配电变压器监测终端

配电变压器监测终端（精选8篇）

配电变压器监测终端 第1篇

由于近年来计算机技术、通信技术以及电力事业的飞速发展, 配电网综合自动化成为必然趋势。针对我国配电自动化比较薄弱的现状, 国内许多厂家和研究单位纷纷研制和开发各种类型的配电自动化产品, 尤其是配变监测终端配电变压器监测终端已从早期的功能单一、通信方式简单的结构, 朝着智能化、小型化、多功能化的方向发展, 并正在探索电力系统自动化的多种通信方式, 加快了国内配电系统自动化的发展步伐。从上述国内外的研究现状可以发现, 配电变压器监测终端数据传输的通信方式以及能够适应不同通信要求的多功能配电变压器监测终端仍然是目前的研究方向和急待解决的问题。

2 配电自动化系统的组成结构

配电自动化系统是利用现代通信技术和计算机技术, 对电网在线运行的设备进行远方监视和控制的网络系统。由于配电网中的监控设备点多面广, 许多情况下不能把所有的站端监控设备都直接连接到配网主站上, 特别是在有线通信方式下更是如此。因此, 配电自动化系统一般由配电主站一子站一终端三层结构组成, 而各站端之间通过一定的方式进行数据的通信和控制。其中, 配电主站从各个配电子站获取配电网的信息, 对配电网进行全面监视和控制, 实现故障诊断、故障隔离和非故障区的恢复供电, 分析配电网的运行状态, 对整个系统进行有效管理。

配电子站层负责本区域内配电网的信息采集处理, 完成本区域内故障处理与控制等功能, 并根据主站的要求将信息转发至主站系统;同时, 接收主站下发的信息, 在特殊情况下与主站配合完成配电网的调度管理任务。对于较大规模城市, 由于配电网信息分散复杂, 直接将信息采集至主站系统会造成主站系统通信端口数目太多及主站系统负荷压力大的局面, 为了保证系统实时性, 配电网一般设置子站来解决上述问题。

3 配变监测终端的工作原理

随着电力系统自动化的发展和需求的不断增加, 配变监测终端TTU在电力系统配电自动化中担负着配电网参数的监测、数据的处理、数据传输和控制的任务。因此, 配变监测终端一般由信号及数据采集电路、数据分析与处理电路、数据通信接口电路、控制输出电路以及人机接口电路等组成。

配变监测终端的基本工作原理是, 利用信号及数据采集电路实时地采集供配电系统的各项电力参数, 如:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数以及三相不平衡率等。然后, 将所采集的数据送核心控制部件微处理器进行数据分析与计算处理;核心控制部件根据系统的要求, 一方面将计算、处理与统计的数据进行存储以备查询或下次调用, 或者通过数据通信接口将数据传输给配电子站 (或直接传给控制主站) 及其它终端设备;另一方面, 根据数据采集与处理的结果实时地对系统的功率因数进行补偿, 或者输出控制信号。同时, 核心控制部件还可以通过数据通信接口接收来自系统控制主站的控制命令, 以完成系统的数据传输、控制功能并可实现系统的联网。人机接口电路主要由键盘与显示电路组成, 用于终端的参数设置、数据修改、数据显示及查询等。数据通信接口电路用于终端与子站 (或主站) 及其它设备之间的数据传输, 该电路通常设计成多个接口电路, 以适应电力系统不同通信方式的需要。控制输出电路主要用于系统无功投切和紧急或特殊情况下的开关分合。

4 配变监测终端的设计

根据配变监测终端在配电自动化系统运行中所担负的任务, 以及现场环境、使用操作的具体要求, 配变监测终端的设计主要考虑以下需求。

4.1 功能设计

4.1.1 实时数据采集功能

可整点或定时 (如15分钟等) 记录配电变压器的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、三相线圈温度等数据;

4.1.2 实时监测功能

能够实时监测配电变压器的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、三相线圈温度等参数的变化情况, 记录并统计各种参数最大值、最小值出现的时间, 计算平均值, 超标时间累计等数据, 可形成配变24小时负荷曲线记录;

4.1.3 数据报表及存储功能

可以按日、月统计各种数据, 日统计数据和月统计数据均保存在存储器EEPROM中, 一般日统计数据可连续保存35天, 月统计数据可连续保存4个月;

4.1.4 实时遥信功能

具有遥信输入端口, 可检测配电变压器高低压侧开关、有载调压开关档位等状态量, 当开关状态发生变化时, 记录并上报其当前状态和发生的时间;

4.1.5 遥控和遥调功能

可根据所监测的电压、电流和功率因素随时间变化和越限情况, 就地启动无功补偿和自动调压策略, 补偿和自动调压策略计算无功补偿量和调节抽头量, 分级投切电容器和调节变压器抽头等;

4.1.6 数据通信和传输功能

提供与远方通信接口, 定时上送各种测量和统计数据, 提供远方参数设置功能和对时功能, 通过主站可进行远方控制, 实现遥测、遥信、遥控和遥调功能;

4.1.7 报警与数据显示功能

在发生故障和异常工况时, 形成上报的故障事项信息和异常报警信息, 上报主站, 显示部件便于现场检查数据、设置参数和调试设备;除了上述功能以外, 作为智能化设备的TTU还应具备自诊断功能、失电数据保护功能和故障自恢复功能等。

4.2 性能设计

4.2.1 数据采集周期

每10秒钟抄读一次“采集计量模块”的实时数据。

4.2.2 终端工作电源

电源标称电压:220VAC;

电压容差:士20%;

电源波形:为正弦波, 谐波含量小于10%;

电源标称频率:50Hz;

频率容差:士10%0

4.2.3 终端计量条件

标称电压:3x220/380V (三相四线型) , 3x100V (三相三线型) ;

测量范围:0.5Vn-1.4Vn;

标称电流:1.5 (6) A;

标称电流:1.5 (6) A;

标称频率:50Hz

4.2.4 测量精度

电压:0.5级, 电流:0.5级;

有功电量:0.5级, 有功功率:0.5级;

无功电量:2.0级, 无功功率:1.0级;

脉冲常数:8000imp/kWh, 8000imp/kVarh;

频率:士0.01Hz, 油温:士1℃

温度:3%, 时钟走时误差:<0.5S/D

4.2.5 消耗功率

整机静态功耗小于5VA

4.2.6 工作条件

环境温度:-40℃一+70℃:

环境湿度:5%100%;

大气压力:70kPa一106kPa

5 结语

结合配电自动化系统的特点和对国内外配变监测终端应用现状的分析, 对配变监测终端的进行了设计, 根据本方案设计的配电变压器监测终端, 经过调试、运行, 达到了设计要求, 该终端具有电力数据采集、数据统计与分析、处理功能强, 实时性好, 以及适合于有线、无线等多种通信方式的特点, 便于配电监测系统组网实现电力系统自动控制。

参考文献

[1]陈堂等编著, 配电系统及其自动化技术.北京:中国电力出版社, 2003

[2]刘健, 倪建立, 邓永辉编著.配电自动化系统.北京:中国水利水电出版社, 1999

配电变压器监测终端 第2篇

摘要：主要介绍一种基于GSM网络的GPRS网络通信技术实现的变压器负荷监测系统，通过GPRS网络实现变压器参数的远程监测。该系统具有建网方便、无需布线和几乎不受区域限制，一次性投资少，日常运行费用低等特点。

关键词：GPRS Modem 单片机系统 远程监测 AT命令集

随着无线通信技术的不断提高，利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控SCADA，是电力系统现代化的一个重要发展方向。由于GSM网络的通信技术已经成熟，覆盖面又广，利用GSM无线通信方式来实现变压器参数的实时采集，无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是GSM网络是由移动运营商投控系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。无论何时何地，只要有一部电脑和可以上网的电话线就能实现对各地变压器进行监控；如果配备GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）无线Modem，使能实现，便能实现移动监控。本系统用基于GPRS网络通信技术和网络微处理器技术相结合的方法，解决变压器参数远程传输问题，实现及时报警、实时数据采集和实时负荷监测的功能。其意义在于：通过监视变压器的运行状况，优化配网运行方式；发生故障或异常运行时，迅速报警，及时恢复正常供电，减少停电时间，保证变压器的安全运行；记录电压越限时间，计算电压合格率，从而合理控制电平水平，改善供电质量。

1 系统结构

本系统由现场变压器三相电力参数采集、GPRS通信网络和监测中心上位机软件三大部分构成。变压器三相电力参数采集安装在变压器现场，通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT）对变压器二次端的.电气参数进行采集监测；同时，分析、记录采集数据供电位机查询，并在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传告警信息。GPRS通信网络是监测中心与现场变压器之间的数据传输的桥梁，通过GPRS网络使现场变压器的相关参数能够主时传送到监测中心计算机；监测中心软件一方面通过GPRS网络与现场监测器进行双向通信，另一方面为用户提供一个可视化界面，让用户足不出户即可了解远方变压器相对实时的运行状况。与现场GPRS无线Modem相对应，监测中心计算机必须借助GPRS无线Modem拨号进行GPRS网络，方可与现场监测器进行远程通信。系统结构如图1所示。

变压器三相电力参数采集包括两大部分。一是电力参数采集模块，对变压器三相电气参数进行实时采集；同时存储历史数据，以便监测中心要了解变压器的电压、电流、功率等电参数质量时，可以通过预先设定的查询历史数据命令获取，然后通过监测中心软件分析形成曲线报表等。二是智能监测与GPRS通信管理模块。该模块监测与分析采集模块送出的实时参数，如果发现电压电流超限或断电来电，则启动GPRS通信模块的监测中心发送报警信息；当上位机软件发起通信请求时，还要负责握手和建立通信链路。

监测中心软件为用户提供一个可视化的监测界面。该监测界面采用多级电子地图的形式，让用户直观、方便、快捷地了解变压器的运行状态。通过此界面，用户可以及时发现变压器出现的故障。譬如，某变压器A相电压过大，则在电子地图中该变压器处出现闪烁亮点，提示用户该变压器出现警情，并伴有声音报警。用户可以点击变压器图标处查看告警详细内容；同时，用户通过查询历

配电变压器监测终端 第3篇

配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备,其运行的各种数据的实时监测是配电自动化系统的一个重要方面。配电变压器监测终端(简称配变终端)是一种置于变压器现场,通过电压互感器(PT)和电流互感器(CT)等传感器组对变压器二次测得的电气参数进行采集与控制的自动化设备。传统的配变监控终端一般是基于单处理器的设计方案,特点是结构简单,易于实现,缺点是无法实时数据完成处理;同时需要专用芯片对采集的数据根据特定的算法进行处理,因而成本高,升级维护难度大。随着国家“坚强智能电网计划”的进行,配变监控终端作为坚强智能电网中的基础设施,也必须做出相应的升级和改进来满足国家坚强智能电网对配变监控终端实时性,低成本,高精度的要求。

针对国家电网对配变监控提出的更高层次的要求,本文对新型的配变监控终端进行了新的研究与开发。

1、系统整体设计方案

此次智能配变监控终端设计的整体思路是硬件主体电路部分采用基于ARM和D SP的主从结构,最前端信号采集以FPGA芯片为核心,主要完成现场传感数据信号的A/D转换及信号提取以及产生主从处理器H PI接口电路的时序,FPGA把得到信号传给专门的DSP芯片进行相关的处理。此次设计的主要思想以模块的方式替代了原先繁琐的采样电路+专用芯片+主控CPU的繁琐设备,系统的集成化更高,易于升级和维护,大大节省了成本。同时用专门的DSP芯片对数据进行存储和分析处理,ARM处理器只是完成相关的网络传输和监控管理等任务,不再承担负载的计算任务,这样做既能实现高频信号的精确采集,又能做到运算处理的实时性和与准确性,系统稳定可靠。同时考虑到配变监控终端网络化的要求,利用GPRS模块将配变终端连接到比较常用的GPRS网络,通过GPRS网络将配电变压器的相关信号传到中心服务器,得到变压器运行的参数,异常情况的报警,通过这些数据,我们可以对变压器的运行状况进行分析和预测来保证国家电网安全有序稳定的运行下去。

根据以上的描述本系统主要有以下模块构成:FPGA传感信号采集模块,ARM与DSP及其外围电路模块,ARM与DSP接口电路模块,GPRS模块。系统整体架构图如图1所示。

2、传感信号采集及通信接口设计

本部分设计是本系统设计最困难的一部分,也是本系统最有特色的一部分,本文将着重介绍。

2.1 信号采集系统设计

数据采集控制由DSP通过FPGA完成现场传感数据信号的A/D转换及信号提取。由于DSP运行速度非常高,为减少DSP的等待时间,A/D换电路与DSP之间需要加数据缓冲器使相对低速的数据采集和高速芯片DSP相匹配。FPGA芯片采用选择Altera Cyclone系列的可编程逻辑芯片EP2C8Q208,该芯片具有36个M4K的RAM,可以在FPGA内部设计一个16位宽度,4kb深度的FIFO,能够完全满足本系统的缓存要求。DSP芯片采用TI公司的TMS320C6416,主要完成数字信号的分析处理功能。数据采集系统整体架构如图2所示。

由于采集的现场的传感信号的幅度变化范围一般很宽,而一般的A/D转换器输入信号范围相对较窄,所以在进行A/D转换之前,被测信号必须进行处理,才能满足A/D转换的要求,因此现场传感信号在A/D转换之前必须先经过信号调理电路对信号进行预处理。传感信号通过信号调理电路后,便进入A/D转换器进行模数转换。模数转换器是数据采集系统的核心部件,直接关系到系统的系能,经过综合考虑,本系统采用Analog Devices公司的AD9288。它是双通道八位单片模拟/数字转换器,具有内部的采样保持电路,是一款低价格、低功耗、体积小易于使用的优化产品。FPGA芯片EP2C8Q208主要是为DSP提供数据的输入输出接口。FPGA向A/D的寄存器写入控制字,选择A/D的工作模式;然后FPGA内部的锁相环对输入时钟进行倍频,将倍频后的时钟送到外部的锁相环,外部锁相环产生A/D转换器的采样时钟信号,A/D转换器开始模拟信号到数字信号的转换,并将转换后的数据送入FPGA,FPGA内部电路将处理后的数据存储在FIFO中,然后把FIFO中的数据传递给DSP芯片TMS320C6421。

2.2 主从处理器接口电路设计

多处理器平台数据接口设计中,通常可采用RS232、USB、PCI、HPI、共享存储器等通信方式进行互连。本设计采用HPI接口实现主从处理器的通信。HPI(Host-Port Inter face)主机接口,是TI高性能DSP上配置的与主机进行通信的片内外设,通过该接口AR M微控制器可以直接访问DSP。

TMS320C6421的HPI接口是一个16/32位宽的并行端口,它具有两条地址线HCNT Rl[1:0],负责对HPI口的内部寄存器产生寻址。此芯片的HPI口只有三个32位的内部寄存器,分别是控制寄存器LPLC,地址寄存器HPIA和数据寄存器HPID。我们只需对上述三个寄存器进行相应的读写操作就能完成对DSP芯片的访问。HPI口内部有一个用户不可见的EDMA地址产生器和一个八个32位字深的缓冲区负责产生地址和数据调度。

本设计CPU采用三星公司的基于ARM7内核的S3C4510B芯片,由于该芯片并没有完全符合DSP6416HPI接口时序的I/O接口可以直接使用,因此在实践中我们为了最大可能的利用FPGA的资源,以VHDL语言为工具,利用EP2C8Q208产生HPI所需的时序信号HCS,HDS1,HDS2。具体原理如下:C6421的两条地址线与CPU中两条时序和其最相近的两条地址线相连接,HPI的选通由HCS、HDS1、HDS2三根信号线共同作用,最后的HPI使能信号(STROBE)为HDS1异或HDS2后,再与HCS进行与非运算的结果。M为CPU传输结束标识,HPI口HRDY(输出准备好)有效,FPGA向CPU发送M,保证HPI数据正确读出。

3、控制管理部分设计

控制管理部分以Samsung公司的S3C4510B芯片为核心,此芯片内含一个由ARM公司设计的16/32位ARM7TDMl内核。由一块可在系统进行电擦写的Flash存储器芯片ST39VFl601(2 MB)和两块具有较快运行速度的SDRAM存储器芯片K4S641632组成系统存储器。Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等;而SDRA M存储器在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。本系统使用嵌入式操作系统Linux作为软件运行平台,当系统启动后,S3C4510首先从0x0处读取启动代码,完成系统初始化后,程序调入SDRAM中运行,以提高系统的运行速度。

4、数据处理部分设计

本文的数据处理部分以TI公司的TMS320C6421DSP处理器为核心,此处理器采用改进的哈佛结构比传统的冯诺依曼结构具有更高的DSP指令速度,并且具有分离的数据总线和程序总线,片内集成了多个RAM,ROM和多个外设,能够完成复杂的信号处理功能。在本系统中DSP芯片独立于控制管理部分单独工作,主要完成电压,电流,功率等信号的预处理,信号的信息处理包括峰值的变化,频谱的变化,相关电能的计算,同时变压器的相关参数运行不在正常范围之内的时候,DSP芯片可以产生相关的报警的信号。这些参数可以根据FPGA的FIFO控制器产生的HPI接口选通信号传递给CPU,然后CPU通过GPRS模块传给电网管理中心的服务器,我们可以根据这些实时数据对电网的运行质量作出相应的分析和管理并对可能出现的问题作出相应的预测。同时,DS P还能对GPRS传递过来的数据进行解析,根据这些数据我们可以对变压器的相关参数进行修改来保证国家电网能够流畅的无中断的运行下去。

其他硬件设计的部分比较GPRS模块,L CD电路,以及主芯片的外围设计电路部分都是比较常见的在此不再重复。

5、软件设计

软件设计以Linux操作系统为核心主要完成数据处理模块,系统管理和网络通信两个模块的设计。数据处理部分的DSP通过F PGA的FIFO控制器产生的时序信号与AR M主系统进行通信;对采集数据的预处理完成信号处理分析包括电压波形及峰值的变化,电流波形及峰值的变化,功率波形及峰值的变化,以及以上参数数据异常时产生相应的报警信号,在本系统中报警信号主要包括以下几种:过压、欠压、断相、过流、过负荷、电流不平衡、逆相序、中端来电和停电等。本部分主要以中断方式完成信息采集和处理,主要的流程图如图三所示。

DSP的处理程序主要通过TI公司的开发软件CCS2.0进行编写,生成可烧写到Fla sh中的Bin文件。FPGA的编程用Altera公司的软件开发包Quartus II,以VHDL语言为工具,完成逻辑译码,实现DSP和ARM之间的通信所需的全部时序。

主处理器S3C4510B部分的设计采用了16MB的SDRAM和2MB的Flash,系统的B oot loader主要完成CPU寄存器的初始化和内存空间的映射,系统的驱动程序主要实现了应用程序访问设备文件所使用的接口函数,同时开发了相应的程序模块来完成系统管理和与GPRS模块的通信过程,在这里就不一一阐述了。

6、结语

本系统采用了目前常用的ARM芯片,D SP及FPGA技术,ARM作为主处理器完成系统管理及网络通信,DSP芯片独立于控制管理部分主要完成交流信号的处理功能,F PGA主要完成交流信号的采集和A/D转换同时完成ARM与DSP的接口配置。此次设计的配变监控终端用于检测变压器的运行参数并提供相应的报警信号将会大大促进我们坚强电网计划的发展,同时DSP和FPG A都是可编程成的,系统的重配置和升级基本只需在软件端就可以,大大降低了推广的成本,必将产生非常大的社会和经济效益。

参考文献

[1]路小军,吴在军,郑建勇.基于GPRS通信技术的新型配变远程监控系统[J].电力系统及其自动化学报,2005,17(3)82-86.

[2]杨建,张慧慧.基于DSP和ARM的网络化数据采集与信号分析终端[J].计算机工程,2006,32(4)69-72.

[3]李如雄,林梅金.基于GPRS网络的配变监控终端的的设计[J].微计算机信2006,22(3)146-148.

[4]清源科技.TMS320C54x DSP硬件开发教程[M].北京:机械工业出版社,2003.

[5]谢大为,杨晓忠.配变监控终端在配电自动化中的应用[J].现代电力,2009,19(6):70-75.

配电变压器监测终端 第4篇

随着配电系统的迅猛发展,配网系统对于自动化程度的要求越来越高。配电终端在线监测技术集测量控制技术、通信技术、计算机技术于一体,其目的是对配电终端的运行情况进行监视、测量,及时排查配电终端发生的故障,保证配电终端的稳定运行,同时减少工作人员对配电网终端设备运行情况的监视,使得配电系统的运行更加安全可靠。当前,智能终端在线监测技术在变电站中的应用已经相当成熟[1],而在配电网中的运用还停留在研究阶段,需要解决的问题主要有:

(1) 与变电站相比,配电系统中的终端设备数量繁多,故相应的配电终端监测所产生的信息量比变电站也多得多。这就对传输信息的通信系统提出较高的要求。

(2) 传统的通信规约只解决了数据传输的问题,数据之间的关联性不强且数据缺乏描述信息。

(3) 配电系统在线监测系统缺乏统一的技术标准,使得不同设备之间难以实现互操作性。

(4) 需要达到安全性、可靠性、及时性的要求。

目前,传统的配电自动化系统只实现了配电主站与配电终端之间数据的传输,配电主站通过终端上传的“三遥”数据实现对配电线路运行状态的监测[2]。而对于配电终端本身的运行状态,并没有成熟的在线监测实现方案。目前主要通过人工方式进行终端运行信息的采集和处理,这种方式可靠性不高,缺乏自动控制功能且达不到实时性的要求,特别是当配电终端自身发生故障时,配电主站无法做出及时的处理。如果出故障的配电终端没有被发现并得到及时的维修或更换,就会导致主站系统失去对相应一次设备的实时监测。

本文提出基于IEC 61850 的配电终端在线监测系统,将IEC 61850 的建模思想运用到配电终端在线监测智能电子装置IED(Intelligent electronic device) 的建模中,选取合适的逻辑节点对配电终端的在线监测功能进行建模。同时,对于配电终端描述信息发生变更的情况,提出一种基于104 规约扩展的方法,实现主站侧监测系统实时修改终端描述信息的功能,并给出相应的算法。

1 配电终端在线监测实现方案

1.1 配电终端在线监测功能

配电终端是用于配电网的各种远方监测、控制单元的总称。根据监控对象的不同, 配电终端可以分为三类,分别为馈线终端(FTU)、配变终端(TTU)、站所终端(DTU)[3]。配电终端监测的一次设备有断路器、重合器、负荷开关、电压互感器、电流互感器等。

配电终端在线监测系统通过通信接口与配电终端建立通信连接,如图1 所示。

配电终端在线监测可以实时获取配电终端的“三遥”数据、继电保护设备的定值、终端设备的实时状态( 温度情况、电池工作情况以及采样模块、控制模块的工作状态等) 及一次设备的气体、液体绝缘信息等。然后对采集到的数据进行处理,实现对配电终端运行状态的实时监测。并且还可以实现对配电终端的远程控制操作功能,如远程遥控修改保护定值。另外,配电终端的在线监测还应该包含时钟校准功能、故障报警功能、事件顺序记录功能以及修改终端描述信息的功能。因此配电终端的在线监测对配网的安全稳定运行具有重要的作用。

1.2 监测参数

根据以上对配电终端在线监测功能的分析,总结出需要监测的参数。如表1 所示,需要监测的参数分为电量参数和非电量参数。其中电量参数包括三相电压、三相电流、功率、电池电压、电池电流等,非电量参数包括设备温度、气体温度、气体压力、气体密度、保护定值、时间、次数等[4]。

1.3 配电终端在线监测功能模块介绍

目前,随着物联网概念的提出,以及计算机技术、通信技术、传感器技术的发展,配电自动化系统中的终端设备和各种电力设备日益形成一个互联互换的整体。为了解决配电系统中终端设备数量繁多、通信规约各异、难以实现互联互换的问题,提出一种基于IEC 61850 规约的配电终端在线监测系统,如图2 所示。

各种需要监测的量通过传感器采集并传送给相应的配电终端。利用IEC 61850 标准对配电终端的在线监测功能进行建模,形成在线监测逻辑设备,并通过特殊通信服务映射将模型映射到IEC 60870-5-104 通信规约中,从而实现配电终端在线监测量与主站侧在线监测系统的交互。然后在线监测系统通过将接收到的终端在线监测数据与数据库系统中的历史数据比较并进行综合分析,得出终端设备的即时运行状态,并在运行显示模块中显示出来,如果发现终端设备出现故障,要及时发出告警。

2 在线监测系统终端模型

2.1 IEC 61850规约在监测系统中的运用

终端信息模型和信息交换机制的统一是解决终端数据缺乏描述以及不同厂商设备之间难以实现互操作问题的关键[5]。IEC 61850 规约将面向对象的思想运用到终端设备的建模中,逻辑节点是面向对象建模的关键部件,配电终端在线监测系统各种功能和信息模型的表达都归结于逻辑节点中实现。逻辑节点中包含各种类型的数据以及数据属性,具有公用特性或共同特征的逻辑节点被划分为逻辑设备,例如在线监视逻辑设备便由实现在线监测功能的各种逻辑节点组成。

采用IEC 61850 分层分类的建模方法,将配电终端用于通信交换的数据信息建模为分层的信息模型。该模型中包含服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性五个层次。下面部分重点讨论在线监测功能的建模。

2.2 配电终端在线监测模型

如图3 所示是配电终端在线监测模型。逻辑设备里包含在线监测功能所需要的逻辑节点。其中,MMXU和TVTR完成线路电压的监测,MMXU和TCTR完成线路电流的监测,开关状态的监测使用CSWI和XSWI逻辑节点[6]。线路电压、电流以及开关状态的波动会记录在扰动记录逻辑节点(RDRE) 中。其中扰动记录功能被分解为两个逻辑节点类,一个是模拟量通道逻辑节点类RADR,另一个是状态量通道逻辑节点类RBDR。这个功能的输出引用“电力系统瞬态数据交换IEEE标准格式(COMTRADE)”(IEC 60255-24)。扰动记录由多个逻辑装置构成,每个通道有一个逻辑节点RADR或RBDR实例。例如,图中的线路电压、电流扰动会记录在RADR逻辑节点中,开关状态扰动会记录在RBDR逻辑节点中。另外,逻辑节点PTTR( 过热)、ZBAT( 电池)、SIMG( 绝缘气体监视)、SIML( 绝缘液体监视) 归结于装置状况监视功能里,用来实时监视终端设备的自身工作状态,如果出现故障运行状态,应该立即发出告警通知配电主站。其中单个告警在相应逻辑节点中产生,例如逻辑节点MMXU给出计量告警。逻辑节点CALH允许创建成组预告和告警。用于计算成组预告/ 告警的单个告警从其它逻辑节点获得。

2.3 基于IEC 61850的终端配置文件编写

配电终端在线监测模型部分描述如下所示,该文件采用SCL语言,IED描述部分分为<Private>、<Services> 以及<Accesspoint> 三部分。其中,<Private> 部分用于存放各装置厂商对SCL语言的私有扩展信息。<Services> 部分用于描述该IED提供的ACSI服务类型。<Accesspoint> 部分用于存放IED的分层信息模型,包括服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据属性[7]。

3 自描述信息实时更新模型

3.1 自描述信息实时更新功能

自描述信息实时更新功能在配电主站在线监测系统里实现。系统运行时由主站端主动查询终端装置的描述信息,判断终端上送的描述信息与主站中原有信息是否一致,提示描述修改信息,并将描述信息导入主站数据库,自动更新主站界面的描述,实现自描述信息实时更新功能。

3.2 自描述信息实时更新逻辑节点

为了实现自描述信息实时更新功能,参考IEC 61850-7-4 中逻辑节点扩展规定,创建自描述信息实时更新逻辑节点CTIU[8]。每个CTIU只能监视一个配电终端设备的描述信息并对主站信息库进行实时更新,如果要监视并更新多个配电终端设备的描述信息,可以使用多个CTIU。

CTIU逻辑节点需要包含的状态信息有:启动、动作、终端编号、主站上电提示、终端上电提示、告警。需要的定值信息包含:启动延时、动作延时、终端名称。CTIU逻辑节点的具体信息如表2 所示。

CTIU继承公用逻辑节点类全部指定数据并根据相关功能做出了相应的扩展。其中,DTID定义了系统检测的终端编号,Mpower和Tpower分别记录配电主站和终端的上电情况,ALM定义了配置更改告警。CTIU逻辑节点通过监测主站或终端的上电情况启动。

3.3 基于IEC 60870-5-104的扩展报文

由于104 规约本身没有定义用于传输信息模型等服务类的报文[9],故可以在104 规约中扩展一种应用数据服务单元ASDU,采用八位位组串作为数据类型,传送对应信息体的描述。终端装置在与主站连接后,将装置的描述信息按照信息对象地址排列,等待主要召唤命令。

遵循104 规约对报文格式的基本定义,扩展了主站召唤终端描述和终端应答这两种报文格式。扩展报文的类型标识为A0H,终端应答报文的每个信息体的数据类型是八位位组串,由终端控制每帧报文上送的信息对象的个数,其余的报文格式与104规约中的要求相同[10]。

3.4 主站侧实时更新终端描述的算法

如图4 所示,主站获取终端描述时使用的传送原因是总召唤。

当主站系统重启时或者当主站判断出配电终端装置为重新上电时,发送召唤终端描述的报文,终端装置收到召唤报文后将装置所有的信息对象描述按地址排列好,依次将描述送至主站,完毕后发送响应结束报文。系统正常运行过程中主站系统不再召唤终端装置描述信息,终端装置也不主动发送描述信息。

主站针对接收到的终端装置描述,按照终端装置在主站数据库系统中的地址检索出原有的信息对象描述,如果原先没有描述,则将本次描述的全部信息按照信息对象地址录入数据库中,并将信息对象地址与系统监视画面关联;如原先有描述,则依次比较每一个信息对象地址的描述是否一致,如不一致则需要更新该信息对象地址下的描述信息,并且自动更新系统监视画面中该信息对象地址的描述,同时所有不一致信息保存为一个配置更改文件,发送配置更改告警信息,从而完成配电终端装置的自描述信息实时更新功能。

4 结语

配电变压器监测终端 第5篇

关键词：配电网,自动化系统,配电终端,规划

配电自动化系统是电力行业不断发展的产物, 其可以实现电力系统的稳定运行, 可以检测到故障位置, 有利于提高故障检修的效率。实现配电网的自动化运行, 可以提高供电的可靠性, 我国配电网自动化技术在不断发展的过程中, 技术越来越完善, 但是配电自动化系统规划设计却存在较大的问题, 规划人员在配电终端配置数量方面, 存在配置不合理的问题。为了实现电网的稳定运行, 规划人员应综合考虑影响因素, 合理确定终端配置的数量。

1 基本原理

1.1 配电终端模块。

配电终端模块是指对单台开关进行监控的虚拟装置, 其有着两种类型, 一种是二遥终端模块, 另一种是三遥终端模块。二遥终端模块具有故障上报、电流遥测的功能, 但是不具备遥控的功能。二遥终端模块中安装了故障指示器, 一个模块对应了3台故障指示器, 其类型有着一定差别, 有架空型, 也有电缆型, 架空型多安装在柱上开关的位置, 电缆型多安装在环网柜上。三遥终端模块具有遥测、通信及遥控的功能, 其功能的实现需要借助馈线终端单元 (FTU) 。三遥配电终端模块一般对应一个馈线终端单元、一个站所终端单元。馈线终端单元具有监控的功能, 对配电自动化系统的运行有着促进作用。

1.2 配电终端模块配置。

在一条馈线上, 设有多个用户, 设用户的数量为n, 馈线的总负荷为P, 配电终端模块上安装了足够多的开关, 在配电终端模块安装了具备N-1能力的开关, 设馈线故障率为F, 故障处理时间为T, 维护模块的费用为C。现拟选取k个分段开关安装配电终端模块, 馈线可分为k+1个区域。当配电自动化系统的某一区域发生故障, 其他区域维持供电, 电力系统的收益可以用以下公式表示:

所以, 当配电终端数量增加后, 收益增加反而会愈加不明显。不同区域的电力系统负荷并不均匀, 假设各个区域负荷分布均匀, 负荷的大小为P/ (k+1) , 则安装k个配电终端模块的收益可以表示为:

由上式可知, 配电终端数量增加, 配电系统的收益增加反而不明显。从投入产出的角度出发, 分段开关安装配电终端模块的数量最好是1, 这样可以保证投入产出比的最大化。在规划配电终端模块的数量时, 应以保证供电的可靠性为原则。从供电可靠性的角度分析配电终端模块配置, 假设配电系统不同区域的用户分布均匀, 馈线安装k个终端模块, 将其分为k+1区域, 每个区域中有n/ (k+1) 用户, 故障处理的时间为T。

T=t1+t2+t3

t1表示区域查找故障的时间, t2表示人工故障区域隔离的时间, t3表示故障修复的时间。在配电自动化系统中, 一般安装会安装三遥终端模块, 其功能比较多, 可以实现遥测, 有利于提高配电系统的自动化程度。通过实践证明, 采用三遥终端模块后, 供电的可靠性大大提高了, 故障修复的时间也大大缩短了。如果配电自动化系统安装的是二遥终端模块, 则不需要改造开关, 其通信功能是靠GPRS技术实现的, 这种安装方式可以降低电力系统的建设费, 有利于及时恢复配电网的正常运行。在故障修复时, 花费的时间比较长, 区域内停电的时间比较长, 影响了用户的正常用电, 所以二遥终端模块比较适合规模较小的电网。

1.3 安装电流型用户分界开关。

对于故障率比较高的配电自动化系统, 规划人员为了减少故障带来的影响与损失, 可以采用安装电流型用户分界开关的方式, 这可以减少大面积停电现象的出现。有的配电系统, 用户侧故障率比较高, 这容易造成馈线停电, 在安装用户分界开关后, 可以实现对电网的保护, 在发现故障后可以及时切断, 不会影响其他用户的正常用电。在保证供电可靠性的同时, 有效减少了馈线故障率。在配电自动化系统中, 还可以采用二遥与三遥结合的终端模块, 这比较适合规模较大的电网, 可以实现配电系统的自动化运行。采用这种混合的模式, 还需要安装分段开关, 由于二遥终端模块不具遥控的功能, 所以, 在选择配套表1 60条大主干布置全电缆馈线在2种典型设施时, 需有所区分。混合模式应满足供电可靠性的要求。

2 算例分析

2.1 从投入产出比的角度分析

从投入产出比的角度分析, 除了联络开关全部安装配电终端以外, 每条馈线仅安装一台配电终端, 将其分为2个区域的投入产出比是最高的。但是, 这样的规划却不能全面满足供电可靠性的要求。

2.2 从供电可靠性的角度分析

假如在每个由“三遥”终端模块划分出的区域分别安装1个“二遥”终端模块, 每条馈线需要不少于2个“三遥”终端模块和3个“二遥”终端模块。对于大主十布置的60条电缆馈线, 由于每台DTU对应1个“三遥”终端模块, 因此其在2种典型配置方案下的总投入见表1。

结语

通过分析发现, 每条馈线配置1个配电终端, 并将馈线分为2个区域, 可以实现配电终端配置投入产出比的最大化。为了保证供电的可靠性, 规划人员可以采用三遥配电终端的方法, 确定供电可靠性指标, 缩短故障修复的时间, 降低故障率。对于故障率比较高的配电系统, 可以安装分界开关, 这可以有效的切断故障的干扰, 可以降低故障的影响。本文对配电自动化系统中配电终端配置数量规划方法进行了介绍, 只有合理确定配电终端配置数量, 才能保证电网运行的稳定性, 才能保证电力企业正常运行, 降低配电自动化系统运行的成本, 提高电力企业的经济效益。

参考文献

配电自动化终端后备电源选型探讨 第6篇

配电自动化终端后备电源原理

配电自动化终端后备电源主要包括铅酸蓄电池、胶体电池, 以下对两种类型后备电源原理及特点进行分析。

铅酸蓄电池

铅酸蓄电池是传统的储能装置, 被广泛用于经济生活的各个方面。主要由正极板、负极板、硫酸、隔板、槽、盖组成, 正负极分别焊成集群。根据需要, 单体电池相互串、并联, 构成具有一定拓扑的电池组。铅酸蓄电池具有能量密度高、技术成熟、通用性好、成本低等特点, 也存在对环境造成污染、受温度影响大等问题。

胶体电池

胶体电池出现于1890年, 它以乳白色半透明的凝胶状电解质代替硫酸液体电解质。实验和工业实践证明, 硫酸液胶体化后能呈现许多跟溶液状态不同的性质, 运用得当可改善蓄电池的性能。胶体电池具有较强的深放电性能;温度适应性较好;比普通铅酸蓄电池更安全环保。同时, 也存在一些不足, 如电池的成本高, 内阻相对较大, 大电流放电能力不如铅酸蓄电池, 初始容量比铅酸蓄电池略低等。

配电自动化终端后备电源现场应用情况

长沙配电自动化区域内的“三遥”站所终端 (DTU) 采用两台12VDC蓄电池串联成24VDC电源作为后备电源, 现场投运两年多时间, 经历了潮湿、高温等恶劣环境。测试组共对现场35台DTU终端的后备蓄电池的浮充电压和内阻等参数开展测试, E品牌胶体电池18台, P品牌铅酸蓄电池32台, Y品牌铅酸蓄电池20台, 共计70台蓄电池, 具体测试数据如表1所示。

蓄电池内阻分析

E品牌胶体蓄电池内阻分析

E品牌胶体蓄电池现场测试内阻分布图如图1所示。

E品牌蓄电池标称内阻为25 mΩ, 现场测试共计18台, 最大内阻为26.491 mΩ, 最小内阻为16.55 mΩ, 平均内阻为20.59mΩ。超出蓄电池标称内阻的蓄电池有1台, 占总数的5.56%;发生膨胀蓄电池有14台, 占总数77.78%;发生负极板硫酸盐化2台, 占总数的11.11%。

P品牌蓄电池内阻分析

P品牌蓄电池现场测试内阻分布图如图2所示。P品牌蓄电池标称内阻为11 mΩ, 现场测试共计32台, 最大内阻为13.919mΩ, 最小内阻为11.343 mΩ, 平均内阻为12.31 mΩ。32台蓄电池样本均超出标称内阻。32台蓄电池均发生不同程度膨胀;发生漏液1台, 占总数的3.125%;发生膨胀或漏液蓄电池占总数100%。因内阻过大, 无法测试其内阻值的蓄电池2台, 占总数的6.25%, 可认为此蓄电池已经损坏, 需进行更换。

Y品牌蓄电池内阻分析

Y品牌蓄电池现场测试内阻分布图如图3所示。Y品牌蓄电池标称内阻为12 mΩ, 现场测试共计20台, 最大内阻为51.385mΩ, 最小内阻为9.571 mΩ, 平均内阻为14.58 mΩ。其中5台蓄电池样本超出标称内阻, 其中3台蓄电池内阻超出标称内阻的2倍。无蓄电池发生膨胀, 发生漏液蓄电池1台, 占总数的5%;发生膨胀或漏液蓄电池占总数5%。

蓄电池配套电源管理模块配置

E品牌、P品牌、Y品牌蓄电池配套的电源管理模块均为FTU-D300-2424-N或FTU-D300-2424-W型号, 电源管理模块参数整定包括浮充电压和充电电流, 如表2所示。

按照国标要求[1], 铅酸蓄电池正常三段式充电过程要求如下:

(1) 恒流限压充电:采用I10电流进行恒流充电, 当蓄电池组端电压上升到 (2.30~2.35) V×N限压值时, 自动或手动转为恒压充电。

(2) 恒压充电:在 (2.30~2.35) V×N的恒压充电下, I10充电电流逐渐减小, 直到充电电流减小至0.1 I10电流。

(3) 浮充充电:当充电电流减小至0.1 I10电流后, 电源管理模块将自动转为正常的浮充电运行, 浮充电压值宜控制为 (2.23~2.28) V×N。

现场后备电源运行分析

现场运行环境比较差, 部分普通铅酸蓄电池与胶体电池出现不同程度的膨胀或负极酸化。因内阻过大无法测试其内阻值, 需要进行更换的蓄电池, P品牌占比6.25%, Y品牌5%, E品牌为0。

分析其主要原因有:

(1) 浮充电压和充电电流设置不合理。现场E品牌和P品牌蓄电池充电的充电电流均设置为3A, 均大于I10 (2A) , 充电电流过大, 特别是高温条件下, 缺乏对蓄电池浮充电压和电流的适当调节, 导致蓄电池长期处于过度浮充状态, 以致内部温度偏高, 出现膨胀变形或负极酸化。

(2) 现场运行环境恶劣。一般来说, 铅酸蓄电池理想的运行环境为20~25℃, 而在户外柜体中, 夏天温度达到50~60℃, 冬天温度则在零度以下, 且春夏湿度大, 加剧了铅酸蓄电池膨胀、负极板硫酸盐化等现象。

(3) 蓄电池运行维护不当。大部分在运配电终端配置的蓄电池缺乏基本的运行维护, 未设置定期活化, 长时间处于浮充状态加剧了蓄电池损坏。

配电自动化终端后备电源需求分析

配电自动化终端后备电源容量的大小, 取决于终端设备的整机功耗, 由配电终端设备、通信设备、电源管理模块和操作一次设备所需功耗决定。据国家电网公司《配电自动化终端技术规范》可知, “三遥”DTU在所有终端中功耗最高, 为20VA。

对于一次设备功耗计算, 经过对多家环网柜和柱上开关分合闸功率和储能功率进行录波比较, 选取具有代表性的弹簧操作机构断路器和负荷开关间隔分合闸过程电压电流进行录波, 分析如下。

负荷开关合分闸过程电源录波分析

对现场负荷开关配套间隔进行操作的录波如图4所示, 考虑电源管理模块在交、直流转换时功率的消耗, 因此对电源管理模块的输入电流、电压进行录波分析。

负荷开关分合闸是通过弹簧机构传动的方式, 推动开关主触头分闸和合闸, 合闸启动电流大约在2~3工频周波, 瞬时功耗大, 约为220V×4A=880VA, 弹簧机构传动时间一般持续2~3s, 传动过程平均功耗为:220V×1.7A=374VA;负荷开关分闸原理与合闸相同, 动作过程功耗与合闸基本一致。

断路器合分闸过程录波波形

现场对断路器间隔分合闸操作过程中电压电流录波如图5和图6所示。断路器合闸、分闸过程时间很短, 大约在2~3个工频周波, 瞬时功耗大, 约为220V×5.3A=1164VA。断路器合闸后, 储能机构所耗电能如图5所示, 断路器储能过程一般持续3~5 s, 储能机构平均功耗 (含电源管理模块) 为:220V×1.6A=350VA。

因此, 对于典型的两负荷开关两断路器环网柜而言, 负荷开关分闸功耗最大, 断路器合闸功耗最大, 考虑裕度, 进行后备电源容量选取时, 将四间隔环网柜按照4个断路器合闸、4个负荷开关分闸进行计算。

配电自动化终端后备电源容量设计

以DTU采用EPON通信方式, 一次设备采用断路器合闸、负荷开关分闸为例对终端设备后备电源的容量进行计算。

DTU装置功耗

由《配电自动化终端技术规范》规定“三遥”站所终端最大功耗为20VA。

通信设备功耗 (EPON ONU)

结合相关标准和EPON主流设备厂家的标称值, ONU额定功耗不应大于10VA, 瞬时最大功耗不应大于15VA。

电源管理模块和断路器分合闸功耗

一次设备分、合闸操动机构功耗, 开关厂家提供的典型储能机构储能时间为小于5s, 取上限5s。

断路器合闸

(1) 合闸瞬时所耗电能:W1=1164VA×0.1s=116.4J;

(2) 断路器合闸后储能机构所耗电能:W2=350VA×5s=1750J;

因此断路器合闸所耗电能之和为:WHZ=W1+W2=1866.4J;

负荷开关分闸

(1) 负荷开关分闸启动瞬间所耗电能:W1=880VA×0.1s=88J;

(2) 负荷开关分闸传动所耗电能:W2=374VA×3s=1122J;

因此断路器分闸所耗电能之和为:WFZ=W1+W2=1210J。

按单个DTU控制8间隔环网柜的最大配置计算, 停电后保证一次设备分—合—分操作, 所需电能为:

二次柜体整体功耗计算

配电自动化二次柜体采用48VDC后备电源, 断电后运行4小时, 整体功耗为:

其中, PD为DTU平均功耗, PC为通信设备平均功耗, t为运行时间。附柜所需电流有效值为:

以蓄电池常用的10倍率容量, 换算成蓄电池容量为:

如果是FTU, 按照《配电自动化终端技术规范》要求FTU装置的功耗应该不大于15VA, 按上述方法计算二次附柜停电后正常运行需要的蓄电池容量为2.5Ah, 其他类型配电终端可依此方式进行计算。

后备电源瞬时输出功耗分析

由图5、图6可以看出, 开关瞬时动作最大功率约为Pmax=220V×5.3A=1164VA, 持续时间约为2个周波, 即40ms。对应直流侧瞬时最大电流为:

参考GB/T 19638.2—2005《固定性阀控密封式铅酸蓄电池》规定, 蓄电池必须满足在20~25℃环境下以30 I10 (A) 的电流放电3min, 按现在配电自动化区域常规配置的C10为20Ah, 则30 I10=60A。铅酸蓄电池满足直流侧瞬时最大功率的需求, 且在实验室对铅酸蓄电池大电流放电能力进行了实验验证。

配电自动化终端后备电源比对性试验

后备电源比对性测试项目

为使实验结果具有可比性, 将现场蓄电池拆回实验室, 对相同型号新旧蓄电池进行端电压均衡性能试验、容量性能测试以及内阻测试, 蓄电池参数及编号见表3、表4。

主要测试项目包括:

(1) 端电压均衡性能试验

环境温度为25℃, 分别测试蓄电池组开路电压:初始开路电压、蓄电池组完全充电后开路电压、充电完毕并静置12h后开路电压。对于标称12V的蓄电池, 完全充电并静置12h后的端电压差值应不大于100m V;长期处于浮充状态的蓄电池端电压差值应不大于480m V[2]。

(2) 容量性能测试

蓄电池经完全充电后, 静置12h, 在环境温度为25℃时进行核对性放电试验。

a.使用3h率放电电流 (I3=0.25 C10) 进行放电, 当单个蓄电池电压降至10.8V时终止, 记录放电持续时间t并计算放电容量Ct=I3×t (Ah) , 3h率放电的放电容量应不小于0.75 C10。

b.使用1h率放电电流 (I1=0.55 C10) 进行放电, 当单个蓄电池电压降至10.5V时终止, 记录放电持续时间t并计算放电容量Ct=I1×t (Ah) 。1h率放电的放电容量应不小于0.55 C10。

(3) 内阻测试

环境温度为25℃, 分别测试蓄电池完全充电后内阻, 充电完毕并静置12h后内阻以及放电试验后内阻, 比较内阻的变化。

后备电源比对性测试结果分析

测试数据以3h放电容量、同品牌新旧蓄电池各两台测试结果进行分析, 如表5~表7所示。

端电压均衡性能测试分析

P品牌、Y品牌铅酸蓄电池与E品牌胶体电池电压一致性均满足标准标称12V的蓄电池, 完全充电并静置12h后的端电压差值应不大于100m V, 长期处于浮充状态的蓄电池端电压差值应不大于480m V的要求。

容量测试分析

(1) 测试中, P品牌和Y品牌铅酸蓄电池新旧电池放电容量一致性好。

P品牌新旧电池1h率和3h率放电电流释放的容量分别为14.31Ah和20.01Ah左右, 均符合放电容量应满足0.55 C10 (13.2Ah) 和0.75 C10 (18Ah) 的要求。

Y品牌新旧电池1h率和3h率放电电流释放的容量分别为18.18Ah和23.41Ah左右, 均符合放电容量应满足0.55 C10 (13.2Ah) 和0.75 C10 (18Ah) 的要求。

如表6所示, P品牌旧电池PO1、PO2的3h放电容量为21.19Ah, 超过要求值16.5Ah的28.42%, 放电时间甚至超过新电池PN1和PN2。如表7所示, Y品牌旧电池YO1、YO2的3h放电容量为23.41Ah, 超过要求值16.5Ah的30.05%, 放电时间甚至超过新电池YN1和YN2。

(2) E品牌新旧胶体电池在容量性能测试中呈现一定差异性。

E品牌新电池1h率和3h率放电电流释放的容量分别为14.01Ah和16.91Ah左右, 放电容量均符合0.55 C10 (11Ah) 和0.75 C10 (15Ah) 的要求。

E品牌旧电池1h率和3h率放电电流释放的容量分别为10.21Ah和13.45Ah左右, 未达到放电容量应满足0.55 C10 (11Ah) 和0.75 C10 (15Ah) 的要求。

内阻测试分析

(1) P品牌和Y品牌铅酸蓄电池与E品牌胶体电池内阻, 完全充电内阻RO和放电后RE均有不同程度升高, 新旧电池表现基本一致。P品牌蓄电池放电后内阻较完全充电内阻RO, 从12 mΩ上升至27mΩ, 上升幅度125%;Y品牌蓄电池从平均11mΩ上升至平均20mΩ, 上升幅度81.82%;E品牌蓄电池从平均20mΩ上升至平均30mΩ, 上升幅度150%。

(2) 相同品牌新旧电池内阻之间的差异, 需结合配电自动化终端后备电源现场应用情况进行说明。现场运行部分蓄电池内阻较之标称内阻偏差较大, 超出标称值30%的P品牌电池占比10%, Y品牌占比15%, E品牌胶体电池占比5.5%。E品牌胶体电池内阻较之P品牌和Y品牌铅酸蓄电池而言, 具有更好的内阻稳定性。

配电自动化终端后备电源选取和运维建议

通过对现场已投运和新购置的铅酸蓄电池、胶体蓄电池的性能测试和综合分析, 提出配电自动化终端后备电源配置及运维建议如下:

(1) 结合各地的温度、湿度等天气特点, 有选择性地选择后备电源的类型;对于我国南方高温、高湿特点地区, 综合环境特点和后备电源性价比, 对于“三遥”型配电终端建议优先考虑采用阀控式铅酸蓄电池。

(2) 配电自动化终端后备电源容量可参照本文方法计算并留取一定余量选取。

(3) 定期检查电源管理模块运行参数是否在合格范围内, 浮充电压、充电电流应结合蓄电池容量进行选择, 应采用浮充电压、充电电流的下限值设定, 是否有故障告警信号。

(4) 在电源管理模块配置蓄电池活化电阻, 关注蓄电池内阻, 偏差超过额定内阻值30%应跟踪处理, 超过额定值或超过投运初始值50%的应进行活化或充放电处理。

(5) 加强后备电源在线监视, 对蓄电池端电压、充放电电流、内阻等关键指标进行实时监测, 及时掌握后备电源运行情况。

(6) 温湿度对后备电源的关键性能影响大, 需要开展先进高效制冷 (或加热) 、除湿技术研究, 控制后备电源箱体温度、湿度恒定。

摘要：本文结合长沙配电自动化系统, 对现场配电自动化终端、通信终端、一次设备操动机构、电源管理模块的功耗进行分析, 对铅酸蓄电池、胶体蓄电池等配电自动化终端后备电源进行实测, 将现场运行两年以上蓄电池与同型号新产品进行比对性测试, 对电源的运行情况和性能指标进行分析, 为配电自动化终端后备电源系统的配置和选择提供依据。

参考文献

[1]GB/T 19638.2—2005, 固定型阀控密封式铅酸蓄电池[S].

配电变压器监测终端 第7篇

电力系统低压配电网的运行和管理的水平相对比较落后, 大量依靠人工对电网运行状态进行监测和管理。同时由于电力系统运行状态并不是恒定不变的, 而是时时刻刻都在难以预料的、复杂的变化, 电气参数值多, 数量庞大, 易受到环境和现场条件的影响, 难以进行精确的、实时的测定。为解决上述问题, 本次设计采用了电量变送器实现了对各种电参量的实时的、自动的、多功能的检测和控制, 采用现场通讯技术, 有益于信息的采集和传输, 便于使用控制器集中管理。本文主要是研究智能电量变送器在低压配电电网中的应用, 解决了现阶段测量设备的精确度、稳定性和适用场所及条件的各方面的限制, 跟随当前先进的技术和智能仪器的发展潮流, 对现场的各变量参数进行精确的测量和传送, 免除了人工测量数据所带来的必然性和偶然性的误差, 利用计算机技术、传感器技术、网络技术与测量、测控技术的结合, 使网络化、分布式测控系统的组建更为方便。利于电力系统运行和管理的自动化和规范化, 使当前国内国际的先机的技术和管理应用到电力系统中, 使电力系统得到更加的迅速和蓬勃的发展。

2 系统结构设计

本系统智能变送器的硬件电路设计包括CPU主机及其基本系统, 电量信号输入输出接口 (仅设计交流部分) , A/D转换电路, A/D转换启动及锁相倍频电路、I/O输出输入接口等的设计。具体原理图参见图1。

3 硬件电路设计

3.1 交流电压、交流电流输入回路。

三相交流电压分别通过三只电压互感器变换为振幅为2.2V的交流电压信号。电压互感器变比为100:1, 准确进度为千分之一。三相交流电流经过电流互感器, 在经过电流电压电路, 变换成幅度为2.2V对应于交流5A输入的交流电压互感器、交流电流互感器的变比为500:1, 电流、电压变换电路为0.22V/mA, 考虑到电流输入动态范围大, 选用准确度为万分之五的电流互感器, 仪用差分放大器, 电流跟随器, 及用高精度运放OP37及RC滤波电路构建I/V变换电路, 电路电压输出接到A/D转换器的模拟信号输入端。电流通道具有与电压通道类似的模拟信号前端电路。不同之处, 就是在电路前端加接50Ω的采样电阻, 把电流传感器输出的电流信号转换为电压信号。电压通道的模拟信号前端电路。

3.2 A/D转换电路。

为了达到整机精度要求, 且具有外部触动启动A/D转换功能, 选用外接高性能A/D转换器MAX180。MAX180转换, 它的内部结构有两部分组成, 一部分为模拟电路, 含高性能的12位D/A转换器, 参考电压源、采样保持电路;另一部分是数字电路, 由通道控制器、逐次逼近寄存器、A/D转换控制电路、时钟电路、高分辨率比较器和三态输出缓冲电路组成。本芯片工作温度 (0~70℃) 范围内, 具有八个模拟输入通道, 模拟信号输入范围为0~5V单极性或-2.5~+2.5V (双极性) 。芯片的转换速度为100ksps。该芯片与单片机接口电路通过控制片选信号端和写信号端, 可实现外部触发启动的A/D转换功能。

3.3 A/D转换启动及锁相倍频电路。

在高精度电测仪器中, 为了避免高频干扰的影响, 很好地恢复被测信号, 减小误差, 一般采用较高的采样频率。另外, 在电力系统中, 电压和电流中信号主要存在3、5、7次谐波。要准确地复现这些谐波, 也要求较高的采样频率。并且由于实际电网频率有一定的波动, 对于采样型电量变送器要达到高精度, 采样频率必须跟踪电网频率。

锁相环路中压控振荡器的输出频率可以跟踪输入信号的瞬时变化频率, 这就是锁相环的跟踪特性。锁相环路锁定后, 压控振荡器的输出频率和输入信号频率相等。用CD4046锁相环电路实现了采样频率fx对工频频率f的在线自动跟踪, 即满足fx=Nf, 从而保证在一个工频周期内均匀采集256个点 (N=256) , 供分析和计算。锁相同步采样控制电路原理如图2所示。

CD4046 (1) 锁相环内部压控振荡器的中心频率由W1、C1确定, 调整在25650Hz附近, CD4046 (2) 锁相环内部压控振荡器的中心频率设定在256650Hz。工频信号f经过比较器LM311整形后成为TTL电平的工频方波信号, 它与经过8位二进制计数器74LS393进行256分频后的fvco/256信号作相位比较, 然后从PCI (相位比较器) 输出并经RC低通滤波后, 得到控制压控振荡器频率的信号。当锁相环锁定时fvco=256f, A/D转换启动信号的频率为2566f。

4 结论

本系统为低压配电系统电气参数检测系统的研究, 用单片机与电子线路技术设计出了一个电力系统电参量交流同步采样电路, 并将采样数据上传至微机, 用系统机、单片机编程语言和特定的数字信号处理技术对单片机采集的数据进行分析, 实现电参量分析和显示功能。

参考文献

[1]申忠如, 郭福田, 丁晖.电气测量技术[M].北京:科学出版社, 2006.

[2]潘新民, 王燕芳.微型计算机控制技术[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]杨奇逊, 黄少锋.微型机继电保护基础[M].北京:中国电力出版社, 2007.

配变监测计量终端的设计 第8篇

关键词：配电自动化,配电变压器,配电监测终端,计量终端

随着国内电力市场的开放,各家电力公司都在寻求提高公司效率,改善服务、增加客户的途径,通过对配电变压器实时监测计量管理,实现用电监测、电能质量分析、自动抄表、、变压器异常监测和计量设备异常监测并远程报警等功能,这样供电企业就可以更好地为客户提供优质服务;但由于配电变压器分布点多、位置杂乱,负荷也是复杂多变,这给配变管理带来极大的难度,而传统的配电变压器终端装置多采用电缆进行通信,线路复杂,功能简单,无法满足配电自动化系统的要求,因此设计一个时效性好,通信便利,可靠性高的配变监测计量终端具有非常重要的意义。

1 功能需求分析

配变监测计量终端配电变压器监控系统的一个重要组成部分,其应具有电能计量、谐波监测、数据采集、存储功能、级联功能、远程传输、远程抄表、系统安全、系统对时及异常报警等功能。

1)电能计量:具有交流采样计量模功能,计量多时段的正向/反向、有功/无功总电能及四象限无功电能,在指定的时间区间内,还应具有测量最大需量、分时段最大需量及其出现时间;

2)谐波监测:计算N次电压/电流谐波含量及畸变率;

3)数据采集:电能量(A、B、C三相及总电能),实时量(U,I,P,Q,COS$),状态量(A、B、C断相次数和起始时间),A、B、C失压、失流次数和起始时间,其他智能设备数据(电压检测仪、谐波表等);

4)存储功能:提供实时数据,曲线数据,日,月数据,告警事件的存储,其中,日数据能保存最近60日的实时数据,月数据能保存最近六个月的数据,曲线数据是每十五分钟一个数据,能保存最近六十日数据,告警事件能保存最近四百次的事件记录;

5)级联功能:现场多个配变或集中器,通过RS-485接口,可以被配置成抄表模式和级联模式;

6)远程传输:提供GPRS/CDMA/RS232/RS485等多种通信通道,支持停电上报;

7)异常报警:能对异常进行检测,发生异常情况的时候,能够报警,异常情况包括:计量装置门打开、电量差动、功率差动,电压回路逆相序、三相电流反极性,电能表编程时间、时段和费率的更改,时钟异常,电池电压低,电表飞走、停走、示度下降,RS485通讯异常、终端停、上电,负荷过载、电压缺相、断相,无功过补偿、无功欠补偿,电流不平衡、电压过压、零序电流偏大;

8)远程抄表功能:采集RS485、RS232等不同接口类型和不同规约类型的多功能电子表数据,抄表内容包括当前正反有功电量抄度(总、尖、峰、平、谷),当前无功电量抄度(总感性、总容性),有、无功功率,三相电压、电流,当前、上月最大需量(总)及其发生时间及电表时钟;

9)对时功能:有标准时钟接受功能的终端(sms方式)允许每日对电能表校时1次,无标准时钟接受功能的终端每周与表计时钟同步至少2次,对时后的终端与对时时钟时差小于正负3s,正常供电情况下,走时误差不超过正负3s/d;

10)安全功能:终端设置密码:各种参数、修改功率、电量定值等,密码输入错误5次,该项冻结24h,此外,还对通信数据进行加密压缩。

2 系统硬件设计

配变监测计量终端采用高速DSP处理器,通过高精度AD转换器对二次侧电压、电流进行准确的采集、分析、运算,并将记录下的各种数据存储在FLASH中;通过GPRS无线通信技术,将实时测量到的数据传输到远方主站,同时能接受远方主站的遥控遥调命令,如功率控制、电量控制等远程操作。配变监测计量终端硬件结构框图如图1所示,该终端主要由四个部分组成,即计量单元,电源控制,核心板和扩展板。

1)计量单元主要完成对三相电压电流信号采样,该单元主要由高速DSP(TMS320LF2407)、16位AD转换器(AD73360)、电压互感器(Pt204C)和电流互感器(Ct01)组成。

2)电源控制:电源部分是整个系统正常工作的基础,它为处理器和各个部件提供所需的工作电压,本课题中,需要使用5V和3.3V的直流稳压电源,微处理器及部分外围电路需3.3 V电源,5V到3.3V的DC-DC转换器选用电源模块29302。

3)核心板:实现对配电监测终端的控制和管理,包括对采集到的交流电量进行快速傅里叶FFT变换,从中分解出各次谐波电压及电流的幅值及相位,进而计算有功功率、无功功率、视在功率、功率因数及谐波总畸变率等电能参数,包括嵌入式微处理器(TMS320LF2407),GPRS模块(MC55),以太网模块(RTL8039AS),红外口,LED电路,RAM及Flash等电路,GPRS模块负责和无线网路的连接和数据收发;液晶驱动和液晶显示电路完成显示功能,并配合按键可以进行基本参数的设置,终端的接收和发送命令通过移动GPRS/以太网通讯网络来传输的,命令接收经过校验后,进行相应的处理。从而实现遥测、远方读表、数据和异常信息主动上报等功能。

4)扩展板:主要完成系统的上电复位和系统运行时用户的按键复位功能,提供高速程序下载、调试,并支持Flash烧写,通过RS485总线(1200-9600bps)可以读取电能表数据。

3 系统软件设计

为了方便调试,便于移植、维护和扩展,系统软件采用模块化设计,各功能模块相互独立,系统模块主要包括系统初始化、数据初始化、电能计量、谐波监测、数据采集、存储功能、级联功能、远程传输、远程抄表、系统安全、系统对时及异常报警等,在系统运行中由主函数对各个模块进行调用。下面介绍谐波分析模块的设计及实现。

在系统设计中,要求进行谐波分析,综合比较后,采用快速傅里叶FFT采样算法,它能够正确地采样并把谐波分量分解出来。设序列长为N=2M点的FFT,有M级蝶形,每级有N/2个蝶形运算,同一级中,每个蝶形的两个输入数据只对本蝶形有用,每个蝶形的输入、输出数据节点在用一条水平线上,这样,当计算完一个蝶形后,所得的输出数据可立即存入原输入数据所占用的存储单元,经过M级运算后,原来存放输入序列数据的N个存储单元中可依次存放X(k)的N个值。

然后,将序列x(n)前后对半分为x1(n)、x2(n)两组序列,用2个N/2点DFT来完成一个N点DFT的计算。

根据傅里叶函数的对称性及周期性,即:WNk+N/2=-WNk,WNk+LN=WNk可以得到:

其中,WNP为旋转因子,B为一蝶形运算两输入数据的距离,k=0,1,2N/2,x1(n)与x2(n)分别是奇偶时间序列,x2={x(0),x(2),x(4),x(6).},x1={x(1),x(3),x(5),x(7).},于是各谐波的幅值及相位为:

那么,视在功率,无功功率,有功功率,功率因数,电压(电流)总的畸变率,谐波电压(电流)畸变率等参数就可以通过相应的公式计算出来,具体的算法流程如图2所示。

根据FFT原理和过程,在进行FFT编程设计时,FFT的完整程序框图包括以下几部分:

1)倒序:输入自然顺序序列x(n),根据倒序规律,进行倒序处理,用M位二进制数表示,则从左至®右的十进制权值为:N/2、N/4、、;21

2)循环层1:确定运算的级数,L=1~M(N=2M),确定一蝶形两输入数据距离B=2L-1;

3)循环层2:确定L级的(B=)2L-1个旋转因子,旋转因子指数p=2M-LJ,J=0~B-1;

4)循环层3:对于同一旋转因子,用于同一级2M-L个蝶形运算中:k的取值从J到N-1,步长为2L(使用同一旋转因子的蝶形相距的距离);

5)完成一个蝶形运算。

在程序设计中,反序和蝶形算法是急需解决的两个主要问题,其中,反序是按码位倒置的原理来实现的,它是进行蝶形运算的先决条件,可以利用TMS320LF2407的指令集的位反转变址寻址方式来完成反序;而蝶形算法是FFT的关键,利用同一级蝶形运算中的旋转因子是常数的特点,将这些常数以表格的形式存储起来,在进行蝶形运算的时候,通过查表提高运算速度。

4 结束语

为适应电力需求侧管理现代化的要求,结合在电力行业多年的设计开发和现场运行经验,设计了新一代多核配变监测计量终端,设计中将无线通信、配变监测、远程抄表等功能综合考虑,以高性能的数字信号处理器DSP为控制核心,进行模块化结构设计,具有优良的可维护性、可扩展性和可伸缩性等优点,采用高精度采样技术和快速傅里叶算法,进行实时电能计算及谐波分析,即使是在负荷波动大机谐波含量高的状况下也能保证采样和电能精度,采用先进的GPRS无线通信网络技术,使得远方主站能及时掌握配变的运行状态,为配变的安全、经济运行提供很好的防护手段,为线损管理、提高运行管理和经济运行水平等提供科学依据。

参考文献

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[2]许加柱.低压配电网智能监测与控制终端软硬件设计[J].电工电能新技术,2012(4)

[3]张帅.基于GPRS的中低压配电网络监控系统[J].青岛大学学报:工程技术版,2012(1)