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工程案例

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一種箱式變電站及其實時監測系統的設計

箱式變電站是電力網中的線路連接點,用以實現變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設施。箱式變電站包括高壓部分、電力變壓器部分、低壓部分以及計量單元和智能化單元,它的優點是具有占地面積小、少維護、更高性能、而且節約能耗、可以將幾部分進行拼裝,所以箱變安裝和運輸都很方便。目前,箱變廣泛應用于城鎮、農村公共設施供電、居民小區以及工廠、碼頭、油田等。
組合式與一體式這兩種是箱式變電站的總體布置的主要形式。“目”字型與“品”字型的組合形式是組合式這種分為三部分布置的最常見的表現,在當變壓器室內排列著多臺的變壓器時,采用“品”字組合型則更為有利(如圖1所示)。而以變壓器為主體,負荷開關和熔斷器等材料裝配在變壓器箱內部的這種布置格局結構則是一體式。
箱式變電站的基本功能
1、箱式變電站高壓側(10kV)的功能
箱式變電站高壓側一般選用負荷開關配合限流熔斷器作為變壓器的主保護,按高壓開關的數量及開關接入方式可分為:環網型、雙電源型和終端型,變壓器分段范圍保護由兩組插入式熔斷器和后備保護熔斷器串聯組成,為了避免高壓部分缺相運行,當插入式熔斷器的其中一相熔斷時,可以聯鎖分閘三相負荷開關。為了實現負荷開關的電動操作,高壓線路側負荷開關會配置24V直流電源作為電動操作機構。
箱式變電站中電力變壓器功能
箱式變電站中電力變壓器將將 10kV 降至380V/220V,電力變壓器容量一般為160 kVA至1600kVA。變壓器的為三相三柱或三相五柱或立體卷鐵心結構、Dyn11或 Yyn12 聯結,熔斷器連接在變壓器外部。立體卷鐵心變壓器的特點是鐵心在空間上完全對稱,比三相三柱疊片鐵心更容易保證各項電磁參數。這種鐵心具有節材節能、三相磁路對稱、勵磁電流小、空載損耗低、諧波小、噪聲大幅度下降等特點。
箱式變電站低壓側(0.4kV)的功能特點
箱式變電站低壓側,饋電電流出線部分一般配置空氣塑殼斷路器或者刀熔開關進行保護;用戶用電負荷變化快時,采用自動循環投切的動態補償裝置(當用戶用電負荷變化緩慢時,一般采用靜態補償裝置),補償容量為變壓器容量的10%至40%;低壓主開關需要配置智能控制器,控制器帶有信號單元和操作控制單元,當出線斷相或者過流,過壓時,可以自動切斷主開關,達到預警的功能。
箱式變電站的組成和使用的條件
箱式變電站的組成和功能
在工廠內部先將高壓開關設備、低壓開是若干個箱盒中,組成成套的配電設備,并用這些設備將電能從高壓系統輸送到低壓系統中。
箱式變電站的使用條件
使箱式變電站正常的運行和為人們生活提供便利,也要確保在使用過程中能遵循箱式變電站使用的條件,以下就幾點簡單的進行認識:(1)箱式變電站所處的地點海拔不得超過1000米;(2)箱式變電站的環境最高溫度要控制為40℃,日均最高氣溫要小于35℃,而最低氣溫要控制為-25℃,當箱式變電站的溫度為25℃時,相對濕度的日平均值不可以超過95%,月平均值不超過90%,要將戶外的風速控制在35m/s以內;(3)箱式變電站的安裝地點必須確保沒有爆炸的危險, 火災隱患以及化學腐蝕劑。
箱式變電站智能系統的硬件設計
智能終端系統
智能終端系統的硬件組成結構如圖2所示,由 CPU 模塊,計量模塊,顯示模塊和通訊模塊組成。電池供給 CPU 自身的用電,時鐘時鐘器件 MC146818為 CPU 提供時間校驗,通過鍵盤輸入參數,通過 CPU 數據處理,由顯示器顯示,該終端還具有電流電壓計量功能,支持遙測,遙信信號,以及 RS232 端口和多路 RS485 端口,具有 GPRS/CDMA 兩種方式的通訊功能。
CPU 模塊中包括單片機系統、模擬量輸入模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、通信接口模塊,顯示模塊等。
通訊網絡
智能變電站實現了一系列的高級應用功能,因此對站內設備提出了更高的要求,比如一次設備智能化、一體化系統平臺等。同時由于需要大量信息需要交換,因此,智能變電站需要數字化的通信平臺。而數字化的通信平臺,首先是需要有穩定可靠的數據鏈路的傳輸技術來保證各點測試數據的獲取和控制信息的可靠到達?,F有箱式變電站采用有線和無線兩種通訊方式,有線通訊包括光纖、電話線、RS485 總線和低壓電力線載波傳輸。
智能箱式變電站通訊網絡設計結構見圖3。系統的管理主站存放在各電力公司。通過光纖分布與各個變電站的智能網關相連接。數據網關與智能終端相連,通過節點交換機逐級把數據傳遞給核心交換機。系統自上至下由通信平臺管理系統主站、核心交換機、節點交換機、智能終端組成,通過數據網關進行協議解析,實現全程鏈路的構建。
后臺管理系統
后臺管理系統主要由能耗管理系統、監控計算機、打印機、UPS 電源組成。后臺管理系統采用 C++Bulider 編程制作,第四章將詳細講解該系統的設計過程。后臺管理系統具有良好的人機交互界面,對采集的設備層實時能耗數據信息進行遠程計算、分析與處理,并以圖形、數顯等方式反映變電站的運行情況,對箱式變電站中歷史能耗數據進行統計、分析。
監控計算機:用于數據采集、處理和數據轉發,為系統內或外部提供數據接口,進行系統管理、維護和分析工作。打印機:系統召喚打印或字形打印圖像、報表等。
UPS 電源:保證監控計算機系統的正常供電,在整個系統發生供電問題時,保證后臺管理設備的正常運行。
箱式變電站智能監測系統的軟件設計
系統軟件設計總方案
系統軟件設計是否成功關系到整個智能箱式變電站的系統是否能夠靈活使用、操作方便和可靠性等,軟件設計的要求是,可以在較少改變硬件電路的條件下,改進整個箱式變電站的系統功能。
軟件任務層次化,然后對沒層次的任務逐步詳細化“自頂向下,逐步求精”的結構化程序設計,由于軟件任務層中的每個功能都是相互獨立,所以彼此之間的影響會較少,通過主程序調用各層任務中的子程序,按照劃分相反的過程進行編寫和調用程序,當所有的子程序都編寫完成后,按照子程序之間的順序邏輯組合起來,形成一個完整的軟件程序。
在智能箱式變電站中,系統的電壓、電流、溫度、斷路器開合狀態、油位等信號通過智能終端采集器和模/數轉換成為后臺管理中監控計算機處理的數字量后,后臺管理系統將對這些參數進行計算、分析,得到配電系統中的相電流、相電壓波形以及總有功功率、總無功功率、總有功電度、總無功電度、總功率因素以及元器件的溫度等參量,并根據這些參數的結構以及報警設定值,確定判斷設備裝置的動作行為。所以自能終端采集器的采集算法的選擇不僅與裝置需要實現的功能相關,也與采樣的方式密切相連。選擇合理的算法可以優化整個軟件的設計和計算,而且能夠提高系統的精度和可靠性能。整個智能系統的軟件設計分為智能采集終端采集程序設計和終端與后臺管理系統的串行通訊設計。
后臺管理系統的人機界面設計
后臺管理系統是在 C+ +Builder 環境下開發的平臺,后臺管理系統由以下的功能:通過串口通訊端口 RS232 連接后端數據庫儲存數據,進行電力系統實時數據分析處理,同時利用數據庫儲存數據,將歷史電力數據進行動態顯示。如圖4所示,其主要包含與下位機通信、實時數據處理、歷史數據查詢和報表打印。
后臺管理系統界面設計的設計原則有以下幾點:
要以通信功能作為界面設計的核心
人機界面設計的的關鍵是使人與計算機之間能夠準確地交流信息。設計數據管理系統的人機界面時,要針對每一個功能,采用模塊化思想,使得數據輸入、數據處理與數據輸出模塊相互獨立。
界面友好、使用方便
由于電力采集的參數輸入量較大,對于不同類型的參數,進行分類、分項管理,數據大部分可以用圖表和曲線表示。
結束語
箱式變電站具有占地面積小、投資成本低、運行安全可靠等諸多優勢,但是由于電氣儀表和采集傳感器自身等因素的影響,導致所采集的變電站運行數據準確度低,控制系統智能化程度低等。通過對箱式變電站實時監測系統進行分析設計,從而來提高了電力系統運行、維護效率,實現了電力系統信息共享。
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