一种配电变压器智能轻载切换装置的制作方法

1.本技术属于电力控制领域，具体涉及一种配电变压器智能轻载切换装置。


背景技术：

2.配电变压器是电力系统中应用较多、能耗较高的设备，配电网常采用两台配电变压器并列运行的供电模式，新型电力系统建设背景下，供电公司部分配电变压器存在日峰谷差较大的情况，在电力负荷较小的时候，变压器就会形成空载或轻载运行，长时间轻载运行危害如下：
3.1.因配电变压器基数较多，总线损增加严重，无功功率消耗过大；
4.2.对国网公司而言，用户功率因数低，输送的无功功率占用了系统的资源；
5.3.短时间内无法保证功率平衡，电能质量下降，进而影响电网的稳定运行。
6.综上所述长期空载导致台区线损增加、无功平衡困难、电能质量下降，配电变压器低碳降损柔性互联的改造必要性与日俱增。


技术实现要素：

7.本技术目的在于提出一种智能轻载切换装置，可实现动态切换，同时实现对高压和低压侧的分合闸开闭合功能。
8.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
9.一种配电变压器智能轻载切换装置，包括：数据采集单元、主控单元、交互单元、存储单元、通讯单元、保护单元、和投切单元；
10.所述数据采集单元与所述主控单元连接，所述数据采集单元用于采集配电变压器在运行状态下的原始数据，得到运行数据；
11.所述主控单元还与所述交互单元连接，所述主控单元用于基于所述运行数据进行计算分析，得到运行状态，并基于所述运行状态，发出控制指令；
12.所述交互单元用于显示所述运行数据、所述运行状态和所述控制指令；
13.所述通讯单元与所述主控单元连接，所述通讯单元用于所述主控单元与移动端信息传递；
14.所述保护单元与所述数据采集单元、所述主控单元连接，所述保护单元用于判断所述运行数据是否超过设定值，当所述运行数据超过设定值时，所述主控单元发出保护指令；
15.所述存储单元与所述主控单元连接，所述存储单元用于存储所述运行数据、所述运行状态、所述控制指令和所述保护指令；
16.所述投切单元用于基于所述控制指令、所述保护指令采取动作。
17.可选地，所述主控单元包括：运算模块、分析模块和控制模块；
18.所述运算模块与所述数据采集单元连接，所述运算模块用于对所述运行数据进行算法计算；
19.所述分析模块与所述运算模块连接，所述分析模块用于对计算后的运行数据进行分析，得到配电变压器的所述运行状态；
20.所述控制模块与所述分析模块、所述投切单元连接，所述控制模块基于所述运行状态，向所述投切单元发出所述控制指令。
21.可选地，所述数据采集单元包括：数据采集模块、数据调理模块和第一转换模块；
22.所述数据采集模块与所述数据调理模块连接，所述数据采集模块用于采集配电变压器运行状态下的运行数据；
23.所述数据调理模块还与所述第一转换模块连接，所述数据调理模块用于对所述运行数据进行处理；
24.所述第一转换模块用于将处理后的运行数据转换成数字信号，并将所述数字信号传输至所述主控单元。
25.可选地，所述运行数据包括配电变压器在运行状态下的电压、电流、频率和相位信号。
26.可选地，所述数据调理模块对所述运行数据进行处理包括：抽样、降噪、滤波、放大处理。
27.可选地，所述交互单元包括：设置模块、显示屏和第二转换模块；
28.所述设置模块与所述主控单元连接，所述设置模块用于设置配电变压器的工作模式；
29.所述显示屏用于显示所述运行数据、所述运行状态、所述控制指令和所述保护指令；
30.所述第二转换模块用于对所述数字信号进行还原处理并显示在所述显示屏上。
31.可选地，所述工作模式包括：智能切换模式和定时轮休模式。
32.可选地，切换装置还包括供电单元，所述供电单元采用高隔离开关电源系统，为各个单元提供220v交流电压。
33.本技术的有益效果为：
34.(1)提高了变压器运行的经济性。当负荷增加到一台变压器容量不够用时，则可并列投入第二台变压器，而当负荷减少到不需要两台变压器同时供电时，可将一台变压器退出运行。特别是在农村，季节性用电特点明显，变压器并联运行可根据用电负荷大小来进行投切，这样，可尽量减少变压器本身的损耗，达到经济运行的目的。
35.(2)提高供电可靠性。当并列运行的变压器中有一台损坏时，只要迅速将之从电网中切除，另一台或两台变压器仍可正常供电；检修某台变压器时，也不影响其它变压器正常运行从而减少了故障和检修时的停电范围和次数，提高供电可靠性。
36.(3)节约电能，实现节电增效，节电效果非常明显，降低了资金投入。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本技术配电变压器智能轻载切换装置结构示意图；
39.图2为本技术配电变压器智能轻载切换装置安装示意图；
40.图3为本技术配电变压器智能轻载切换装置运行过程示意图；
41.图4为本技术配电变压器智能轻载切换装置5路断路器工作过程示意图；
42.图5为本技术配电变压器智能轻载切换装置主控单元结构示意图；
43.图6为本技术配电变压器智能轻载切换装置实时谐波数据波形示意图；
44.图7为本技术配电变压器智能轻载切换装置数据采集连接示意图。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
47.实施例一
48.如图1所示，为本技术一种配电变压器智能轻载切换装置结构示意图，包括：数据采集单元、主控单元、交互单元、存储单元、通讯单元、保护单元、和投切单元。
49.数据采集单元与主控单元连接，用于采集采集配电变压器在运行状态下的原始数据，得到运行数据；
50.其中，原始数据包括：配电变压器在运行状态下的电压、电流、频率和相位信号。
51.数据采集单元包括：数据采集模块、数据调理模块和第一转换模块；
52.数据采集模块与数据调理模块连接，数据采集模块通过多路高精度的电压互感器和电流互感器以及配套的高速电子开关，采集配电变压器在运行状态下的电压、电流、频率和相位信号，采样周期为每秒500～1500次可配，通过周期性采样完成海量的原始数据收集。
53.数据调理模块还与第一转换模块连接，数据调理模块用于将采集到的原始数据进行抽样、降噪、滤波、放大后转换为第一转换模块所需要的电平和周期。
54.第一转换模块用于将处理后的运行数据转换成数字信号，并将数字信号传输至主控单元。
55.主控单元还与交互单元连接，主控单元包括：运算模块、分析模块和控制模块；
56.运算模块与数据采集单元连接，运算模块用于对数字化后的运行数据进行傅里叶变换，滤除其中的谐波含量和直流分量，为分析模块提供所需的信号分量。
57.分析模块与运算模块连接，分析模块用于对计算后的运行数据进行分析，得到配电变压器的运行状态。
58.控制模块与分析模块、投切单元连接，控制模块基于配电变压器的运行状态，向投切单元发出分合闸、开闭合的控制指令。
59.交互单元用于显示运行数据、运行状态和控制指令等信息；
60.交互单元包括：设置模块、显示屏和第二转换模块；
61.设置模块与所述主控单元连接，所述设置模块用于设置配电变压器的工作模式；
其中，工作模式包括：智能切换模式和定时轮休模式；
62.智能切换模式为：当电力负荷高峰时，两台变压器同时运行；当电力负荷较小、一台变压器能够满足负荷需求时，则自动控制断路器的分闸，自动切除辅供变压器；当电力负荷恢复高峰时，控制断路器合闸，使辅供变压器自动投入运行；
63.定时轮休模式为：系统预设或通过平台下发轮休制度，可根据需要设置以年、月、周、日为周期的轮休制度，主供变压器和辅供变压器按设置周期轮流工作，降低线损的同时，有效延长变压器使用寿命。
64.显示屏用于显示运行数据、运行状态、控制指令、保护指令以及出现故障时的故障类型等；
65.第二转换模块用于对数字信号进行还原处理并显示在显示屏上。
66.存储单元与主控单元连接，存储单元用于存储运行数据、运行状态、控制指令、保护指令和出现故障时的故障类型；
67.通讯单元与主控单元连接，通讯单元用于主控单元与移动端信息传递，当变压器动作和出现故障时向移动端发出告警信息；其中，移动端指值班人员随身携带的具备移动通信的电子设备，当发生故障或根据指令发生动作时，显示屏显示相应信息，同时移动端接收告警信息，避免了当值班人员不在显示屏前而发生故障不能及时处理的情况发生。
68.保护单元与数据采集单元、主控单元连接，保护单元预设有过流保护、过负荷保护、过压保护、低压保护等多种保护逻辑，当监测到某台变压器的电压、电流有效值超出设定值时，将保护信息传输至主控单元，由主控单元发出保护指令，及时切除故障变压器。
69.投切单元用于基于控制指令、保护指令采取分合闸、开闭合等动作。
70.装置还包括有供电单元，供电单元采用高隔离开关电源系统，采用ac220v供电(也可选用适配器)，为装置的各个单元提供220v交流电压。
71.在实际运行中，如图5所示，每套装置包括有智能控制主机1个，智能切换执行空开5个(最多支持8路)，控制主机采用dsp+arm双处理器架构，dsp负责数字数据的采集和算法处理，dsp内置核心算法，算法基于iec61000-4-30及gb/t17626.30，严格遵循a级标准，可实现16通道(4u12i)的电能质量监测分析。
72.arm负责通信协议及人机接口处理；模拟信号采集由2片16位8通道高分辨率芯片完成，采样率高达200ksps，保证了通道间的精度和信息完整性；dsp处理器采用最新推出的面向智能电网输配电领域应用的双核高性能blackfin处理器，采用高稳定的裸机运行方式，不加载任何操作系统，以达到最高的数据采集、计算效率以及最高的安全稳定性，arm处理器采用国产工业高性能专用cpu，及时完成本装置通信控制以及外部事件响应。
73.如图6所示，pqa上位机分析软件对dsp采集及算法处理后的数据进行分析，分析监测参数包括：电压、电流有效值；电压偏差，频率偏差；有功、无功和视在功率、功率因数；基波有功、无功和功率因数、基波相角；等效视在功率/等效功率因数；基波/非基波等效视在功率、正序有功/无功/视在功率、正序功率因数、等效电压/电流畸变功率、不平衡视在功率、不平衡系数；三相电压、电流不平衡度，三相电压、电流序分量；谐波电压、电流有效值/含有率(2～50次)；电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率，谐波相角(2～50次)，谐波功率；间谐波电压、电流含有率(0.5～49.5次)，间谐波电流有效值(0.5～49.5次)；闪变，电压波动；电压暂降，电压暂升，短时中断，冲击电流等；通过对电能质量各项参数的详细计算保证
自动投切的最优化。
74.如图7所示，数据采集模块共有16路交流输入通道；其中4路为电压通道，其余12路为电流通道；4路电压通道分别接入三相电压的a相、b相、c相和中性；12路电流通道分为3条线路，每条线路包含：a相、b相、c相和中性。
75.实施例二
76.本实施例将结合实际运行情况，对切换装置的工作过程进行描述。
77.如图2所示，配电变压器智能轻载切换装置k1、k2各接在并联运行的主供变压器b1和辅供变压器b2上；
78.如图3所示，在实际运行中，当电力负荷较低时，两段母线由各自的变压器供电，两段进线断路器qf1和qf2均闭合，而单母线分段的母联断路器qf3打开；当电力高负荷时，两段母线的变压器qf1和qf2均闭合，qf3闭合，两台变压器并联同时供电，如果某段进线的变压器收到轮休指令，则该段进线断路器打开，然后闭合母联断路器qf3，如果变压器或者中压侧出现问题，例如出现严重电压凹陷(欠压或者失压)或者故障，则该段进线断路器也会打开，然后闭合母联断路器qf3；当系统恢复时，会先将对应的进线断路器闭合，这时变压器并列运行，然后再将母联断路器打开。这样负载无须经历第二次停电重起动，有效保证供电安全。
79.实施例三
80.如图4所示，某些配电站房自备发电机组，并且发电机组的断路器与市电的进线断路器之间有联锁和互投的关系。也有些站房进线断路器和母联断路器大于3路，所以本技术在设计时，考虑了扩展性，最大支持8路，本实施例以5路断路器为例，工作过程如下：
81.当正常运行时母联打开，各段进线闭合；若某段市电电源出现故障，则打开该段进线，接着闭合母联；当故障解除恢复后，系统按变压器并列和非并列两种方式恢复；若某段市电电源故障未恢复，而另段市电电源又出现故障，或者两段市电同时出现故障，则系统起动发电机。视发电机起动运行情况，决定母联是否投入，投退情况类似市电供电。
82.当市电恢复后，有两种方法来处理：
83.一是市电进线与发电机进线互锁，只允许一侧闭合；这时将发电机进线打开，再闭合市电进线即可。
84.第二种方法市电进线与发电机进线没有互锁关系；市电恢复后，在系统的引导下，将发电机对市电做准同期处理，然后闭合市电进线，再撤离发电机。
85.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，包括：数据采集单元、主控单元、交互单元、存储单元、通讯单元、保护单元、和投切单元；所述数据采集单元与所述主控单元连接，所述数据采集单元用于采集配电变压器在运行状态下的原始数据，得到运行数据；所述主控单元还与所述交互单元连接，所述主控单元用于基于所述运行数据进行计算分析，得到运行状态，并基于所述运行状态，发出控制指令；所述交互单元用于显示所述运行数据、所述运行状态和所述控制指令；所述通讯单元与所述主控单元连接，所述通讯单元用于所述主控单元与移动端信息传递；所述保护单元与所述数据采集单元、所述主控单元连接，所述保护单元用于判断所述运行数据是否超过设定值，当所述运行数据超过设定值时，所述主控单元发出保护指令；所述存储单元与所述主控单元连接，所述存储单元用于存储所述运行数据、所述运行状态、所述控制指令和所述保护指令；所述投切单元用于基于所述控制指令、所述保护指令采取动作。2.根据权利要求1所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述主控单元包括：运算模块、分析模块和控制模块；所述运算模块与所述数据采集单元连接，所述运算模块用于对所述运行数据进行算法计算；所述分析模块与所述运算模块连接，所述分析模块用于对计算后的运行数据进行分析，得到配电变压器的所述运行状态；所述控制模块与所述分析模块、所述投切单元连接，所述控制模块基于所述运行状态，向所述投切单元发出所述控制指令。3.根据权利要求1所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述数据采集单元包括：数据采集模块、数据调理模块和第一转换模块；所述数据采集模块与所述数据调理模块连接，所述数据采集模块用于采集配电变压器运行状态下的运行数据；所述数据调理模块还与所述第一转换模块连接，所述数据调理模块用于对所述运行数据进行处理；所述第一转换模块用于将处理后的运行数据转换成数字信号，并将所述数字信号传输至所述主控单元。4.根据权利要求2所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述运行数据包括配电变压器在运行状态下的电压、电流、频率和相位信号。5.根据权利要求2所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述数据调理模块对所述运行数据进行处理包括：抽样、降噪、滤波、放大处理。6.根据权利要求3所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述交互单元包括：设置模块、显示屏和第二转换模块；所述设置模块与所述主控单元连接，所述设置模块用于设置配电变压器的工作模式；所述显示屏用于显示所述运行数据、所述运行状态、所述控制指令和所述保护指令；所述第二转换模块用于对所述数字信号进行还原处理并显示在所述显示屏上。
7.根据权利要求6所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，所述工作模式包括：智能切换模式和定时轮休模式。8.根据权利要求1所述一种配电变压器智能轻载切换装置，其特征在于，切换装置还包括供电单元，所述供电单元采用高隔离开关电源系统，为各个单元提供220v交流电压。

技术总结
本申请公开一种配电变压器智能轻载切换装置，包括：数据采集单元、主控单元、交互单元、存储单元、通讯单元、保护单元、供电单元和投切单元；数据采集单元用于采集原始数据，得到运行数据；主控单元用于计算分析运行数据，得到运行状态，并基于运行状态，发出控制指令；交互单元用于显示运行数据、运行状态和控制指令；存储单元用于存储运行数据、运行状态和控制指令；通讯单元用于主控单元与移动端信息传递；保护单元用于判断运行数据是否超过设定值，当所述运行数据超过设定值时，主控单元发出保护指令；供电单元为各个模块提供工作电压；投切单元基于控制指令、保护指令采取相应行动。本申请提高了变压器运行的经济性，供电的可靠性。性。性。


技术研发人员：包邦余
受保护的技术使用者：田继友
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/5