智能高低压配电系统的设计

智能高低压配电系统的设计现代化学校的供配电系统是校园管理信息系统的重要部分，是建立在教学办公自动化、能源管理信息化、监控自动化基础上的综合性信息系统，其中供电系统的可靠性和可管理性是整个校园供配电系统设计的基础。全校供配电系统能否连续安全运行关系到全校教学工作与生活是否能够正常进行。因此如何实现供电系统可靠、稳定、连续的运行成为了电力部门面临的主要课题，也成为了现代学校供配电系统中的一个亟待解决的问题。为适合大学院校的特殊用电情况（多个变电所供电，职守人员相对较少，用电高峰在白天，教学季节明显等），电力节能管理工同样十分重要。因此建议在温州党校改扩建工程，中低压供配电采用智能电力监控系统。方案设计中配备采用了Accusys2000电力监控软件，通过其与系统前端的智能监控模块配合实现智能微机控制系统，这样不仅使改扩建工程的供电可靠性从根本上得到了有力保障、使学校在不增加后勤人员配置的条件下使电力管理工作更加准确、及时的完成，而且通过合理调度、实现变电所经济运行，最大限度地达到节能的目的。 一、高低压变配电系统设计简介1、供电电源及电压：本工程为综合性学校建筑，包括教室、办公、图书馆、会堂、体育馆、宿舍、膳食服务及设备用房，总建筑面积约为82840M2，其中宿舍楼为九层二类高层建筑，其它均为多层建筑，电力部门提供二路10kv高压电源，平时各承担50%负荷，当其中一路故障时，另一路负担部分二级负荷。重要负荷（如设备管理用计算机系统电源），配置UPS电源。2、负荷级别：依据规范其保安型负荷（消防水泵、防排烟机、疏散应急照明、消控系统、防火卷帘等）属二级负荷；保障性负荷（主要工作区照明、生活水泵及客梯等）属二级负荷；一般负荷（一般电力及照明用电）为三级负荷。3、变电所设置和配电方式： 本工程分别在学员楼、教学中心、行政中心和文体中心二层各设一个变电所。1#-3#变电所10KV母线采用单母线分段结线方案，中间不设母联开关。变压器低压侧母线为单母线分段，设母联开关，母联开关为低压断路器。正常时，两台变压器单独运行，当其中一侧变压器故障时，切除一部分非重要负荷后，合上母联开关，由另一侧变压器向其重要负荷供电。二、智能电力监控系统设计（1）系统简介1、概述安全可靠的微机控制系统是整个供配电系统正常运行的基础，随着中低压监控技术的不断进步和中低压监控产品的出现，改善了以往无法满足终端配电室在线实时监控要求的情况，进一步完善了整个供配电系统的监控功能。采用智能化监控产品（包括微机总线保护器和网络电力仪表等）配合常规断路器以及在中压线路安装微机总线保护器等智能前端是解决问题的最佳手段，可以达到在节约投资的同时，完成中低压配电智能化改造，提高供电质量，加强供电管理水平。该智能微机控制系统通过网络电力仪表对现场多种电力参数的采集与远传，结合Accusys2000 电力监控软件的功能实现了信息交换和实时监控。同时该系统也可读取开关设备的相关运行状态并且对具有电动操作机构的断路器进行远程控制。系统配合微机总线保护器，通过监控网络可以把过流、过流速断、变压器过热、单相接地等故障信号（以微机总线保护器所提供的信号为主）及时反映到监控中心，并通过图形和图表的形式反应到监控主机人机界面上，以此观察系统中的故障时间、故障地点、故障原因及相关故障数据等参数。Accusys2000电力监控系统在通讯方面具有良好的开放性（Modbus?RTU），它向上可链接上层管理系统（MIS系统）的高速以太网并提供开放的标准协议，向下可链接各种智能开关器件、智能化监控模块及智能微机总线保护器。而且Accusys2000电力监控系统还能为用户提供变电站配电室内的公众电器图纸和全部元器件清单，极大地方便了用户进行技术管理和设备管理。在仔细的分析了改扩建工程项目供配电系统特点的基础上，在本次技术方案的设计中，我们引进了国内外先进的技术，结合大量的工程实践经验，进行了详尽、切实的设计。系统采用由监控中心集中监控设计架构，在充分利用开关本体功能和现有硬件及通讯通道的基础上，配合智能化监控模块和上位监控软件，设计了技术领先的综合集中控制系统，从而实现了系统可靠性更高、功能更先进、性价比最优的目标。2、系统功能本系统通过智能监控模块完成前端数据采集工作。在低压部分，使用网络电力仪表实现对电力参数的实时测量、断路器的状态及报警信号的监测、执行断路器的分合闸控制；在中压部分，采用微机总线保护器获得故障信号，同时配合上位软件实现整个监控系统要求的全部功能，将中低压供配电设备的运行状况、变电所的供配电系统的质量等工作进行集中处理、记录和实时显示。通过整个监控系统的工作，包括：中低压智能监控模块的数据采集、监控中心的数据接收和分析、显示，完成了将中低压供配电系统的电力品质、故障情况（指供电事故）汇总到监控中心的工作，而且把原来依据人工巡视和记录的工作方式转换成由监控系统为主工作人员为辅的方式：包括日常报表的处理；不同时标的电力品质数据的记录和整理；全线电费计量等大量繁杂而重要的工作。通过对数据的实时记录，为进行电力品质分析、查找事故原因等工作提供了准确、及时、详尽的依据。系统功能简要介绍如下：读取每个变电所的中低压配电系统图按照中标低压开关柜厂所购买的网络电力仪表可实现的功能，读取相关电力参数（一般包括电流、电压、功率、电度、功率因数、频率等）按照中标低压开关柜厂所购买的网络电力仪表可实现的功能，可协助完成分析并显示电力品质（一般包括谐波含量、三相不对称度、总谐波畸变系数（THD）、电话谐波干扰系数等）。按照中标高压开关柜厂所购买的微机总线保护器可实现的功能，通过微机总线保护器获得故障信号，同时配合上位软件可以实现把相关保护及故障信号（一般包括过流、过流速断、变压器过热、单相接地等）及时反映到监控中心，并通过图形和图表观察故障回路、故障时间、故障地点等参数。直接显示电参量、平均变化和实时变化趋势图显示配有智能监控模块的断路器工作状态依据用户要求记录、打印各种电力参数报表依据用户要求记录、打印系统故障状态和事故报表提供不同时段的设备电力运行曲线，用于分析设备状况进行各类故障与事故预警，同时打印记录 故障分析和预警功能可依据用户要求对断路器实现上位逻辑互锁（可选）可依据用户要求设置不同报警值和报警方式可依据用户要求记录、打印高低压系统故障状态和事故报表系统数据库可保存全部运行数据和事故记录3、系统特点本次系统方案的设计对供配电系统的监控采用了由监控中心集中管理的方法，将每个智能监控模块所采集的所有相关信息通过专用通讯通道进行传输，监控主机与监控模块为点对多点访问方式，这样的优势在于减少了中间相关的传输转换环节，缩短了响应时间，同时也提高了响应速度。当然，这种系统结构对主机的安全性要求更高，因为该主机已经成为整个高低压供配电监控系统的喉结所在，关系到所有四个变电所的全部通讯。该系统具有以下几方面特点：系统采用全中文的界面。系统软件操作方便、实用性好、抗干扰能力强。系统不但能将强干扰抑制在变电站网络内、而且还能确保干扰信号不向系统外传输，保障高层系统网络安全。系统有良好的开放性。系统可以支持双网双主机，可连接多台前端机（可选）。系统即能提供管理信息又能提供实时信息。用户在系统中可对任意型号开关建立逻辑互锁关系以及能量管理逻辑关系。系统可为用户输出各种电参量数据，并能对分用户进行负荷分配和能量管理。系统为用户提供分级管理，对用户可以依据级别规定其操作权限。 （2）系统结构1、系统总体结构本次方案的设计是采用现场中低压智能监控模块单元实时采集系统数据及故障信号，由监控中心集中运行监控的结构。把4#变电所、3#变电所、2#变电所以及1#（中心变电所）通过智能监控模块采集到的数据直接传送到中心变电所的主机。整个监控系统分为三部分：现场采集层，通讯层和中心站监控层。具体系统结构见下图： (略) 下面就对现场采集层、通讯层和中心站监控层分别进行说明：a. 现场采集层现场采集层由现场监控单元实现对每个变电所的数据进行实时采集分析与处理。按照中标开关柜厂家所购买的智能监控模块能实现的功能，可以测量的电力参数应该包括：电压、电流、功率、功率因数、频率、电度等，同时对每一回路的断路器状态等参数进行实时监测并上传，执行上位系统下达的命令，包括控制断路器分合闸、修改设置参数等。按照微机总线保护器可实现的功能，通过微机总线保护器获得故障信号，同时配合上位软件可以实现把中压线路的过流、过流速断、变压器过热、单项接地等故障信号及时反映到监控中心，并通过图形和图表观察故障回路、故障时间、故障地点等参数。监控单元采集的数据及信息都通过RS485通讯口进行通讯串行连接，经由光纤转换器转换后实时传送给中心站主机。各监控单元采用RS485现场总线方式，均以Modbus通讯协议与监控中心主机进行通讯传输。 b. 通讯层该技术方案中选用光纤作为通讯通道，其优点是传输距离长、在强电磁及强雷电等恶劣环境下的传输抗干扰性能极强，而且光纤的使用寿命长，所以几乎无维护工作。光纤通道的传输数据量大，传输速度快，这样就可以在最短的时间内将现场智能监控单元所采集的数据传输到监控中心，监控中心就可以第一时间发现异常情况并提出报警请求电力工程师进行检查及维修。系统在光纤通道中采用标准的Modbus?RTU协议进行数据传输。 c. 中心站监控层中心站监控层是负责收集由现场监控模块采集的各种电力参数及故障信号，并且通过系统软件进行统一的处理、分类、归纳和总结。对系统供配电实现集中、全面、实时的远程监测，将每个变电所的供电质量、事故报警、电能分配等情况及时、准确的反应到系统中并显示出来，并通过全局考虑下发调度命令，对每个变电所实行同步管理，做到掌握全局电力于指掌之间。系统通讯结构图如下：（略） 整个系统是采用点对多点的通讯方式，通道由专用光纤链路搭建而成，数据经由安装在现场的智能监控模块进行实时数据采集，经过第一级监控模块处理后，数据由设备上的RS485通讯接口输出经由光纤数据收发器将电传输信号转换为光传输信号后直接上传到中心站监控系统。中心站的光纤数据收发器接收到光纤信号后转换成电信号，并通过通讯前置机进行数据处理、分析、存储后通过网络形式传输到数据交换机，进行监控中心的内部网络级处理发布，监控主机、服务器及网络打印机的所有数据源自数据交换机，由监控主机配合监控软件完成四遥功能，从而实现系统要求的全部功能。2、中心变电所结构中心变电所作为监控中心，是整个中低压监控系统的的核心，其重要程度不言而喻。通过安装在各配电柜上的监控单元完成原始数据采集以及保护模块对线路中的故障进行统计，再通过软件将这些数据归类、整理、存储并通过监视器显示。通讯前置机负责处理接收变电所的数据并传送给监控主机，监控主机则负责运行整套系统，包括显示各个变电所的相关运行情况、供电情况，处理总报表、进行全线数据分析等工作，最后通过网络将所有相关资料和数据发布出去。系统结构图如下：（略） （3）软件部分的具体功能：软件主要是将所有采集到的数据经过校验后存储到数据库中，将中低压线路中所需的电气参数、断路器状态及故障信号显示在显示器上，并配合实际的供电系统图显示在正确的位置上。系统将完成断路器的动作、操作记录，预警、报警的数据记录、故障记录等功能，同时还可以提供并显示各种电气参数的曲线和报表，可以通过监控中心实现对断路器等进行控制。监控中心的主要功能是由软件系统来实现的。监控中心系统功能是将所有采集到的数据经过解析后存储到服务器的数据库中，配合实际的地理图画面将所有变电所的物理位置、电力运行状况、全线的电能分配情况等数据在显示器上显示出来。中心站还可以通过授权对每一个变电所的重要负荷回路进行统一监控、管理。每经过一段时间后，监控中心系统会将这一段时期内的供电情况进行整体总结，并且对这一时间段内发生的事故进行总结（通过将事故数据调入主系统后再由专业的高级技术人员进行分析）建立事故档案。监控中心主要是作为一个调度中心，汇总数据。同时还监控各个变电所的供用电管理情况形成各种参数报表，报表格式可由用户根据需要设定。并将所有数据通过集线器对外发布，做到管理透明化。（4）监控中心硬件配置监控中心主要由一台工控机IPC610和一台21纯平彩色显示器构成整个供配电监控系统的视觉及操作前端；由一台数据服务器作为数据处理与备份存储；一台通讯前置机构成数据通讯转换传输部分；一台网络打印机完成报表的自动或指定打印；网络交换机完成局域网的构建；两台8口的通讯多串口卡实现对通讯接收口进行扩容；4对光纤数据收发器完成光电信号的转换。以上的所有硬件能否正常工作关系到整个系统的数据处理正确性和可靠性。 工控机IPC610：主要完成系统软件Accusys2000的装载，用于电力操作着对系统的操作。 显示器：主要完成为总调度人员提供人机接口以及系统各种功能的人机界面显示等。 数据服务器：也叫通讯服务器、访问服务器、异步串口服务器，主要实现对数据的存储（作为数据备份）、分析及处理。终端服务器上的每个串口