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一、概 述

配电变压器台区管理系统是一个网络系统:

它以关口电能表、配变综合测控仪(无功补偿控制器)、配变微机保护测控单元、终端用户电表集抄器、配变温度监测仪等作为现场测控设备。

它以配变集控管理终端作为网络连接设备;以公共电话网络、或者移动电话( GPRS )网络、或者 RF 数字无线电台等网络通道。

它为配变运行管理、电力营销管理提供了数字化的平台,为电力局的企业化经营管理和提高服务品质奠定了基础。

配电变压器台区系统,采用自动化和网络技术的手段:

实现了远程抄配变总表,远程监测配变状态,远程进行负载控制,远程读取集中抄表终端数据,而过去这些工作都需要电力公司派人到台区现场去完成。

由于我国人口众多,以家庭为单位的电力用户数量巨大,配电变压器的数量也十分巨大、布置分散,因此,台区管理的工作量极其巨大,难以有效地对配变台区运行进行掌控。

随着我国装机容量的快速增长,电力供应不足的状况迅速缓解:

过去:用电监管目标是“限制一般负荷,保障重点负荷”;

现在:用电监管目标是“保障供电质量,提高电力企业效益”。

过去负控以限电为目的;现在负控以“电力经营”为目的。

停电行为大多数是为了“追缴电力欠费”,或者惩治“窃电”行为。为了适应我国电力送电、配电、用电管理体制改革,适应我国的国情和电力供应的状况,建立配变台区自动化管理系统,具有非常重要的意义。

建立配电变压器及其台区管理系统后,将改变配变运行管理的手工方式。配变管理系统自动记录和保存台区的电力参数,自动统计供电合格率、电力负荷、停电时间,自动生成各种报表。完全实现了台区信息的数字化,便于台区信息的网络化管理,为电力公司营造“大企业模式”创造了基本条件。

二、配变台区运行管理系统的结构

配变台区运行管理系统由三个部分组成:( 1 )、以配变集控单元或者电力负荷管理单元为核心的现场测控设备;( 2 )、以主站(通信前置机)为核心,以电信网络为通道的远程数据传输网络;( 3 )、以电力局服务器为核心的管理计算网络。系统结构如下图所示:

在图 1 中,安装在配电变压器台区可能是配变集控单元(主要用于专用配电变压器),也可能是电力负荷管理单元(主要用于城市公共变压器或者农网配变),本说明书中将它们统称为 TTU , TTU 与通信前置机之间为点对多点网络结构,针对某一个 TTU 单元来说,网络通信方式可以为公共有线电话或者公共移动电话或者 RF 数字无线电台。


企业内部网络指电力公司(局)内部 MIS 管理系统网络,数据库服务器支持电力公司内部其他部门客户机方式访问,管理工作站不仅可以访问服务器,还可以对整个系统进行控制和初始化配置,相关基础数据库录入。如果 MIS 已经与互联网联接,则可以在验证和确认身份之后,访问本系统。对于小型台区变系统,一般将服务器、管理工作站和通信前置机三者合并为一体,用一台计算机来代替。

我公司推出了两款 TTU产品,分别为ZHY-DTM(中源配电变压器台区管理单元)和ZHY-PLM(中源电力负荷管理单元),其中,配电变压器台区管理单元,主要用于需要将集中抄表和VQC(无功自动补偿控制器)装置纳入台区系统统一管理的场合,如专用变压器台区,或者公用和专用混合变压器台区。电力负荷管理单元主要用于远程抄总表和远程负载控制,如农电配变监控。

2、安装在配变台区的设备介绍

( 1 )、将配变及线路监测、监控和微机保护功能封装在一起,作为一个独立的模块化产品 —— 配变微机测控保护单元 DAU 。

DAU 的主要功能是 :配变 高压和低压侧 的三相电流、三相电压、不平衡电流的实时监测;配变及其线路的自动保护;配变及其线路开关状态监视;负载开关控制。

DAU 的增值功能是 : SOE 事件记录,配变台区信息统计。

DAU 的其他功能是 :提供 RS-485 通信接口和相应的通信规约支持。

( 2 )、将无功动态自动补偿功能低压负控功能合并,封装成为一个产品 —— 配电变压器综合测控仪 VQC 。

VQC 的主要功能是 :实时监测配电网络的各相无功需量;根据电网无功状况实行动态分相分级补偿;对补偿电容器进行自动保护和管理。

VQC 的基础功能是 :实时监测配电变压器 低压侧 的三相电流、三相电压,周波率、无功功率、有功功率;根据监测的电力参数计算各相的无功需量。

VQC 的增值功能是 :配变及其线路开关状态监视;负载开关控制; SOE 事件记录,配变台区信息统计。

VQC 的其他功能是 :提供 RS-485 通信接口和相应的通信规约支持。

( 3 )、 将配变消息传送和统计分析功能封装在一起,作为一个模块化产品 ——专用配变集控管理单元 H_TTU 。高端 TTU产品本身没有测量功能,通过采集数字电能表、或配变测控仪、或配变测控保护单元获得实时电力参数。

H_TTU 的主要功能是 :采集配变台区的全部信息,进行统计分析;集中向电力公司管理中心传送。

H_TTU 连接的设备有 :配变微机测控保护单元 DAU 、配电变压器无功动态自动补偿 VQC 、电能表、配变测温单元、集中抄表单元和 Modem 设备。

( 4)、将配变集控管理单元和配变微机测控保护单元的部分功能的结合起来,封装成专用配变集控单元(低端产品) L_TTU 。

低端配变集控单元的主要功能是 : DAU和高端配变集控单元的部分功能的集合。 配变 低压侧 的三相电流、三相电压、不平衡电流的实时监测;配变低压侧及其线路开关状态监视;负载开关控制; SOE 事件记录,配变台区信息统计分析;电能表数据采集。全部采集信息的集中传送。

( 5 )、关口电能表

关口电能表分为(机械)脉冲表和数字表,如果是脉冲表,则仅采集了配变的有功和无功三相电度。如果是数字表,实时采集了 配变 高压侧 的三相电流、三相电压等参数。

二、配变台区运行管理必须包含的内容

完全掌管配电变压器的运行,必须包含四个方面的功能和内容:配变信息实时采集;状态开关的监视和、荷开关的控制和配变的保护;低压无功补偿控制;实时信息的统计分析。配变台区运行管理和信息传送的具体内容如下:

1、参数采集功能

•  配变高、低压侧三相电流 /电压;

•  配变低压侧三相不平衡电流;

•  三相谐波电压 /谐波电流、频率;

•  功率因数 /有功功率/无功功率;

•  配变温度实时监测和正点记录。

2、控制保护功能

•  配变及线路状态开关实时监测;

•  配变负载开关投切控制;

•  配变过流、过负荷、过温保护;

•  配变高、低压侧零序电流保护;

•  自动重合闸装置。

 

3、无功自动补偿功能

•  根据电压、功率因数、无功功率大小,控制电容器的投切;

•  分相分组进行动态补偿,适应用户选择的各种电容量级配方式;

•  补偿电容器均衡投入使用,避免频繁投切,电容器过温保护;

•  配变或线路故障时对补偿电容器保护,保障电容器安全使用;

•  改善供电质量,增加配变负载能力,降低线路损耗。

4、配变统计管理功能

•  电压越限(上下限) /缺相时间;

•  日电流 /电压最大最小值及时间;

•  停电、来电时刻 /累计停电时间;

•  分时段有功电量 /无功电量;

•  SOE事件记录和故障追索;

•  通过移动网络报告故障信息;

•  用户电度表远程抄表,线损合理性分析;

•  配变监控系统自身工作电源的维护和管理。

四、配变台区集控系统采用的标准与规范

IEC60870-5-3 ( DL/T 667-1999 )继电保护设备信息接口配套标准(传输规约); IEC60870-2-2 远动设备及系统 第 2 部份 工作条件,第 2 篇:环境条件;

IEC61970 ( EMS-API )能量管理系统应用程序接口。

GB4208-1993 外壳防护等级:

GB/T 13729-1992 远动终端通用技术条件

GB/T 15153.1-1998 远动设备及系统 第 2 部份 工作条件;第 1 篇:电源和电磁兼容性

GB/T 17624(IEC61000-4-4)电快速瞬变脉冲群干扰试验;

GB/T 17623(IEC61000-4-3)辐射电磁场试验;

GB/T 17622(IEC61000-4-2)静电放电试验;

GB/T 15148-94

DL/T 630-1997 交流采样远动终端技术条件

DL/T532

DL/T 721-2000 配电网自动化系统远方终端

( 1 )、环境条件

海拔高度: <5000m

工作环境温度: -25~+75 ℃

相对湿度: 90%~98% (户外)

地震烈度: 7 度

水平加速度: 0.2g ( g= 重力加速度)

垂直加速度: 0.1g ( g= 重力加速度)

( 2 )、 EMC (电磁兼容)条件

符合( IEC61000-4-4)4级电快速瞬变脉冲群干扰试验;

符合( IEC61000-4-3)4级辐射电磁场试验;

符合( IEC61000-4-2)4级静电放电试验;

高频干扰( IEC255-22-1 Ⅲ级) 1MHZ 衰减 400 次 /s

电磁场干扰( IEC255-22-3 Ⅲ级) 10V/M

冲击干扰( IEC801-5CD Ⅱ级) <46dB μV

绝缘特性:绝缘耐压满足电力工业标准 DL/T721—2000

额定绝缘电压: 2500VAC;

绝缘电阻: 10MW;

断开的输出触点之间工频耐压: 1.0kV 50Hz 1min;

外部端子(除通信)对地工频耐压: 2.0kV 50Hz 1min;

通信接线端子工频耐压: 0.5kV 50Hz 1min;

( 3 )、污秽等级:露天(全工况)

( 4 )、工程条件:

电网中性点接地。

10KV/0.4KV ,或者 35KV/0.4KV 变压器。

( 5 )、 TTU 和配电变压器微机测控保护装置野外安装,台区变系统上位机室内安装。

第一章

配变集控管理单元( TTU )

结构、原理、功能、性能

介绍


•  高端配变集控管理单元

高端配变集控单元是控制和管理专用配电变压器的自动化设备,它为实现远程监测、监控提供控制和通信平台。高端配变集控单元主要用于城市和农村中小型企业、矿山、农场的配电变压器台区管理和维护。

•  ( H_TTU)的结构

高端配变集控管理单元采用嵌入式工业计算机 Intel486DX 为主控单元,扩展了串行通信端口。还设计了后备电源管理模块,用于停电后的负控操作。

高端 配变集控管理单元的主要功能是:完成配变信息及台区用户信息的采集分析和集中传送。高端 TTU产品本身没有测量功能,通过采集数字电能表、或配变测控仪、或配变测控保护单元获得实时电力参数。

高端配变集控管理单元管理的设备包含:数字电能表、集抄系统、变压器测温单元、配电变压器微机测控保护单元( DAU )、或者无功动态自动补偿控制器( VQC )等。在一般的情况下, VQC 独立运行,它的信息不需要向上传送,但是,如果系统使用的电能表为脉冲表时,系统可以选择从 VQC 中获得实时电力参数,同时, H_TTU 还保留了三个串行通信口,为系统扩展其他远程控制设备提供方便。在 H_TTU 上安装相应的软件后, H_TTU 也可以同用电企业的控制或者管理网络组网。 H_TTU 结构图如图 1-1 所示


通信接入设备为 GPRS Modem 、 RF 数字无线电台、有线电话 Modem 三种,根据每个配电变压器台区的地理位置及资源条件情况,任意选择其中一种。

数字电能表、微机 测控保护单元和无功动态自动补偿控制器中,都包含了配变的模拟量实时参数(三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、周波率等参数)采集功能,那么 H_TTU 究竟从哪个装置获得配变的模拟量信息呢?

第一选择:如果配变控制箱中安装的是数字式电能表,那么首先选择从电能表获得电力参数;

第二选择:如果系统需要保护和负控操作,那么从微机保护测控单元获得电力参数和三相不平衡电流值,即使配置了无功自动补偿控制器,也不需要采集它信息;

第三选择:如果系统只有无功自动补偿控制器为数字方式测量设备,那么从无功自动补偿控制器获得电力参数和三相不平衡电流值;

第四选择:如果配变控制箱中没有安装任何数字式电力参数测量设备,或者无功自动补偿装置为第三方产品,未提供通信接口,则需要配置 DAU 。

H_TTU 为用户或者工程承包商提供电力参数来源选择手段或者选择界面,允许根据现场条件进行选择。

•  H_TTU的特点

( 1 )、高端集控管理单元的最大特点是提供了强大的统计分析功能和管理功能,它可以将集抄系统和台区变管理合并在一起,实现信息集中传送,节约了一套通信通道的建设费用和运行资费。

( 2 )、高端集控管理单元通过串行口与其他设备连接,扩展十分方便。还可以充分利用用户已经安装了的台区变管理设备,如电能表、无功自动补偿控制器等,可以根据现有设备接口的通信规约,灵活地定制 TTU 的软件,兼容性能好。

( 3 )、领先的开关电源技术,完整的电源管理系统,包含电池优化曲线充电器,实现 100W-48V/24V/12V 连续浮充;电池维护管理单元,实现多路交流、直流、蓄电池自动切换及智能管理;适应当前配电网供电电源特殊性、多样性的特点,保证系统高可靠性供电。电源管理模块直接在 PC104 总线上扩展,扩展方式与 I/O 扩展方式一致。

( 4 )、大容量的电子盘

由于配电变压器管理系统的特殊性(点多、实时性要求不高),配变集控管理单元具备较大容量的电子盘,存储每隔一定时间间隔采集到的实时数据,存储周期为:本月、上月、上上月。

( 5 )、守时精度较高的时钟电路

由于配变集控管理单元要求按日历的时间顺序存储本月、上月、上上月的实时数据;另外,对 8 路开关量不仅要记录其发生变化后的状态,记录其状态发生变化的时刻。因此,要求配变集控管理单元具备实时时钟,最好能精确到毫秒级。

( 6 )、多个串行通讯接口电路

具备 6~8 个可独立工作的标准 RS-232C 串行通讯接口电路,其中的一些串行通讯接口可通过跳线设置成 RS-485 通讯方式。

( 7 )、优良的电磁兼容特性和野外全防护封装,符号露天条件工作要求。

•  H_TTU的功能

( 1 )、能连续采集和存储配电变压器每一小时的 A , B , C 三相电压及线电压、 A , B , C 三相电流及不平衡电流、 A , B , C 三相每相的功率因数及综合功率因数、三相电流的不平衡度。

( 2 )、能连续计算和存储每天的最高 ( 低 ) 电压、电流、有功功率、无功电流的峰值及其出现时间和电量累计量。

( 3 )、能计算和存储电力监控中心上次取数到本次取数区间内配变的如下电量:

电压超 107 %额定值上限的累计时间及电压超上限的不合格率;

电压低于 93 %额定值下限累计时间及电压超下限的不合格率;

配变停电时间累计值及运行可靠率、故障信息;

配变运行的总天数;

每天分为 9 个时间段,统计各个时间段的有功电能的总量及日平均有功电能;

每天分为 9 个时间段,统计各个时间段的无功电能的总量及日平均无功电能;

配变的负载率、 SOE 事件记录、停电时间的记录和统计。

( 4 )、提供集抄系统的接口。对集抄系统的参数进行远程设定和管理,可定时和随机方式远程抄表。每天分为 9 个时间段,统计各个时间段的用电量。

( 5 )、提供无功补偿器接口。记录无功补偿信息。

( 6 )、电能表数据传送和读数冻结命令。

( 7 )、系统自动对时功能。

( 8 )、提供配电变压器微机测控保护装置的接口,对装置消息的通信转发。

( 9 )、 H_TTU 具备本身的备用电源,主电源失电后,备用电池可以支持 8 个小时的工作,断电时,自动切换电源。

( 10 )、集抄系统接入 H_TTU 时,具备台区的电力线损分析和异常报警功能。

( 11 )、 H_TTU 可以选配的一种通信信道(公共有线电话、公共移动电话、 RF 无线电台),并且具备语音接口,在系统调试期间,实现主站与终端的语音通信。

( 12 )、 H_TTU 具备指示灯和状态指示。

•  H_TTU的性能指标

CPU主频:33MHz~133MHz(生产设置)。

存储容量: 16Mbytes内存;8Mbytes电子盘。

通信接口:6个 RS—232/485(用户可设置)。


•  H_TTU的外型尺寸与安装

文本框: 补充尺寸与安装图

•  低端配变集控单元

L_TTU 低端配变集控单元是控制和管理配电公变和小型专变的自动化设备,它主要用于广大城乡配电系统的配电变压器的运行控制和管理。

L_TTU 作为终端设备最主要的功能是提供远程通信接入,并且在主模块上加载了相应通信软件。 L_TTU 的接入设备可以为:公共电话 Modem 或者移动电话 Modem ,或者连接 RF 数字无线电台 Modem 。

L_TTU 的另外一个功能是简单的管理和统计分析功能,如统计停电时间、电压合格率、电压峰值和谷值发生的时间等。

•  L_TTU的结构

低端配变集控单元以单片机为主控制器,完成数据采集分析、数据通信功能,以及备选功能:测量功能和简单的负载监控功能。低端配电集控单元由四个模块构成,即主模块;显示键盘和总线连接模块;以及两个备选模块。

主控模块上包含单片机 CPU 和单片机的外围扩展电路, L_TTU 提供了四个 RS-232/485 通信口,分别连接电能表、 Modem 设备、笔记本计算机和备用设备。

备选模块为开入 / 开出模块或者电力参数测量模块。其中开入 / 开出模块包含 4 路开出和 8 路开出;测量模块包含配变低压测的三相电流、电压、功率因数等参数测量。这两种模块都以单片机的 I/O 口方式扩展,如果 L_TTU 用在专变的集控管理中,一般要求扩展负载开关监控模块,如果电能表为脉冲表,还需要选择电力参数实时测量模块;如果 L_TTU 用于公变的集控管理时,不需要进行负控,但是电能表有可能为脉冲表,因此需要扩展电力参数测量模块。

L_TTU 的结构如图 1-2 所示。


•  L_TTU的特点介绍

( 1 )、 L_TTU 全部采用低功耗 CMOS 芯片设计,采用模块化的结构封装技术,周密的电磁兼容抗性设计,完全符合野外露天工作环境。

( 2 )、 L_TTU 在同一套硬件平台上,编写了多套监控软件,以适应不同的应用场合。

( 3 )、 L_TTU 充分利用了硬件平台的全部资源,设计思想先进,技术含量高,功能丰富,完全覆盖了配电变压器管理的一般功能要求,具有极高的性能 / 价格比。

( 4 )、多个串行通讯接口电路

具备 4 个可独立工作的标准 RS-232C 串行通讯接口电路,其中的一些串行通讯接口可通过跳线设置成 RS-485 通讯方式。

•  L_TTU的主要功能

( 1 )、实时采集配变低压侧 A , B , C 三相电压及线电压、 A , B , C 三相电流及不平衡电流、 A , B , C 三相每相的功率因数及综合功率因数、三相电流的不平衡度。

( 2 )、能连续计算和存储每天的最高 ( 低 ) 电压、电流、有功功率、无功电流的峰值及其出现时间和电量累计量。

( 3 )、能计算和存储电力监控中心上次取数到本次取数区间内配变的如下电量:

电压超 107 %额定值上限的累计时间及电压超上限的不合格率;

电压低于 93 %额定值下限累计时间及电压超下限的不合格率;

配变停电时间累计值及运行可靠率、故障信息;

配变运行的总天数;

每天分为 9 个时间段,统计各个时间段的有功电能的总量及日平均有功电能;

每天分为 9 个时间段,统计各个时间段的无功电能的总量及日平均无功电能;

配变的负载率、 SOE 事件记录、停电时间的记录和统计。

( 4 )、提供无功补偿器接口。记录无功补偿信息。

( 5 )、电能表数据传送和读数冻结命令。

( 6 )、系统自动对时功能。

( 7 )、 L_TTU 具备本身的备用电源,主电源失电后,备用电池可以支持 8 个小时的工作,断电时,自动切换电源。

( 8 )、 L_TTU 可以选配的一种通信信道(公共有线电话、公共移动电话、 RF 无线电台),并且具备语音接口,在系统调试期间,实现主站与终端的语音通信。

( 9 )、 L_TTU 具备指示灯和状态指示。

( 10 )、配变开关状态的实时监测、低压侧负荷开关控制。

•  L_TTU的性能指标

( 1)额定参数

直流电源:   24/220VDC;

交流电源: 220VAC(双路自动无扰切换);

交流电压测量回路: 380V;

交流电流测量回路: 5A/1A;

频率: 50Hz。

( 2)精度指标

U、I:0.5级;

P、Q、S、cosΦ:1.0级;

频率: ±0.01Hz;

SOE分辨率:2ms。

( 3)过载能力

交流电压:连续工作 1.5Un;

交流电流:连续工作 10In。

( 4)功率消耗

交流电流回路: In=5A 时每相≤0.1VA;In=1A时每相≤0.05VA

交流电压回路:每相 ≤1VA;

直流电源回路:正常工作时 ≤10W;操作或保护动作时≤12W。

( 5)开关量输入

信号输入方式:符合 GB/T 16435.1—1997;

信号电平: 24VDC(可选其他电平);

“1”电平有效电压范围:–25%~+25%额定电压;

“0”电平有效电压范围:–5%~15%额定电压。

( 6)开关量输出

输出方式: A/C型继电器,SBO输出(时间可设置);

接点容量: 250VAC/30VDC 5A/10A;

操作电源: 24/220VDC或220VAC(可选);

( 7)通信接口

符合 DL/T634-1997(IEC60870-5-101)电力行业标准的RS-232、RS-485接口(带隔离)各2个;

其他通信规约(如 CDT、DNP3.0、SC1801等)可选;

•  文本框: 补充尺寸与安装图
L_TTU的外型尺寸与安装

第二章

配变微机保护测控单元( DAU )

结构、原理、功能、性能

介绍


一、概述

配电变压器微机保护测控单元 DAU ,是一种集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体的新一代微机型配电变压器自动化装置,适用于各类城市电网、农村电网、企业电网的配电自动化实施与改造。广泛用于中小型工厂、矿山、农场等企业单位的配电变压器和线路的监控保护之中,特别是需要进行低压负载控制的场所。

配变微机保护单元具备实时电力参数的显示功能,用于装配低压开关柜时,可以节省电流、电压等表计。

二、配变微机保护测控单元的结构

配变微机保护测控单元采用带有 CPU 内核的高速 A/D 转换器进行实时电力参数的交流采样,以高速单片机作为宿主控制器,完成数据分析、计算处理、实时控制和系统通信,采用带 CPU 的显示和键盘模块实现友好的人机界面。宿主单片机协调管理其他 CPU 的工作。先进的保护模型和保护算法,故障捕捉时间短、灵敏度高。

配变微机保护测控单元采用模块化结构,主要由三个模块组成,即主控和通信模块、模拟量采集模块和负载监控模块。



三、主要功能

1 、采集配变高压和低压侧 三相交流电压、三相交流电流;计算相应有功功率、无功功率、功率因数、积分电量;

2 、低压零序电流测量,监视三相不平衡状况。

3 、故障监测(缺相、失压等)、统计停电时间、记录停电的起止时间; 具有 SOE事件顺序记录功能,时间分辨率1ms,记录事件255条; 。

4 、能与 TTU 通信,接受 TTU 校时功能。并且可以通过 TTU 主站通信,改变软件设置可以直接与远方主站通信。

5 、能在当地和远方主站进行参数设置。

6 、具有装置故障和遥测参数越限报警功能。

7 、装置电源失电后,数据保存 5 年。

8 、具有远程和就地负控功能的扩展接口,具有 4 个开出端子;能实时采集配电变压器 8 个通道的数字开关量信息,并主动向主站传送。

9 、具有后备电源和外接后备电源接口,其容量应能维持 8 小时,当主电源故障时,应能自动投入。

10 、具有一段、二段电流保护功能,并具有级间选择性。

11 、具有过负荷保护功能。

12 、低压侧零序电流保护。

13 、具有自动重合闸装置。

14 、具有配变瓦斯报警和变压器测温功能扩展接口;具有当地操作功能扩展接口。

15 、异常、越限或事故告警;具有自诊断功能。

16 、显示整个系统硬件包括信道的工作状态和终端运行工作状态

四、主要特点

DAU与低端TTU产品的功能在许多方面相互重叠,但是,两个产品的侧重点不同,低端TTU侧重于远程通信功能,而DAU侧重于配电变压器的综合自动化功能,所以,许多不包含保护功能的DAU产品也称为“配电器”。DAU一般与高端TTU配套使用,或者用于工农业、商业企业的供电自动化控制和管理。

DAU的功能定位在配电变压器和线路保护、控制和管理的基本功能上,在装置的设计中,采用高速单片机,配以成熟、精简的交流采样和保护算法,保证数据测量的精确性和保护判断的准确性、快速、可靠;尽可能压缩硬件平台,将装置的成本缩减到最小,DAU产品有极高的性能价格比,特别适合于企业供电配电的自动化控制和管理。

应用防干扰的多种新技术和方法,充分考虑电磁兼容性,能根据使用条件,适用于户内或户外各种环境。

通信介质及规约多样化,具有 RS-232/485、支持CDT、IEC60870-5-101/103、SC1801、DNP3.0等多种通信规约,并可按需要进行扩充;便于系统远程组态和远程维护。

领先的开关电源技术,实现多路交流、直流、蓄电池自动切换及智能管理,适应当前配电网供电电源特殊性、多样性的特点,保证系统高可靠性供电,可进行多路隔离供电 /充电,实现100W-48V/24V/12V连续浮充及蓄电池诊断维护;

采用全封闭金属壳体工艺和多层电路板布线设计,与外部接口均采用电磁隔离和光电隔离技术,所有原器件均采用宽温型、高可靠的工业级或军用级芯片,大大提高了抗电磁干扰能力和可靠性;

超大规模 EPLD 可编程逻辑电路,取代常规的逻辑电路,简化线路设计及原器件数量,降低功耗,提高可靠性;

五、 DAU的保护算法模型

1、过流二段保护模型


说明:图中 I zd-I 为速断保护动作电流; I zd-II 为限时速断保护电流; P 为动作优先级,最大为 3 级,最小为 1 级; t 0 、 t 1 为动作延时。

2、过负荷保护

当线路对称过负荷时,实际运行的三相电流可能不平衡,测量时也可能产生误差,因此选取三相中最大相电流作为判据。保护模型如下:


3 、三相不平衡保护(零序电流保护)

当不平衡电流大于整定值

六、技术指标

1、额定参数

直流电源: 24/220VDC;

交流电源: 220VAC(双路自动无扰切换);

交流电压测量回路: 380V;

交流电流测量回路: 5A/1A;

频率: 50Hz。

2、精度指标

U、I:0.5级;

P、Q、S、cosΦ:1.0级;

频率: ±0.01Hz;

SOE分辨率:2ms。

3、过载能力

交流电压:连续工作 1.5Un;

交流电流:连续工作 10In。

4、功率消耗

交流电流回路: In=5A 时每相≤0.1VA;In=1A时每相≤0.05VA

交流电压回路:每相 ≤1VA;

直流电源回路:正常工作时 ≤10W;操作或保护动作时≤12W。

5、开关量输入

信号输入方式:符合 GB/T 16435.1—1997;

信号电平: 24VDC(可选其他电平);

“1”电平有效电压范围:–25%~+25%额定电压;

“0”电平有效电压范围:–5%~15%额定电压。

6、开关量输出

输出方式: A/C型继电器,SBO输出(时间可设置);

接点容量: 250VAC/30VDC 5A/10A;

操作电源: 24/220VDC或220VAC(可选);

7、通信接口

符合 DL/T634-1997(IEC60870-5-101)电力行业标准的RS-232、RS-485接口(带隔离)各2个;

其他通信规约(如 CDT、DNP3.0、SC1801等)可选;

8、定值整定范围

过电流 Ⅰ段保护: 0.5~99.00A   整定步长:0.01A;

过电流 Ⅱ段保护: 0.5~50.00A   整定步长:0.01A;

过负荷保护: 0.5~50.00A   整定步长:0.01A;

低电压启动定值: 0.5~100.00V  整定步长:0.01V;

零序电流保护: 0.5~50.00A   整定步长:0.01A;

零序电压启动定值: 0.5~100.00V  整定步长:0.01V;

时间定值:   0~50.00s   整定步长:0.001s;

故障信号保持时间:由人工复位确定;

整定误差:  < 3%。

七、 DAU的尺寸与安装

文本框: 补充尺寸与安装图

第三章

无功自动补偿控制器( VQC )

结构、原理、功能、性能

介绍

•  概述

VQC动态自动无功补偿控制器是一种低压配电变压器无功自动补偿控制的理想设备,它集配电变压器电气参数测量、记录、无功补偿、通信功能于一体,可以广泛用于企业、事业单位的专用配电变压器和城市社区、农村居民公用配电变压器的无功补偿。

VQC采用实时动态混合补偿的策略,最大限度地补偿负载的无功需量,通过降低线路的电流来减少线路的折耗,安装VQC后,将为电力公司和用电企业带来巨大的经济效益。

VQC采集了配电变压器的实时电力参数,并且具有通信功能,因此,VQC在配电变压器台区管理系统中,可以作为配电变压器集控管理终端的外部设备,实时采集配电变压器的电力参数,对配电变压器的状态进行实时监控。

•  VQC的结构

VQC采用双CPU结构,包括核心CPU和人机界面CPU 。核心CPU采用16位高性能处理器,负责数据采集、数据处理、保护、无功补偿、事件记录、远方通信等;人机界面CPU采用MCS51,完成液晶显示接口和按键接口。双CPU都采用最小化系统设计、无外部程序总线及数据总线、完全工业级设计,RISC指令系统,指令优化率高,数据处理吞吐能力强;多处理器间合理分配任务,彼此互相监控,确保系统高可靠性。

VQC采用模块化结构,将模拟和开关接口功能电路与CPU数字电路分别封装在不同的电路模块中,最大限度减小相互之间的干扰。采用工业品针式插头、插座直接连接各个功能模块。


•  VQC的工作原理

•  控制物理量为无功功率

即电网缺多少无功,控制器控制投入相应的电容器组补偿等量的无功功率。无功补偿控制实时监测电网的无功需量,动态补偿电网的无功需求,从而实现最佳补偿。

•  分相和分级补偿结合原则:

( 1 )、为什么要采用分相补偿原则?只有分相才能做到最佳补偿效果。例如:网中 A 相无功 3Kvar 、 B 相无功 4Kvar 、 C 相无功 7Kvar ,单级补偿电容为 3Kvar 。

如果采用三相共补,补偿结果是: 补 1 级, C 相严重欠补;补 2 级, A 、 B 相严重过补。

如果采用分相分级补偿,结果是: A 相补 1 级; B 相补 1 级,略欠补; C 相补 2 级,略欠补。

从上例中可以看出,三相共补,补 1 级 C 相欠补严重,补 2 级则 A 、 B 相严重过补,补偿是很粗犷的。分相分级可以根据每相的无功大小,投入适当的电容,不会产生过补的情况。适度的增加级数、减少单级电容量,可以精确补偿。有利于节能、散热。

( 2 )、分级可以降低控制元件的功耗:

例如:补偿元件功耗为 W ,补偿电流为 I ,等效电阻为 R ;

1 级补偿的功耗: W=I*I*R

2 级补偿的功耗: W=2 ( 1/2I ) 2R=1/2 ( I*I*R )

6 级补偿的功耗: W=6 ( 1/6I ) 2R=1/6 ( I*I*R )

可见,在补偿电流一定的情况下, 6 级补偿总的功耗就比单级补偿和 2 级补偿小得多。因此可以选取合理的级数来解决精确补偿、降低功耗和成本的矛盾。

根据 VQC 的功能承载能力,我们选择了 4 + 4 级补偿方案,即共补 4 级加分补 4 级;或者共补 3 级,分补 5 级; VQC 根据实际需要进行任意组合。

•  无功补偿控制器和补偿电容器的接线图:


VQC 控制器和补偿电容器的接线图分别如图 3-2 和图 3-3 所示。

图 3-2 、 VQC 控制器接线图


图3-3、补偿电容器接线图


•  无功补偿综合控制器的主要功能:

•  测量功能:

( 1 )、采集 1组三相交流电压、1组三相交流电流;计算相应有功功率、无功功率、功率因数、积分电量。12位频率跟踪交流采样,三相380V电压直接输入、三相CT二次侧电流(5A)、零序电流,一路备用(可用于温度信号),内置温度传感器。

( 2 )、低压零序电流测量,监视三相不平衡状况。

•  无功补偿功能和保护控制:

( 1)、根据电压和无功功率控制电容器的投切。装有1~18组电容器(可软件配置),单组容量可选。

( 2)、实时监控补偿电容器的开关状态。

( 3)、自动管理补偿电容器,实现均衡投入使用。无功补偿综合控制器输出12路电容器投切信号。为了防止频繁动作,设置了动作延时时间。

( 4)、线路故障时,自动对电容器进行快速保护。过压、欠压、缺相等保护时,自动切除电容器组。为了保护电容器免受涌流冲击,设置了每组电容器动作间隔。包括三段式过流保护、两次重合闸、零序过流保护/接地保护、过电压保护、低电压保护。装置具有单独的4路保护及控制出口可用于跳闸、合闸、告警、过温启动风机等。

•  现场数据记录功能

( 1)、从投运时刻起,每整点记录所有实时数据,并实时记录电容器投切时间及次数。

( 2)、现场数据记录包括:整点记录,电容器参数记录,极值记录,变位事件记录等。

( 3)、电容器参数记录:记录电容器投运总时间、动作总次数、昨天和今天投运次数和投运时间。

( 4)、统计记录:记录每天运行总时间,电压越上限时间,电压越下限时间,总共记录100天。

( 5)、极值记录: 监视负荷变化情况,连续记录每天三相电压、电流、有功功率、 无功功率、频率、功率因数、零序量的最大/最小值及其出现的时间。

( 6)、事件记录:自动记录最近100条电容器自动投切等变位事件。

( 7)、记录数据的读取:所有记录储存在无功补偿综合控制器测控仪的数据暂存区中(带掉电保持),用户可随时通过通信接口读取或通过通讯网传数据。

•  其他功能

( 1)、内设实时时钟,并有后备电池,停电后,时钟能维持5年。

( 2)、具有RS-485接口功能,可与计算机相连,进行装置的测试、在线参数设置和装置内所有记录数据的读取,以及组网远程通讯。装置采用DNP0、DL/T634-1997(或其他)通讯规约。

( 3)、控制器用户界面采用128*64汉字液晶显示及8键操作。在界面上可以完成如下操作:实时显示、开关操作及状态查询、保护复归、定值设置、系统设置。

( 4)、指示灯和其他设置:装置运行灯(兼作报警指示灯)、容性指示灯、感性指示灯。系统无功(<0kvar)为容性时,该黄灯亮;系统无功(>0kvar)为感性时,该绿灯亮。

( 5)、系统通信设置功能:对时、设备密码、设备RS485节点地址、传感器参数设置(电流校准系数、电流校准系数、CT变比)、继电器状态设置及每组电容容量及控制方式设定。

•  VQC的特点:

1、 功能齐全

VQC集测量、开关检测和开关控制、无功自动补偿控制、线路和电容器保护、电容器管理、事件记录、通信等功能于一体,是一个多功能的配电变压器监控监管设备,只要配置一只电能表、一个远程通信终端,就可以适应一般的配电变压器监控监管的全部功能。

综合控制器输出开关量:具有单独的 4路保护及控制出口和12路电容器投切控制出口。12路电容器投切信号可以驱动专用固态继电器或复合开关,控制电容器组投切。

2、 先进补偿模型

VQC采用按照配电网络的无功需量进行动态分相补偿,实现了对快速变化的无功负荷进行跟踪补偿,响应速度小于20ms,消除电压波动,抑制电压闪变;无功补充电容器投入按照共补和分级补充相结合的原则确定,可在规定动态响应时间内做多级补偿,一次到位。等容量(1:1:1:1)、等差容量(1:2:3:4)、等比容量(1:2:4:8)可选;能有效提高功率因数、降低电能损耗;动态补偿,快速减少馈电电流,真正使主变增容;改善电压质量、滤除高次谐波、减少电压不平衡。

3、 采用智能复合开关作为执行机构

智能复合开关在电流过零时刻投切,彻底解决了电容投入时的浪涌电流问题,工作寿命长,性能优良;装置当负载波动时,可频繁投切,触发延时可调,具备循环投切的功能;稳定时磁保持接触器投入,无投切电弧和稳态功耗,无触头烧损之虑,无需散热,更不会产生谐波注入,是无功补偿装置最理想的开关元件。

4、 智能化管理

系统提供智能化管理,可自动保存电网运行的各种数据如三相电压、三相电流、三相功率因数、有功电能、无功电能、电容投切时间及次数等,并可打印各种报表数据,以备供电生产部门进行有效地管理和考核。

5、 独立的补偿电容器管理

具有反相序、缺相保护:该保护切除全部电容器;

过压保护:电压高于过压设定值时,该保护逐级切除电容器组;

欠压保护:电压低于欠压设定值时,该保护切除全部电容器组;

过热自动启动冷却风扇。

由于 VQC的独立管理功能,所以,VQC不需要后台机的支持,可以独立工作。

•  安装方法

文本框: 补充尺寸与安装图

第四章

配变集控管理系统主站

 

•  主站概述

配电变压器台区管理系统主站,是一个软件系统,针对不同的用途和不同的目标系统,我们设计了两个不同的版本。

如果最终的目标系统是电力公司企业空间能量管理系统(最大系统),那么,配电变压器只是该系统的一个组成部分,仅仅为大系统提供配电变压器、用户集抄系统数据和信息,主站在控制指挥中心的网络中的地位是一个数据采集工作站,因此,我们提供了主站的前置通信工作站版本。

如果最终的目标系统为城区电力公司电力管理系统(基层电力公司系统),那么,台区变系统主站就是基层电力公司的操作管理工作平台,我们提供了基层电力公司的局域网络的整套软件。

•  软件的功能和性能

上位机系统软件采用 Windows 98/NT/2000操作系统平台,数据库采用Oraile9.0以上版本,系统的可用率不低于99.6%(采用Windows98平台时系统的可用率不低于99.0%)

提供一个与系统软件相关联的 GIS系统定制工具,该工具可以对电力公司管理的各个配电变压器台区进行分区,为操作人员配置和设定各个台区监控设备参数提供直观的主操作界面。

系统管理人员应能在主界面上,直观、随机地查看台区变设备和线路开关的工作状态,无功补偿器的工作状态,动态实时地显示变压器和线路的各种电力参数,如:有功功率、无功功率、三相电流、三相电压等参数。

定时或者召唤方式采集各个台区各个时段的电力负荷,有功用电量和无功用电量,停电记录信息及故障记录信息等。

系统具备定时将采集的数据写入相应的数据库之中,或者由用户主动将当前数值写入相应的数据库,在写台区变系统的数据的同时,主动将数据写入 MIS系统或其它管理系统的数据库。

报警信息的实时显示,如声音报警,屏幕显示报警,还可以通过发手机短信息的方式报警,系统具备报警设置和报警管理功能。

管理人员可以在主线路界面进行负控、查询、设置和系统诊断操作,主界面大小可以缩放,还可以对电能表、集抄系统进行管理,如冻结电能表读数,设置集抄系统分时段计费,通过集抄系统控制最终用户负载。

统计分析功能,各时段用电量统计,无功补偿投入状况统计,停电及保护动作统计,电压最大值、最小值及发生的时间统计,电流最大值、最小值及发生的时间统计,有功无功功率的最大值、最小值及发生的时间统计,线损实时分析和统计,查找线损最大值发生的时刻及其合理性分析,各种报表和曲线的绘制及打印输出。

应用软件具有职工档案管理和操作权限管理的功能,系统管理员可以定义不同的操作控制权限,只有满足权限设定才能进行相应的操作。

•  软件的层次和内容

系统软件总体上分为三个层次,即应用功能层(包含用户界面、数据库维护、定时事件);后台功能层(包含用户操作的报文组包,报警事件和底层数据的报文的解析处理);底层通信动态连接库,具体结构如下图:

显然系统软件包含用户界面,数据库维护,定时任务,通信驱动等几个部分。

( 1)、在主用户界面上可以追索各个台区变的实时信息,如开关的动态状态显示,系统管理的全部设备设施资源注册,台区主负荷开关的控制,台区无功补偿器电容投切开关的状态与控制,台区变的电压、电流动态显示,有功功率、无功功率和动态显示,分时段用电量显示。

( 2)、主菜单包含文件、编辑、系统管理、远程控制、窗口、统计分析、系统帮助。

( 3)、文件包含工程管理,数据导出,手工抄表数据导入、存盘、退出系统等。

( 4)、编辑为其中实际操作菜单的快捷工具。

( 5)、系统管理包含设备线路的注册,各台区变微机保护测控仪定值的整定和传送,设备开关状态的浏览,无补偿控制器的参数设置和状态浏览,为其他系统提供信息的方式设置。

( 6)、远程控制包含控制对象的选择,选择方式可以在主线路上选择级别较高的开关设备,也可在下拉选项卡中选择控制对象,用户还可以直接输入对象的名称,编号的方式进行选择,对于带有负载控制的集抄系统,抄表时如果判别出某个或组用户表读数不正常,则列出不正常用户的名称编号,并且 ,提出对这些对象的控制建议,操作人员选择其中的一个建议,确认后了出相应的控制信号。

( 7)、根据界面最优化原则设计主线路图界面,分析界面和初始化界面,数据录入界面。

( 8)、统计分析功能包含两个部分,即在线分析和离线分析,数据合理性评判始终是在线的,操作人员可以随时调出合理性评判的详细资料,如果操作人员停留在主线路图界面上,则异常点将出现红灯闪烁。离线分析主要是供电合理率分析,供停电时间比率分析,最大需量分析,以及实时电力参数曲线绘制和需量趋势性分析。


配变台区自动化控制及管理方案

 

根据配电变压器掌控的不同要求,对功能的需求有所裁剪。在对配电变压器台区的应用要求进行充分分析后,我们为用户提供了三种典型的台区变自动化集控方案:

•  配变自动化的完整解决方案(高端产品)

如果专用配电变压器自动化需要的功能为: 高压和低压负控 + 微机保护 + 读取电能表数据 + 所属生活区用户电表远程集中抄表 + 实时信息采集和分析 + 无功自动补偿, 则采用高端产品方案,具体如下:

( 1 )、 配电变压器微机测控保护单元完成三相电流,三相电压,不平衡电流,有功功率,无功功率,功率因数,周波率,变压器温度,专变开关状态的实时监测,专变高低压侧负荷开关的远程控制,配变及台区线路的常见故障保护等功能。

( 2 )、无功自动补偿控制器 实时检测配变的有功负荷和无功负荷,并且根据无功负荷的实际需求量进行动态的无功补偿。根据电容器均衡使用的原则,确定当前投入哪一组电容器,并且,具备电容器的保护功能,实现电容器长效安全运行。

( 3)、 H_TTU 的功能主要功能表现为两个方面:配变信息和台区用户信息的集中传送;配变信息和台区用户信息的统计分析。

H_TTU 的另外一个功能是提供集中传送的通信信道。 H_TTU 的信息通道可以为公共有线电话或者公共移动电话或者 RF 数字无线电台,也可以同时具备这三种通信方式。

•  配变自动化解决方案(低端产品)

如果专用配电变压器自动化需要的功能为: 低压负控 + 读取电能表数据 + 实时信息采集和分析 + 无功自动补偿, 则采用低端产品方案。具体如下:

L_TTU (低端产品) 完成三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、周波率的实时采集;低压侧负荷开关控制;配变开关状态的实时监测;配变电能表的读数传送; SOE事件记录、停电时间的记录和统计、电压峰谷值统计和发生时间记录;可以选配的一种通信信道(公共有线电话、公共移动电话、RF无线电台)。

无功补偿自动控制器采用独立封装的控制模块。无功补偿自动控制器的信息也不需要向上传送。

在低端产品方案中,实际上是一建立配变台区信息通道为主,实现远程低压负控和电能表远程抄表功能的 RTU装置。为了简化 L_TTU 的结构,要求电能表必须选择数字式电能表,全部电力参数均来自电能表。

•  配电公变自动化解决方案

对于公共配电变压器台区的掌管,只需要: 读取电能表数据 + 实时信息采集和分析 + 所属台区用户电表远程集中抄表 + 无功自动补偿, 这三种功能就足够了。在配电公变自动化方案中,我们采用也 L_TTU (配变低端产品)方案,只是在公变中没有负控操作。

无功补偿自动控制器采用独立封装的控制模块。无功补偿自动控制器的信息也不需要向上传送。

附录 A: TCS 系列低压电容投切开关

无功补偿产品是很早就应用在工业电力补偿上的一种产品,这种产品利用对无功功率的变化进行跟踪监视,合理补偿,从而实现节电的目的。随着科学技术的不断发展,各种工业设备的精密化程度也得到了很大的发展,对无功补偿产品也提出了更高的要求。旧式的无功补偿产品存在着接触触点,在投切时容易产生很大的涌流,造成对电网的冲击,并且不能适用于电网波动较大的系统,因而在使用中存在很大的局限性。

产品图片

我们现在介绍的这种无功动态补偿屏是一种新型的无功功率补偿设备,它克服了以往旧式产品的很多缺点,采用双晶闸管(西班牙 CATELEC )模块组成全控式交流无触点开关,使之受控于一台微机电子控制器,能够自动跟踪负荷无功功率的变化,对多级电容器组进行快速投切。该设备的技术特点是:电容投切过程无涌流,无操作过电压,无电弧重燃、补偿动态响应快,电容器切除后无需放电即可再次投入,可频繁投切,多级补偿一次到位,因此对于存在冲击负荷的场所,补偿效果更为显著;整机设计为电子 - 机 - 电一体化,保护措施齐全,自动化程度高,能在外部电网故障或停电时自动退出工作,送电后自动恢复运行,整机性能十分稳定,使用寿命长,维修量少。

TCS 复合开关技术参数 :

1 、工作环境条件

环境温度: -25℃ ~ +55℃ ;相对湿度: 40℃ 时, 20% ~ 90% ;

2 、额定电压、工作电源及额定电流:

额定工作电压: 380V/220V 三相四线交流 50HZ ;额定电流: 45A ;额定频率: 50HZ±5% ;

工作电源: 12VDC

3 、主要技术指标

使用寿命: 10 万次;

相  数:三相 (△ 型接法 ) 、单相 (Y 形接法 ) ;

控制容量: . 三相共补  ≤30Kvar 单相分补  ≤10Kvar ;

接触压降: ≤0.1V ;

接点耐压: ≥1600V ;

响应时间: ≤10ms ;

安全保护功能:自诊断故障保护:系统自动监控可控硅,若其出现故障,则拒绝闭合或自动退出,并报警输出;

主要技术特点 :

1 、现过零触发投切,确保投切无涌流、无冲击。

2 、单片机智能控制投切并保护:采用单片机控制投切动作程序,同时监控开关、输入电源和负载的运行状况,具备自诊断故障保护和报警功能。

3 、无谐波注入:可控硅过零触发投切瞬间导通,投切后由交流接触器主触头吸合、导通运行,因此不会产生谐波。

4 、功耗小:可控硅过零触发投切瞬间导通,投切后由交流接触器主触头吸合、导通运行,因此比较使用可控硅的投切开关功耗大大减小。

5 、抗干扰能力强,工作安全可靠:输入与输出信号均光电、电磁隔离,并进行了严格的电磁兼容设计,试验参数达到 GB--/-- 标准最严酷的等级,静电: 8000V ,浪涌: 2000V ,瞬变脉冲群: 4000V 。

机械接触器与复合开关比较

机械接触器

复合开关

有火花

无火花

有过电流、过电压、污染电源

无过电压、过电流、不污染电源

触点易烧蚀,寿命短

无触点,不存在触点烧蚀,寿命长

动作时间长(几分钟)

动作时间短( 20ms )

不能补偿变动负荷、冲击负荷

特别适合变动负荷、冲击负荷

不能实时跟踪负载变化进行补偿,不能分相补偿

能实时跟踪负载变化进行补偿,能分相补偿,消除三相不平衡

补偿后仍有较大波动,因此电压仍不稳一般不敢补偿到接近 1

补偿后无功波动很小,功率因数接近 1 ,电压稳定在国际范围内

电容器切除后再投时需放电数分钟,这期间补偿不起作用,无功失控

重复投切电容器不需放电,无功始终受控

对变化负荷、冲击负荷及闪变负荷无能力

对变化负荷、冲击负荷及闪变负荷能完全补偿

手动、半自动或自动(最新式)需人职守

全自动,免维护,不需职守

循环投切速度慢,控制系统复杂,易出故障

一次性投切,速度快,控制简单,故障率低

继电器或微机控制(最新型),不便于将补偿器工作状态信息远距离传输,不便于全系统自动化

微机控制,便于将补偿信息远传,便于与上位计算机交换信息,便于整个供电系统计算机管理

对环境要求较高,怕灰尘、潮湿、高原适应性差

对环境要求较低,耐灰尘、潮湿能力强

安全性能差,易发生爆炸起火等事故,容易引起人身事故

安全可靠性好,不会起火爆炸,人身安全性好

属逐步淘汰产品

属新型替代产品,前途广大

适应性差,不能随负荷情况或用户要求改变性能

适应性强,改变软件即可随负荷情况不同改变性能,例如投切速度、补偿精度、延迟时间、连接方式、辅助功能

成本及性能无多大潜力

成本及性能随电子技术的发展潜力极大如集成化、模块化、多功能化(集补偿、滤波稳压于一体)


附录 B: 公共移动网络联接方案

本系统提供了三种通过公共移动网络联接台区变微机监控终端和集中控制中心的方式。


方案 1 : 通信工作站以 Internet 网络方式与 TTU 连接

( 1)、简介

电力公司的通信工作站通过防火墙与 Internet相连,并且具有公网静态IP地址。

     TTU单元的GPRS Modem初始化后,登录GPRS网络后,获得动态公网IP地址,通过移动公司的GGSN接入电力公司的通信工作站,建立TTU与通信工作站的双向通信信道。

     通信工作站与移动终端连接成功后,登记TTU当前的IP地址,并且与之通信。在这种连接方式中,通信连接必须由移动终端首先主动发起,一旦移动终端掉电或者“宕机”时,移动终端必须重新启动,然后,重复上述过程,重新获得动态的公网IP地址,并且有可能与上一次的IP地址不同,因此,通信工作站必须实时维护TTU编号与它的动态IP地址映射表。TTU与通信工作站之间必须定时进行连接有效确认。

( 2)、优点:

     1、应用服务器端网络布置简单,维护较简单,对原有网络影响较小。

     2、成本低。   

    3、不需要与移动公司协商,可自行搭建网络。

( 3)、 缺点:

    1、通信连接必须由移动终端首先主动发起。

     2、通信工作站暴露在Internet上,有遭受攻击的可能。

     3、TTU与通信工作站的连接过程、数据收发过程都通过Internet网络,存在Internet网络固有的数据安全性的威胁。

4、电力公司需要向ISP申请一个公网IP地址。

方案 2 : 通信工作站以 APN 专线方式与 TTU 连接

( 1)、 简介:

    采用这种连接方式时,电力公司的通信工作站通过租用电话线或者DDN专线与移动公司的GGSN(移动网关服务器)连接,而不通过Internet网络与移动公司的GGSN连接。电力公司需要为通信工作站向移动公司申请一个APN地址。


    通信工作站对所有的GPRS终端进行登记注册,GPRS终端通过APN连接通信工作站。如果GPRS移动终端要访问电力公司内部网络资源,必须由通信工作站首先对其进行身份认证。认证通过后,通信工作站就与该GPRS移动终端建立L2PP连接,为其分配公司内部IP,然后,该GPRS移动终端就可以像电力公司内部计算机一样访问内网资源。

同样,通信工作站可以与 GPRS移动终端建立如同内部网络的通信连接。

( 2)、 优点:

    1、数据通信不经过Internet网络,通信数据非常安全。

    2、Internet网络主机不可以访问GPRS移动终端,未登录通信工作站的GPRS移动终端也不可访问本企业的GPRS移动终端,因此,GPRS移动终端不会受到外界攻击,GPRS移动终端非常安全。

3、GPRS台区变微机监控终端可访问电力公司MIS网络的资源,提高了应用的灵活度。

如:电力公司的 MIS 网络已经与 Internet 联接,那么,电力公司的管理人员可以通过互联网在电力公司以外的地方,对台区变系统进行远程控制。

( 3)、 缺点:

       1、维护工作变得复杂。

     2、需要与移动公司协商,并且申请APN地址,不能自行搭建网络。

方案 3 : 通信工作站以短信方式与 TTU 通信

如果移动公司至电力公司的距离较远,或者移动还不能提供直接网络接入的服务,那么可以采用方式三,即:仿有线 Modem 的方式。如图 1-5 所示。


在这种方式中,相当于两台手机之间以短消息方式通信,其实时性方面比方式 2 差,并且不支持主站向多个台区变微机监控终端的群发。

优点:原理简单,开发成本低。维护容易,不用与任何网络运营商协商。

缺点:实时性差,通信的可靠性无法保障。运行费用高。


附录 C: RF 数字电台组网方案

 

本系统支持 RF 数字电台的网络连接方案。要求电台选择支持空间传输控制协议、符合我国无线电管理委员会的高性能数字电台。推荐型号 MDS 、 405U 等。

网络通信方式为点对多点和主从点对点方式。主站设在电力公司控制中心,主站电台通过 RS-232 数据口与前置通信机相连,再连至公司局域网服务器。主站与子站之间采用主站主动查询和广播方式建立通信链路,问答方式通信。

在无障碍物时,一般距离 70 公里以内不需要中继站,有障碍和超远距离通信时考虑增加中继站的方案。根据不同的距离选择电台的发射功率,当发射功率超过 0.5W 时,即使在公共数字通信频段以内,也必须向无线电管理委员会申请频率使用点。

在已知的通信空间环境下通信的设计原则和方法如下:

A 、实际测试

由于现场的实际环境不可能是绝对平坦的,如有山丘、建筑物、树木,不同程度和方式影响电波的传播。因此,在工程实施前,必须进行现场电波传播和接收场强测试(准确到多少 dBm ),以便根据现场环境和工作要求,确定主站和各远程站电台的功率、天线类型、架设高度等参数,使上下行信号达到足够的抗干扰能力,才能实现有效可靠的无线数据传输。

B 、视距传输

电波信号的传输根据工作波长(频段)的长短不同具有地面波传输(长波)、电离层反射传输(短波)、空中传输(超短波、微波)三种方式,我国无线电管理部门将专用无线数据传输业务主要分配到 220 ~ 240MHz 频段(另外还有 800MHz 、 2.4GHz 等频段),这个频段的电波传播是通过空中进行的。由于地球曲率的影响,两个点(天线高度分别为 H 米和 h 米)之间最大可视距离 D 公里为



D = 4.12 ( √ H + √h)

假设主站天线架设在办公楼顶(高约 100m),远程站天线架设在平房顶上(高约4m),则

D = 4.12 ( √ 100 + √4)=49.44公里

考虑到 230 兆频段电波具有一定的绕射能力,该种假设架设天线,理论上最远可以通到 50 公里左右。

同样假设主站和远程站天线高都是 1 米(如手持),则理论上最大传输距离为 6 公里左右。

因此天线架设的相对高度是决定通讯距离的第一因素。

C 、接收场强

电波从电台发出,经过馈线和天线,通过空中向远方传播,信号受到衰减,到远端接收机时,场强电平为

Pr = Pt + Gt + Gr – Lt – Lr – Lo

Pr :正常接收电平( dBm )

Pt :发信功率( dBm )

Gt 、 Gr :收发天线增益( dBm )

Lt 、 Lr :收发馈线损耗( dBm )

Lo :自由空间损耗( dBm ), Lo = 32.45 + 20 log f (MHz) + 20 log D (Km)

电波信号到达接收机的场强不同,解调输出信号的信噪比亦会不同,从而影响系统的判决造成误码。如果场强太小,即使距离再近接收机亦收不到。 所以接收场强是决定通讯距离的第二因素。

接收场强 Pr 与接收机的门限电平(即在 BER 小于 10 -6 时,接收机要求的场强电平值,不同的电台,该指标不同,一般为 -110dBm )差距即为衰落储备。 Pr 与接收门限电平差距越大,衰落储备越多,抗干扰能力越强,误码越少,一般要求衰落储备在 20dB 以上。

D 、中继站的设置

当通信网点的分布中间有大型障碍物或者通信距离超长时,需要在合适的位置布置中继站,一般不宜超过两个中继站,中继站将整个网络分成几个子网,每个子网内部,采用“ A~C ”的原则设计。



附录D、 有线电话通信


系统允许以有线公共电话作为网络的硬件平台,以 Modem 作为数字接口设备,建立通信网络,这种方式为传统的方式。在这种方式中需要为每一个台区和主站端分配一个固定的电话号码,一般台区变常规数据采集,由通信前置计算机轮巡呼叫各个子站,读取各个子站的数据和其他信息。

如果台区变有紧急报警消息需要向主站发送时,子站并不知道主站 Modem 的工作状态,因此,可要求电信局对用于监控终端的紧急报警信号上报的 N 个门子作如下的设置:

⑴、 N 个电话门子共用一个“隐示号”,且只能呼入。所有的监控终端要求紧急上报时,都呼叫该“隐示号”。

⑵、当有某一个监控终端在上报,而占用某一路门子时,如出现另一个监控终端也要求上报,则由电话网交换机自动转接到下一个电话门子,直至找到空闲的门子为止。

 

 
     

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