中低壓配電柜數(shù)字化技術(shù)探究

許躍宏　孫華美　宋軍會

（大全集團有限公司）

中低壓配電柜數(shù)字化技術(shù)探究

許躍宏孫華美宋軍會

（大全集團有限公司）

配電柜是配電站中主要的基本設(shè)施，實現(xiàn)配電柜的數(shù)字化是電網(wǎng)數(shù)字化中重要的一環(huán)，對增加電網(wǎng)的智能化及自動化能力有著直接影響，以及對保障電力供應(yīng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性有重要的意義。本文以中低壓配電柜數(shù)字化系統(tǒng)為例，探討在中低壓配電柜中如何實現(xiàn)數(shù)字化，從中低壓數(shù)字化配電柜的整體形式，及子系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計、主單元的軟硬件設(shè)計、接口總線設(shè)計、狀態(tài)信息數(shù)據(jù)采集設(shè)備、功能設(shè)計等形式探究了中低壓配電柜數(shù)字化的實現(xiàn)。

中低壓；配電柜；數(shù)字化

0　引言

未來我國電力發(fā)展的新趨勢將是智能化，想要實現(xiàn)智能化必須使用現(xiàn)代先進的科學(xué)技術(shù)。作為電力控制整體中不可缺少的基本單元，配電柜更新是電力智能化發(fā)展的重要一步，而同時數(shù)字化控制模塊可以達到和上層監(jiān)控中心交流信號的作用。中國電力企業(yè)的發(fā)展方向就是實現(xiàn)智能化，就是用電力系統(tǒng)作為研究對象，綜合現(xiàn)在的高科技控制技術(shù)、信息技術(shù)以及管理技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電的信息、能源的相互交換以及配電網(wǎng)和用電所之間的交流。數(shù)字化配電網(wǎng)設(shè)置包含智能表計、智能網(wǎng)絡(luò)、智能運行三個部分。

現(xiàn)在，我國電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)完成光纖網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，不過變電站通向用電的地方還是沒有很好的通信措施，中低壓配電網(wǎng)的數(shù)字化還是很薄弱，所以需要研究相關(guān)的高科技、低成本的數(shù)字化中低壓配電設(shè)施。

1　中低壓數(shù)字化配電柜整體方案

中低壓配電柜的數(shù)字化主要技術(shù)是進行微處理器控制系統(tǒng)的使用。中低壓數(shù)字化配電柜的主要控制系統(tǒng)機構(gòu)包括主單元和控制回路子系統(tǒng)等，子系統(tǒng)功能是對配電柜進行配電，然后電路回路進行參數(shù)測量，檢測電路回路各相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)以及配電柜里的環(huán)境、溫度、濕度等，并根據(jù)這些自主進行電能質(zhì)量的統(tǒng)計。主單元的功能是進行相應(yīng)的統(tǒng)計和呈現(xiàn)子系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與此同時可以進行電路回路斷路器的管理調(diào)控。從另一方面來說，也是人機交流的重要設(shè)施，并且還可以經(jīng)過以太網(wǎng)接口進行數(shù)據(jù)的傳遞，這樣就給系統(tǒng)提供了相關(guān)信息，并且這些信息還是數(shù)字化的。為了保障子系統(tǒng)與總單元之間數(shù)據(jù)通信的實時性，使用CAN總線進行互聯(lián)，這種接法比較方便。

中低壓數(shù)字化配電柜選型：國內(nèi)外對中低壓配電柜的研究存在差異性，這和各自的使用習(xí)慣有關(guān)，所以對于選擇配電柜不能一味地追求國際化，一般進口的中低壓配電柜的技術(shù)參數(shù)很大，在許多情形下都是不適用的，這樣就會造成資源的浪費，大部分國產(chǎn)中低壓配電柜是遵照3C標(biāo)準進行生產(chǎn)的，其性能以及質(zhì)量可以適應(yīng)相關(guān)的技術(shù)要求。在選擇的時候要遵照客觀事實，根據(jù)實際需要進行相應(yīng)的配置。

2　子系統(tǒng)

中低壓配電柜的子系統(tǒng)采用Cortex-3內(nèi)核32位微處理器，內(nèi)核時鐘脈沖達72MPa，并配置128KB閃存以及20KB SRAM，擁有強大的數(shù)字處理水平，經(jīng)過科學(xué)的設(shè)計外圍線路和程序的處理實現(xiàn)中低壓配電柜的數(shù)字化。

3　狀態(tài)信息采集

中低壓配電系統(tǒng)有大電壓和大電流，會造成子系統(tǒng)設(shè)施的損壞和數(shù)字元件的毀壞。需避免弱電回路遭到毀壞，與此同時，還要增加模數(shù)變換的精確性，采用小型準確交流電流互感器和小型準確交流電壓互感器與電流以及電壓互感器進行相互之間的連接，相互之間的變化信號是4～20mA電流數(shù)據(jù)以及0～5V電壓數(shù)據(jù)。通過低通濾波與采樣保持之后增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用數(shù)字化傳輸信號到CPU加以執(zhí)行。

數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行系統(tǒng)中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對系統(tǒng)主要指標(biāo)起決定作用。因此，大家通常使用Maxim產(chǎn)出的同步數(shù)據(jù)采集芯片，使得轉(zhuǎn)換能夠符合要求，使接觸部位盡量少，數(shù)據(jù)的采集工作通?？梢栽谵D(zhuǎn)換完成后或者在此進程中發(fā)生，對交流電的相關(guān)數(shù)據(jù)采集非常實用。

CPU使用8路模擬量高input接口，其中3個接口主要功能是進行交流電電流信號接入，另外3個接口進行電壓接入，剩下的雙向并行數(shù)據(jù)量接出，對應(yīng)使用微處理器接口。CONVST管腳的功能是變換的開啟數(shù)據(jù)，低電平獲得和追蹤模擬數(shù)據(jù)，在上升的時候變換開啟數(shù)據(jù)。對于母線接觸部位的相關(guān)指標(biāo)和柜為相關(guān)數(shù)據(jù)的采集采用的是單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，并使用1-Wire總線協(xié)議，進行相互之間數(shù)據(jù)傳遞。DS18B20還對現(xiàn)場多節(jié)點的設(shè)備進行相關(guān)的采集。配電柜的各個參數(shù)經(jīng)過數(shù)字信息處理后通過相關(guān)的傳感器傳遞到上位機。電力設(shè)施的開關(guān)操作以及交流電網(wǎng)的不穩(wěn)定會導(dǎo)致電壓和電流出現(xiàn)瞬態(tài)改變，就會導(dǎo)致電子設(shè)備的毀壞，這種情形就得增加控制瞬態(tài)干擾TVS裝置。啟閉量輸出操作使用繼電器控制電動系統(tǒng)運作，調(diào)控斷路器達到啟閉的功能。繼電器一般電阻很小，需要增加大電流促進相關(guān)元件的運作，經(jīng)過CPU接口與驅(qū)動繼電器連接實現(xiàn)相互之間的工作。

4　子系統(tǒng)軟件部分

中低壓數(shù)字化配電柜電路操控子系統(tǒng)使用的是各部分操控軟件，包括：信號采集子系統(tǒng)、信號處理子系統(tǒng)、操控系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)。信號采集包括電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)量、母線接頭溫度、柜里環(huán)境等相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)處理子模塊的功能就是對功率等方面進行相應(yīng)的處理，并使用快速傅里葉變換剖析諧波。

5　主單元的功能設(shè)計

整個電路當(dāng)中擔(dān)任子系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集以及綜合的任務(wù)是由數(shù)字化配電柜控制電路的主系統(tǒng)完成的，它擁有相應(yīng)數(shù)量的通信接口，并且功能很強很先進，屬于擁有智能化的人機交互系統(tǒng)。通過主系統(tǒng)能夠及時看到配電柜的工作情況，例如配電電路各種接觸點、柜內(nèi)空間的溫濕度以及是否處于運行當(dāng)中等情況，能把運行系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)回饋輸回，在提前分析可能發(fā)生的問題時可以作為參考；及時觀察配電系統(tǒng)中的各種系統(tǒng)參數(shù)，且可以根據(jù)觀察所得數(shù)據(jù)計算出相關(guān)的性能指標(biāo)，及時分析整個系統(tǒng)的工作情況。

6　結(jié)束語

由數(shù)字化配電柜電路系統(tǒng)管理子系統(tǒng)組建的數(shù)字柜工作性能俱佳，可以實現(xiàn)電網(wǎng)相關(guān)方面的智能化，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、觀察和控制的目標(biāo)。鑒于高低壓配電柜的不同種類和功能差異，在進行實際選用時，必須從整體全面分析，才能達到經(jīng)濟性和效率的最大化。

配電柜是配電站中主要的基本設(shè)施，呈現(xiàn)配電柜的數(shù)字化是電網(wǎng)數(shù)字化中重要的一關(guān)。數(shù)字化的配電柜實現(xiàn)了非智能化配電柜無法做到的部分，即可以及時反饋整個系統(tǒng)的工作情況與主要性能參數(shù)，及時預(yù)防與解決問題，它是一種系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，能夠有效保障電網(wǎng)系統(tǒng)的有序工作。

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（2015-06-20）