配電線路智能分界斷路器的研究與應(yīng)用

楊海 汪露晶 劉月娜

【摘 要】目前國(guó)內(nèi)所有智能開關(guān)的廠家都只裝了AB或AC兩項(xiàng)CT和（或）PT都無(wú)法準(zhǔn)確的檢測(cè)出接地故障，更無(wú)法有效的隔離故障。并不能實(shí)現(xiàn)真正意義的配網(wǎng)線路自動(dòng)化。本論文主要是研究并開發(fā)出一種新型能精確監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確檢測(cè)出短路和接地故障，快速隔離故障，快速切斷故障電流的新型斷路器。實(shí)現(xiàn)真正意義的配網(wǎng)線路自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】智能分界斷路器 看門狗 配網(wǎng)自動(dòng)化 接地故障 線路監(jiān)測(cè) 電子式互感器

0引言

隨著配電網(wǎng)朝著大容量方向發(fā)展，電力系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)、控制及保護(hù)等方面自動(dòng)化和智能化要求的不斷提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器因自身傳感機(jī)理所限而呈現(xiàn)出種種難以克服的問題：如體積大，造價(jià)高，絕緣結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，已不能滿足電力系統(tǒng)自動(dòng)化、數(shù)字化的發(fā)展要求，基于電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)的新型電子式電流和電壓互感器逐步引起人們的重視，隨著電力系統(tǒng)向自動(dòng)化、智能化方向的轉(zhuǎn)變，迫切需要研制新型互感器來替代目前使用的電磁式互感器。與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，電子式互感器憑借其原理上的優(yōu)勢(shì)，成為互感器研究的新方向，受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。

目前一些短路和接地故障檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在饋線自動(dòng)化終端上得到了廣泛的采用，其接地故障的檢測(cè)原理主要是通過檢測(cè)線路零序電流和零序電壓判斷接地故障，但這種方式的準(zhǔn)確性和適用性無(wú)法滿足較高的要求，本論文所闡述的配電線路智能分界斷路器為國(guó)內(nèi)外首次采用零序電流、零序電壓、接地瞬時(shí)電容電流突變量、單相對(duì)地電壓信號(hào)突變量綜合判斷接地故障，彌補(bǔ)單一零序檢測(cè)法的缺陷。

1原理

1.1 操作機(jī)構(gòu)

用微電子技術(shù)控制電磁線圈輸出功進(jìn)行合閘和分閘操作，并利用永磁體產(chǎn)生的吸合力使斷路器保持在合閘或分閘狀態(tài)。

1.2 電子式互感器

1.2.1 電子式電流互感器工作原理

羅氏（Rogowski）線圈設(shè)計(jì)原理（如圖1）：羅氏線圈是將導(dǎo)線均勻地繞在非鐵磁性環(huán)形骨架上，一次母線置于線圈中央，因此繞組線圈與母線之間的電位是隔離的。由于不存在鐵心所以不存在飽和現(xiàn)象。如果母線電流為i（t），根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，羅氏線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)：

e（t）= -Mdi/dt，其中M為互感系數(shù)

羅氏線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e（t）經(jīng)過積分器處理后得到與被測(cè)電流成比例的電壓信號(hào)，經(jīng)處理、變換后，即可得到與一次電流成比例的模擬量輸出。

圖1 羅氏（Rogowski）線圈原理示意圖

低功率小鐵心線圈原理（如圖2）：小鐵心線圈式低功率電流互感器包含一次繞組小鐵心和損耗極小的二次繞組。二次繞組上連接集成元件Ra，因此，其二次輸出為電壓信號(hào)。二次電流I2 在集成元件Ra 上產(chǎn)生的電壓降Us，其幅值正比于一次電流且同相位。而且，互感器的內(nèi)部損耗和負(fù)荷要求的二次功率越小，其測(cè)量范圍越寬、準(zhǔn)確度越高。其原理圖如下：

圖2 低功率小鐵心線圈原理示意圖

1.2.2 電子式電壓互感器工作原理

電子式電壓互感器采用電阻、阻容分壓原理，其輸出在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)呈線性，其原理圖如圖3所示。

將一次高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，經(jīng)處理后輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的二次電壓。Tv 是過電壓保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)Rb 損壞，可以限制二次電壓升高保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)。由于高壓端與分壓器本體及分壓器本體與地之間存在雜散電容，使分壓器產(chǎn)生誤差，而且電壓分布不均勻。為改善電壓分布、減小分壓器誤差，在分壓器高壓端加屏蔽電極，以補(bǔ)償分壓器對(duì)地雜散電容。同時(shí)，在接地端加屏蔽電極，使分壓器對(duì)地雜散電容相對(duì)固定。

圖3電阻分壓原理圖

I--均壓電極，Ra—高壓臂電阻，Rb—低壓臂電阻

1.3 接地故障檢測(cè)原理

首次采用零序電流、零序電壓、接地瞬時(shí)電容電流突變量、單相對(duì)地電壓信號(hào)突變量進(jìn)行接地故障判斷。

2結(jié)構(gòu)組成

如圖4所示，設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要由斷路器、永磁機(jī)構(gòu)、電子式電流電壓互感器、控制器構(gòu)成。

圖4 結(jié)構(gòu)組成圖

3結(jié)論

樣機(jī)完成后在貴州電網(wǎng)公司惠水供電局進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試，組建智能化配電線路。經(jīng)測(cè)試產(chǎn)品完全符合設(shè)計(jì)初衷。達(dá)到以下設(shè)計(jì)目的：

3.1 減少設(shè)備投資

新型智能開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)配電線路的電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功、無(wú)功、視在功率、功率因數(shù)、電度數(shù)、故障電流等運(yùn)行參數(shù)得全面監(jiān)測(cè)，及單相接地、短路、過壓保護(hù)等功能。通過一種設(shè)備可對(duì)配電線路進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，不需要再進(jìn)行重復(fù)單一的投資。

3.2 提高工作效率，降低運(yùn)營(yíng)成本

有效的監(jiān)測(cè)線路的接地、短路故障，不需人工查線，能對(duì)配電線路故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，可以大量減少人力、物力費(fèi)用，減少以往要求的帶電檢測(cè)、傳統(tǒng)方法帶來的繁瑣操作及老的工作程序帶來的不安全因素，達(dá)到增產(chǎn)、增效、安全的效益，提高供電可靠性，使供電公司的電力線路管理水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。

3.3 提高供電可靠率

采用新型智能開關(guān)后，一方面快速切斷大電流故障線路，可使得分支或者用戶線路故障不影響干線或其他分支線路的正常供電，另一方面可準(zhǔn)確及時(shí)的進(jìn)行接地故障檢測(cè)，可有效防止因接地故障造成的停電現(xiàn)象，因此可有效地減少因故障引起的停電發(fā)生機(jī)率，提高供電可靠率。

3.4 減少停電損失，提高用戶滿意度

采用新型智能開關(guān)可有效地減少因故障停電的機(jī)率，可減少因故障停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)用戶滿意度也將得到顯著提升。

3.5 避免造成重大社會(huì)不良影響

由于突發(fā)性停電可能造成交通中斷、停水、停氣、火災(zāi)、人身安全等與民生直接相關(guān)的事故，如果停電時(shí)間延長(zhǎng)、事故影響擴(kuò)大將會(huì)對(duì)地方、國(guó)家的政治經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定帶來不利影響。而采用新型智能開關(guān)可有效地減少因故障引起的突發(fā)性停電的機(jī)率，可極大地避免造成重大社會(huì)不良影響。

參考文獻(xiàn)

[1]高翔：數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].

[2]張貴新，趙清姣，羅承沐.電子式互感器的現(xiàn)狀與發(fā)展前景.電力設(shè)備，2006年第7卷第4期.

作者簡(jiǎn)介：楊海（1973—），男，貴州六枝人，大學(xué)本科，職稱：工程師，專業(yè)：電力工程技術(shù)。