智能配电台区及低压配电自动化一体化解决方案

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1、智能配电台区及低压配电自动化一体化解决方案自我国智能电网建设以来，国家电网公司作为智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%、不高于最大用电负

2、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%，甚至更多，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，根据国家电网公司建设坚强智

3、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，同时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、智能配电箱和低压漏电保护器组成。其中智 能台

4、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1.1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，并按信息化管理 的要求，向电网管理层各应用子

5、系统提供生产现场的各种基础数据。统一数据采集与集中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，为智能电网的全面建设打下坚实的平台 基础。1.1.2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，因此统一数据采集与集中监控平台的研发

6、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 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、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则，以保障监

7、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。1.1.3结构部署统一数据采集与集中监控平台采用县供电企业集中方式部署，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。县供电企业、 供电所各级终端用户主要通过B/S模

8、式实现操作和浏览等功能。1.1.4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。实时/历史数据库用户用电信息电压检测系统信息I3.发送数据webService数据库维护及实时数据监测营配一体化分析与管理模块由能量采集系统信息届前置机采集模块(CS)蓄电池在线监测信息设备控制webService (BS)下行控制电表命令下行控制webService控制命令调控一体化系统信息智能台区信息F采集数据基于国网376.1标准协议已经完成控制电表确认指令历史数据图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

9、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 实时数据查询、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各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

10、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，终端设备返回确认字段，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。标准化数据整合本系统采用将数据模型与IEC61970中的

11、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 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，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，实现对调度生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。1.1.6智能台区监控子系统主要功能模块：瓦肯理6 / 20配旦食制图

12、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。告警事件记录，包括失压、失流、断相、过压、不平衡、逆相序、 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

13、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）是按照电气接线要求将低压开关 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、控制、保护、电能分配、无功补偿和滤波等集成功能的设备。2.2.1智能配电箱实物图图2.4智能配电箱实物图2.2.2智能配电箱配置清单（以标准型为例）序号名称规格数量1进线断路器12进线避雷器33智能总表14智能配变终端15监测电流互感器36电能表接线盒1

14、7剩余电流动作断路器38出线避雷器99电容器单元塑壳断路器110微型断路器211微型断路器312共补投切开关213分补投切开关114自愈式电力电容器215自愈式电力电容器116配电箱外形尺寸12.2.3智能配变终端技术参数及主要功能2.2.3.1技术参数环境条件：空气温度：-45C70C，最大变化率1 C/h相对湿度：10%100%最大绝对湿度：35g/m3大气压：0kPa106 kPa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） In测量误差：电流、电压量测量误差= 0.2%有功、无功功率测量误差= 0.5%谐波分量经确度=1%

15、功耗：交流电压回路功率损耗=0.5VA （单相）交流电流回路功率损耗=0.25VA （单相）谐波分量准确度W 1%电网频率测量误差W 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路开出：1路微机保护出口； 3路遥控；28路电容器投切 通讯接口： 3路RS485,1路RS232, 1路USB, 2路以太网，SD卡接口 1 个2.2.3.2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

16、、各费率电能示值、总电能量、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具备过压保护、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

17、计量的有效性，对智能 电能表的异常运行状况分、判断、告警并完成相关信息传输。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

18、衡问题进行治理。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

19、密，保证数据的准确性、可靠性和安 全性。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。人机交

20、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智能配电箱功能亮点采用先进的永磁驱动低压开关技术，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。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， 有效的

21、提高了功率因数。2.3 “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可广泛应用于公变/专变台区

22、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 保开关的频繁跳闸之虑，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； 采用高性能微处理器智能化控制电

23、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；14 / 20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。 通过主站对智能漏电保护

24、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：制能配变搀端 或保护开关- 体弋智能佬端智能配用电信息 统-监挥平台0. I. H 以太刈LOkVitt tit I料能配电台区踹f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

25、磁开关由永磁开关 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组成，其 中单片微处理器控制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内进行分合，用户设备不受 干扰。综合以上两点就成功解决三相不平衡治理的难点。治理原理如下：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，根据算法确定单相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。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

26、电终端在线路上的连 接方法。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

27、.1应用背景供低压配电系统线损率最高，自动化水平最低。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撑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3.1一次主接

28、线图（2）低压线路结线方式其低压主干线路通过联络开关构成环网，线路中间进行分段，分支线路加装 开关。（3）低压智能化开关设备的应用遥控型跌落式熔断器、低压智能永磁断路器、低压智能选相断路器的应用， 这些开关较之传统低压开关具备相应的通讯和保护功能。3.4系统运行方式配电变压器运行方式峰时段两台变压器同时运行；平时段大容量变压器运行，从高压侧断开小容 量变压器；谷时段小容量变压器运行，从高压侧断开大容量变压器。低压线路经济运行通过控制分段开关和联络开关进行负荷转移，调节重载线路的负荷，使线路 运行在经济电流范围。三相负荷不平衡调节方式采集各单相支路的负荷数据，进行三相负荷平衡分配计算，遥控相应低

29、压智 能选相断路器换相，平衡变压器三相负荷。四.服务体系公司是集研发、销售、生产和服务一体的专业的电力高新技术企业。公司有 健全的营销体系可为用户解决一切商务问题；公司有专业的软硬件研发团队可为 用户解决一切技术问题；公司有完善的服务体系可为用户解决一切售后问题。我 公司对项目的售后服务做如下承诺：1）及时向买方提供按合同规定的全部技术资料、图纸。有义务在必要 时邀请买方参与我方的技术设计审查。2）按买方要求的时间到现场进行技术服务，指导买方按我方的技术资 料和图纸要求进行安装、分部与整套试运及试生产。3）对于买方选购的与合同设备有关的配套设备，我方应主动提供满足 设备接口要求的技术条件和资料。4）严格执行买卖双方就有关问题召开会议的纪要或签订的协议。5）积极为买方举办有关设备安装、调试、使用、维护技术的培训班。6）质保期内的技术服务当系统发生事故时，我方接到需方的通知2小时内电话或传真答复，24小 时内派人员到达现场，紧急情况下12小时到达现场，提供维护服务，免费调整 或替换不合格的零部件以保证设备的正常运转。7）质保期后的技术服务保证期后，我方仍将向买方提供优惠服务，并承诺售后服务随叫随到，以合 理价格向买方提供需要的备件和承担原理性故障而导致的改进。合同提供的所有 设备的备品备件，10年内买方如再要购买，我方保证提供。