智能配电台区及低压配电自动化一体化解决方案

1、智能配电台区及低压配电自动化一体化解决方案2013 年概述自我国智能电网建设以来，国家电网公司作为猶能电网建设的引导者取得了骄 人的成绩，同时积累了丰富的经验。近年来国家电网公司逐步加大智能电网配用 电环节的投资力度，使配电自动化有了长足的发展，并在部分大、中、小城市相 继落地，取得良好的成果。为了提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，保障用电秩序国家于2010 年11月颁布电力需求侧管理办法，该办法指出各省级电力运行主管部门会同 有关部门和单位制定本省、自治区、直辖市电网企业的年度电力电量节约指标， 并对该指标进行严格考核。该指标原则上不低于有关电网企业售电营业区内上年 售电量的0.3%、

2、不高于最大用电负荷的0.3%。该办法鼓励电网企业采用节能变 压器，合理减少供电半径，增强无功补偿，引导用户加强无功管理，实现分电压 等级统计分析线损等，稳步降低线损率。这也为低压配电自动化及配电变压器经 济运行提供了契机。配电变压器是低压配电网的主要设备，在低压配电系统中建设中用量巨大，其 运行的经济效益直接影响到整个电力系统的经济效益。在城乡10kv及以下的配 电网中，配电变压器的损耗约占线路损耗的三分之一，农村配电变压器的损耗约 占到整个电力系统损耗的60%,其至更多，所以实现配电变压器经济运行具有很 大的节电潜力，进而收到很好的经济效益。智能台区建设是智能电网建设的重要部分，根据国家电网

3、公司建设坚强智2/21能电网总体部署，2010年国家电网公司确立了“农网智能化试点工程建设和 配套关键技术研究"科技项目，农网智能配电台区关键技术研究是其四个子课 题之一，同吋农网智能配电台区建设也被列入国家电网公司坚强智能电网第二 批试点工程项目。为了全面贯彻建设智能电网“统筹规划、统一标准、试点先 行、整体推进”的工作方针，提升农网智能配电台区工程建设规范化和标准化 水平，满足农网智能化发展需要和客户对供电能力、供电质量和供电服务的新 要求，提高供电能力和供电可靠性，提升运行管理水平和服务能力，智能台区 建设已是必然趋势。一.智能配电台区智能配电台区由主站系统软件、智能配电箱和低

4、压漏电保护器组成。其中智能 台区的主站系统软件是统一数据采集与集中监控平台的一个子系统。系统结构图 如下：图2.1 系统结构图3/211统一数据采集与集中监控平台1.1.1概述传统的调度自动化、配网自动化、远程抄表等系统多为面向部门的独立建设， 缺少总体设计和统一规划，各个系统间通信接口复杂，数据交换与共享困难，使 用维护个性化，各系统数据存储形式各异，物理空间分散，数据重复，缺乏有效 整合，数据一致性难以保证，缺乏统一的应用平台，每个独立的系统都不能展现 电网运行全景，查看不同数据需要登陆不同的系统。建立统一数据采集与集中监 控平台，对不同自动化系统的实时数据进行采集、存储和应用，并按信息化

5、管理 的要求，向电网管理层各应用子系统提供生产现场的各种基础数据。统一数据采集与集屮监控平台的建设主要对试点智能配电台区、用户用电信息 以及已有实时系统的实时数据进行统一采集与管理，保证数据模型的标准化、数 据唯一性和准确性，实现信息资源共享，消除应用系统间的信息孤岛问题。统一数据采集与集中监控平台能够消除不同业务系统间的信息壁垒，提高各种 信息的内在关联性，从而实现对综合性业务的统一、完整描述，为更深入的决策 分析和数据挖掘奠定技术和信息基础，为智能电网的全而建设打下坚实的平台基 础。1.2设计原则由于待集成和整合的信息源具有形式和空间上分散性、数据和软硬件的异构 性、网络隔离等特点，因此统

6、数据采集与集中监控平台的研发应遵循以下基本 的设计原则：(1) 应用的实用性和适用性统一数据采集与集中监控平台建设应坚持实用性和适用性原则，即在满足各项 应用需求、功能实用、操作简便的基础上，尽可能地降低造价，保护现有的投资, 提高设备投资和应用系统的性价比。同时，应选择适合业务应用需求的产品和解 决方案，以实现最大程度的投资回报。(2) 系统的安全性统一数据采集与集中监控平台应用系统应具备较高的稳定性，具有高mtbf (平均无故障工作时间)，并提供系统容错设计和整体的安全防范措施，保障业 4/21务应用系统的整体运行安全；在涉及应用系统与生产控制系统之间必要的集成 时，坚持“安全分区、网络专

7、用、横向隔离、纵向认证”的原则，以保障监控系统 网络的安全。(3) 系统结构的可扩展性考虑到信息技术日新月异的发展态势，统一数据采集与集中监控平台应用系统 整体结构应具有可扩展性，系统整体性能应能够随着技术的进步和发展而不断得 到充实和提升，同时满足电网新兴业务扩充时对信息化设备和应用系统性能的要 求。(4) 系统的可维护性统一数据采集与集中监控平台应用系统应具有友好的用户界面，便于使用、维 护和管理，可操作性强，以最大限度地满足业务连续性的需要。1丄3结构部署 统一数据采集与集屮监控平台采用县供电企业集屮方式部署，在县供电企业机 房部署采集前置机、应用服务器、数据库服务器和维护工作站。县供电

8、企业、供 电所各级终端用户主要通过b/s模式实现操作和浏览等功能。1.4数据流拓扑 图统一数据采集与集中监控平台数据流拓扑图，如图。图2.2统一数据采集与集中监控平台数据流拓扑图 上行数据流程5/21实时数据：各系统采集端发送数据包至相应前置机通道，由部署在前置机上的 数据采集软件将数据包进行解析后写入实时历史数据库中，实现数据的实时更新 和存储。实时历史数据库提供标准的web service接口通信方式，统一监控与管 理模块从实时历史数据库中直接读取实时数据，满足一体化分析与管理模块的实 吋数据查询、分析等需求。历史数据：由统一监控与管理模块下发历史数据采集分析的计划任务至通信接 口服务，数

9、据采集与存储模块根据收到的计划任务将历史库中的内容，同步到统 一监控与管理模块的应用服务器中。下行控制数据流程控制命令下发：由统一监控与管理模块发起下行控制任务到通信接口服务，由 通信接口服务分发给齐系统对应数据采集与存储模块的采集前置机中，部署在前 置机的数据采集软件解析该控制命令后，对相应终端进行控制。控制命令有效性确认：根据国网企标q/gdw376.1-2009协议，主站发送下行 控制数据包至终端设备时，终端设备返冋确认字段，确认下行控制命令的有效性。1.1.5统一数据采集与集中监控平台功能特点海量实时历史库技术配用电数据抽取实践数据平台支持多种数据获取方式。例如：电网模型和图形数据的导

10、入，平台配 置了 xml/rdf电网基模型/图形导人/导出模块，其功能是将模型/图形数据转 换为符合iec61970的cim/svg标准格式，再将经过格式转换后的电网模型/图 形数据导出为xml文件，导入到综合数据平台中。标准化数据整合木系统采用将数据模型与iec61970中的cim模型一体化设计的思路，通过元 数据映射技术实现数据模型的统一。数据交换与共享数据加工和展现1）数据加工综合数据平台在充分获取各应用系统的各类数据信息后，应提供对原始数据的 统一加工处理功能,以产生各种汇总统计等再生数据，实现数据的分析与挖6/21掘。2）数据展现综合数据平台，尤其是外平台，应提供丰富的数据展现功能，

11、针对调度生产业 务需求，在元数据的基础上通过图形、报表、曲线、图表等多样化的数据表现形 式，实现对调度牛产运行数据的多角度多层面的动态展示，帮助用户全面清晰地 了解整个电网的生产运行状态、变化发展趋势以及潜在问题。16智能台区监控子系统主耍功能模块：图2.3 智能台区监控界面数据采集与实时监控模块模拟量：三相电压、电流计算量：三相有功功率、无功功率、功率因数和谐波统计量：正反向无功、一二三四象限无功电量及其发生时间，正反向有功总、尖、峰、平、谷电量，正反向有功、无功最大需量，每日电压、功率因数运行时间、越上限时间、越下限时间、合格率。7/21告警事件记录，包括失压、失流、断相、过压、不平衡、逆

12、相序、功率超定值、需量清零、无功欠补/过补、表计异常、终端上电/掉 电等状态量：开关状态、电容器投切状态运行工况：终端、微断、计量设备等环境温度、视频信息 微网相关信息 其他相关信息等配变特性统计、分析应用模块配变经济运行无功分析无功补偿状态检测谐波分析及治理负荷分析与管理变压器铁损和铜损供电可靠性分析用电量管理供电质量统计、分析线损计算分析其他相关信息等低压配电自动化模块实现低压线路故障隔离和重构2.2.智能低压配电箱th-t5201智能型低压配电箱（以下简称智能配电箱）是按照电气接线耍求将低压开关设 备、计量和测量装置、智能配变终端、保护电器和辅助设备组装在封闭箱体中， 具有计量、测量、控

13、制、保护、电能分配、无功补偿和滤波等集成功能的设备。8/212.2.1智能配电箱实物图图2.4智能配电箱实物图222智能配电箱配置清单（以标准型为例）9/21223智能配变终端技术参数及主要功能223.1技术参数 环境条件：空气温度：45°c70°c,最人变化率l°c/h相对湿度:10%100%最人绝 对湿度：35g/m3大气压：okpa工作电源：额定电压：3x220/380vac允许偏差：一20%20% 输入额定值为5a,输入电流范围：（05）测量误差：电流、电压量测量误差三0.2%有功、无功功率测量误差三0.5%谐波分量经 确度w1% 功耗：交流电压回路功率损

14、耗w0.5va （单相）交流电流回路功率损耗w0.25va （单 相）谐波分量准确度三1%10/21电网频率测量误差冬0.02 hz输入回路：计量交流回路：3路电压、3路电流；负载电流回路：9路电 流；电容器补偿电流：5路电流开入：16路开岀：1路微机保护岀口； 3路遥控；28路电容器投切通讯接口： 3路rs485j路rs232, 1路usb, 2路以太网，sd卡接口 1 个223.2配变终端主要功能：配电变压器监测与保护1监测数据主要类型有：1）交流模拟量：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等，具 有录波功能，并能以曲线或图表方式显示；2）电能量数据：总电能示值、各费率电能示值、总电能

15、量、各费率电能量、 最大需量等；3）电能统计数据：电压合格率、三相不平衡度、电压波动和闪变*、暂 时或瞬态过电压*、电压暂降/中断/暂升*、电压（电流）的219 次谐波分量、谐波含有率及总畸变率、频率偏差、负载率以及供电连续性等 统计数据；2具材过压保护、过流保护、过负荷保护、欠压保护、过热保护*等多 种保护/告警功能，并同时完记录、存储和上报。用户用电信息监测实现配电台区的电能信息采集，包括电能表数据采集、电能计量装置工况、 供电电能质量监测，以用电负荷和电能量的监控，对相关数据进行处理储存、管 理和传输。配变计量总表监测实现公共配电台区智能电能表的综合管理，考核其计量的有效性，对智能电 能

16、表的异常运行状况分、判断、告警并完成相关信息传输。11/21剩余电流动作保护器监测实现对剩余电流动作保护器运行状态和剩余电流数值*的监测，具有记录、 存储和上传功能。状态监测实时监测配电变压器油温*和瓦斯浓度* ,台区出线开关状态，电容器/ 滤波器投切状态和智能配变终运行状况等，具备异常报警功能。负荷管理综合控制管理配电台区负荷，实现变压器台功率定值控制、电量定值控制*、 费率定值控制*和远方接控制功能。电能质量管理支持动态无功补偿和有源滤波混合模式，对配电台区无功功率进行快速动态 补偿，对频率、大小都化的谐波进行抑制，能跟踪补偿快速变化负荷的各次 谐波，并可对台区负荷三相不平衡问题进行治理。

17、线损计算实现配电台区线损、变损的就地分析计算，当线损超过设定阈值时，可根据 预设的报警方式报警。经济运行分析通过分析配电变压器三相负荷，调整运行电压*和三相负荷平衡* ,并对 变压器和低压线路的经济运进行分析。安全防护1防盗对变压器台关键设施配电变压器等进行实时监测，对监测到的异常信息及时 上传，并将异常设施的名称、地点等信息告知相关人员。2防窃电对配电台区用电信息进行实时在线监测，发现异常后，启动异常处理流程， 对非正常用电信息及时上传警示，防止窃电行为的发生。3信息安全采用国家密码管理局认可并满足q/gdw 377标准要求的硬件安全模块，实 现对配电台区数据存储、传输的加解密，保证数据的准

18、确性、可靠性和安全性。12/21互动化管理提供无线连接等接入方式，与运行维护人员和用户完成双向数据交互。通过 电价策略引导用户采取理的用电结构和用电方式，提高电力资源的利用效率。分布式电源接入管理对接入公用电网的用户侧分布式电源系统进行监测与控制。资产管理 实现配 电台区主要设备的“身份"管理。视频监视通过图像传感器监视配电台区安全运行情况，随时发送警情等异常状况信息和 图片。环境监测通过温、湿度传感器实时对户外配电箱、配电站和箱变的温、湿度信息进 行监测。事件及告警处理通过配置发声、发光等辅助设备，对配电台区的各类事件和事故进行报警， 并可实现对事件和事故的自动记录、追忆和上传。人

19、机交互人机界面清晰易懂，辅助配置通用按键操作方式，使得人机对话操作方便、 简单；提供丰富的灯光指示信息，使变压器台运行信息展现更为直观。2.2.4智能配电箱功能亮占采用先进的永磁驱动氐压开关技术，利用开关“零点”分合和选相的特点，成功的解决了三相不平衡问题。采用先进的漏电保护技术结合手机短信功能实现了变压器防盗、防窃电;可避免因人身触电而造成伤亡和因配变过载而造成的配变烧毁事故。采用先进的剩余电流保护器和集中器实现了电量管理，解决了收费难、管理难的问题。综合了信息化、自动化、互动化等多项智能功能提升了快速处理故障的能力。13/21采用先进的电容补偿技术成功的实现了低压电容器的共补和分补, 有效

20、的提高了功率因数。14/212.3“永磁开关式”智能漏电保护器2.3.1技术特点永磁开关有三大系统部分组成，永磁开关驱动系统，大电流电动斥力触头分 断系统，单片微处理器控制系统，集电流、电压检测单元与各类通信模块于一 体，实现各类使用场合的远程控制与本地控制。零部件少所以稳定性高分合闸后不需用电保持所以节能性高 采用永磁操作机构所以切换速度快 采用大电流斥力触头使得分合闸速度非常快减少了对触头的烧蚀所以降温 增寿插拔式结构更易于维护分断能力高可用于特殊场合无噪声设计2.3.2功能介绍智能漏电保护器有单相和三相两种型式，三相容量为63a250a/400a/630a, 单相63a225a可广泛应用

21、于公变/专变台区总保护，线路中级保护，及集中 计量装置中的中级保护使用。中级漏电保护的作用是把线路中漏电流发生的源 头，即末端用户的接地电流与泄漏电流阻挡在集表箱的二级漏保以下，这样消除 了总保开关的频繁跳闸z虑，稳定了总保护的供电可靠性和连续性，由于缩小了 停电范围，就缩小了检修范围和检修时间，同时加强了用户间对家用漏保开关运 行的相互监督，促进用户的安全用电意识，使用户能认真地管好自家的保护器正 常投运，对总保的正常运行起到良好的推进作用，对农村低压配电网的剩余电流 保护装置运行形成良性管理。智能漏电保护器均有采集模块与rs485通信模块，使保护器功能扩展，降 低建设成本；采用高性能微处理

22、器智能化控制电路设计，额定控制电流可按需调节，电 子式过载、短路保护，过电流动作特性随设定电流调整动作保护值；15/21过电压动作保护：300v±5% （单相开关具备此功能）；欠电压动作保护：单相168v+5%；欠压、过压、停电后开关自动分闸，来电或电压恢复正常自动合闸运行。 漏电动作保护：漏电动作电流30500ma可调，根据实际线路的泄漏电流的大 小合理选择动作保护档位；突变剩余电流动作值3075ma可调；数码轮流显示正常工作时的实时电压、负载电流、漏电流，故障状态显示 故障项及参数，按键查看实时运行数据、开关的功能和参数设定状态，键入密码 可设定开关的功能和参数。通过主站对智能漏

23、电保护器实现遥信、遥测、摇调、遥控“四遥”功能； 采集型中级智能漏电保护器，配有rs485通信接口，可采集132台智能电表数 据；'上行通道可根据现场需要配接低压电力线载波通信模块或小无线通信模块 及以太网；上传开关的运行状态（电压、电流、剩余电流）、最近20次故障动作记录、 当日电压上/下超限时间记录零点冻结上传、电表信息零点冻结上传。2.3.3永磁开关在三相不平衡治理中的应用系统拓补图：16/21图2.5 系统拓扑图三相不平衡治理原理：三相不平衡治理的难点是不能实时在线治理，智能永磁开关由永磁开关驱动系统、犬电流电动斥力触头分断系统、单片微处理器控制系统组成，其中 单片微处理器控制

24、系统能设置程序进行信息分析、判断和处理的能力，大电流电 动斥力触头分断系统能是开关在一个周波由智能配用电终端进行台区变压器及三相四线分支线路和单相负荷的电流测量，根据算法确定单和负载接入三 相相别的最佳方案，智能配用电终端根据最佳方案通知相间负荷调整型智能漏电 保护器进行接入相别的调整，以求台区变压器及三相四线分支线路三相电流的平 衡。17/21三相不平衡治理方案：1）相间负荷调整型智能漏电保护器结构及与智能配用电终端在线路上的连 接方法。图2.6 系统结构图示意图2）方案：负荷调整型智能漏电保护器与智能配用电终端配合使用，一个智能配用电终端 管理多个负荷调整型智能漏电保护器，智能配用电终端与

25、负荷调整型智能漏电保 护器之间采用有线或无线方式进行双向数据与指令的传递。相间负荷调整型智能漏电保护器在智能配用电终端的统一管理下，当智能配用 电终端检测到三相电流不平衡的程度达到或超过预定调整值时，根据低压电网各 支路负载电流的大小，经数学运算寻求各路负荷相别最佳分配方案后，指令负荷 调整型智能漏电保护器进行负载相别切换，将电流较大相别的部分负载转移到电 流较小的相别，使得该低压网络的三相负荷平衡度随时处于最佳状态。三低压配电自动化3.1应用背景供低压配电系统线损率最高，自动化水平最低。18/21智能电网重点投资在智能配用电环节国网公司智能电网发展规划用电环节已经提出了小区配电自动化项目 电力需求侧管理与节能工程需要低压配电自动化技术支扌掌3.2意义通过对配电变压器运行方式和低压线路开关进行自动控制，实现低压线路故障 隔离和重构，配电变压器经济运行，低压线路负荷调配，三相负荷不平衡调节等 功能，达到提高低压供电可靠率，降低低压线损率的目的。3.3 一次系统配置（1）配电变压器配置配变数量：配电变压器一般按2台配置；配变容量；容量一大一小，相差一半；也可容量相等；开关配置：配变高压侧和低压侧及低压出线均要安装可遥控的开关；图3.1 次主接线图（2）低压线路结线方式其低压主干线路通过联络开