配网自动化柱上柜设计与实现

郑贤舜+刘芹+刘主光+黄勇达

【摘 要】 随着各类产业突飞猛进，客户对供电质量也提出了更高的要求，提高电网的供电可靠性便成为供电部门急需解决的大问题。柱上开关设备频繁发生绝缘损坏、误动或拒动、信号误发等故障，为从根本上解决这一问题，除了通过柱上开关的选型来降低故障率外，还必须在重要区域建设配网自动化系统来有效监控柱上开关。

【关键词】 配网自动化柱上柜设计功能故障智能化

1 配网自动化柱上柜设计功能特性

配网自动化柱上柜，拟通过对某架空线的部分分段开关进行改造，以满足配网自动化的要求，有效缩短停电范围避免瞬时性故障；提高了供电可靠性；实现线路信息可视化实时监测；并可进行远方/就地控制，实现“三遥”；其可扩展视频功能实时视频、监控；配置门池报警功能实现有效防盗；柜内小空调内置环境监测模块柜体易维护、易操作；柜内环境恒温设计有效提高柜内设备使用寿命。

2 配网自动化柱上柜技术特点

2.1 有效的分段隔离（如图1）

合理选取线路的分段点，将整条线路分割为多区域，选取的分段点配置FTU，通过各终端的时序配合，将线路故障按区域隔离，在配网架空线路中实现保护的选择性。线路拓扑在主站以图形化显示，各终端上送遥测数据、开关量信息、保护动作信息及故障告警信息，主站可以对全网数据进行综合判断，对设备进行辅助控制，实现可视化的系统监控。

2.2 智能化的控制

柱上开关由传统的负荷开关，改造具备电动操作机构的断路器，并与配电终端进行电气连接。同时柱上柜与主站通信，主站可远方遥控柱上开关分合。柱上柜可以定期自动对电池进行活化，主站也可以远方遥控电池活化。

2.3 正确的故障判断与信息采集

柱上柜可有效检测系统的短路故障和接地故障，可采集柱上开关的三相电压、电流等模拟量、柱上开关位置、电机储能信号、电源模块（逆变器）信息等开入量、柜内环境信息等。

2.4 环境检测模块

屏柜内置直流驱动精密半导体空调，可自动实现柜内的温湿度调节，保证柜内环境恒温恒湿。环境检测模块集成于半导体空调，可以实现故障自管理功能，包括风机、模块、高低温功能，同时检测模块将环境数据上传至主站，供监控用。

2.5 蓄电池检测模块

屏柜内置的蓄电池检测模块，具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。主要采集单体电压、组电流、充放电状态、单体冗余容量等数据，并上报给主站供监控。

2.6 无线传输模块

提供标准RS232和RS485接口，可直接连接串口设备；提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理；使用方便，灵活，短信与拨号两种工作模式；系统配置和维护接口；支持串口软件升级和远程维护；

可扩展视频数据提供了简便的检测FTU通讯口和数据检测环境数据（温湿度监控、蓄电池监控），如（图2）。

2.7 方便的设备维护

柱上柜可通过以太网、RS-232或RS-485通信口与故障指示器、测温仪、电度表等设备建立通信，采集信息并上送给主站，供远方监视。当检测到设备需维护时，柱上柜提供远方和就地2种维护方式。其一可以借助于以太网建立终端的远程维护，其二可以就近和终端建立无线维护。同时屏柜内置灯光照明，柜门打开时LED照明，方便检测人员夜间或恶劣环境下进行作业。

2.8 高防护的组合设计

配电终端、通信设备、电源模块、蓄电池等集中组屏，屏柜采用IP65的高防护设计。屏屏柜与柱上开关采用高防护的航空插头连接。屏柜可扩展视频功能及门池报警功能，实时监控屏柜环境，户外防偷盗。

3 屏柜功能分析

（1） FTU是安装在配电网馈线的柱上等处，并具有遥测、遥信、遥控等功能的配电终端。其基于交流量的采集，进行故障判断，确定为故障后，发跳闸命令给柱上开关，进行故障隔离，同时配置三相一次重合闸有效躲过瞬时性故障。可有效检测系统的短路故障和接地故障，配电终端可有效检测励磁涌流，并可选择投退励磁涌流是否闭锁保护，如（图3）。

（2）无线通信CDMA MODEM是一种物联网无线数据终端，利用网络为用户提供无线长距离数据传输功能。即将数据采集设备的相关数据，通过电信CDMA网络，以无线方式发送至控制端。且能无线接收控制端的命令，控制数据采集设备进行相关操作。该产品采用高性能的工业级无线模块，提供RS232接口，可直接连接串口设备，实现短信和拨号上网功能。先已广泛应用于智能电网、智能交通、公共安全、环境保护、基站等领域。另外，本项目可选配GPRS，通过无线公网的GPRS网络与主站建立通信。无需建立专门的通信网络，方便易行，如（图3）。

（3）充电式模块电源。该电源具有体积小，转换效率高，性能稳定，原副边隔离，隔离强度高的优点。本产品电网适应能力强，220V标称输入，可在较宽输入电压范围内工作。另外，本产品具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。

（4）蓄电池。根据浙电生字[2012]20号文 浙江省电力公司配电自动化终端技术规范（试行）推荐，本项目选用蓄电池型号为日本汤浅电池 NP7-12，参考重量约2.55kg，使用寿命约为5年。耐过充电性好，25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，容量维持率在95%以上。耐大电流性好，完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟，如图3。

机柜内部外部可以实现完全密封，达到IP56以上，确保机柜内部电子设备得到完好保护。具有故障自检测自管理功能，低压、过压保护功能。通过PWM调制控制，内部温度可以达到±0.5℃控制精度。半导体制冷器不含运动部件，没有压缩机和制冷剂，环保、高效、COP效率（制热能效比）可以达到0.8。

4 结语

综上，文章对配网自动化柱上柜设计功能特性做简要分析，阐述了配网自动化柱上柜技术特点；采取有效的分段隔离；对故障判断与信息采集、环境、蓄电池检测、无线传输等模块采取了智能化的控制；高防护的组合设计方便了维修，延长了设备的使用寿命，为供电提供了良好的保障。endprint

【摘 要】 随着各类产业突飞猛进，客户对供电质量也提出了更高的要求，提高电网的供电可靠性便成为供电部门急需解决的大问题。柱上开关设备频繁发生绝缘损坏、误动或拒动、信号误发等故障，为从根本上解决这一问题，除了通过柱上开关的选型来降低故障率外，还必须在重要区域建设配网自动化系统来有效监控柱上开关。

【关键词】 配网自动化柱上柜设计功能故障智能化

1 配网自动化柱上柜设计功能特性

配网自动化柱上柜，拟通过对某架空线的部分分段开关进行改造，以满足配网自动化的要求，有效缩短停电范围避免瞬时性故障；提高了供电可靠性；实现线路信息可视化实时监测；并可进行远方/就地控制，实现“三遥”；其可扩展视频功能实时视频、监控；配置门池报警功能实现有效防盗；柜内小空调内置环境监测模块柜体易维护、易操作；柜内环境恒温设计有效提高柜内设备使用寿命。

2 配网自动化柱上柜技术特点

2.1 有效的分段隔离（如图1）

合理选取线路的分段点，将整条线路分割为多区域，选取的分段点配置FTU，通过各终端的时序配合，将线路故障按区域隔离，在配网架空线路中实现保护的选择性。线路拓扑在主站以图形化显示，各终端上送遥测数据、开关量信息、保护动作信息及故障告警信息，主站可以对全网数据进行综合判断，对设备进行辅助控制，实现可视化的系统监控。

2.2 智能化的控制

柱上开关由传统的负荷开关，改造具备电动操作机构的断路器，并与配电终端进行电气连接。同时柱上柜与主站通信，主站可远方遥控柱上开关分合。柱上柜可以定期自动对电池进行活化，主站也可以远方遥控电池活化。

2.3 正确的故障判断与信息采集

柱上柜可有效检测系统的短路故障和接地故障，可采集柱上开关的三相电压、电流等模拟量、柱上开关位置、电机储能信号、电源模块（逆变器）信息等开入量、柜内环境信息等。

2.4 环境检测模块

屏柜内置直流驱动精密半导体空调，可自动实现柜内的温湿度调节，保证柜内环境恒温恒湿。环境检测模块集成于半导体空调，可以实现故障自管理功能，包括风机、模块、高低温功能，同时检测模块将环境数据上传至主站，供监控用。

2.5 蓄电池检测模块

屏柜内置的蓄电池检测模块，具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。主要采集单体电压、组电流、充放电状态、单体冗余容量等数据，并上报给主站供监控。

2.6 无线传输模块

提供标准RS232和RS485接口，可直接连接串口设备；提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理；使用方便，灵活，短信与拨号两种工作模式；系统配置和维护接口；支持串口软件升级和远程维护；

可扩展视频数据提供了简便的检测FTU通讯口和数据检测环境数据（温湿度监控、蓄电池监控），如（图2）。

2.7 方便的设备维护

柱上柜可通过以太网、RS-232或RS-485通信口与故障指示器、测温仪、电度表等设备建立通信，采集信息并上送给主站，供远方监视。当检测到设备需维护时，柱上柜提供远方和就地2种维护方式。其一可以借助于以太网建立终端的远程维护，其二可以就近和终端建立无线维护。同时屏柜内置灯光照明，柜门打开时LED照明，方便检测人员夜间或恶劣环境下进行作业。

2.8 高防护的组合设计

配电终端、通信设备、电源模块、蓄电池等集中组屏，屏柜采用IP65的高防护设计。屏屏柜与柱上开关采用高防护的航空插头连接。屏柜可扩展视频功能及门池报警功能，实时监控屏柜环境，户外防偷盗。

3 屏柜功能分析

（1） FTU是安装在配电网馈线的柱上等处，并具有遥测、遥信、遥控等功能的配电终端。其基于交流量的采集，进行故障判断，确定为故障后，发跳闸命令给柱上开关，进行故障隔离，同时配置三相一次重合闸有效躲过瞬时性故障。可有效检测系统的短路故障和接地故障，配电终端可有效检测励磁涌流，并可选择投退励磁涌流是否闭锁保护，如（图3）。

（2）无线通信CDMA MODEM是一种物联网无线数据终端，利用网络为用户提供无线长距离数据传输功能。即将数据采集设备的相关数据，通过电信CDMA网络，以无线方式发送至控制端。且能无线接收控制端的命令，控制数据采集设备进行相关操作。该产品采用高性能的工业级无线模块，提供RS232接口，可直接连接串口设备，实现短信和拨号上网功能。先已广泛应用于智能电网、智能交通、公共安全、环境保护、基站等领域。另外，本项目可选配GPRS，通过无线公网的GPRS网络与主站建立通信。无需建立专门的通信网络，方便易行，如（图3）。

（3）充电式模块电源。该电源具有体积小，转换效率高，性能稳定，原副边隔离，隔离强度高的优点。本产品电网适应能力强，220V标称输入，可在较宽输入电压范围内工作。另外，本产品具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。

（4）蓄电池。根据浙电生字[2012]20号文 浙江省电力公司配电自动化终端技术规范（试行）推荐，本项目选用蓄电池型号为日本汤浅电池 NP7-12，参考重量约2.55kg，使用寿命约为5年。耐过充电性好，25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，容量维持率在95%以上。耐大电流性好，完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟，如图3。

机柜内部外部可以实现完全密封，达到IP56以上，确保机柜内部电子设备得到完好保护。具有故障自检测自管理功能，低压、过压保护功能。通过PWM调制控制，内部温度可以达到±0.5℃控制精度。半导体制冷器不含运动部件，没有压缩机和制冷剂，环保、高效、COP效率（制热能效比）可以达到0.8。

4 结语

综上，文章对配网自动化柱上柜设计功能特性做简要分析，阐述了配网自动化柱上柜技术特点；采取有效的分段隔离；对故障判断与信息采集、环境、蓄电池检测、无线传输等模块采取了智能化的控制；高防护的组合设计方便了维修，延长了设备的使用寿命，为供电提供了良好的保障。endprint

【摘 要】 随着各类产业突飞猛进，客户对供电质量也提出了更高的要求，提高电网的供电可靠性便成为供电部门急需解决的大问题。柱上开关设备频繁发生绝缘损坏、误动或拒动、信号误发等故障，为从根本上解决这一问题，除了通过柱上开关的选型来降低故障率外，还必须在重要区域建设配网自动化系统来有效监控柱上开关。

【关键词】 配网自动化柱上柜设计功能故障智能化

1 配网自动化柱上柜设计功能特性

配网自动化柱上柜，拟通过对某架空线的部分分段开关进行改造，以满足配网自动化的要求，有效缩短停电范围避免瞬时性故障；提高了供电可靠性；实现线路信息可视化实时监测；并可进行远方/就地控制，实现“三遥”；其可扩展视频功能实时视频、监控；配置门池报警功能实现有效防盗；柜内小空调内置环境监测模块柜体易维护、易操作；柜内环境恒温设计有效提高柜内设备使用寿命。

2 配网自动化柱上柜技术特点

2.1 有效的分段隔离（如图1）

合理选取线路的分段点，将整条线路分割为多区域，选取的分段点配置FTU，通过各终端的时序配合，将线路故障按区域隔离，在配网架空线路中实现保护的选择性。线路拓扑在主站以图形化显示，各终端上送遥测数据、开关量信息、保护动作信息及故障告警信息，主站可以对全网数据进行综合判断，对设备进行辅助控制，实现可视化的系统监控。

2.2 智能化的控制

柱上开关由传统的负荷开关，改造具备电动操作机构的断路器，并与配电终端进行电气连接。同时柱上柜与主站通信，主站可远方遥控柱上开关分合。柱上柜可以定期自动对电池进行活化，主站也可以远方遥控电池活化。

2.3 正确的故障判断与信息采集

柱上柜可有效检测系统的短路故障和接地故障，可采集柱上开关的三相电压、电流等模拟量、柱上开关位置、电机储能信号、电源模块（逆变器）信息等开入量、柜内环境信息等。

2.4 环境检测模块

屏柜内置直流驱动精密半导体空调，可自动实现柜内的温湿度调节，保证柜内环境恒温恒湿。环境检测模块集成于半导体空调，可以实现故障自管理功能，包括风机、模块、高低温功能，同时检测模块将环境数据上传至主站，供监控用。

2.5 蓄电池检测模块

屏柜内置的蓄电池检测模块，具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。主要采集单体电压、组电流、充放电状态、单体冗余容量等数据，并上报给主站供监控。

2.6 无线传输模块

提供标准RS232和RS485接口，可直接连接串口设备；提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理；使用方便，灵活，短信与拨号两种工作模式；系统配置和维护接口；支持串口软件升级和远程维护；

可扩展视频数据提供了简便的检测FTU通讯口和数据检测环境数据（温湿度监控、蓄电池监控），如（图2）。

2.7 方便的设备维护

柱上柜可通过以太网、RS-232或RS-485通信口与故障指示器、测温仪、电度表等设备建立通信，采集信息并上送给主站，供远方监视。当检测到设备需维护时，柱上柜提供远方和就地2种维护方式。其一可以借助于以太网建立终端的远程维护，其二可以就近和终端建立无线维护。同时屏柜内置灯光照明，柜门打开时LED照明，方便检测人员夜间或恶劣环境下进行作业。

2.8 高防护的组合设计

配电终端、通信设备、电源模块、蓄电池等集中组屏，屏柜采用IP65的高防护设计。屏屏柜与柱上开关采用高防护的航空插头连接。屏柜可扩展视频功能及门池报警功能，实时监控屏柜环境，户外防偷盗。

3 屏柜功能分析

（1） FTU是安装在配电网馈线的柱上等处，并具有遥测、遥信、遥控等功能的配电终端。其基于交流量的采集，进行故障判断，确定为故障后，发跳闸命令给柱上开关，进行故障隔离，同时配置三相一次重合闸有效躲过瞬时性故障。可有效检测系统的短路故障和接地故障，配电终端可有效检测励磁涌流，并可选择投退励磁涌流是否闭锁保护，如（图3）。

（2）无线通信CDMA MODEM是一种物联网无线数据终端，利用网络为用户提供无线长距离数据传输功能。即将数据采集设备的相关数据，通过电信CDMA网络，以无线方式发送至控制端。且能无线接收控制端的命令，控制数据采集设备进行相关操作。该产品采用高性能的工业级无线模块，提供RS232接口，可直接连接串口设备，实现短信和拨号上网功能。先已广泛应用于智能电网、智能交通、公共安全、环境保护、基站等领域。另外，本项目可选配GPRS，通过无线公网的GPRS网络与主站建立通信。无需建立专门的通信网络，方便易行，如（图3）。

（3）充电式模块电源。该电源具有体积小，转换效率高，性能稳定，原副边隔离，隔离强度高的优点。本产品电网适应能力强，220V标称输入，可在较宽输入电压范围内工作。另外，本产品具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，具有防止电池过放电的保护功能；具有电源的状态显示；具有电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。

（4）蓄电池。根据浙电生字[2012]20号文 浙江省电力公司配电自动化终端技术规范（试行）推荐，本项目选用蓄电池型号为日本汤浅电池 NP7-12，参考重量约2.55kg，使用寿命约为5年。耐过充电性好，25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，容量维持率在95%以上。耐大电流性好，完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟，如图3。

机柜内部外部可以实现完全密封，达到IP56以上，确保机柜内部电子设备得到完好保护。具有故障自检测自管理功能，低压、过压保护功能。通过PWM调制控制，内部温度可以达到±0.5℃控制精度。半导体制冷器不含运动部件，没有压缩机和制冷剂，环保、高效、COP效率（制热能效比）可以达到0.8。

4 结语

综上，文章对配网自动化柱上柜设计功能特性做简要分析，阐述了配网自动化柱上柜技术特点；采取有效的分段隔离；对故障判断与信息采集、环境、蓄电池检测、无线传输等模块采取了智能化的控制；高防护的组合设计方便了维修，延长了设备的使用寿命，为供电提供了良好的保障。endprint