低壓配電柜數(shù)字化

梁玉斌

摘 要：電力先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)和先進(jìn)的控制方法實現(xiàn)了更加可靠、安全、高效的運行效果。以中低壓配電柜數(shù)字化系統(tǒng)為例，論述了如何實現(xiàn)中低壓配電柜數(shù)字化、中低壓配電柜整體形式、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。中低壓配電柜數(shù)字化的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；低壓配電柜；智能電網(wǎng)

中圖分類號：TM642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1、中低壓數(shù)字化配電柜整體方案

中低壓開關(guān)設(shè)備數(shù)字化的主要技術(shù)是采用微機(jī)控制系統(tǒng)，中低壓配電柜的主控制系統(tǒng)包括主單元和控制回路子系統(tǒng)，子系統(tǒng)的功能是分配配電柜，然后電路電路進(jìn)行參數(shù)測量、電路中相關(guān)系統(tǒng)的參數(shù)以及配電柜內(nèi)的環(huán)境、溫度和濕度，電能質(zhì)量統(tǒng)計，主單元的功能是對子系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計和表示，同時可以對斷路器進(jìn)行管理和控制。另一方面，它也是一種重要的人機(jī)通信設(shè)備，它還可以通過以太網(wǎng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，向系統(tǒng)提供信息，并且信息仍然是數(shù)字化的。為了保證子系統(tǒng)與總單元之間的實時數(shù)據(jù)通信，采用CAN總線進(jìn)行互連。這種連接更方便，中低電壓配電柜的選用：與國內(nèi)外中低壓配電柜的研究與使用習(xí)慣有關(guān)，因此一般進(jìn)口中低壓配電柜的技術(shù)參數(shù)涉及是非常廣的，很多情況是用不到的導(dǎo)致資源浪費，而國內(nèi)大多數(shù)低壓配電柜都是按照3C標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，其性能和質(zhì)量可以適應(yīng)相關(guān)技術(shù)要求。在選擇時必須遵循客觀事實，根據(jù)實際需要進(jìn)行相應(yīng)的安排。

2、子系統(tǒng)

中低壓配電柜子系統(tǒng)采用皮質(zhì)3內(nèi)核32位微處理器，內(nèi)核時鐘脈沖達(dá)72MPa，128KB閃存和20KB SRAM，具有強(qiáng)大的數(shù)字處理水平，通過SCIE實現(xiàn)中低壓配電柜的數(shù)字化。外圍設(shè)備和程序的NTICIC設(shè)計。

3、狀態(tài)信息采集

中低壓配電體系電壓大、電流大，對子體系設(shè)備形成損壞，對數(shù)字元件形成損壞，既要防止弱電線路的損壞，又要進(jìn)步模數(shù)變換的精度，將小型精細(xì)溝通電流互感器和小型精細(xì)溝通電壓互感器與電流互感器和電壓互感器銜接起來，相互之間的改變信號為4～20mA電流數(shù)據(jù)和0～5V電壓數(shù)據(jù)。在低通濾波和采樣堅持之后，添加模數(shù)變換器，并運用數(shù)字傳輸信號來履行CPU，在數(shù)據(jù)收集和履行體系中運用的模數(shù)變換器在體系的首要目標(biāo)中起著決定性的效果。因而，咱們一般運用Maxm公司出產(chǎn)的同步數(shù)據(jù)收集芯片，使得變換可以滿足要求，使觸摸面積盡可能少。數(shù)據(jù)收集工作一般在變換完成后或在此過程中發(fā)作，這關(guān)于溝通數(shù)據(jù)收集是十分有用的，CPU選用8模仿高輸入接口，3個接口的首要功能是AC電流信號接入，其他3個接口用于電壓接入，其他的雙向并行數(shù)據(jù)量被銜接，而且運用微處理器接口，CONST引腳的功能是翻開數(shù)據(jù)，在低電平獲取和盯梢模仿數(shù)據(jù)，并在上升時翻開數(shù)據(jù)，選用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20收集總線觸摸部分的相關(guān)目標(biāo)和機(jī)柜數(shù)據(jù)，選用1線總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸DS18B20還可現(xiàn)場收集相關(guān)設(shè)備，配電柜的各個參數(shù)經(jīng)過數(shù)字信息處理后，經(jīng)過相關(guān)傳感器傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。電力設(shè)備的開關(guān)操作和溝通電網(wǎng)的不穩(wěn)定性將導(dǎo)致電壓和電流的瞬時改變，這將導(dǎo)致電子設(shè)備的損壞，這將添加對瞬態(tài)攪擾TVS設(shè)備的操控，開閉輸出操作選用繼電器操控電氣體系的運轉(zhuǎn)，操控斷路器的功能，完成開閉。繼電器的總電阻很小，需求添加大電流來促進(jìn)相關(guān)部件的運轉(zhuǎn)，并經(jīng)過CPU接口與驅(qū)動繼電器銜接。

4、子單元軟件設(shè)計

模塊化控制軟件用于數(shù)字配電柜回路控制子單元，并結(jié)合硬件設(shè)計進(jìn)行功能分析，確定了子單元的功能單元：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理子模塊、控制模塊和通信子模塊，數(shù)據(jù)采集主要包括電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、母線接頭溫度、柜內(nèi)環(huán)境參數(shù)等，數(shù)據(jù)輔助模塊主要負(fù)責(zé)有功功率、無功功率和功率因數(shù)的計算，并采用F F T算法對諧波進(jìn)行分析。主程序首先完成未處理的芯片內(nèi)存管理，初始化I/O接口，進(jìn)入等待狀態(tài)，判斷是否達(dá)到了各種定時中斷，主要包括A/D采樣、通信定時中斷、查詢中斷和調(diào)用THE子程序。為了提高信號的實時性能，將A/D采集的定時中斷設(shè)置為最高優(yōu)先級，在將A/D采樣值發(fā)送到設(shè)計環(huán)數(shù)據(jù)采集區(qū)后，通過數(shù)據(jù)處理子程序計算電氣參數(shù)，調(diào)用C AN通信子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

5、主單元設(shè)計

5.1 功能設(shè)計

回路控制的主要單元負(fù)責(zé)收集和匯總回路子單元的數(shù)據(jù)，具有足夠的網(wǎng)絡(luò)通信接口，并具有可視化和可操作的人機(jī)交互接口。

5.2 硬件部分

為了實現(xiàn)人機(jī)交互，在柜體表面安裝觸摸屏，用于實時觀察打開操作，并負(fù)責(zé)將配電柜的運行參數(shù)上傳到監(jiān)控設(shè)備的上層。

5.3 軟件部分

軟件給出CAN總線通信協(xié)議的開發(fā)，利用空間程序進(jìn)行USB接口卡功能的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)主單元與通信接口之間的數(shù)據(jù)交換。通過對子單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以有效地監(jiān)測配電柜的運行狀態(tài)，包括母線接頭溫度、柜內(nèi)環(huán)境和開關(guān)狀態(tài)。據(jù)此，可以很好地判斷操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能，并對有功功率、功率因數(shù)、頻率、諧波等信息進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。計算和可視化顯示是故障預(yù)測分析的重要參考數(shù)據(jù)，能直接、全面地反映供電系統(tǒng)的運行情況。

6、IEC 光纖交換機(jī)

IEC光纖交換機(jī)符合配電系統(tǒng)的技術(shù)要求，其特點是：（1）適應(yīng)電網(wǎng)的電磁環(huán)境；（2）設(shè)備可任意組合模塊化結(jié)構(gòu)；（3）簡單的連接方式和多種DI；（4）通信和保護(hù)的可靠性和安全性，避免數(shù)據(jù)篡改或偽造。IEC光纖交換機(jī)的最大特點是當(dāng)鏈路故障時可以報警，可以實時檢測光纖連接狀態(tài)，重新選擇路由，優(yōu)化數(shù)據(jù)配置，實現(xiàn)優(yōu)先級鵝對等通信。

7、GSM 報警設(shè)備

數(shù)字低壓成套設(shè)備具有實時報警功能。它可以檢測設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)，并實時報警故障。報警信號可以通過GSM和GPRS設(shè)備實時傳輸。數(shù)字低壓成套設(shè)備能夠?qū)崟r觀察配電柜的參數(shù)，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，并具有數(shù)據(jù)篩選功能。最后，通過AT指令發(fā)送所需數(shù)據(jù)。

8、低壓配電柜數(shù)字化的集成

智能開關(guān)設(shè)備、智能熔斷器、智能接觸器等數(shù)字開關(guān)設(shè)備構(gòu)成了數(shù)字式低壓成套設(shè)備。在該設(shè)備中，通過數(shù)字變壓器和其他設(shè)備實現(xiàn)數(shù)字信號采集。成套設(shè)備的參數(shù)通過光纖傳輸?shù)浇粨Q機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在低壓成套設(shè)備中還安裝有光纖開關(guān)，實現(xiàn)配電柜與配電柜之間的連接。該智能報警系統(tǒng)還集成在數(shù)字低壓配電柜中，能夠?qū)崟r掌握配電柜的狀態(tài)。

結(jié)束語

配電柜屬于成套配電裝置。它是實現(xiàn)線路控制和保護(hù)的重要設(shè)備，它是供配電系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，非智能配電柜需要定期維護(hù)，保證配電設(shè)備的正常運行和配電柜的正常運行，配電柜可以對其自身的運行狀態(tài)進(jìn)行實時的實時監(jiān)控。能及時發(fā)現(xiàn)配電柜存在的問題，降低配電柜故障率，是保證整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

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（作者單位：南京大全電氣有限公司）