箱式变电站低压配电系统电能表改造

箱式变电站低压配电系统电能表改造

作者：刘立敬

来源：《科技创新与应用》2019年第07期

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摘; 要：为加强箱式变电站低压配电系统电能的管理，利用现代电力仪表自动化技术，我单位建立起一套智能电能管理系统。文章主要介绍了该套智能电能管理系统构成、设备选型与分析（电流互感器、联合接线盒、智能电表等）以及系统的软件功能。 关键词：箱式变电站;低压配电;电能管理

中图分类号：TM76; ; ; ; ; 文献标志码：A; ; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）07-0190-03 Abstract： In order to strengthen the management of electric energy in low voltage distribution system of box substation， a set of intelligent electric energy management system has been

established by using modern power instrument automation technology. This paper mainly introduces the structure of the intelligent power management system， the selection and analysis of equipment （current transformer， joint junction box， intelligent meter， etc.） and the software function of the system.

Keywords： box substation; low voltage distribution; power management 前言

随著我国经济社会的迅速发展以及电力技术水平的不断提高，电能管理作为一项重要的工作，常常被纳入企事业单位日常工作的考核中。如何监测低压配电系统的运行参数以及分析低压系统用电回路的电能能耗情况，这些问题都是摆在电气设备管理者面前的实际问题。 青岛海洋科技馆位于山东省青岛市市南区鱼山路2号，现有两座箱式变电站，其中单个变电站的实际容量为630kV·A，承担着整个场馆的照明、空调、水泵以及其他用电。该型变电站分为高压配电、变压器室以及低压配电三个部分，具有占地面积小、外观美观、经济适用的特点;其中低压配电室配电柜为GGD型，原有的计量仪表为机械式指示电能表，没有通讯功能，只能靠人工巡检定时记录电能表数来获取电能数据，存在工作效率低、数据滞后、无能耗分析等缺点。针对以上问题，根据现场实际情况，我单位对箱式变电站原有低压配电机械电能表进行智能化改造。 1 系统概述

本次低压配电机械电能表的改造项目充分利用现代智能仪表、局域网络和计算机组态技术，构建起一套符合我单位实际的智能电能管理系统。本套系统大致可以分为三个层次，分别为电力参数采集层、局域网络传输层以及服务储存管理层。在电力参数采集层中，现场智能电能仪表采集箱式变电站的低压配电系统电力参数，并将电力参数数据按照Modbus协议标准传输到串口服务器上;在局域网络传输层中，串口服务器将分散于两个配电场所的10块智能电力数字仪表数据通过场馆内局域网络以透明传输的方式传输，将仪表测量数据存放于服务器中;在服务储存管理层，利用组态软件组建一个可监控的电力平台，实现电力在线运行设备的远程监控和能耗集中统计与管理。系统网络拓扑图如图1所示。

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2 设备选型与分析

根据项目实际，本套系统需要对两座箱式变电站低压用电出线回路（共十路）的电能能耗进行测量统计，现需要在低压系统用电出线处安装智能电能计量仪表，以此来实现监测功能，由于我单位配电柜柜面上安装了机械指针的电流表、控制按钮、信号指示灯等电气配件，柜面结构布局较紧凑，如果在柜面上开孔安装智能电能仪表，存在开孔难、布线乱等问题，因此选择在箱式变电站低压配电柜旁安装电能表箱。电表箱内安装智能电能表、空气开关、联合接线盒以及串口服务器等设备，将现场电能表集中在一起，便于今后电能表故障的排查与维护工作。

2.1 电流互感器

在电力系统的中，电流互感器主要用于电能计量以及继电保护方面，它的作用是将一次大电流按一定比例变为二次标准电流， 有1A和5A两种规格。（《电流互感器》-GB1208-2016）。

改造前，原有的电流互感器固定于配电柜内的壁板上，与机械指针式电流表以及电能表相连接。在安装该系统不断电的情况下，本次改造废弃原有的固定式电流互感器，选用可带电操作、安装简单的开口式电流互感器，有圆孔型和铜排型两种规格。电流互感器的量程可以按照低压断路器的额定电流进行选型，在容量和传输距离上选择参照表1。

因电能表箱与配电柜内电缆的距离为三米，考虑到准确度和经济性，选用开口式的电流互感器的规格为300A/5A，0.5级，2.5VA，传输电线横截面积为2.5mm2， 以下为电流互感器二次负荷容量的计算验证。 电流互感器二次回路阻抗R=

ρ.2L/S=0.0176×6/2.5=0.042Ω（ρ为铜的导电率，ρ=0.0176Ω·mm2/m，L为传输长度，S为导线的横截面积）。

电流互感器二次负荷可以用阻抗Z2（Ω）表示，二次侧导线电流为I2。电流互感器二次导线消耗功率与阻抗、电流之间的关系为S=I22*Z2。 该选型互感器的功率S=二次导线消耗的功率+电表的功率=52×0.042+0.05=0.092VA<2.5VA，符合0.5级要求。 2.2 联合接线盒

计量联合接线盒在电力行业的计量应用非常广泛，利用它能够将智能电力仪表接入到运行中的电流互感器的二次回路中，完成多种不同项目的测试或校验，该套系统中联合接线盒主要作用是将电流互感器引出的二次线经联合接线盒接线端的端子串并联后再接到智能电能表端子

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上，实现二次电流传送的功能，同时在不停电的前提下，我们可以滑动联合接线盒接线端子，实现智能低压电能表更换、校准的操作，具有方便、快捷的优点。在本次改造中，联合接线盒采用图2所示的接线方式。

在联合接线盒的接线中，下端1、5、9、13端子为低压配电系统三相电压Ua、Ub、Uc以及零线N;下端端子2与3、6与7、10与11 为三相电流互感器接入端，现以A相电流互感器为例进行说明，电流互感器二测电流从S1端流入联合端子接线盒下端端子2，经过上端端子2流入智能电能表，最后经接线盒上端端子4、下端端子3流回电流互感器S2端，同时为保证人员安全，下端端子3、7、11应进行一次接地处理。 2.3 智能电能表

在本次改造中，我单位采用PM2000及DM2300两种施耐德电力参数测量仪表，该类型仪表具有直观易读、安装简单的特点，可以轻松实现对低压系统电力参数的实时监控和电能的记录功能，满足智能电能管理系统要求。该类仪表都具有RS485接口，遵循Modbus通訊协议，通过手拉手的方式与串口服务器相连接，接线方式如图3所示。 3 系统的软件功能

上位机组态软件采用国产组态王软件，通过在软件中软件智能仪表的地址、数字词典、数据库配置以及界面设计等，完成了在上位机软件对电力系统的实时监控及电能统计管理的功能，软件功能如下：

（1）实时动态显示低压配电各回路的电力参数数据 （如电流2、电压、功率因数等）。

（2）具有实时报警功能;当实时电力参数超过设定值后，发生报警事件后，报警实时画面将弹出，显示报警原因。

（3）电能管理系统具备低压配电系统用电回路定时抄表汇总统计功能，可以以日、周、月、年报表的形式进行查询，也可以以历史曲线、柱形图等图形的方式进行查看（例如图4）。 4 结束语

智能电能管理系统具有通用性好、实行性强，可靠性高、电能自动汇总统计等特点。该套系统于2019年1月顺利运行，这有利于我单位电气设备管理人员实时掌握箱式变电站电能消耗情况，为我单位节能降耗工作的开展提供依据;同时它也大大减少了人工电力巡检的强度，提高了箱式变配电站电力监控与电能管理水平，使得实现配电室的无人职守真正成为现实。

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参考文献：

[1]任致程，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南[M].中国电力出版社，2007. [2]陶鹏.智能电能表[M].中国电力出版社，2012.

[3]贺令辉.电工仪表与测量（第三版）[M].中国电力出版社，2015.