《电气自动化》2021年第43卷第3期工业应用
Industry Application
丁永生
(上海置信电气股份有限公司，上海200335)
摘要：智能配电台区是智能电网的根本配己电台区一二次设备的融合已成为智能电网的主要发展方向。首先对配电台区一二次设备融合的总体方案进行了设计，并提出了配电台区智能化设计方案，最后应用实例对配电台区一二次设备的融合进行实证。结果表明，二了多功能融合后，配电台区的每个土建开关站节约土地0.6m2，实现经济效益6万，明显优于融合前。 关键词：配电台区；一二次设备融合；智能；信息交互；电网融合
DOI：10.3969/j.issn.1000-3886.2021.03.002
［中图分类号］TM76［文献标志码］A［文章编号］1000-3886(2021)03-0004-03
Applicatio n Research on Multi-f u nction In t eg ratio n and Informatio n Interaction of Primary and Secondary Equi-ments in the DistriOution Araa
Ding Yongsheng
(Shanghai Zhixin Electric Co.，Ltd.,Shanghai200335，China$
Abstract:Smart distribution aree constitutes the foundation of smart grids and it is one of the important parts of the smart power grid.The integTation of primart and secondary equipment in a distribution aree has become the main development dmection of smatt grids.
Firstly,an overalO scheme fot integTation of pTiniary and secondary equipments in the disttbution aree was designed.Then,a smatt design scheme was worked out fot the distribution aree.Finally,a cass study was carried out to veriOy such inteeration.The resulo showed that multi-function inteeration of ptmaTy and secondary equipment could save0.6square meterT of land H t civV engineering of each sw V c I i station in the distribution aree and gain economic benefit of60000Yuan,a result obVously betteT than before inteeration. Keyword-:distribution area;integation of primary and secondary equipments;smart;information infraction;poweT grids integation
0引w
我国智能电网已进入全面建设阶段，为配电网的主体设备制造行业提供了前所未有的发展机遇&17。配电网直接面对终端的，担负分配电能和服务客户的任务。由于
布广泛、网络结构复杂，故供电能力、供电可靠性和供电质量对社会经济影响巨大⑶。配电系统是配电的，是智能配电自动化系统与智能配电自动化的有力支撑，作配电网运行可靠性保证的，配电开关的重要性突出。而配电开关又是配电系统的核心之一，配电开关的发展对有效提高配电网的供电能力和供电性、保证供电质量有的意义。因此本对配电台区一二的多功能融合与信息交互进行探讨。
1电总体设计
智能配电台区包括了诸多的集成特点，分别为设备、功能、专业以及系统集成等，本文对当前智能配电台区的三层两网架构进行了优化，保留了站控层的，集了过程层隔层的，并将集个装置中，以实现模块化操作。该装置经过站控层交换机，采用开关本体与光纤直连的实现信息的交互，在配电台区只两层一网，简化了操作程序与网，最终实现智能开关网络信息流。智能高压开关信息交互 如图1所示。
|直采直跳|-------|过程层种子|.......|站控层网络|
|住护琴置|
-
_
_
_提拉下水
_
Q
2
P
IS I
L
MMS
|测控装置|
GOOSE||MMS
量I ED
GOOSE.「
|j ll控j lE$
[MMS丨MMsl
|局部放』检测画I机械状卡检测画
GOOSE p——I
SV
■I开关设¥控制器話T合片|单兀I
GOOSE SV
定稿日期：2020-08-27
站
控
层
间
隔
层
过
程
层
图1智能高压开关设备信息交互架构
二次设备功能的设计就是将二模块化，并集中在一个设备中，这样的设备称为智能主机⑷"智能主机各
个模块由背板总线通信交互，并将形态监控IED、局放检测IED、合并、智能终端和检测保融合，以实现开关自身与站控层之间的交互，还智能技术方面的支持，例如智能调控、问题判定和纹等技术⑸。配电台区一二的多功能融合高压开关的信息流如图2所示。
4Electricai Automation
应用
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《电气自动化》2021年第43卷第3期
图2多功能融合高压开关设备的信息流架构
站控层
间隔层和过程层
集成后的网络层
|保护装置|
SV
GOOSE
总 线
T 模块1 1
——|模块2 |
------1 模块旳 1
•a |本体结桁
•a |互感器I
名传感器|
应用分布式管理方式，将对应的调控器赋予各个智能开关,
同时将调控器安装于机构箱，完全应用调控器 二 的
所有功能， 实现 有 二 的 融合， 对 二
严格区分，使主机的处理量有效降低。
2智能化 关控制回路优化研究
2.1跌落式熔断器状态监测流程
智能化设计方案主要包括熔断器状态监测与设备功能融合。
熔断器状态监测包括状态采集、监测板模块和短程射频通信。跌
落式熔断器状态监测流程如图3所示，本文提出的检 是将
跌落式熔断器状态监测传感器固定在熔管上，将角度传感器内置 于熔管内。若熔管跌落，角度传感器的初始角度发 化。若水
平角度低于门限，则确认为跌落。如果熔管再一次闭合，水平角
度高于门限，则确认为闭合。
|重力传感器电源
实现对
的控制。因此控制回路在二
的重要性
非常大，是二 到
控制的重要过程⑹。
电压信号线
图 3'
器 流
将接地、隔离接地开关结构和断路器进行优化，使得汇控柜 到机构之间的线路减少。统计断路器、开关机构到智能组件柜的 电缆数量。由开关设备控制器对智能高压开关设备进行控制和 数字化，优化并取消掉传统开关备用辅助接点，最后对备用辅助 开关 化。
2.2漏电开关控制板与无功补偿控制板模块设计
电力安全性评价对于漏电开关控制板模块设计，漏电开关本体仅作为电气量 采集和分合闸执行功能，控制板负责对电路保护、控制、监测及通 信，插装在智能终端中。控制板小模块与智能终端通过IEC101、
MODBUS
据交互， 模块化 合闸 路器如图 4 所示。 实现
了断路器合闸与跳闸的功能，二次设备在进行回路控制时，能够
昂»电压信号
g 输入端子
」1断路器1信号
W 输入端子
丄L 断路器2信号
W 输入端子
断路器3信号 P 输入端子
数据连接线
控制板
显示信号输出直流电源输入总线端子% 重合闸断路器本体
A mb * hsftw Sw
图4模块化重合闸断路器
对于无功补偿控制板模块设计，首先剔除智能电容器的显示 屏，将无功补偿控制板插装在智能终端中，实现
和电容
自动投切控制功能，同时实现智能终端对电压和电流的取样。模 块与智能终端通过IEC101#MODBUS 进行数据交互。通过对电 网上每 的电压与电流进行采集，应用互感器将电流电压转换
为微电流信号，并应用电能计量芯片ATT7022E 对电流信号进行
计算，得功率因数、无功功率以及有功功率，再采 控芯片STM32F103RBT6进行计算处理，以确认线路是否受到了无功补
偿，同时与控制 的还有 模块、下 及通信接
o 智能机构控制器的通信板
如图5所示。
2.3智能 功能
本次研究除满足常规功能外，还融合了漏电保护与控制，无 功补偿检测与控制，以及高压熔断器
功能。取消本体的显
示功能，通过手持终端近程与智能终端进行蓝牙通信，实现显示
操作和调试等人机交互。同时智能终端的硬件和 采用模块
化功能设计，支 电热插拔，展、换和易维护。可根据 需求选配定货、无需额外投入，并支持远程参数设置及在线 ：
升级，如图6所示。
本文研究了配电台区一二次设备融合技术可行性，提出了多
功能信息融合交互；并基于电路保护、控制、及通信功能 的漏电开关控制板模块，设计了对功率 采集、无功
量
和电容自动 功能的无功 控制板模块；融合了熔断器
板、漏电开关控制板和无功
控制板 模块 插拔
及 展功能的智能终端；实现了智能终端信息汇聚 台共
享；解决了以往台区智能化功能 的信息孤岛、功能重复堆和数据管理
，提升了
的智能化 。
3 及 应用
本次研究将智能机构控制器配置在高压开关
的各个机
Electrical Automation
5
《电气自动化》2021年第43卷第3期
应用
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www.123ctCT
6.0&0漏电开关CPU 板
采集板
控制板
熔断器 监测板
4.0图6智能终端模块功能融合
电容器 控制板
构箱内，智能机构控制器中的二次设备功能用于接收上层分合闸
指令，通过CPU 处理后，控制电路驱动IGBT ，最后实现高压开关 的分合闸操作。对断路器分合状态
模拟， 示波器
记录两个通道的RS485信号线 结束时刻的电压，并计
算出智能机构控制器的延时。分闸延时、合闸测试示波器波形,
如图7所示。
由图7可以看出：操作分闸时，当分闸指令传输至智能机构 控制器，输出电压平均延迟时
3.81 ms ；操作合闸时，当合闸
湿度传感器芯片
指令传输至智能机构控制器，输出电压平均延迟时间为3. 83 ms o 本文研究的ZW32( H ) -12/630-25 —二次深度融合柱上断路 器成套装置，在国网福建 供电公司翔安分中心 供电局桂 东线挂网运行，至今未发现任何异常现象和安全隐患。在挂网运 行期间,ZW32( H ) -12/630 -25 —二次深度融合柱上断路器运行 状态
，数据采集精确，如图8、图9所示。
实现一二次设备多功能融合后，智能配电网集成系统结构更 为合理，单个配电开关站的成本最高可以节约5. 1万元，且二次 屏柜的数量由原来的2个减少至1个，这样使得安装面积减小约
0.6 m 2 o 配电装置的集成使得配电系统进一步简化，减少了设备
安装调试的时间， 济价值估算为0.9万元° 对二 ：
备进行多功能融合后，可以为配电台区的每个土建开关站节约土
地0. 6 m 2 ，实现经济效益6.0万元°
A/
田曲田塞
2.00
-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0 Li_180.6
&06.0
A/
出曲田隼
o O
4 2o o o O
2 4
-6.
181.2 181.8 182.4 183.1 183.7 184.3 184.9
平均延迟时间/ms
(a)分闸延时测试示波器波形
----------------------—「............
r
-
-&0 一
-10.0 L _____I ______I ______I ______I ______I ___________I
147.2 148.5 149.7 150.9 152.1 153.3 154.6 155.8
平均延迟时间/ms
(b)合闸测试示波器波形
图7 、 器
现场挂网图
U1-10I88V U2・0V U»»5733V Ubs57B0V Uex5788V UO ・OV 4Z3A IO4&9A
P»741kW 0>2S2kW
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开关位■令
储桎状忘：已SB
能 相间故H ：
正網 獲地故障：正常 后备欠圧：正常 就地远方：就地
遥测遥信数据
图8桂东线02杆现场挂网图和遥测遥信数据
(下转第15页)
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《电气自动化》2021年第43卷第3期
式中:"为故障发电机机端零序CT上流过的电流为接地电阻上流过的电流;"、"、I和I分别为非故障发电机上的电容电流。
当母线上只有2台机组运行时，
+1=20.05A(2)
当母线上只有1台机时，
=20A(3)
U大小和接地位置相关，当接地位置在靠近中性点绕组侧
时，接地电流会相应减小；接地零序电流保护一般整定为保护80%-90%定子绕组，故区内接地时电流最小可能为2A，如果选择20A/1A的零序CT，则要求微机保护能检测到100mA的电
流并可靠动作。从装置的工程应用经验看，100mA的电流可以
准确检测。
大电流导线
4.2区外单相接地故障分析
如图2所示,1号机发生区外金属性定子单相接地
图2区外单相接地等效电路图
在机端零序电流CT上流过的接地电流为：
1=厂1-38A(4)区外接地时会流过1-38A的电流，传变到二次侧达到69mA，
低于100mA。发电机定子绕组接地故障保护范围仍可达到90%以上。5
综合以上分析：在本机区外金属性接地时，机端零序CT上流过电流为1-38A；本机区内机端金属性接地时，接地电流大小和母线上运行机组台数相关，最大为20.75A，最小为20A；区内外接地时零序电流的方向相反。
根据结果可知，在区内和区外金属性接地时，流过机端零序CT的电流有明显差异，且区内接地时电流传变到二次侧时，装置仍能识别。析未线电缆的电容电流，计及
影响，接地零序电流幅值将更大。
机端穿心式零序CT的二次不平衡零序电流在正常运行时须限制在100mA以下，抬高零序电流定值，则保范围会缩小。这对于CT的制造和安装了较高的要求。发电机机端引出电缆应严磁平衡排布，以减小机端零序电压互感器衡电流的影响。这样造成电缆紧密排布，电缆间距减小，需注意散对的。
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【作者简介】梁新兰(1983―)，女，山东平阴人，硕士生，高级工程师，主要研究方向：电力系统设计。
040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040040
(上接第6页)
现场挂网图遥测遥信数据
图9桂东线33杆现场挂网图和遥测遥信数据简化，减少了设备安装调试的时间，该项经济价值估算为0.9万。信今后能够在技术突破，开发加完善的融合装置。
：
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4
本文提出了一种配电台区一二次设备多功能融合成套装置，并运用实例对配电台区的一二次设备的融合进行实证。结果表明，一二次深度融合柱上断路器装置挂网运行后，至今未发现任常现象和。在配电台区实现二的多功能融合后，单个配电开关站的的成本最高可以节约5-1万元，且装面积减小约0.6m2。配电装置的集得配电系统步
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【作者简介】丁永生(1965―)，男，上海人，高级工程师，主要研究方向：配电设备及配网自动化技
术。
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15
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