摘要：环网柜数量众多，作为配电领域的关键环节，其安全运行具有重要意义。由于环网柜分布环境复杂多变，因此易受环境影响发生故障，甚至引发火灾。现有环网柜监测系统集中性虽然有所提升，环网柜配电网终端（DTU）集成度也在一点一点变高，但是对环网柜的监测还是不够及时、全面。因此，建立集成化环网柜监测系统至关重要。
关键词：配电网；环网柜；DTU；监测系统
随着我国社会经济持续健康的发展和人民生活水平的不断提高，人们对电能质量、供电可靠性和企业的优质服务水平提出了更高的要求。同时，为了应对全球气候变化，保障社会经济的可持续性发展，满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求，从国家能源战略和宏观政策层面上，对电力系统的发展也提出了更高的要求。环网柜是供电、配电网络的重要组成部分和关键节点，环网柜运行状态的好坏不仅关系供电系统的可靠性，更影响供电质量的提高。现阶段环网柜整体架构不够理想，且环网柜高度依赖DTU模块，但DTU模块功能部件过于冗杂。因此，本文基于此设计一种基于一二次融合分布式DTU的环网柜监测系统。本文设计的环网柜监测系统依赖于集成化DTU模块。本监测系统实现了对环网柜的状态监测。它具有如下优点：第一，避免环网柜设备因故障造成的损坏；第二，减少因故障停电造成的经济损失；第三，减少因不必要的维修造成的供电公司和用户经济损失。
一、国内配电自动化终端技术分析
传统配电自动化终端多采用集中式方案，微型化DTU智能环网柜的配网闭环运行研究，引领了智能配电网测控自动化领域新的潮流，体现了先进水平和鲜明特色，对比当前国内外同类产品有如下优势：
1.分布式智能配电网测控终端，采用面向开关设备智能化设计理念，可集成于环网开关柜，实现一体化智能环网开关柜。
2.环网柜配电自动化终端，采用镜像快速通信技术，无需配电自动化主站控制，在150ms内实现线路故障快速自动定位，故障自动隔离，在30s内自动恢复非故障区域供电，实现配电网智能自愈功能。
3.电源设计充分考虑配电网现场以及备用电源初始充电的电源功率，可靠性高；充分考虑电池防爆设计处理，电池充放电管理采用专用电池管理设计电路及算法，防止电池过充和过放，并设有手动、自动激活电池功能，有效保障电池长期安全运行。
二、分布式DTU的优势
1.采用微型化分布式DTU改造现有环网柜，大大节省安装空间，通过使用三遥监控单元，替代环网柜上的面板故障指示器，在自动化改造过程中把旧有的环网柜改造成带三遥远传的智能环网柜，实现了旧有环网柜的智能化升级。解决了安装体积大，接线复杂，停电时间长等问题。
2.面向未来的解决方案应该是智能一体化环网柜，这种一、二次设备融合为一体的智能环网柜，在工厂就把一二次设备融合，到施工现场只有一次安装就具备配网自动化功能。该方案有以下优点：第一，新建开闭所、配电房和户外环网箱采用；第二，一次建设，三进一步到位，整体美观，符合新一代配网自动化趋势；第三，配网自动化功能无需施工现场、二次接线；第四，减少现场施工停电时间；第五，大大提高整体设备的可靠性。
三、在线监测系统总体方案
本文设计的一种基于一二次融合分布式DTU环网柜监测系统包括遥测装置，遥信装置，遥控装置，分布式DTU与远端主机。遥测装置检测环网柜内各种电量与非电量测量信号。遥信装置收集柜内断路器，负荷开关，接地刀开关状态和地理信息等遥信信号。遥控装置负责对柜内接地刀，负荷开关和断路器等操作机构进行分合闸控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分布式DTU与环网柜一对一配置，DTU将各单元上传信号进行分析处理，判断故障类型，同时将采集数据与故障信息通过DTU自带显示装置可视化，方便运行人员执行相应操作。远端主机将多个供电区域的DTU数据通过GPRS/4G通信网络汇总，结合地理信息系统实时更新环网柜拓扑结构和运行状态。
四、分布式DTU模块化设计方案
1.网络通信单元。环网柜在线监测的实时性和可靠性要求都很高，因此本监测系统在环网柜内和柜外采取不同通信方案保证系统高效运行。
（1）环网柜内部通信方案。考虑到环网柜的绝缘水平和密封程度，如在环网柜内采用
有线传输不仅布线复杂繁琐，而且极易破坏环网柜内部结构，造成不必要的安全隐患。另一方面，高压母线和电缆接头相对于传感器造成的高压隔离问题也难以解决。本文采用无限传输方式组网。这种环网柜内部通信方案不仅安装快捷方便，相对传统的信号采集方式能获得更多信号量。现代传感技术具有大规模、自组织和可靠性等特点。本文在环网柜内部采用Zigbee无线传输技术。Zigbee具有低功耗、低成本、低速率、近距离和短时延等特点。Zigbee模块具备全双工通信的优点。通过接口电路可实现各模块分离，可减少传感器节点设计的复杂程度。网络通信处理单元将处理器的各种测量信号定期上传至就地主机。
（2）环网柜外部通信方案。因光纤通信具有通信容量大，频带宽，损耗低，抗电磁能力强等特点，本文选用光纤通信技术作为环网柜外部通信方案连接DTU和就地主机，就地主机与远端主机。光纤通信的技术原理为电信号与光信号的相互转换，具体可通过光电转换模块解调后实现。环网柜就地主机安置于区域中心，与区域内多个DTU通信。DTU与测温主机采用RS485串口通信，将DTU所测数据通过光纤网络传至就地主机。本方案兼容性良好，可与已有配电自动化网络较好的对接。
1.信号处理单元。信号处理单元采集环网柜遥测信号和遥信信号，并依据遥测信号、遥信信号和故障检测单元的返回量对遥控装置进行控制，包括接地刀分合闸，断路器分合闸等操作。本文设计的遥测装置包括：电流传感器、环境温湿度传感器、SF6气体检测传感器、电缆接头温度传感器。传感器分别与DTU连接，各个传感器按照各自设定周期向DTU发送数据，实现对柜内参数的监控。遥信装置包括：接地刀动作触发开关、断路器分合闸动作出发开关以及GIS地理信息系统，分别与DTU连接，将开关状态遥信量和环网柜地理信息上传至DTU，实现对柜内开关状态的判别以及对环网柜位置的确定。遥控装置包括：接地刀电动执行机构、断路器电动执行机构。执行机构由DTU发送控制指令，实现对环网柜执行动作的控制，进而控制环网柜的工作状态。
2.故障检测单元。环网柜算法处理单元是环网柜的决策中枢。算法处理单元中预置多种故障诊断处理算法。算法定期从信号处理单元获取电信号，结合故障诊断信号处理算法对环网柜故障类型进行判别，将判别结果发送给信号处理单元，信号处理单元控制遥测装置执行相应的开关动作。
3.其他功能介绍。显示功能。通过数据可视化技术，本文所设计的集成化DTU预留数据读出接口，可对单台或多台环网柜的实时监测数据进行直接显示，方便运行人员及时查看环网柜工作状态。扩展功能。本文所设计的环网柜监测系统预留多种电力通信协议接口，为以后并网提供数据提供便利，方便对本系统进行升级和完善。
结论：与现有DTU相比，本文对传统的DTU进行改进，精简功能部件，对环网柜内测控状态，测量状态等进行集中监控。同时集成通信功能，可将区域内的环网柜进行组网监控，提高环网柜的监测水平，实现了环网柜的一二次融合，提高电网供电可靠率。
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论文作者:时悦
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：环网柜论文; 柜内论文; 分布式论文; 单元论文; 装置论文; 故障论文; 监测系统论文; 《电力设备》2019年第4期论文;