与配 安装于综合配电箱内的台区总表的电量通过RS- 电自动化终端之间透明的数据传输和组网通信。 485 。 。 进行抄表 ⑤ 数据存储 存储低压集抄的数 — 33 — (2012No． 23) · · 低压电器 配网自动化 1． 3 智能无功补偿室 无功功率补偿降低了配电线中的无功电 ， ， ， 为提高系统电能质量和供电效率 采用低压 流 使配电线的有功损耗变小 这对于降低供电 ， ， 、 、 补偿 就地平衡 减少从用电设备到各级电网之间 线损 提高配网供电能力 改善电压质量有重大 ， 。 远距离传输无功而产生的电能损耗 节约电力资 意义 。 1． 4 源 智能无功补偿室主要是在配电变压器的低压 主进电缆通道室 、 侧装设智能无功功率补偿控制器 三相共补电容 主进电缆通道室位于智能综合配电箱后部右 、 、 。 ， ， / 器 三相分补电容器 智能低压复合开关 谐波严 侧 采用下进线方式 箱子底部预留电缆进 出线 。 ， 。 重时可加装谐波滤波器 为补偿效果 采用 敲落孔 智能化三相电容容量分级补偿与三相混合补偿 2 电力载波通信方式 ( + ) 共补 分补 相结合的补偿方式和无触点控制 方式。 ， PLC ， 在轻负载或重负载下 电容容量分级补偿 智能综合配电箱主要采用 方式通信 同 。 RS -485 、GPRS 、GSM 、CDMA 、SMS 均能取得满意的补偿效果 根据现场无功功率情 时支持 等多种 ， 2 ～ 4 。 。 况 电容容量等级可分 个等级 混合补偿方 信道通信 ， PLC 式可对单相进行补偿 起到平衡三相无功功率的 是一种电力线和通信线复用的通信形 ， A 、B 、C 。 ， 、 、 、 、 作用 使 三相无功基本趋于平衡 智能无 式 具有投资少 传输速率高 使用方便 费用低 1 。 。 ， 功功率补偿主接线图如图 所示 永远在线等优点 在配电网中利用电力线通信 ， 可以加速自动化的进程 充分利用电力系统自身 ， ， 的资源 为提供通信 有利于形成式计算 机通信网络。 ， PLC 10 kV 目前 中压 主要利用 电力线作为 ， 、 通信链 为接入网 配网自动化系统等提供 ; PLC 380 V / 220 V 数据传输通道 低压 利用 电力 ， 线为传输媒介 主要作为用户电网集中远程自动 抄表系统的数据传输通道。 由于电力线并不是专为传输信号而设计的， 因此有必要考虑影响PLC 传输质量的几点主要 : 、 、 因素 电力网络的特性 衰减特性 噪声干 ， 。 扰 以及居民区低压电网中家用电器的干扰 电 “ ” ， 力线上 因地而变 的干扰特性非常复杂 且随机 、 ， 性 时变性大 难以找到一个较准确的解析式和数 ， ， 学模型加以描述 需结合实际情况 采用多种技术 ， 。 措施 才能达到满意的载波通信效果 1 图 智能无功功率补偿主接线图 依靠低压PLC 通信技术发展起来的集中抄 ， ， 采用低压智能复合开关为执行元件控制电容 表应用系统 能实现台区电费的远间隔集中 、 ， 。 对台区总电量 线损的统计和计算 有效缓解 器的投切 智能复合开关是针对晶闸管无触点开 / 。 关和交流接触器在低压无功补偿应用中的不足而 了抄 收电费工作量大的问题 。 2 ， 研制的 它将 种器件的优点融为一体 回避了 3 智能综合配电箱数据系统集中 晶闸管无触点开关或固态继电器及交流接触器这 采集 2 ， ， 种器件的缺点 既能实现过零投切的功能 又可 ， ， 低压载波集中器是智能配电箱中载波通信的 开关导通期间无电能损耗 无浪涌电流 对电 ， ， 。 容和电网无冲击 大幅提高电容器的寿命和系统 中央设备 安装在低压配电变压器的低压侧 智 的稳定性。 能综合配电箱通过低压载波集中器对该公用配电 — 34 — · · (2012No． 23) 配网自动化 低压电器 变压器所管辖的上千只居民低压载波电能表进行 持抄表器(PDA)等方式进行数据传输。 ， ; 集中采集 汇集该配变下所有终端电表的数据 集 负荷管理终端负责对公用台变的运行情况进 ( ， ; 中器负责主动与每一终端电表进行数据通信 抄 行监测 采集台变总表数据和无功补偿数据 最 ) ; ， PLC ( 表 并存储数据 这些定时或实时数据可通过中 后 通过中压 装置上传至配网子站 变电 PLC ， )， ( ) 压载波 直接传回到供用电管理部门的数据 站 再经配网子站 变电站 的光缆上传至配网 ， ; ， 服务器中 并对这些数据分析处理 将结果以各种 主站系统或直接通过光缆上传至配网主站 并根 、 。 ， 统计报表 图示等形式报告给用电管理部门 此 据采集的负荷数据进行就地负荷管理 减少主网 ， RS-485 、 ( 。 2 外 也可选用 总线 公用电话线 工业 的通信负担 数据集中采集系统示意图如图 Modem)、GPRS / GSM 、 、 。 数据通信方式 微波 红外手 所示 2 图 数据集中采集系统示意图 3． 1 ， ; 集中抄表 视 为每回馈线的设备建立设备台帐和报修记录 PLC ， 、 / ， 通过无线或 的方式 对所有用户的电能 提供设备管理索引 摘 挂牌操作等各种界面 供 ， 表进行远程集中抄表 可分别将智能电表的有功 用户查看。 、 电能 无功电能等电能量上传至配电子站或 3． 4 故障诊断和故障报警 ， 、 、 、 主站 同时集中采集用户的电流 电压 有功 无功 ， 当检测到系统发生故障时 显示受故障影响 ， 。 等运行数据 以及无功功率补偿数据 ， 、 区域及受影响设备 并可发短信给检修 人 3． 2 配电管理 ， 。 员 减少停电时间 。 记录和显示实时及历史对比负荷曲线 应用实例 ， 的各种电力参数数据保存在历史数据库中 可提 ， 供连续的数据进行分析 有利于时刻了解电网运 ， 现以某地应用情况为例 其补偿前功率因数 ; 行情况 对可能出现的安全隐患提前做好预防措 3 。 3 ， ， 曲线如图 所示 由图 可见 功率因数较低 波 。 。 施 这样可有效提高供电质量和供电的安全性 ， 。 动较大 三相不平衡幅度较大 经过无功补偿后 从而为实现合理的负荷管理和负荷控制提供数据 4 。 4 ， 的功率因数曲线如图 所示 由图 可见 功率 依据。 因数得到明显改善， 0 ． 9 ， 基本达到 以上 三相较为 3． 3 设备管理 平衡。 建立基于地理信息系统上的电力设备监 — 35 — (2012No． 23) · · 低压电器 配网自动化 ， ， 功能 主要的设备具备通信的功能 是一种创新的 ， 智能化免的配网终端产品 广泛适用于城网 ， 和农网的配区 对于缩小城网配用电和农网 、 、 、 、 配用电在安全性 可靠性 经济性 管理水平 电能 。 PLC 质量等方面的差距具有重要的意义 采用 ， ， 通信方式 可提高城市电力通信网的覆盖范围 降 ， 、 低投资成本 也可广泛应用于配电自动化 中小水 、 、 、 电站信息采集与 远程抄表 配变监测 油田 3 图 补偿前功率因数曲线 远程等系统中。 【 】 参考文献 ［1］ ． ［M］． : 张仁永 电力线载波通道设备应用指南 中国电力出版社，2002 ． ［2］ Q / W 614—2011 农网智能型低压配电箱功能规 范和技术条件 ［S］． 2011． ［3］ Q / W 615—2011 农网智能配变终端功能规范和 技术条件 ［S］． 2011． ［4］ ， ， ． 邢明海 胡静宇 邓海峰 低压电力线 图 补偿后功率因数曲线 中的通信技术应用 ［J］． 计算机应用，2002 ，29 (1): 38-42 ． 5 结 语 收稿日期: 2011-12-18 综合智能配电装置具备现场总线管理和控制 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 上接第 26 页) comparative evaluation of isolated bi-directional DC / ［2 ］ SCHNEUWLY A． Charge ahead ［ultracapacitor DC converters with wide input and output voltage range ［C］ Conference Record of the 2005 Industry technology and applications ］［J ］． IET Power ∥ Engineer ，2005 ，19 (1):34-37 ． Application Conference 40th Annual Meeting ，IAS ， ［3 ］ ， ， ， ． 2005 :2887-2894 ． 印 薛安忠 等 超级电容直流操作电源 ［J］． 电力自动化设备，2010 ，28 (11):115-117 ． ［8 ］ INOUE S ，AKAGI H． A bidirectional dc-dc converter ［4 ］ ， ． DC-DC for an energy storage system with galvanic isolation 张方华 严仰光 推挽正激移相式双向 变 换器 ［J］． 电工技术学报，2004 ，19 (12):59-64 ． ［J］． IEEE Transactions on Power Electronics ，2007 ， ［5 ］ KHERALUWALA M H ， GASCOIGNE R W． 22 (6):2299-2306． Performance characterization of a high-power dual ［9 ］ MI C ，BAI H ，WANG C ，et al． The operation ， active bridge dc-to-dc converter ［J］． IEEE Transactions design ，and control of dual h-bridge based isolated on Industry Applications，1992 ，28 (6):1294-1301． bidirectional DC-DC converter ［J ］． IET Power ［6 ］ ， ． DC / DC Electronics ，2008 ，1 (3):176-187 ． 刁卓 孙旭东 全桥双向 变换器移相控制 ［10］ ． ［M］． : 策略的改进 ［J］． 电力电子技术，2011，45 (9 ): 徐德鸿 电力电子系统建模及控制 机 72-73． 械工业出版社，2005 :67-80 ． ［7 ］ KRISMER F ， BIELA J ， KOLAR J W． A 收稿日期: 2012-09-12 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 《 》 20 13 ! ! 年征订工作正式开始 欢迎踊跃订阅 — 36 —