低压配电开关柜监控单元设计要点.pdf
《低压配电开关柜监控单元设计要点.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低压配电开关柜监控单元设计要点.pdf(34页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、低压配电开关柜监控单元设计 摘要 近年来,经济的快速发展对我国电力工业的发展提出了更高的要求,提供更多的电能,具备更高的供电可靠性,更小 的线路损耗,更长的使用寿命,更少的维护工作等等。针对上述要求,国家对电厂实行“西电东送”和“关停并转” 等措施,解决供需矛盾,对电网进行“城网农网改造”,进一步优化电网结构,减少线损,在变配电所实行配网综合自 动化,提高可靠性,进而达到无人值守。其中一个很重要的方面就是对开关及开关柜运行状态进行监控,传统的开关 柜与现代电子技术相结合的智能化开关柜应运而生,它一方面满足传统开关柜的基本功能要求,另一方面将微电子技 术引进柜内,使其有自检、自控和自我诊断的新功
2、能,以满足配电网综合自动化的需要。一些高新技术如传感器技术、 微电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展及其在各工业领域的成功应用,使智能化开关柜的开发和应用成为可 能。本文配变监测终端的主要设计目标是:实时采集配电系统运行的模拟量和状态量,要求高精度、高准确性;接收 中心站查询命令,将最新测量结果上报主站;能自动检测与识别配变故障,若有异常,立即向中心站发送告警消息和 测量数据,同时,根据中心站命令控制外部开关设备;监测设备自身具有故障自检及自恢复功能;保证终端工作可靠 性,满足电磁兼容性要求。 本文的主要内容包括: 首先,对目前国内传统开关柜与国外先进的智能开关柜进行了系统的分析和比较,指
3、出了两种存在的不同及优缺点, 并对目前国内传统开关柜提出了智能化改造设想,提出了系统设计思想。其次,分析了终端配电状态监控系统的硬件 设计。系统硬件采用了芯片模块化并协同工作设计思想,单片机控制数据采集,这样设计的目的是为了提高数据采集 的速度和精度,现场总线通讯芯片负责数据的上传和下载,两部分属独立设计,两者组成了本次设计的硬件电路。此 外还详细介绍了硬件系统中的滤波电路设计、信号采集电路设计、显示按键单元设计、开关量输入及输出单元设计等。 最后, 介绍了系统固件程序设计和应用程序功能模块。系统固件程序包括单片机主程序、中断程序和SPC3的初始化程 序等;应用程序包括:数据采集应II 用模块
4、图、显示应用模块图、从站上传数据应用模块图,从站下载数据应用模块 图等。 关键词:智能配电状态监测信号采集数据通讯 Abstract III Low voltage Distribution Switchgeat Control Unit Design Introduction of the author: Liyong, male, was born in January,1982 whose tutor was rofessor Wujianping. He graduated from Chengdu University of Technology in Testing recepti
5、on center station inquire command, the geophysicists have reported the main points; can automatically detect and the distribution transformer fault indentification,if unusual, immediately to the center stations in Alert messages and measurements at the same time, according to central station command
6、 and control of external switch device; monitoring device itself has a fault self-test and self-recovery functions; to ensure the reliability of the terminal work to meet IVelectromagnetic compatibility requirements. The main content of this paper includes: First, the traditional domestic and foreig
7、n advanced intelligent switchgear for a systematic analysis and comparison, that the existence of two different advantages and disadvantages, and the traditional switchboard domestic reform ideas proposed intelligent system is presented design. Secondly, the analysis of the distribution terminal con
8、dition monitoring system hardware designs. Using modular hardwareand chip design to work, MCU control data collection, this design aims to improvethe speed and accuracy of data collection, field bus communication chips for data uploads and downloads the two parts of an independent design, the two fo
9、rmed the design of this hardware. In addition, details of the hardware system filter circuit design, signal acquisition circuit design, display design of Key modules, digital input and output cell design. Finally, the introduction of the system design and application firmware modules, System firmwar
10、e, including single chip main program, interrupt procedures and SPC3 initialization procedures; applications include: data acquisition application modules, showing application module map, upload the data from the station application module map, from the station to download data application block dia
11、gram and so on. Keywords:Intelligent Power Distribution 、Condition Monitoring 、Signal Acquisition 、Data Communication 第 1 章引言 1.1 课题背景及研究的现实意义 随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的迅速 发展,特别是网络通讯技术的发展使得配电自动化技术得到了空前发展1。针对 10kV 及其以上的配电系统自动化的研究在我国已有近十年时间,且已应用于实 践,其技术日趋成熟和完善,为我国配电自动化的发展奠定了基础。而低压配电 系统的智能化还处于探索阶段
12、。在10kV 以下 0.4kV 电压等级的低压配电网中, 开关柜是开关设备的主要工作形态之一,它是以开关为主的成套电路。对于0.4kV 低压配电系统,传统的电气控制,主要通过断路器、接触器、热继电器、熔断器、 控制继电器、主令开关、互感器、各种电工仪表(电流表、电压表、功率表等) 组合成低压开关控制柜来实现配电、控制、监视等功能。这种传统的开关柜不仅 配有数十个或更多的电工仪表等盘装元器件,给生产、储存、维修带来极大不便, 并且以人工直接操作为主,无法实现计算机智能管理,对于较为复杂的控制逻辑 实现起来比较困难。但随着广大企业对用电质量要求的提高,传统的采用电磁式 机械结构的一二次控制保护元件
13、已无法适应现代电网发展的需要,而引进计算机 技术并将其作为监控、计量、控制、保护的核心,并与断路器配合构成的智能化 低压开关柜将受到用户的欢迎与应用,其计量、保护、控制、通信、记录等功能 均可通过智能技术、数字显示技术等可靠的运用起来2。 这里所提到的智能型开关柜,也就是采用了智能型元器件的开关柜,其主要 特点是在传统开关柜和元器件基础上充分应用了微电子技术、电力电子技术、计 算机控制技术以及网络通讯等新技术,具有较高的性能和可靠性。此外,智能化 低压开关设备应具有传统电器难以实现的特点:低压断路器等一次元件在线监 控。微处理机控制测量技术,数字化监控控制技术,功能一体化、控制、保护 智能化、
14、网络化。若干智能型开关柜通讯网络组成的智能低压配电监控系统,对 电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电参量进行监控以及对断 路器的分 /合状态、故障信息进行监视,对断路器的分/合状态进行控制,并且提 供完善的远程监控软件,从而实现卓越的“三遥”功能3 。 智能开关柜应用到变电所组网集中控制与传统开关柜组网集中控制的结构 的主要区别在于数据处理与信息取样、控制的通讯方式上。 传统开关柜组网集中控制是将系统电压、各柜电流、开关状态量以控制电缆 传送到集中控制室,由电磁保护继电器屏实现一次设备保护控制功能。智能开关 柜采用智能控制单元直接进行电流、电压及开关状态信息的采集,智能控制单元
15、成都理工大学硕士学位论文 2 能够独立进行数据处理,实现保护、控制、测量、显示等功能,并可将采集的信 息进行处理后通过标准计算机接口上传,实现微机保护、三遥、数据采集与监控、 电能计费、事故报警、事故追忆、数据报表打印等功能。这主要是后台软件开发 的应用。 目前,在我国低压配电系统中大多实行“盲目”的无人值守方式,即设备投 入运行后现场没有人员值守,采用定期巡检或故障用户主动反映的方式对运行中 的设备进行集中监视和维护。这不仅造成工作效率低下,而且给生产生活也造成 了极大的安全隐患4 。但随着配电网综合自动化技术的日益成熟以及城市轨道交 通对供电质量的要求日趋严格,目前越来越多的技术人员开始将
16、智能低压微机监 控装置引入到低压配电监控中,以希望实现对远方集中运行的设备进行实时监 控。也正由于这样的高要求用电质量的背景下,笔者经过以上分析提出了基于现 有智能开关柜而设计出的低压配电监控系统的思路,此设计思路具备当前智能配 电系统的典型结构,减轻巡检人员的劳动强度,提高低压供电系统的安全性。 1.2 智能低压开关柜的国内外研究现状6 1.2.1 国外发展历程 国外低压成套设备的发展可分为三个时期。在70 年代末、 80 年代初,随着 电子技术的发展,低压成套设备步人控制电子化、保护综合化时代,出现了电子 式各种运行电量控制器、电动机综合保护器、无功功率补偿控制器等产品,其结 构多为小装置
17、型和继电器型。例如:电动机综合保护器的功能有过电流、断相、 过载等保护,其起动时间可调整,过载时间可整定,功功率补偿控制器则可根据 无功电流、功率因数等不同参量,自动进行补偿电容的均衡控制。 80 年代中期,此类装置已初步进人智能型时代。在低压配电领域,采用了 PLC 技术,应用I/O 点方式,通过可编程控制器实现配电装置的控制与操作;后 期出现了微机集中检测与控制,可对馈电主保护断路器进行远距离操作,对各回 路电压、电流、有功电量和无功电量、功率因数、频率、变压器温度等进行检测, 但仍停留在遥测、遥控水平上,缺少遥讯和遥调功能,更缺少智能型的思维、分 析、判断与选择。 从 80 年代末和90
18、 年代初开始,随着计算机技术、微电子技术、电力电子技 术、抗干扰技术等新技术的飞速进步,特别是网络通讯技术的进步,自动化技术 得到了空前发展。在这个时期,各类全数字交、直流控制产品和PLC(可编程逻 辑控制器 )扩展迅速,每3-4 年就换代一次,功能越来越强大,可靠性也越来越 高口微处理器从8 位机发展到16 位机和 32 位机与多机运行,主要控制线路和控 制结构由硬件组成发展到由可自由组合的软件块组成。如西门子公司的直流全数 第 1 章引言 3 字产品,由6RA22 系列发展到6RA23,6RA24 系列又发展到SIMADYN-n系列 时间还不足十年。在联网方面,功能也越来越强,由两机之间的
19、通讯到单机与多 机通讯,发展成网络通讯,在通讯协议方面由各公司的内部协议发展到开放的、 标准的协议。西门子公司的产品由原先的USS 协议发展到现在开放的PROFIBUS 协议和工业以太网协议。随着全数字控制和自动化技术的发展,各大公司也把这 些技术应用于配电系统,也就是把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通 讯技术相结合,形成了第三代产品,出现了智能型断路器、智能型开关柜及其它 智能元器件,如ABB 公司的 SACEF2 系列断路器、西门子公司的3WN 系列断路 器和 SIVACON 系列开关柜、GEC-ALSTHOM公司的 GEMSTART3 系列、西屋 公司的 Advantage 系列
20、及 ABB 公司的 MSG 系列智能马达控制器。这些智能元器 件都是以微处理器为核心,具有测量、变换、保护、控制等功能,实际就是一个 现场控制计算机。同时都具有通讯接口,可连接通讯网络,与上位计算机通讯5。 在发展智能型元器件及开关柜的同时,功能越来越强大的监控系统也得到了 大力发展,如西屋公司的IMPACC 系统、 ABB 公司的 INSUM 系统以及西门子 公司的 SIMOCODM系统、 MOELLER公司的配电系统2000 等。通过这些系统 与低压配电装置等现场设备的配合,使成套供、配、用电系统能够在本机、上位 机、环境、负载等对象中交换各种信息,通过网络实现状态观测、信息回馈、综 合判
21、断、发出指令及操作等,提高了整个配电系统的可靠性6 。 1.2.2 国内研究现状 国内低压成套自1985-1987 年自耦减压起动柜JJ1全国联合设计时起,首先 采用半导体集成电路式时间电流转换器代替原来的充气式时间继电器和电流 继电器。 1989-1990 年,国内又出现了电子式电机多功能综合保护器。1991-1992 年,又出现了半导体式热继电器。在成套方面,智能型配电系统也已起步,厦门 电控厂已有能进行数据采集的马达控制中心问世;天津夏利汽车工程的所有低压 配电柜、动力柜全部实现了上位计算机控制,做到了运行、故障集中监视,集中 判断、处理,大大提高了设备运行安全性、可靠性。但从技术上看,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低压配电 开关柜 监控 单元 设计 要点
链接地址:https://www.31doc.com/p-5206197.html