专利名称：一种可变容量箱式变电站的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电学技术领域，涉及一种可变容量箱式变电站，用于自动跟踪负荷的变化调整变压器的输出容量，并对负荷侧进行无功补偿，以达到节能降损和保证配电变压器较高的运行效率，同时可将电量参数通过GPRS网络传至互联网上的用户计算机，实现了实时监测及防窃电功能。
背景技术：
目前，我国经济建设正处于高速发展阶段，对能源的需求也不断的增长，尤其是电力能源供需紧张矛盾日益加剧，在用电高峰期供电部门不得不拉闸限电；为了缓解电力供应紧张局面，国家采取了相应措施，一方面加快电源建设，另一项重要措施就是降耗节电，采用节能设备。我国城乡电网改造正在进行之中，电网结构日趋合理，但受多种因素影响，配电网仍存在较多问题。第一、最突出的问题是负荷变化大、电能损耗严重。就目前供电系统而言，用电高峰时配电变压器超负荷运行，而用电低谷时负荷不到50％。电网中大量的配电变压器空载损耗占总供电量的3％，个别地区超过3％。以陕西省地方电力系统为例，该系统共66个县，有配电变压器6.1万台，平均每县924台，总容量423万KVA，年售电量72亿度，配电变压器损耗2.16亿度，按0.5元/度计算，每年配变空载损耗电费1.08亿元，平均每县损失163万元。若将配变空载损耗降低一个百分点，经济效益将十分可观。在这种状况下，单靠建设电厂，则会带来一系列问题，诸如资金投入大，资源消耗过快等，还会对环境造成一定的影响。第二、由于终端用户比较分散，对配电变压器的运行状态不能及时掌握，不便于管理，对配变运行中存在的隐患也不能及时察觉、及时检修、排除故障。第三、由于电网结构及负荷性质的原因，我国电网中无功的缺额较大，功率因数偏低，线路无功损耗严重。
发明内容
鉴于配电网目前的用电状况，本实用新型的目的在于，提供一种可对配电线路依据负荷变化调整配电变压器容量的可变容量箱式变电站，它可以自动跟踪负荷的变化调整变压器的输出容量，并对负荷侧进行无功补偿，以保证配电变压器较高的运行效率，达到节能降损的目的；电容参数通过无线网进行设置，并且可通过移动网将配变的各个电量参数传至远方监控室，达到实时监控的目的.
为了实现上述目的，本实用新型的解决技术问题所采取的技术方案是一种用于配电线路的可变箱式变电站，包括有高压室、变压器室和低压室，其特征在于在高压室内配置有第一高压环网进出线柜、第二高压环网进出线柜以及隔离刀、真空灭弧室；在变压器室配置内有第一配电变压器和第二配电变压器；在低压室内配置有第一低压进线柜、第二低压进线柜以及和它们分别电连接的第一低压出线开关柜、第二低压出线开关柜、第三低压出线开关柜、电容补偿柜、计量箱、防窃电监测和控制管理系统箱；高压室中的两个高压环网进出线柜分别与变压器室的两个配电变压器电连接，两个配电变压器分别与低压室的第一低压出线开关柜、第二低压出线开关柜电连接；防窃电监测和控制管理系统箱用于跟踪负荷变化自动调整两个配电变压器的输出容量并控制电容补偿柜进行无功补偿，还对箱式变电站的电量各数据利用公用通信网进行数据传输且防止窃电。
本实用新型的其它一些特点是所述的防窃电监测和控制管理系统箱的控制管理系统中有DSP控制器，它包括微处理器DSP，在微处理器DSP上连接有模拟电压电流输入的采样模块、数据存贮模块、时钟及参数存贮模块、控制信号输出模块、开关量输入/出模块、RS232/无线通信接口模块以及LCD显示及按键模块。
所述的RS232/无线通信接口模块用于实现无线方式通讯或实现有线方式通讯。
所述的配电变压器分三级跟踪负荷可变，而且两台不等容量变压器心集成在同一油箱中。
所述配电变压器是油浸的，或干式的。
配电变压器的输出容量改变容量时所用的高压开关是组合电器及熔断器；低压开关选用刀开关与真空接触器。
上述配电变压器为可变容量变压器，能够输出三种不同容量，通过控制装置监测负荷的变化，选择相应容量输出，避免配变大容量轻负载的状况，使配电变压器保持较高的运行效率。
本实用新型的可变容量箱式变电站，其配电变压器的输出容量可根据负荷的变化，由专门设计的控制器进行自动控制、调整，并将电量参数通过GPRS网络传至互联网上的用户计算机，还可对负荷侧进行无功补偿。箱式变电站特别适用于负荷变化较大的配电线路，可根据负荷的变化自动调整变压器的容量，避免轻负荷时出现的大马拉小车现象，有效地减少了变压器的空载损耗和无功线损，实现了对箱式变电站运行状况的实时监测。
图1本实用新型的平面结构布置图。
其中方框1、2为10kV高压环网进出线柜，3为隔离刀、真空灭弧室置于高压室内；4、5为10/0.4kV配电变压器，置于变压器室；6、7为低压进线柜；8、9、10为低压出线开关柜；11为电容补偿柜；12为计量箱；13为防窃电监测和控制管理系统装置箱；6-13均置于低压室内。
图2为本实用新型的一次系统图(高压室及变压器室)；其中图号所表示的是，201.电源变压器，202.组合电器及熔断器，203.CT，204.带电显示装置，205.避雷器，206.接地刀，4.第一10/0.4kV配电变压器，5.第二10/0.4kV配电变压器；图3为本实用新型的一次系统图(低压室)；其中图号所表示的是，301.刀开关及真空接触器，302.CT，303.刀开关，304.断路器(空开)，305.避雷器，306.熔断器，307.电容器，308.交流接触器图4为控制器原理框图；图5为控制器的信号调理部分电路图；图6为控制器的显示及键盘部分电路图；图7为控制器的信号输出部分电路图；其中图7-a是控制箱变开关部分；图7-b是控制电容器投切部分；图8为控制器的数据存贮、时钟及参数存贮及通讯部分的电路图；图9为控制器开关量输入/出部分电路图；图10为控制器的DSP部分的电路图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
依本实用新型的技术方案，可变容量箱式变电站，由变压器室、高压室、和由低压开关柜、无功补偿装置、低压配电柜和计量箱及信号远传装置构成的低压室组成。特别适用于负荷变化较大的配电线路，可根据负荷的变化自动调整变压器的容量，避免轻负荷时出现的大马拉小车现象，有效地减少了变压器的空载损耗和无功线损，实现了对箱式变电站运行状况的实时监测。
线路电压、电流经控制单元的信号调理、采样、运算、分析比较后发出指令使得相应的高压真空负荷开关和低压真空接触器开通或关断，以改变投入线路的配电变压器的容量，并按照输电线路实际无功功率的缺额自动投切电容器，实现了配电变压器输出容量根据负荷大小自动进行调整的要求，也使线路无功得到科学合理的补偿，达到了节能降损的目的。
变压器室内放置两台不同容量的变压器及其切换开关；高压室内有高压出线柜、隔离刀、真空灭弧室等装置；低压室包括开关和无功补偿装置、低压配电和计量及信号远传装置。可变容量变压器可输出三种不同容量，通过控制装置监测负荷的变化，选择相应容量输出，避免配变大容量轻负载的状况，使配电变压器保持较高的运行效率，因而大大减少空载损耗，达到节能效果。
精细的低压无功补偿，可使10kV线路的损耗降低。该方案不仅使低压侧负载的无功得到完全补偿，而且还可以从低压侧反送无功给配变，使配变所需无功就近得到补偿，也就是说，从配变低压侧到负载已过补，但从配变高压侧其功率因数仍为感性，cos可高达0.95～0.99。为此既可使负载和配变无功得到充分补偿，对10kV线路和变电站不会带来任何不利影响，仍能稳定、可靠工作。
配电变压器的输出容量可根据负荷的变化，由专门设计的控制器进行自动控制、调整，并将电量参数通过GPRS网络传至互联网上的用户计算机，还可对负荷侧进行无功补偿。
控制单元采用金属机箱，为内部提供了电磁屏蔽良好的工作环境，控制器控制单元以DSP为核心，采用了轻触按键加液晶显示作为人机接口，通过轻触按键进行参数设置及手动操作，通过液晶显示运行参数，具有参数设置方便、快捷、准确、直观、人机对话界面友好等特点。
本实用新型的设备布置，包括变压器室，高压室，低压室。变压器室内放置容量不等的组合配电变压器一台(具有容量不等的两变压器芯置于同一油箱中，相当于两个不同容量的配电变压器集成在一起)及相应的高低压接线，排风扇以及自动控温装置等；高压室中放置变压器切换的真空负荷开关和熔断器、隔离开关，并能实现过载、过流、短路保护；低压室放置换接变压器低压接线的接触器和无功补偿柜、低压配电柜、低压计量柜及防窃电监测和控制管理系统装置。
以下是发明人给出的具体实施例，但本实用新型并不局限于该实施例。参见图1，图1本实用新型的平面结构布置图，主要分为高压室，变压器室及低压室.
图2为一次系统图(高压室及变压器室)，1#配电变压器4和2#配电变压器5经高压组合电器及熔断器202与10KV母线连接；同时高压室还配有带电显示装置204，避雷器205，接地刀206；控制单元通过控制高压组合电器及熔断器202的开通与关断来改变投入线路的配电变压器容量的大小。
图3为一次系统图(低压室)，1#配电变压器4和2#配电变压器5经刀开关和真空接触器301与0.4kV母线进线柜联接起来，控制单元CT302通过控制刀开关303和真空接触器301的开通与关断来改变投入线路的配电变压器容量的大小。每个出线柜中有断路器(空开)304，它与刀开关303串连设置；在电容补偿柜内有避雷器305，熔断器306，电容器307和交流接触器308，电容器307通过交流接触器308、熔断器306连接在刀开关303上。
图4为控制单元的原理框图，控制器包括DSP，DSP上分别连接有电源、RS232通讯接口及GPRS无线通讯部分、取样电压信号调理及采样输出部分、数据存贮部分、时钟及参数存贮部分、控制信号输出部分、LCD显示及按键部分、开关量输入/出部分。
图5为控制器信号调理部分电路图.该部分是由电压互感器SPT204A、电流互感器SCT254AZ、运算放大器LM324N和电阻组成。该部分信号输出直接和DSP的A/D相连，其作用是将采样信号调制为DSP模拟信号输入范围内的信号。
图6为控制器的显示及按键部分电路图。该部分是由双向锁存/缓冲器74245及LCD模块和4个按键组成，与DSP相连，其作用为LCD显示各种数据，键盘则提供选择各项功能及设置各种参数的接口；图7为控制器的信号输出部分；其中，图7-a是控制箱变的开关部分；图7-b是控制电容器投切部分；该部分主要由光耦TLP521-4、反向缓冲器ULN2803、及4.7K排阻组成，采用光电隔离、反向缓冲器件可增强DSP系统抗干扰性及输出驱动能力；图8为控制器的数据存贮、时钟及参数存贮及通讯部分；该部分由非易失性铁电随机存储器芯片FM24C16、时钟芯片PCF8563、RS232接口以及收发芯片MAX232e构成。该部分直接与DSP相连，其作用为提供实时时间及存贮参数，并根据用户需要存贮相应的历史数据。通信控制则可以通过RS232串口以有线或无线方式同上位机进行数据传输。
图9为控制器开关量输入/出部分电路图；该部分主要由光耦TLP521-4及0.1uf滤波电容组成；其作用为主要是返回变压器两端的高压真空开关和低压真空接触器的开合状态。
图10为控制器的DSP部分的电路图。DSP作为控制器的核心，处理系统的各种数据，并发出相应的指令。
本实用新型的原理是，取样电压、电流经过互感器和A/D转换后为DSP读取，可计算出线路的各个电参量(U、I、cos、P、Q、KWH等)，根据负载电流的大小和变压器的运行状态，来决定投切变压器的动作.在设定的延时值进行延时后DSP控制信号输出部分发出指令，使相应的组合电器及真空接触器开关导通或关断，从而对变压器的容量进行调整。当低压端有无功损耗时，DSP会根据所缺的无功量，通过输出部分发出指令，选择相应的电容器投切，达到补偿无功的目的.同时本实用新型还能将各电参量通过GRPS网络传送到远方监控中心，并可根据设置的参数上下限实时判断故障并上报远程监测中心，方便监测、管理。
高压室和低压室还配有各种保护装置(如熔断器等)，当线路出现短路故障时，熔断器会及时熔断，当线路出现欠压、过压、缺相等故障时DSP控制单元会及时对开关发出动作指令，从而保护装置及用户侧设备的安全。
此外，为了防止开关频动，还设置了延时时间，根据投切动作对延时的不同要求，具体设置为切除延时时间和投入延时时间。为了防止动作次数过多，设置了日投切次数限制。对变压器两侧开关的动作设置了间隔时间。
本实用新型采用了防窃电的远方监测和管理系统，提高了智能化水平，不仅可有效的防窃电，还可在电业管理部门办公室监测和管理箱变的运行状况，方便用户，减轻了劳动强度，提高了管理水平。
该监测管理系统功能如下1.该系统可远传箱变的各电量参数(U、I、cos、P、Q、KWH等)；2.箱变的故障判断具有实时性；并及时以短消息形式报告给有关负责人；3.可设置电压、电流上下限及数据上报时间间隔等参数；4.采用GPRS无线网络作为数据传输的信道，具有“永远在线”和“按量计费”的特点；5.可及时发现有无窃电情况发生；6.该系统支持GPRS/CDMA等多种通讯手段.
本实用新型的效果是1.采用了可变容量的配电变压器，容量不等的双心变压器置于同一油箱中，可分三级改变容量；2.实时监控线路负荷情况，自动跟踪负荷变化，调整变压器的投入容量；3.自动跟踪电压变化，实时监控输出电压，进行过压、失压、断相等故障的判断并做出相应处理；4.控制单元采用工业级芯片，可靠性高，抗干扰能力强，可用于恶劣环境；5.低压无功补偿可使负载和配变得到充分补偿，有效的实现节能降损；
6.远方监测和管理系统，可有效的防窃电，还可在电业管理部门办公室监测和管理箱变的运行状况，提高了智能化水平；7.高压室中装有切换变压器投入的真空负荷开关，可实现过载、过流、短路保护等功能；8.控制装置具有完善的投切互锁功能，防止各种情况下产生的误动作；9.开关状态信号通过光电隔离器输入装置提高了电路抗干扰能力；10.结构简单，便于维护和安装。
权利要求1.一种用于配电线路的可变容量箱式变电站，包括有高压室、变压器室和低压室，其特征在于在高压室内配置有第一高压环网进出线柜、第二高压环网进出线柜以及隔离刀、真空灭弧室；在变压器室配置内有第一配电变压器和第二配电变压器；在低压室内配置有第一低压进线柜、第二低压进线柜以及和它们分别电连接的第一低压出线开关柜、第二低压出线开关柜、第三低压出线开关柜、电容补偿柜、计量箱、防窃电监测和控制管理系统箱；高压室中的各个高压环网进出线柜分别与变压器室的两个配电变压器电连接，两个配电变压器分别与低压室的第一低压出线开关柜、第二低压出线开关柜电连接；防窃电监测和控制管理系统箱用于跟踪负荷变化自动调整两个配电变压器的输出容量并控制电容补偿柜进行无功补偿，还可将箱式变电站的电量参数、故障情况等信息利用公用通信网上传给用户且可以防止窃电。
2.如权利要求1所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，所述的防窃电监测和控制管理系统箱的控制管理系统中有DSP控制器，它包括微处理器DSP，在微处理器DSP上连接有模拟电压电流输入的采样模块、数据存贮模块、时钟及参数存贮模块、控制信号输出模块、开关量输入/出模块、RS232/无线通信接口模块以及LCD显示及按键模块。
3.如权利要求2所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，所述的RS232/无线通信接口模块用于实现无线方式通讯或实现有线方式通讯。
4.如权利要求1所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，所述的配电变压器分三级跟踪负荷可变，而且两台不等容量变压器心集成在同一油箱中。
5.如权利要求1所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，所述配电变压器是油浸的，或干式的。
6.如权利要求1所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，配电变压器的输出容量改变容量时所用的高压开关是组合电器及熔断器；低压开关选用刀开关与真空接触器。
7.如权利要求1所述的可变容量箱式变电站，其特征在于，所述配电变压器为可变容量变压器，它能够输出三种不同容量。
专利摘要本实用新型公开了一种可以改变配电变压器容量的可变容量箱式变电站。由变压器室，高压开关室，低压开关和无功补偿装置、低压配电和计量及信号远传装置组成的低压室组成。其中配电变压器具有容量不等的两个变压器心置于同一油箱中，可分三级调节变压器容量。主要用于负荷波动大的配电线路，安装于用户端，可实现实时跟踪负荷变化调整配电变压器投入容量，降低变压器损耗。并且配备了无功补偿装置和防窃电监测与管理系统，精细的低压无功补偿装置使负载和配变无功得到充分补偿，节能降损效果好；无线通讯和防窃电的远方监测和管理系统，提高了智能化水平，不仅可有效的防窃电，而且大大方便了供电部门的管理。
文档编号H02B1/00GK2773958SQ200420086359
公开日2006年4月19日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者金黎 申请人:西安森宝电气工程有限公司