箱式变电站的智能监控设计

董明　徐江涛

摘 要：近年来随着电力技术的不断发展，新型电力设备户外箱式变电站在民用和工业生产中得到了广泛的应用，箱式变电站是继土建变电站之后崛起的一种新型的变电站，本文针对一些变电站配电系统目前存在着操作不方便、保护方式落后、检修不方便、自动化程度低且无智能监控系统等供电缺陷，利用先进的计算机与电力技术进行箱式变电站的智能监控设计，从而大大提升变电站的智能化程度、供电的可靠度以及运行的安全度。

关键词：箱式变电站；智能监控；电参数

中图分类号：TM631 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）06-

Abstract： In recent years， with the continuous development of electric technology， the new type of power equipment outdoor box-type substation in civil and industrial production has been widely used， box-type substation is the civil substation after the rise of a new type of transformer substation.Aimed at the existed defects of power supply on substation power distribution system such as inconvenient operation and maintenance， backward protection way， and no configuration of intelligent monitoring system. The paper uses advanced computer and power technology intelligent monitoring design of box-type substation， thus greatly enhances the degree of intelligent substation， power supply reliability and safety of operation.

· Key words： Box-type Substation； Intelligent Monitoring； Electrical Parameters

0 引言

隨着电力技术的发展，落后的土建变电站正在快速升级换代为智能化的箱式变电站，变电站是国家电网合理分配电力到各个场所的传送带[1]，因而变电站所采用的设计技术对于整个电网的安全稳定运行有着重要意义。电网的智能监控就是将计算机技术、电力电子技术、网络技术、无线传输技术应用于箱式变电站中的配电设备和电器开关，从而实现变电站的智能化监控。

1 箱式变电站

1.1 箱式变电站的组成

箱式变电站是由高压开关设备、低压配电装置、配电变压室以及箱式变电站外壳四个部分组成，如图1所示。

箱式变电站高压配电室由进线柜、PT柜、出线柜构成。低压配电室由进线柜、电容柜、出线柜构成。变压配电室由变压器、自动控温系统等构成。

1.2 箱式变电站的工作原理

箱式变电站是输配电的集结点，主要由主变、站用变、馈电线、母线、隔离开关、断路器、电压互感器、电流互感器、接地开关、避雷针等组成，箱式变电站适用于额定电压在10/0.4KV的三相交流系统中，可以作为线路和分配电能，其工作原理就是将高低压开关设备、电能计量设备和无功补偿装置等按照特定的技术接线方式集成在几个箱体内的配电装置。国产箱式变电站在设计上，各个单元一般都采用相互独立的结构形式进行设计，通过导线将高压开关室、变压器室、低压开关室连成一个完整的供电系统。

1.3 箱式变电站的技术特点

箱式变电站占地面积小、工厂预制化、组合方式灵活、集成化程度高、建设周期短、投资省、见效快。箱体外壳采用镀铝锌钢板，内封板采用铝合金扣板，中间夹层采用防火保温材料。箱体内安装有空调和除湿装置，具有良好的防腐性能。一次设备采用真空开关柜、真空断路器、干式变压器、干式互感器等全绝缘设备，安全性高，可实现无油化运行。二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守[2]。

2 箱式变电站智能监控设计

2.1 硬件设计原理

为了满足用户对供电可靠性和电能质量的高新要求，对箱式变电站的智能监控采用智能监控单元。智能监控单元由16位微处理器和可编程芯片构成一个小的CPU系统，智能监控单元由面板、总线板、输入板、模拟板、CPU板、输出板六个部分组成，智能监控单元组成如图2所示。

智能监控单元的硬件电路主要集成有模拟信号处理、串口通讯、开关量输入输出、人机接口等部分。由输入板接收的所有采集参数经过互感器进行交换后送往模拟板，经过滤波、放大和模拟转换后的数字量再输送到CPU板进行计算处理，然后向输出板发出操作信号，并向上位机上传信息。

2.2 软件设计原则

软件设计原则上采用标准化、模块化、面向对象的设计思想，在保证系统的稳定性、可靠性、先进性的前提下，设计具有通用的软件平台，且呈现易操作、易维护、可扩展性、可继承性、可封装性、模块化等特点。软件系统包含有用户程序和应用开发程序。

2.3 系统通讯功能

系统通讯网络采用串行通讯方式进行内部和远程的通讯，数据交换采用网络通信控制器实现通讯数据的高速上传和下达。网络通讯控制器不依赖监控计算机系统，可以相当便捷地将不同接口的设备连接起来进行通讯，且具有独立的前置机功能可独立运行完成通讯数据的采集、交换和协议转换。

2.4 系统报警功能

系统可對过电流、过电压、过负荷、欠电压、短路、油位过低、变压器温度过高、温度过低、负荷开关分合、接地开关分合等故障信息进行报警，并可记录存储故障设备的序号、故障时间、故障时的电气量、开关状态、保护动作以及故障原因等信息。

3 箱式变电站智能监控

由于目前大多箱式变电站没有设计电气设备的故障监控和环境监控，为此对箱式变电站增加设计智能监控单元，对电参量、变压器温度、环境湿度等信息进行综合分析做出相应故障的及时响应，实现箱式变电站的智能监控，进一步提高供电的可靠性和电能质量，满足用户对电能的高要求。

3.1 电参数监测

箱式变电站智能监控系统采用配套的Windows操作系统组态软件，支持双机双网配置，可实时采集大量的数据。通过网络可将数台智能化的箱式变电站联网，实现电力信息的集中监控和管理。智能监控系统不仅可实时监测箱式变电站三相高压侧的输出电流故障，及时分断负荷开关，向上位机发出故障信息，还可实时监测高压侧的三相输入电压、低压侧的输出电流，记录设备运行时的电压、电流、功率、功率因数等电参量。

3.2 变压器温度监测

箱式变电站中的变压器由于受负荷和各种原因的影响，在运行的过程中容易引起温度的突然升高，造成变压器无法正常出力，引发设备故障，为此必须加强变压器运行温度的监测，箱式变电站的监测系统可通过对变压器的油温或绕组温度进行实时的监测，当温度超过设定值时，排风扇自动开启散热，有效保证设备的正常运行。

3.3 温湿度监测

箱式变电站一般安装在户外，由于大多数户外环境恶劣，湿度大、温度低，容易引起箱式变电站内的高低压开关设备表面出现凝露，发生闪络放电故障，智能监测系统可实时监测高压室、低压室内的温湿度，并且根据设置的温湿度值及时启动除湿和升温设备，消除凝露的生成，避免闪络放电事故的发生。

4 结束语

电网系统的核心是保证企业、居民正常用电的基础，是促进经济发展的保障。箱式变电站在我国应用仅为10%左右，而国外许多国家箱式变电站的应用已达到70-90%。箱式变电站由于结构紧凑、体积小、占地少、投资小、收益大[3]，故而是输变电设备的发展方向。设计智能化的箱式变电站，可大大提高配电系统的安全度、可靠度和智能化管理水平。智能化程度的提高使得箱式变电站在保证电网安全、经济、可靠的运行前提下，朝着更加简单、实用、可靠和智能化的方向而日趋拓展与完善，在我国发展箱式变电站市场前景广阔，社会效益显著。

参 考 文 献

[1] 任学勤，甘敏浩.变电站事故分析系统的实现及变压器故障识别新方法[J].科技创业家，2014（4）：131.

[2] 苏淑阳.箱式变电站及其在设计中的若干问题[J].内蒙古煤炭经济，2008（2）：62-63.

[3] 毛胜，周莉莉.浅谈箱式变电站的设计与应用[J].中国高新技术企业，2012（29）：16-17.