配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備的技術(shù)問(wèn)題分析

曲丙政　高晶　李宏哲

摘 要：隨著電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用電負(fù)荷的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了各種新型負(fù)載，用戶更加關(guān)注電能質(zhì)量的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)節(jié)能減排也提出了更為嚴(yán)格的要求。“十一五”期間，國(guó)家電網(wǎng)投資5500億元用于配電網(wǎng)的建設(shè)和改造。合理分配電能，降低能耗、提高供電質(zhì)量，延長(zhǎng)電氣設(shè)備使用周期及獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)資料是提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措之一。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配電；自動(dòng)化

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)用技術(shù)手段和管理手段降低生產(chǎn)中的能源消耗、降低綜合能源成本；依靠主動(dòng)性防御性的維護(hù)及服務(wù)，保證能源使用的高效可靠、平穩(wěn)連續(xù)；監(jiān)視并分析電能質(zhì)量問(wèn)題，降低故障風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)有效的診斷工具分析故障原因，縮短故障停電時(shí)間。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備，其功能有以下方面：系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制、電能質(zhì)量監(jiān)視和控制、電能消耗統(tǒng)計(jì)和分析、功率因數(shù)監(jiān)視和控制、 高精度電能計(jì)量、預(yù)防性電氣火災(zāi)監(jiān)視、報(bào)警和事件管理、報(bào)表管理、用戶管理。配電自動(dòng)化系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，可方便的與其他系統(tǒng)和智能設(shè)備進(jìn)行通訊。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)與配電管理系統(tǒng)可以說(shuō)是一體的，從配電結(jié)構(gòu)來(lái)分，包括變電站自動(dòng)化和饋電線自動(dòng)化，饋電線自動(dòng)化又包括柱上饋電線自動(dòng)化和電纜饋電線自動(dòng)化。

2 饋線自動(dòng)化

饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)配電線路上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控、協(xié)調(diào)及控制的一個(gè)集成系統(tǒng)。饋線自動(dòng)化是是配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要內(nèi)容之一，也叫電線路自動(dòng)化。饋線自動(dòng)化經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，才逐漸的走向完善并被廣泛的應(yīng)用。國(guó)外在八十年代就開(kāi)發(fā)了故障檢測(cè)的重合器并隨著配電自動(dòng)化的產(chǎn)生出現(xiàn)了故障集中處理技術(shù)，進(jìn)而又被收集傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。我國(guó)配電自動(dòng)化起步晚，還處于發(fā)展階段，有很多需要完善的地方，但同時(shí)應(yīng)開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的配電自動(dòng)化模式。

2.1 饋電自動(dòng)化系統(tǒng)故障處理

2.1.1 無(wú)通信通道

通過(guò)重合器、分段器、重合分段器來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)隔離和恢復(fù)非故障區(qū)的供電，技術(shù)相對(duì)落后。

2.1.2 有通信通道

這種情況下實(shí)現(xiàn)故障處理首先系統(tǒng)要無(wú)條件的迅速切除任何故障，然后將故障線路分離主電路。

2.2 故障分兩種

2.2.1 瞬時(shí)故障，主供側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳閘，線路失壓，故障點(diǎn)絕緣恢復(fù)，然后出線開(kāi)關(guān)重合成功，恢復(fù)供電。

2.2.2 永久性故障：主供側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳閘，線路失壓，各分段開(kāi)關(guān)與變電站及相鄰分段開(kāi)關(guān)交換信息，明確并隔離故障，出線電流保護(hù)返回，恢復(fù)非故障線段的正常供電。

2.3 饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）饋線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)；（2）饋線控制；（3）饋線的故障定位、隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電。

柱上饋電線自動(dòng)化通過(guò)與配電管理平臺(tái)的配合實(shí)現(xiàn)遙信、遙控、遙調(diào)、遙測(cè)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集。它能夠?qū)崿F(xiàn)故障定位、隔離、自動(dòng)恢復(fù)供電等功能。

3 柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備

柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備是指在戶外架空線路上裝設(shè)的具有控制、保護(hù)和隔離電源功能的開(kāi)關(guān)設(shè)備，適用于城市郊區(qū)和農(nóng)村電網(wǎng)，其參數(shù)通常較低。由于戶外運(yùn)行，日曬雨淋，所以柱上開(kāi)關(guān)的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。柱上安裝，不宜配柜子，所以在斷路器外殼內(nèi)配有電流互感器、控制器等。

3.1 柱上開(kāi)關(guān)

主要包括斷路器、自動(dòng)重合器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、分段器和配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)。它占地面積小，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)分散控制和保護(hù)，加之新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，柱上開(kāi)關(guān)得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 柱上斷路器

它是指在線路上能夠關(guān)合、承載、開(kāi)斷運(yùn)行回路的正常電流，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載、開(kāi)斷過(guò)載電流和短路電流的設(shè)備。

3.3 自動(dòng)重合器

重合器在開(kāi)斷故障電流的功能上與斷路器相似，尤其是在彈簧機(jī)構(gòu)和永磁機(jī)構(gòu)充分發(fā)展之后，兩者可以說(shuō)基本相同。但重合器在保護(hù)和控制功能上比斷路器自動(dòng)化程度高，可自動(dòng)進(jìn)行多次開(kāi)斷和重合操作。

3.4 負(fù)荷開(kāi)關(guān)

柱上負(fù)荷開(kāi)關(guān)能關(guān)合、開(kāi)斷和承載線路正常電流，并關(guān)合和承載規(guī)定的異常電流的設(shè)備。它可以單獨(dú)使用，作為主機(jī)控制、線路倒換和支路切換；也可以與熔斷器組合使用，作為變壓器。高壓電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的控制和保護(hù)。

3.5 分段器

分段器是一種能夠記憶通過(guò)電流的次數(shù)，并達(dá)到整定的次數(shù)后，在無(wú)電壓或無(wú)電流下自動(dòng)分閘的開(kāi)關(guān)設(shè)備，在開(kāi)斷能力上與負(fù)荷開(kāi)關(guān)相同。

4 柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備與配電自動(dòng)化系統(tǒng)模式

4.1 電流模式：基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備相互配合，實(shí)現(xiàn)故障隔離。優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)費(fèi)用低，不需要建設(shè)通訊通道和主站系統(tǒng)；缺點(diǎn)：僅在故障時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)不能起監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運(yùn)行方式。

4.2 電壓模式：重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合。

4.3 電壓電流型模式：重合器與電壓-電流型開(kāi)關(guān)配合。

4.4 基于饋線遠(yuǎn)方終端的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)：柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備配遠(yuǎn)方終端，通過(guò)通道與集控中心相連，進(jìn)行雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)遙控、通信和遙測(cè)。

4.5 智能控制與智能電器

從提出智能控制以來(lái)，智能控制已經(jīng)從二元論（人工智能和控制論）發(fā)展到四元論（人工智能，模糊集理論，運(yùn)籌學(xué)和控制論），成果和理論都得到了不斷地發(fā)展和完善。

當(dāng)微處理器和計(jì)算機(jī)引入電器設(shè)備時(shí)，智能電器便應(yīng)運(yùn)而生，一方面是電器設(shè)備具有了智能化的功能，另一方面是開(kāi)關(guān)電器，包括智能化斷路器和智能化電機(jī)控制器與中央控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙向通訊。

自動(dòng)化控制領(lǐng)域中通常廣泛使用到軟啟動(dòng)器、不間斷電源等，這些裝置會(huì)讓整個(gè)配電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，通過(guò)反應(yīng)故障電流峰值的電子脫扣器，容易導(dǎo)致斷路器誤動(dòng)作。但是如果使用了智能斷路器，它會(huì)準(zhǔn)確的反映出負(fù)載電流的真實(shí)性和有效性，從而能消除高次諧波信號(hào)，避免了開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作。

智能電器單元實(shí)現(xiàn)了集中控制，提高了配電自動(dòng)化的程度；使系統(tǒng)整體的運(yùn)行、維護(hù)水平達(dá)到了及時(shí)精確，甚至是可邏輯分析的高度。同傳統(tǒng)的跟蹤指令相比，信息清晰，消除了冗余數(shù)據(jù)，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，同時(shí)也提高了工作的可操作性。

智能電器的技術(shù)有著深遠(yuǎn)的發(fā)展前景，隨機(jī)靈活的應(yīng)用同樣需要關(guān)注。

6 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)有四種方式：有線通訊、無(wú)線通訊、光纖通訊、和電力載波；配電自動(dòng)化的概念及需求已超越原來(lái)重合器/分段器的配合要求，不僅可以用于輻射電網(wǎng)，也可用于環(huán)網(wǎng)，這種配合的概念也逐漸被智能柱上開(kāi)關(guān)取而代之。

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