智能负载检测分配控制装置的制作方法

本发明涉及一种负载检测分配控制装置，尤其涉及一种广泛应用在工业、农业、城乡居民社区等用电终端配电所多台配电变压器节能运行的负载检测分配控制装置。

背景技术：

配电所是电力系统重要的组成部分，是直接向终端用户供电的重要环节，广泛应用于工业、农业、城乡居民社区等终端用能领域。 据统计，全国配电变压器电能损耗约1700亿千瓦时，相当于三峡电站全年发电量的1.7倍，电能损耗十分严重。作为节能减排的重要措施，近年来，我国也出台了多项政策，推动高效配电变压器应用和产业发展。但在配电变压器节能控制方面整体能效水平仍然偏低，节能潜力巨大，因此，研究一种安全可靠，经济适用的配电所变压器节能控制方法，对于全面提升我国配电变压器运行能效水平，对降低配电变压器电能损耗，推动节能减排保护环境具有重要意义。

目前，现有的配电所变压器控制存在的缺点是：

1、大多数配电所变压器容量是固定不变的，在实际运行中，需求侧用电负载是在很大范围波动的，像社区居民生活用电，一般就是早高峰和晚高峰时用电负荷较大，职工一上班走人，全天有三分之二以上时间变压器都处于空载和轻载状态；一些负载变化较大的工矿企业，就是在用电负载很小时，大容量配电变压器也一直带电运行，造成大马拉小车和轻载或空载，浪费电能，不利于环境保护。

2、特别是房地产新开发的居民小区，销售周期长，业主入住时间不集中、入住率低，变压器长期空载和轻载，变压器损耗占用电量比例大，小区物业管理收费平均电价高，不是物业赔钱，就是同业主发生矛盾。

3、在用电移交供电公司管理收费后，只不过是矛盾转移，浪费电能也同样增加供电公司运营成本，影响供电公司经济效益。

4、一些配电所，供电部门也要求变压器实现两台互联互供，但控制是由值班电工根据负载大小人工控制，不能适应负载变化的要求，特别是一些高层建筑重要负荷，突发抢险救灾事件，变压器不能根据负载需求及时投入，酿成事故扩大，造成更大损失。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种广泛应用在城乡电网终端配电所多台配电变压器节电运行的智能负载检测分配控制装置，以解决现有的配电所配电变压器容量固定不变，在用电负载很轻时，大容量配电变压器也一直带电运行，大马拉小车、变压器电能损耗大，浪费能源，不利于节能减排的问题。

本发明采用以下技术方案：

智能负载检测分配控制装置，包括外壳，还包括：

检测配电所中变压器负载信息的负载检测计量单元；

接收负载检测计量单元检测的信号的可编程显示控制单元；所述可编程显示控制单元包括单片机和与单片机连接的LED显示单元；

接收可编程显示控制单元数据的负载分配控制单元；

显示负载分配控制单元运行状态的运行状态显示单元。

所述负载分配控制单元包括控制电路，控制电路通过输入光电隔离模块依次连接运行状态显示单元和输入端子，所述控制电路依次通过输出光电隔离模块和继电器模块连接输出端子。

所述可编程显示控制单元的单片机通过LED驱动电路连接的LED显示单元。

所述负载检测计量单元包括两个处理器，每个处理器均通过一个电流信号隔离器连接一个变压器。

采用上述技术方案的本发明具有如下特点：

1、应用电流检测变换和智能可编程控制技术及高精度AD测量芯片，分别采集1#、2#变压器负载电流，自动检测判断信号极性，校准、数据处理，自适应运算，智能化水平高，技术要求低，接入方便。

2、可根据变压器节电运行要求，通过人机互交接口，现场编程，进行定值、参数，设定和修改，控制方案灵活方便。

3、本发明功能完善，安装操作方便，不但适应新建配电所配电变压器节电运行，也适应现有大量运行的配电所节能改造，节电潜力巨大，经济效益、社会效益显着。

附图说明

图1为智能负载检测分配控制装置框图。

图2为配电所系统图。

图3为智能负载检测分配控制装置外形图。

图4为1#高压柜控制原理图。

图5为2#高压柜控制原理图。

图6为1#低压柜控制示意图。

图7为设置在1#进线柜内的智能电源监控制的接线图。

图8为2#低压柜控制示意图。

图9为设置在2#进线柜内的智能电源监控制的接线图。

图10为低压联络柜断路器的控制示意图。

图11为低压联络柜中设置的智能相序监控仪的接线图。

图12为智能负载检测分配控制装置原理图一。

图13为智能负载检测分配控制装置原理图二。

图14为图12A部分的细节图。

图15为图12B部分的细节图。

图16为图12C部分的细节图。

图17为图12D部分的细节图。

图18为图13A部分的细节图。

图19为图13B部分的细节图。

图20为图13C部分的细节图。

图21为图13D部分的细节图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提出一种对配电所内多台配电变压器节电运行进行控制的智能负载检测分配控制装置，它包括壳体，壳体内设置有于配电所内设备进行连接的检测单元，壳体外部设置对装置的状态进行显示的显示单元。

具体来说，本发明用来检测一种节电的配电所，它将配电所内的多台配电变压器进行分组，每两台为一组配电变压器组，分别定义为1#变压器和2#变压器，两个变压器可以是相同容量，也可以是任意不同容量，优选采用的容量比为1:2，此时节电效果最好。

如图2所示，每组配电变压器组均包括与高压母线连接的1#高压柜和2#高压柜；1#高压柜上连接1#变压器，1#变压器通过第二母线连接1#低压柜，1#低压柜通过第二母线连接低压补偿柜Ⅰ，低压补偿柜Ⅰ通过第二母线连接负载Ⅰ；2#高压柜上连接2#变压器，2#变压器通过第三母线连接2#低压柜2#低压柜通过第三母线连接低压补偿柜Ⅱ，低压补偿柜Ⅰ通过第三母线连接负载Ⅱ；1#变压器与2#变压器连接；还包括低压联络柜，低压联络柜通过第二母线连接负载Ⅰ、通过第三母线连接负载Ⅱ。

智能负载检测分配控制装置自动检测1#变压器和2#变压器的负载大小、高低压开关状态，控制1#高压开关、2#高压开关1#低压进线断路器、2#低压进线断路器、低压联络断路器在两台变压器之间的不断电电联动投切组合，变换变压器运行容量，避免大马拉小车和小马拉大车，实现配电所无人值守，开关柜自动储能、合闸、分闸，配电所变压器智能节电运行。

如图1所示，本发明的智能负载分配控制装置包括检测配电所中1#变压器和2#变压器状态的负载检测计量单元；接收负载检测计量单元检测的信号的可编程显示控制单元，可编程显示控制单元包括单片机和与单片机连接的LED驱动电路，LED驱动电路连接LED显示单元；接收可编程显示控制单元数据的负载分配控制单元；显示负载分配控制单元运行状态的运行状态显示单元。其中上述的LED显示单元和运行状态显示单元均设置在壳体上。其余单元设置在壳体内。所述负载分配控制单元包括控制电路，控制电路通过输入光电隔离模块依次连接运行状态显示单元和输入端子，控制电路依次通过输出光电隔离模块和继电器模块连接输出端子，输入端子和输出端子均与配电变压器组内的设备相连。

如图3为负载检测分配控制装置的外形接线图，其上设置有LED显示单元、运行状态显示单元、输入端子、输出端子。

如图12和图13所示，负载检测计量单元采集1#高压柜和2#高压柜内的负载电流，然后通过两个处理器（IC1、IC2）进行信号转换。如图中所示，其中处理器1C1通过电流信号隔离器T4接收负载检测信号采集装置采集的1#变压器的信号，处理器IC2通过电流信号隔离器T3接收负载检测信号采集装置采集的2#变压器的信号。处理器（IC1、IC2）为两个高精度的双路DPS高精度的CA/AD数模转换处理芯片，例如现有的型号为CS5460的芯片，CS5460DPS高精度且带有串行接口集成电路芯片，包含两个转换器与微控制器通讯的双向串口, 它包含了两个增益可编程放大器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值计算功能，以提供瞬时数据采样及周期计算结果，自动检测判断信号极性，程序自适应运算，串口与可编程显示控制单元的单片机IC3 的IO口连接。

负载检测计量单元通过104和105两个输入端子采集1#高压柜的负载电流，再经过图12中的电流信号隔离器T4的原边绕组，T4的副边绕组并联第二电阻和第十九电容以后，分别连接处理器1C1的IN+、IIN-端口，通过204和205两个输入端子采集2#高压柜的负载电流，再经过图12中的电流信号隔离器T3原边绕组，副边绕组并联R1、C18后分别连接IC2 IN+、IIN-端口。

可编程显示控制单元包括单片机IC3，单片机IC3上连接有LED显示电路，它还包括编程器、信号调制电路、串口通信电路等，单片机IC3主要实现整个系统的数据读取、校准、控制、信号、通讯和人机互交接口进行定值设定和修改等功能。

如图12、14、15、16、17，可编程显示控制单元的单片机采用型号为ATMEGA64的高性能AVR单片机，它通过型号为CH451的LED驱动电路（即LED数码管驱动芯片）驱动LED显示电路进行显示。单片机IC3的PB口与LED驱动电路IC4的串行SPI接口。单片机IC3可实现两路或单路电流的校准、测量以及有效值读取和采样芯片内部寄存器的初始化工作，并通过片选端口CS1、CS2分别实现对两片的芯片的分时操作，同时共用芯片数据端口时钟端口。单片机IC3读取两路电流后和内部程序检测后与设定值比较，通过数据总线送LED数码管驱动芯片CH451驱动LED显示单元显示电流值以及通过人机交互接口进行的定值的设定和修改，单片机IC3的PB0、PB1通过连接的数据总线KD1、KD2来驱动后级负载分配控制单元，同时工作时面板上与LED驱动电路连接的两个LED（HIGHTLED2、LOWLED2）发光。

如图13、18、19、20、21所示，负载分配控制装置包括控制电路，控制电路包括单片机及其外围电路，控制电路上连接输入光电隔离模块，输入光电隔离模块连接运行状态显示单元，运行状态显示单元连接输入端子；控制电路通过输出光电隔离模块连接和继电器模块，继电器模块连接输出端子。负载分配控制装置承上启下，自动检测1#变压器、2#变压器负载大小和高低压开关状态，并通过输出总线驱动输出单元，控制1#高压开关、2#高压开关、1#低压进线断路器、2#低压进线断路器、低压联络断路器在两台变压器之间不断电联动投切组合，变换变压器运行容量，实现节电运行。

控制电路中的单片机采用型号为ATMEGA64的单片机U81，输入光电隔离模块包括16个输入光电隔离单元，输入光电隔离单元DW1至DW16总线连接单片机U81的PF、PE端口；可编程显示控制单元输出总线连接PB口。输出光电隔离模块包括16个输出光电隔离单元，输出光电隔离单元KS1~KS16连接继电器模块中的K1~K16的16个继电器。

运行状态显示单元连接在输入端子与输入光电隔离模块之间，输入端子210、211连接检测电阻R230、LED发光二极管D1、光电耦合器U49，LED发光二极管显示低压联络柜开关状态；输入端子212、213连接检测电阻R232、LED发光二极管D2、光电耦合器U50，LED发光二极管D2显示1#高压柜的开关状态；输入端子214、215连接检测电阻R234、LED发光二极管D3、光电耦合器U51，LED发光二极管D3显示2#高压柜开关状态；输入端子216、217、218、219连接检测电阻R236、R238、R240、LED发光二极管D4、LED发光二极管D5、LED发光二极管D6、光电耦合器U52、光电耦合器U53、光电耦合器U54，分别用来显示1#低压柜开关状态、1#低压柜电源检测Y（与门电路），1#低压柜电源检测H（或门电路）；输入端子220、221、222、223连接检测电阻R242、检测电阻R244、检测电阻R246、LED发光二极管D7、LED发光二极管D8、LED发光二极管D9、光电耦合器U55、光电耦合器U56、光电耦合器U57，分别显示2#低压柜开关状态、2#低压柜电源检测Y（与门电路），2#低压柜电源检测H（或门电路）；将负载检测分配控制装置运行状态通过LED发光二极管显示在显示窗口，便于巡视人员观察，了解设备运行状况。

负载分配控制单元的单片机总线KO1至KO16连接光电耦合隔离阵列、光电耦合器输出连接继电器驱动模块MC1413，驱动FH115F大功率继电器。其中，继电器K1、继电器K2触点连接接线端子106、107、108分别控制1#高压开关合闸、分闸；继电器K3、继电器K4触点连接接线端子109、110、111，分别控制2#高压开关合闸、分闸；继电器K5、继电器K6、继电器K7触点连接接线端子112、113、114、115，分别控制1#低压柜开关储能、合闸、分闸；继电器K8、继电器K9、继电器K10触点连接接线端子116、117、118、119，分别控制低压联络柜开关储能、合闸、分闸；继电器K11、继电器K12、继电器K13触点连接接线端子120、121、122、123，分别控制2#低压柜储能、合闸、分闸；继电器K14触点连接接线端子206、207输出1#变压器故障报警；继电器K15触点连接接线端子208、209输出2#变压器故障报警。

如图4所示的，为1#高压柜内的控制原理图。其中，1#高压开关柜高压电流互感器出线端A411、N411与负载检测分配控制装置接线端子104、接线端子105连接，接线端子106连接控制回路手动/自动开关K2的接线端3；接线端子107并接高压断路器合闸线圈1FK1进线端；接线端子108并接在分闸线圈1FK2进线端；接线端子212、接线端子213接高压断路器1FK辅助开关常开触点；接线端子206、接线端子207接1#变压器故障报警继电器1ZK线圈，带动声光报警器就地报警，故障报警继电器另一付触点1ZK2接通中央信号箱连接变电站远程报警装置实现远程报警。

如图5所示，为2#高压柜内的控制原理图。其中，2#高压柜的高压电流互感器出线端A411、N411与智能负载检测分配控制装置接线端子204、接线端子205连接，接线端子109连接控制回路手动/自动开关K3接线端3；接线端子110并接高压断路器合闸线圈FK1进线端；接线端子108并接在分闸线圈FK2进线端；接线端子214、接线端子215接高压断路器2FK辅助开关常开触点；接线端子208、接线端子209接2#变压器故障报警继电器2ZK线圈。

如图6所示，1#低压柜控制示意图。智能负载检测分配控制装置接线端子112连接1#低压柜控制回路手动/自动开关K4自动接线端；接线端子113并接低压断路器储能电机回路，接线端子114并接低压断路器合闸线圈QFX进线端；接线端子115并接在低压断路器分闸线圈QFF进线端。

如图7所示，为设置在1#低压柜内的智能电源监控仪的接线图。智能电源监控仪的检测电源端子A611、B611、C611、N分别接在1#低压进线柜电压表对应的回路上；出线端子216与低压断路器1QF1辅助开关常开触点进线端相连，低压断路器1QF1辅助开关常开触点出线端连接217；智能电源监控仪出线端的端子216、端子218、端子219连同端子217通过控制电缆与智能负载检测分配控制装置对应的接线端子216、接线端子218、接线端子219、接线端子217连接。

如图8所示，为2#低压柜控制示意图。智能负载检测分配控制装置接线端子120连接2#低压进线柜控制回路手动/自动开关K5自动接线端；接线端子121并接低压断路器储能电机回路，接线端子122并接低压断路器合闸线圈QFX进线端；接线端子123并接在低压断路器分闸线圈QFF进线端。

如图9所示，为设置在2#低压柜内的智能电源监控仪的接线图。智能电源监控仪的检测电源端子A611、端子B611、端子C611、端子N分别接在2#低压进线柜电压表对应的回路上；出线端子220与低压断路器1QF1辅助开关常开触点进线端相连，低压断路器1QF1辅助开关常开触点出线端连接端子221；智能电源监控仪出线端端子220、端子222、端子223连同端子221通过控制电缆与智能负载检测分配控制装置对应的接线端子220、接线端子222、接线端子223、接线端子221连接。

如图10所示，为低压联络柜内控制示意图。负载检测分配控制装置端子116连接低压联络柜控制回路手动/自动开关K6自动接线端；端子117并接低压联络断路器储能电机回路，端子118并接联络断路器合闸线圈QFX进线端；端子119并接在低压联络断路器分闸线圈QFF进线端。

低压联络柜内的智能相序监控仪安装在柜内端子排上，检测电源端子A611、端子B611、端子C611、端子a611、端子b611、端子c611、分别接在联络断路器上下对应的回路上；闭锁端子1、3串接在联络断路器的合闸线圈回路中；报警端子7、报警端子9串接在报警继电器3ZJ线圈回路中；联络断路器QF辅助开关常开触点分别连接智能负载检测分配控制装置接线端子210、接线端子211端子。

本发明应用于上述的节能配电所时的工作原理及过程如下：

当智能负载检测分配控制装置工作时，通过可编程显示控制单元设置优先1#变压器运行，输出端子106、107控制1#高压柜合闸线圈1FK1通电，1#高压柜合闸，1#变压器运行；此时，1#低压进线柜上安装CDK-Y1智能电源监控仪，该监控仪对低压电源缺相、欠压检测，通过输入端子216、217、218、219将1#开关状态、电源检测Y、检测H的信号传递给智能负载检测分配控制装置，如果电源异常，则发出1#变压器故障报警，如果电源正常，通过输出端子112、113、114控制1#低压进线柜储能、合闸；低压母线（即第二母线）带电，低压联络柜开关上端带电，低压联络柜安装智能相序监控仪，该监控仪对两路电源相序检测，错相，立即闭锁与报警，正常，智能负载检测分配控制装置通过输出端子116、117、118控制低压联络柜储能、合闸；1#变压器运行，带动全部负载，如果1#变压器、2#变压器容量比为1：2，此时，变压器运行容量为两台变压器容量的33%左右。

当用电负载增加，超过1#变压器经济运行点时，智能负载检测分配控制装置通过接线端子104、105测量的负载电流，并与设定的参数比较，然后根据比较结果驱动输出端子109、110控制2#高压柜合闸线圈2FK1通电，2#高压柜合闸，2#变压器运行；此时，2#低压进线柜上安装的CDK-Y1智能电源监控仪对低压电源缺相、欠压检测，通过输入端子220、221、222、223将2#开关状态、电源检测Y、电源检测H的信号传递给智能负载检测分配控制装置，如果电源异常，2#变压器进行故障报警，如果电源正常，通过输出端子120、121、122控制2#低压进线柜储能、合闸；同时退出1#变压器，由2#变压器全部负载，此时，变压器运行容量为两台变压器容量的变电站容量在66%左右。

当用电负载继续增加时，超过2#变压器经济运行点时，智能负载检测分配控制装置输出端子106、107控制1#高压柜合闸线圈1FK1通电，1#高压柜合闸，1#变压器加入运行；输出端子106、109控制联络断路器跳闸，1#变压器和2#变压器分裂运行，此时变电站容量为100%。

当用电负载减少时，低于两台变压器经济运行点时，智能负载检测分配控制装置通过与设定的参数比较，控制联络断路器断路器合闸，1#变压器退出运行，2#变压器继续运行，此时，变压器运行容量又在两台容量的66%左右运行。

当用电负载继续减少时，低于2#变压器经济运行点时，智能负载检测分配控制装置通过与设定的参数比较，控制1#变压器投入运行，2#变压器退出运行，此时变电站容量又在33%左右运行，周而复始。

本发明可以通过上述方案可使1#变压器和2#变压器在最节电的状态下运行，达到配电变压器损耗降低50-60%左右，效果非常显著。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。