10kV配电网智能化开闭所改造技术

摘 要: 以 10 kV 开闭所智能化改造为例，在配电自动化建设的基础上，引入了防水、防火、防盗，以及控制温度和湿度等功能，实现了该站点的全方位、多角度综合性改造。

关键词: 10 kV 开闭所; 配电网; 自动化; 改造

10 kV开闭所坐落于某一住宅小区内，占地 200m2 ，拥2回路 10 kV 进线，13 回路 10 kV 出线，运行方式为单母线分段运行。 作为配电网的重要组成部分，该开闭所为小区及其附近区域负荷提供安全、可靠的电力供给。 根据供电局配电自动化的改造要求，自 2018 年 6 月起，按照“自动化 + 智能化”模式对该开闭所进行综合改造。改造工程实施前，该开闭所进线、出线、母线分路开关、配电变压器保护配置没有任何远传通讯功能，且相关线路的开关操作只能在就地实现，故障信息只能显示在微机保护面板上，无法实现对母线 PT 及各线路用电负荷情况的远程检测，也不能满足无人值班的“三遥”功能要求。同时，调度和运行人员无法获悉相关的环境变量信息，这对开闭所的日常维护与运行管理造成诸多不便。

1  智能化改造总体方案

供电局通过分析现有的继电保护和自动化设备的相关配置，决定更换原有设备，增加远方遥控功能，增设环境数据采集单元、灯光控制单元、空调控制单元、环境温湿度采集装置、烟感报警装置、刷卡门禁、实时图像视频监测及井沟液位监测等装置，将站( 所) 相关信息通过HT500物联网智能主机经光纤传送至调度控制中心，本次开闭所智能化改造工程主要包括站级控制层改造和间隔级控制层改造两个部分。

 整个智能化系统网络结构见图 1。

系统采用分层控制独立单元，最终形成各监测模块相互独立、互不影响的分散分布式网络结构。

1.1   站级控制层改造

站级控制层改造包括增设 1 台物联网智能主机HT500，1 台图像监控硬盘录像机和 1 台交换机。 其中，物联网智能主机按应用需求主要含综合通讯管理模块、综合智能化管理模块及电源管理模块。业务数据集中上送，各功能模块独立运行，与各业务系统独立对接，满足电力监控系统安全防护要求。 图像监控硬盘录像机是电力企业内部局域网的一个节点，局域网上所有经授权的 Windows 计算机，均可使用IE 浏览器远程浏览监控摄像机所拍摄的实时或历史画面，这是开闭所在无人值守条件下进行实时监控的有力保障。

1.2   间隔级控制层改造

将烟感报警系统、液位报警系统的告警信息采集上传。 环境温湿度采集装置可以直接在 LED 显示屏上显示温度及湿度，同时将该信息通过RS485 组网传送至物联网智能主机的串口接入口。装设门禁主机一台，用于将开门信号和刷卡人的信息经 RS485 通讯网络传送至物联网智能主机。图像监控系统利用两个枪机摄像头将开闭所内的实时画面传送至硬盘录像机，并存储下来，以便事后调取有用信息。 同时，将图像监控系统经光交换机接入电力企业局域网，使网内所有电脑主机都可以通过 IE 浏览器直接访问其 IP 地址。

1.3   网络通信

站级网络采用串口及以太网，间隔层网络主要以 RS485 屏蔽双绞线传输，其拓扑结构为星型。

2  二次回路设计方案及具体内容

2.1   二次回路设计方案

    从总体来看，对原有系统进行改造时，设计人员应更多地考虑到停电因素、实施的可能性及施工的安全性等问题，为施工、管理及今后的运行维护提供方便。 二次回路错综复杂，设计人员应事先准确全面地收集资料，并核实接线。 设计时，要合理安排各新增设备的安装布置，尽可能地减少占用空间，使布局趋于合理化、人性化。 在改造中，确保能将新旧的间隔逐一替换并接入新系统，应事先构造好新的控制回路、电压回路和信号回路，对于不涉及改造的回路，应尽量保持不动，以减少长电缆的再次敷设，减少施工工作量。 各间隔中将新增部分通讯控制线，为了减少改动量，应在柜内适当位置新增一些端子排。

    而对外围设备的通讯、电源、信号过接，宜采取独立设置综合信号采集控制箱。 从箱内安装、走线的方便美观考虑，建议采用壁挂或独立的箱体，并可靠接地。

2.2   二次回路改造具体内容

 ( 1) 新增 1 套图像监控系统，具体包括在室内安装 2 个枪机型摄像探头( 其中 1 个带云台控制) ，布置相应的视频线、控制线及枪机工作电源线至综合采集控制箱，走线方式为沿墙 PVC 管明敷，托架式枪机工作电源为直流 12 V，并在枪机旁安装 1 个电源转换盒。                        

(2) 新增 1 套液位采集系统，包括在电缆沟内安装 2 套液位采集探针，走线方式为沿沟暗敷。

( 3) 新增 1 套刷卡门禁系统，安装在南面的双开门处，门上固定一对门磁，门内墙边安装 1个主机箱，箱内加装 1 个 AC220 V 变 DC24 V 逆变电源，在主机箱旁加装 1 个门开关，并在门外墙上固定 1 个刷卡器。 从主机箱引出 485 通讯线及电源线至综合采集控制箱，走线方式为沿墙 PVC管明敷。                   

( 4) 新增 2 套环境温湿度采集器，分别安装在室内南、北面墙离地 1。 6 m 处，每套配备独立工作电源盒，从采集器引出 485 通讯线至综合采集控制箱，从电源盒引出 AC220 V 电源线至综合采集控制箱 走线方式均为沿墙 PVC 管明敷。      

( 5) 增设 1 台光交换机，安装在母线分路开关柜内，将柜内的备用光纤尾纤直接接入交换机，从隔壁母线分路开关隔离柜内引入电源。

( 6) 增设 1 个综合信息采集控制箱，安装在直流屏后面的墙角离地 1 m 处，箱内含 1 台图像监控用的DVR硬盘录像机，1个水浸探测器，以2及若干个相应的空气开关。 从箱内引出 AC220 V总电源线至所内 UPS不间断电源所在柜，从箱内引出 485 总通讯线至 2# 进线柜，从箱内引出 5 类以太网线至母线分路开关柜交换机。

2.3  信息接入方式           

开闭所内信息的输入方式可分为 3 类，即: 接点输入方式; 串行通信输入方式; 视频图像透传输

（1）具备对环境、安防、视频、设备状态监测的遥信、遥测、遥控、遥视信号接入、处理及转发功能；

（2）具有监测数据的保存和导出功能，可调取现场保存的视频存储数据；

（3）具备网络摄像机的接入功能，通道参数独立可调功能；

（4）具备导轨机器人监测数据的接入功能；

（5）管理、采集、存储配电房各监控对象的视频，经过集中汇总后传输到上级主站；

（6）对配电房现场环境、安防、视频、设备状态等环境信息采集和分析，并结合执行设备实现智能联动（具体智能联动策略详见附录C），并将告警信号上传至上级主站系统，执行主站系统下达指令，对配电房实时在线监控；

（7）具备视频自动复位功能，即可对摄像机设定默认监视位置，正常状态下摄像机保持默认位置；在控制完成后设定的时间段内恢复默认监视位置；

（8）具备视频自动巡视功能，对系统的监控点进行视频巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，包括同一配电房的不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置，完成轮巡任务的摄像机可自动复位；

（9）具有环境、安防、设备状态异常判断功能，异常视频数据可自动进行本地保存并上传系统主站存储，可根据配电房平面布置图上布防、撤防、告警状态直接查看相关视频；

（10）具备告警信号管理功能，将异常信号进行分类和告警管理，告警信号管理分为本地告警和上级主站告警，本地告警形式为灯光告警。   

3   结  语    

    通过对10kV 开闭所的自动化、智能化改造，实现了调度监控、运行维护人员对现场设备工况及环境变量的综合监控，打造了开闭所“可知、可控、可视、可感、可闻”的配电自动化建设新模式。 本次改造工程创造了一套设计合理、技术先进、施工方便、安全可靠的配网智能化开闭所改造技术方案。