配電自動化系統(tǒng)中自取能一體化監(jiān)控裝置的設(shè)計及應(yīng)用

國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司 常大泳 秦 龍

1 引言

針對智能控制裝置自取能技術(shù)，主要可以分為四種方式。第一種是電壓互感器式取能，該種方式主要為架空線路配網(wǎng)自動化監(jiān)控裝置供電。然而,這種方式受外界干擾比較大，在運行過程中容易發(fā)生爆炸事故，安全性不強。第二種是電流互感式，該種方式主要采用變電流式感應(yīng)原理獲得二次側(cè)電流。然而,這種裝置在電流發(fā)生比較大的變化時獲得的自取能電源穩(wěn)定性不強，有些裝置增加了穩(wěn)壓裝置但同時也極大地提高了裝置自身功耗。第三種是激光式取能方式，這種方式造價過高且輸出功率比較低。第四種是太陽能式取能方式，該種方式受限于自然天氣的影響，穩(wěn)定性比較低且輸出功率有限。針對上述問題，本文設(shè)計了一套自取能電源內(nèi)置型智能開關(guān)，該種開關(guān)一方面能夠用解決自取能問題，另一方面能夠有效解決當(dāng)前自取能開關(guān)的一系列缺陷。

2 自取能一體化監(jiān)控裝置設(shè)計及技術(shù)難點分析

2.1 自取能智能開關(guān)裝置方案設(shè)計

本自取能智能開關(guān)內(nèi)置一個自取能電源，該自取能電源能夠連接供電線路上的串聯(lián)電容，串聯(lián)電容主要指高壓以及低壓電容器。低壓電容器與取電端子相連接,從而連接到智能開關(guān)的監(jiān)控裝置。低壓電容器設(shè)置在智能開關(guān)外部的低壓回路電路板上并且通過保護模塊與地相連，高壓電容器設(shè)置在智能開關(guān)內(nèi)部，主要由三個電容器并聯(lián)構(gòu)成。高壓電容器與低壓電容器之間設(shè)置有熔斷器以及補償單元。智能控制裝置（斷路器）通過整流單元與取電端子相連接。

自取能電源方案如圖1所示。該圖中的1為配電線路，2為高壓絕緣導(dǎo)線，3為高壓電容器，4為低壓電容器，5為保護模塊，6為電容補償模塊，7為熔斷器。該自取能電源中保護模塊的作用是供電線路一旦發(fā)生故障，該保護模塊能夠?qū)θ∧茈娙莺秃罄m(xù)電路起到保護作用。電源輸出端設(shè)置了熔斷器和補償模塊，提高了電源的安全性。該自取能電源中的配電線路是架空線輸電線路，高壓電容器選取陶瓷電容器，并且與供配線路之間采用高壓絕緣導(dǎo)線連接。電源裝置取能是根據(jù)電容器兩端的電壓差進行的，根據(jù)實際電壓等情況，本裝置的取能電容器采用金屬化聚丙烯膜電容器。根據(jù)圖1所示，電源裝置一端連接高壓電容器，另一端連接保護模塊，補償模塊采用感性補償?shù)姆绞綄﹄娙萜鞴β蔬M行補償。上述原器件還都可以安裝在支撐架空輸電線路的桿塔上。

圖1 自取能電源方案

對于高壓電容器來講，本裝置采用三個電容并聯(lián)的方式實現(xiàn)。通過在端子上設(shè)置引線來實現(xiàn)電容器的并聯(lián)，該種方式也適用于單相或者三相的情況。該裝置為了盡可能地節(jié)省空間，將自取能電源內(nèi)置在智能開關(guān)的罐體內(nèi)，也就是將高壓電容器設(shè)置在罐體內(nèi)。智能開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 智能開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

上圖中的3為高壓電容器，15為高壓電容器電極，8為高壓電容安裝板。3與15、15與8、8與罐體之間都采用螺栓進行固定連接。16為端子排，其與各個高壓電容器的電極相連接；11是絕緣板，其能隔開高壓電容器與電容安裝板。另外，熔斷器、補償模塊、保護模塊以及低壓電容器全部安裝在低壓回路板上，以方便后期的調(diào)試檢修。端子排和密封端子組連接高壓電容器和低壓電容器，密封端子組通過彈墊、平墊和螺釘安裝在高壓開關(guān)內(nèi)部。

上述自取能電源內(nèi)置型開關(guān)是自取能一體化監(jiān)控裝置的一個重要部分，在實際的電力輸送系統(tǒng)中，其通過與配電線路進行串聯(lián)來對整個線路的斷開和閉合進行控制，并且與智能開關(guān)監(jiān)控裝置一起實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的目的。

2.2 技術(shù)難點分析

本自取能電源內(nèi)置智能開關(guān)的自取能電容采用了電容分壓的形式，這一方面使得裝置的穩(wěn)定性得到提高、成本得以降低，另一方面由于低壓電容器自身不與變壓器直接連接，這使得該裝置的體積和重量減小，且避免了嚴(yán)重的電磁干擾，降低了復(fù)雜監(jiān)控線配網(wǎng)布局的視覺污染。該裝置將高壓電容器設(shè)置在開關(guān)內(nèi)部，降低了智能開關(guān)所占空間，也縮小了監(jiān)控裝置的整體體積。該裝置采取高壓開關(guān)進線側(cè)取電的方式，這樣使得該裝置不受線路負(fù)荷的約束，即使配電線路斷電也能提供開關(guān)操作電源。該開關(guān)取能裝置采用取能電源與蓄電池相結(jié)合供電的方式為監(jiān)控裝置供電，這樣對外界天氣和線路負(fù)荷等因素的抗干擾能力得以加強，補償模塊還可以對高低電容器功率進行補償，從而使得電源工作在穩(wěn)定的功率范圍內(nèi)。該裝置由于采用陶瓷電容器，所以其能量損耗受溫度的影響比較小，穩(wěn)定性很高，這也大大延長了其使用壽命。該裝置由于電容器采用串聯(lián)形式，因此可以在高壓下長期工作，同時還具有比較優(yōu)秀的高電流爬升能力，比較適合應(yīng)用于大電流回路。低壓電容器具有很高的電阻值，損耗比較小，自愈能力比較強，因此該裝置的安全性和穩(wěn)定性很高。

3 結(jié)論

在電力行業(yè)中，自取能一體化裝置由于其自身自取能等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的配電自動化系統(tǒng)中。本文針對當(dāng)前市場上自取能開關(guān)的一系列問題，提出了一種新型的自取能智能開關(guān)。該取自能智能開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，穩(wěn)定性強且質(zhì)優(yōu)價廉，經(jīng)過實踐驗證具有比較廣的應(yīng)用前景。

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