一种应用于配电自动化的新型增强型智能开关的应用

一种应用于配电自动化的新型增强型智能开关的应用

朱宝利

（银川供电公司750001）

摘要：随着10KV配网及农网的集中合并管理，10KV配电网的一体化管理要求也逐步统一。针对配电自动化系统实施中的问题，本文介绍了一种新型增强型智能开关（简称B20+）的应用，以解决以往配电自动化过程中存在的一些问题和弊端。B20+不仅可以准确判断并隔离各类故障，而且能够高精度计量双向电量，为同期线损管理提供技术支撑。

B20+采用一体化设计，自带压感式取能电源，结构紧凑，设计新颖合理，安装使用便捷；工作可靠性及安全性能较好，有效解决了配电自动化实施过程中存在的施工复杂、可靠性低、停电时间长等问题。同时，配置的电子式互感器采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压，具备三段式过流方向保护、零序方向保护功能，可提供有功功率、无功功率、功率因数、电能量等计量数据。B20+体现了一二次融合设计的理念，做到了体积小、安装方便，维护简单，并可灵活接入各类自动化系统。

关键词：自取能一体化电子式互感器、配电自动化

引言

配电自动化对提高供电可靠性，保证电网安全，提升电网经济运行管理水平具有重要意义。我国从上个世纪九十年代开始研究相关项目，并相继在各地开展了规模不同的试点。十几年过去了，业内对配电自动化的实际作用，以及究竟按什么模式开展，依然众说纷纭、褒贬不一。根据目前现有配电自动化系统的运行情况来看，还存在以下问题：

在现有配网中，使用的馈线断路器设备主要以普通型真空断路器为主，实施馈线的信息化和自动化时，需要加装电源单元（主要以PT和太阳能设备为主）、电流互感器、智能化数据接口以及前端采集装置（FTU）等设备，涉及的设备数量较多，组织协调复杂，现场安装工程量大。

前端采集装置工作电源的获取是配电自动化系统的关键技术。由于配电网电压等级是10kV，不能直接供给前端采集装置使用，必须使用低压电源作为前端采集装置的工作电源。目前前端采集装置的工作电源获取有三种方式：一是采用电力电压互感器（PT）获取低压电源；二是用太阳能电池板获取能量，转换成低压电源；三是用电力电流互感器获取能量，转换成低压电源。后两种方式因为获取电源不稳定，未得到广泛采用。

采用传统PT获取低压电源是目前普遍使用的方式。传统PT的设计是为了电磁式仪表、继电器而设计的，功率输出比较大，铁芯重量及损耗也比较大。而现在广泛采用的基于数字电路技术的仪表、微机保护等终端装置功耗都比较低，可以不需要这么大的功率输出，完全可用轻巧的取能装置代替，省去了单独吊装PT的环节，也避免了PT接线错误。

随着线损管理要求逐步提高，要分区、分压、分线路、分台区的线损管理。在线路各段及分支进行分线路管理模式逐步展开，要求开关位置进行计量管理。

针对配电自动化系统实施过程中因上述原因导致的施工复杂、可靠性低、停电时间长以及配网自动化系统运行过程中存在的系统适用性不强等问题。本文介绍了一种结构紧凑，设计合理，安装使用便捷，工作可靠性高，安全性能好，实用性强的一体化监控装置，以适应现场施工方便快捷的要求。

B20+装置介绍

B20+装置采用了一体化设计原理、高压取能原理、电流互感器开路防护技术等，实现了配网线路的在线监控和故障隔离功能，能在线监测配网线路的运行情况，并在线路发生故障时隔离故障区段。该装置可以有效解决配电自动化系统实施中出现的施工复杂、设备繁多、可靠性低的问题。

装置的组成

B20+装置由取能装置、信号处理单元、真空断路器、电子式互感器和前端采集装置5部分组成，组成原理如图1所示：

1)取能装置

该设备采用电容式取电单元供电，相对于传统铁磁式PT，电容式取电单元不仅体积小、重量轻、工作稳定，而且从原理上避免了铁磁谐振带来的危害。在联络开关处于冷备用状态时，还可使用太阳能板的取电方式作为备用电源。

2)信号处理单元

信号处理单元负责将电流互感器的一次信号，转换为二次弱电信号，能够彻底避免高压电流互感器开路造成的安全事故。

3)真空断路器

采用ZW32E-12固封型架空线路真空断路器作为设备扩展的基础，稳定性好，可扩展性强。

4)前端采集装置

前端采集装置采用微功耗、小型化的设计思路，具备方向保护、“三遥”及电能量采集功能，可灵活采用各种通讯方式。

5）电子式互感器

电子式互感器取代了传统的铁磁互感器，体积小、重量轻，数据采集更丰富、准确。对电流、电压等数据进行转换。

B20+装置的功能

主要功能如下：

1.“三遥”功能

遥测：实时采集三相相电压、电流，零序电压、零序电流及有功、无功功率、功率因数、双向电量等数据。

遥信：实时监测开关状态、开关变位信息及故障信息。

遥控：通过前端采集装置对断路器实现遥控操作。

2．保护功能

具备三段式过流方向保护（尤其适用于线路上有分布式电源的配网线路）、零序方向保护（接地故障跳闸）功能，准确对线路故障进行定位和隔离，避免越级跳闸，减小故障影响范围，确保配电网的安全运行。

3.电能量计量功能

通过提高互感器及计量模块的精度，实现了电能量的高精度双向计量，四象限有功电量、无功电量计量精度达到0.5s级。

数据接入

B20+一体化智能开关作为自动化终端可以配网自动化系统无缝接入，其符合104通讯规约，可利用移动APN专网通道的GPRS数据传输通道，便捷的将线路运行数据接入其它管理系统进行信息交互。

应用效果

B20+一体化智能开关设计，解决了配网自动化实施过程中存在的施工复杂、可靠性低、停电时间长等问题。通过将断路器、取电单元、测量单元以及控制单元进行一体化设计，可以方便现场安装，杜绝现场接线错误。由于不需要连接其它电源装置，一次吊装断路器即可施工完毕，施工周期短，减少停电时间；所有二次连线在工厂完工，降低现场施工接线错误的风险。一体化设计中，所有高压电流互感器的出线都在底座内经过了二级电流互感器的转换处理。在智能装置未安装时，完全避免了电流互感器误开路，减少现场施工误操作事故。一体化设计可加装隔离刀闸，形成了真空断路器与隔离开关的组合电器，增加了可见隔离断开点，并具有可靠的连锁操作，提高了该装置的工作可靠性和安全性能。

结论

本文中介绍的新型增强型智能开关，采用的小型化取能装置、电流互感器开路防护设计、以及一体化的设计等，可以有效的解决现有配网自动化系统配网自动化实施过程中存在的施工复杂、可靠性低、停电时间长以及配电自动化系统运行过程中存在的故障判断准确率不高、系统适用性不强等问题。所以，相比于现有配电自动化系统，基于10kV自取能一体化监控装置的配电自动化系统无论在施工的方便快捷上、还是系统运行的运行维护上，都有较大优势，有着显著的发展前景。