一種低壓智能開關管理系統(tǒng)的研究

朱勇，陶用偉，李澤群，馮亢亢，呼松鶴

（1.貴州電網(wǎng)有限責任公司凱里供電局，貴州 凱里 556000；2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210031）

隨著科技的發(fā)展，城市和鄉(xiāng)村中電器的使用逐步普及，人們對供電的穩(wěn)定越發(fā)依賴。目前，我國低壓電網(wǎng)的漏電保護形式多采用一級總保護，從臺區(qū)至用戶末端有任何地方出現(xiàn)漏電、過載、短路等情況時，只要超過總保護限值就會觸發(fā)總保護開關跳閘，導致電力用戶大面積停電，停電后需要對總保護開關下所有線路的問題進行排查，排除范圍廣、難度大，不易確定故障位置，延長了復電時間，極大地降低了客戶用電體驗。同時自動化系統(tǒng)接入的開關主要是10kV及以上的電壓等級，對于10kV及以下的開關設備很少能實現(xiàn)實時監(jiān)測和遠程控制，無法快速分析開關設備的跳閘原因，也無法遠程操作開關的分合，檢修工作浪費大量的人力。為解決上述漏電保護開關適應環(huán)境能力差、跳閘頻繁、問題排查困難、復電慢等問題，本文研究一種低壓智能開關管理系統(tǒng)，實現(xiàn)三級開關的實時監(jiān)測和遠程控制，提升了客戶的用電體驗和供電公司的形象。

1 低壓電網(wǎng)的三級保護

本文研究的低壓電網(wǎng)的三級保護分別為總保護、分支保護和終端保護。對應的三級保護分別采用Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級3種不同規(guī)格的開關，Ⅰ級開關安裝于臺區(qū)分支出線，Ⅱ級開關安裝于臺區(qū)分支支線節(jié)點前端，Ⅲ級開關安裝于電表用戶前端。3種保護開關均采用特制的智能開關，開關節(jié)點處的電流、電壓、漏電電流、開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)均可通過無線方式上傳至臺區(qū)管理終端，由低壓智能開關管理系統(tǒng)對上傳的數(shù)據(jù)進行分析和輔助決策的輸出。3種級別的保護開關分別設置不同的動作電流和動作延時時間，一級保護設置的動作電流最大，延時時間最長，三級保護設置的動作電流最小，延時時間最短，二級保護設置的動作電流和延時時間大小處于一級保護和三級保護之間。

由漏電、過載、短路等情況引起三級保護開關跳閘后，二級保護開關和一級保護開關均不再跳閘，以控制失電面積的擴大。當三級保護開關失靈時，二級保護開關跳閘，一級保護開關不再跳閘。采用低壓智能開關管理系統(tǒng)后，二級保護開關跳閘信號無線上傳至智能終端，智能終端立即下發(fā)指令，先將二級漏電保護開關及其所在支路的一級漏電保護開關的漏電保護功能退出；其后將該二級漏電保護開關恢復送電；再將其下的各用電客戶入口處的三級開關斷電；最后，再逐戶送電。根據(jù)單相電網(wǎng)中漏電流疊加為向量和的原理，依據(jù)每戶的編碼，就能查悉每戶的漏電流值，并從中找出漏電流最大的那戶；再下指令將其它漏電流值小的用電戶通過其上端的自復位開關恢復供電；最后再將該二級漏電保護器及一級漏電保護器的漏電保護功能恢復，漏電保護系統(tǒng)進入正常運行。三級保護相對于一級總保護的形式，解決了由漏電、短路、過載等原因造成的總保護開關跳閘而引起的大面積停電，同時排查故障變得更加容易，可以直接定位漏電用戶，提高低壓配網(wǎng)的復電效率。

2 狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)通過分布在各節(jié)點處的無線模塊采集節(jié)點處的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對開關狀態(tài)、三相電流、三相電壓、漏電電流、通訊狀態(tài)等各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。將采集到的數(shù)據(jù)反饋給智能開關管理系統(tǒng)并以圖形界面顯示，在線監(jiān)測異常數(shù)據(jù)的變化趨勢，準確定位事故的發(fā)生位置。

（1）開關狀態(tài)監(jiān)測。在系統(tǒng)電網(wǎng)模型中，可通過點擊智能開關測點，鏈接到此開關的實時監(jiān)測頁面，頁面內(nèi)顯示開關臺賬信息，開合狀態(tài)，同時可查看開關人為調(diào)整及自動跳閘的動作記錄。

（2）電流監(jiān)測。實時監(jiān)測、記錄電流數(shù)值并反饋到電流監(jiān)測的頁面中，鑒別突變漏電流大小的同時，鑒別負荷電流的變化，利用雙鑒技術判斷漏電屬于人體觸電還是設備投切等其他原因，如果屬于人體觸電則保護開關跳閘，如果由設備投切引起的漏電電流，則保護開關不跳閘，避免保護開關的誤動作。

（3）電壓監(jiān)測。實時監(jiān)測、記錄線路電壓數(shù)值并反饋到電壓監(jiān)測頁面中，如果出現(xiàn)開關的上下端出現(xiàn)單相線路高壓，判斷是否發(fā)生了斷零線故障，觸發(fā)開關的保護跳閘動作。

（4）漏電電流監(jiān)測。實時監(jiān)測和記錄線路的漏電電流變化，并反饋到監(jiān)測頁面中。

3 實時控制

對同臺區(qū)下的智能開關，進行分組管理，建立開關之間的拓撲關系。智能控制器周期性對接入的開關進行狀態(tài)巡檢，保證重點設備持續(xù)正常運行。智能控制器接收開關對突發(fā)事件的告警，并對觸發(fā)原因進行類型甄別和來源追蹤，分析完成后，按預設的規(guī)則進行自動恢復，智能控制器通過APN將數(shù)據(jù)傳至上位機管理平臺，支持人工干預遠程停復電的操作。

（1）自動控制。系統(tǒng)平臺通過分析前端設備采集到的各項數(shù)據(jù)，綜合判斷開關及負荷實際的運行狀態(tài)，智能控制終端根據(jù)各級開關的運行狀態(tài)判斷是否可自動控制開關的斷開和閉合操作?？刂平K端內(nèi)預設分閘條件，一旦實際運行時，開關反饋狀態(tài)觸發(fā)預設條件而沒有分閘，控制終端分析故障來源和影響區(qū)域，從低級開關開始分閘，直至將故障隔離在正常運行的電網(wǎng)之外。在智能控制終端每次自動合閘策略執(zhí)行操作前，需經(jīng)過三級驗證：分閘原因是否屬于暫態(tài)影響類；預估的故障來源處開關是否處于分閘狀態(tài)；是否有人員干預延遲送電。三級驗證通過后，智能控制器控制智能開關從Ⅰ級開關向下至Ⅲ級開關進行試送電操作，試送電成功則向管理系統(tǒng)輸出控制結論，如試送電失敗，則向管理系統(tǒng)輸出告警，提醒值班人員盡快處理，既能實現(xiàn)低壓自適應快速遠程復電，又能讓值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障，盡快消缺。

（2）手動控制。系統(tǒng)除自動控制設備外，還可進行手動調(diào)整，增加系統(tǒng)自動控制的容錯性。每次人工干預的操作，系統(tǒng)都會進行模擬分析風險和影響的范圍，并將模擬分析的結論實時輸出給操作人員，既能增加系統(tǒng)自動控制的容錯能力，又能為人工操作提供輔助決策的意見。

4 結語

本文主要研究了一種智能開關管理系統(tǒng)，內(nèi)容包括：分級保護、狀態(tài)監(jiān)測及遠程控制等。分級保護的形式可縮小電力故障引起的停電范圍和減少停電次數(shù)；開關的實時監(jiān)測，可實現(xiàn)對故障區(qū)域的直接定位，提高了故障排查效率；開關的遠程控制實現(xiàn)了低壓電網(wǎng)的快速復電。

低壓智能開關管理系統(tǒng)的應用可大大提高供電的穩(wěn)定性，提升客戶的用電體驗和供電企業(yè)的形象。

參考文獻：

[1]李彩娟.剩余電流動作保護器的設置[J].硅谷,2014.