智能多功能換相開關(guān)的研發(fā)與應(yīng)用

● 國網(wǎng)山東省電力有限公司電力科學(xué)研究院 梁 波

北京國旺盛源智能終端科技有限公司 李啟冉 劉東旭

為了更好地促進營配貫通和臺區(qū)線損治理工作，低壓計量表箱內(nèi)一般裝有用于計量采集的集中器（采集器）和調(diào)節(jié)三相平衡的換相開關(guān)，以及為了實現(xiàn)戶表識別的智能識別終端等設(shè)備。眾多終端設(shè)備的加入，雖然對營配貫通的治理起到了明顯促進作用，但也增加了低壓配網(wǎng)的建設(shè)成本，不利于后續(xù)的運行維護管理。

基于以上問題，國網(wǎng)山東省電力有限公司電力科學(xué)研究院與北京盛源科技公司共同設(shè)計研發(fā)了一種新型智能多功能換相開關(guān)，該產(chǎn)品在原有空氣開關(guān)功能基礎(chǔ)上，不新增設(shè)備，通過集成功能模塊來實現(xiàn)計量采集、戶表關(guān)系自動識別、三相不平衡動態(tài)監(jiān)測與自動換相調(diào)節(jié)等功能，其應(yīng)用可大幅度降低設(shè)備建設(shè)與運維成本，豐富現(xiàn)有空氣開關(guān)的功能，有效節(jié)省計量箱的內(nèi)部空間，提高工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，滿足營配貫通、線損治理等多功能需求，有力提升配網(wǎng)精益化管理成效。

1 主要功能

1.1 用電信息采集

智能多功能換相開關(guān)內(nèi)置采集模塊，可通過載波通訊方式實現(xiàn)表箱內(nèi)計量表計的用電信息實時采集。

1.2 開關(guān)分合閘

在線檢查表箱內(nèi)進線開關(guān)的開閉合狀態(tài)，遠(yuǎn)程下發(fā)停復(fù)電指令，實現(xiàn)開關(guān)的智能分?jǐn)唷?/p>

1.3 三相負(fù)荷調(diào)整

能夠?qū)崿F(xiàn)對表箱三相負(fù)荷的動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)內(nèi)置算法，對于三相負(fù)荷不平衡率大于20%(閾值可自行設(shè)置)的進行智能調(diào)整。

1.4 戶表關(guān)系識別

智能多功能換相開關(guān)內(nèi)置臺區(qū)識別儀模塊，自動實現(xiàn)臺區(qū)電能表檔案精準(zhǔn)歸納，準(zhǔn)確率100%。

1.5 停電報警

通過在線檢測表箱總進線開關(guān)、各分路開關(guān)及用戶表計的狀態(tài)，自動區(qū)分供電方故障與用戶方故障，同時進行停電事件的自動上報，從而實現(xiàn)供電企業(yè)人員主動搶修。

1.6 線損治理

通過結(jié)合用電信息采集與臺區(qū)戶表關(guān)系自動識別功能，可對表箱進線側(cè)進行精確計量，實現(xiàn)二級線損分級計算，精準(zhǔn)、快速確定線損異常點。

2 實現(xiàn)原理

2.1 信息智能采集

智能多功能換相開關(guān)內(nèi)置高精度的用電信息采集模塊，依托載波通訊技術(shù)，替代采集器功能，與上層的集中器進行通訊，能全面實現(xiàn)電壓、電流以及電量參數(shù)等表計用電信息的采集與上下行通信傳輸。

2.2 遠(yuǎn)程智能分合閘

依托于用電信息采集功能，對開關(guān)分合狀態(tài)進行檢測，從而實時判斷開關(guān)的閉合或斷開狀態(tài)。檢查表箱內(nèi)進線開關(guān)的開閉合狀態(tài)，可遠(yuǎn)程下發(fā)停復(fù)電指令，實現(xiàn)開關(guān)智能分?jǐn)唷?/p>

2.3 三相負(fù)荷智能調(diào)整

臺區(qū)配電變壓器室內(nèi)安裝控制器，實時監(jiān)測變壓器A、B、C三相及中性線電流、電壓。臺區(qū)控制器與智能多功能換相開關(guān)以無線方式通訊，并可通過用電信息采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)上傳。臺區(qū)控制器完成三相負(fù)荷數(shù)據(jù)分析，合理分配動作指令并下發(fā)到智能換相開關(guān)，由智能換相開關(guān)自動完成相間切換，從而使負(fù)荷趨于平衡。

智能多功能換相開關(guān)換相及供電過程采用晶閘管控制，當(dāng)需要換相時，當(dāng)前相晶閘管電流過零自然關(guān)斷，然后目標(biāo)相晶閘管導(dǎo)通，整個切換過程負(fù)載無供電中斷，實現(xiàn)0ms換相。

2.4 戶表關(guān)系自動識別

控制器與智能多功能換相開關(guān)內(nèi)置臺區(qū)識別儀模塊，采用電流脈沖法原理（工頻畸變技術(shù)）實現(xiàn)，確保臺區(qū)識別信號不跨臺區(qū)，臺區(qū)內(nèi)點對點通信無死角，自動實現(xiàn)臺區(qū)電表檔案精準(zhǔn)歸納，保證臺區(qū)識別準(zhǔn)確率高于99%。

2.5 表箱及用戶停電主動報警

智能多功能換相開關(guān)實時監(jiān)測用戶側(cè)用電狀態(tài)，通過后臺軟件實現(xiàn)自動分析。同時，多功能換相開關(guān)實時監(jiān)測表箱開關(guān)閉合狀態(tài)，綜合判斷停電原因，確定是表箱停電還是用戶停電，并能區(qū)分停電原因（費控停電或內(nèi)部原因停電），為運維人員提供完整的故障信息，從而實現(xiàn)主動搶修。

2.6 線損精益治理

智能多功能換相開關(guān)的戶表關(guān)系自動識別功能，能夠避免串戶、保證數(shù)據(jù)真實性，為線損治理奠定基礎(chǔ)；對三相不平衡負(fù)荷的及時動態(tài)調(diào)整，減少了因三相不平衡導(dǎo)致的線損增高情況；表箱內(nèi)進線側(cè)與表箱內(nèi)戶表之間的二級線損計算分析，能夠深入發(fā)掘線損異常點，最終提高線損治理精益化水平。

3 換裝方式與成本分析

3.1 換裝方式

在臺區(qū)配電變壓器室內(nèi)安裝控制器，將表箱內(nèi)原有空氣開關(guān)替換為智能多功能換相開關(guān)，省去了采集器，表計通過485數(shù)據(jù)線連接到內(nèi)置采集模塊進行通訊。設(shè)備接線示意圖如圖1所示。

圖1 換相開關(guān)接線示意圖

3.2 成本分析

（1）設(shè)備造價方面：使用傳統(tǒng)方案時，每個表箱需要安裝一臺空氣開關(guān)(200元/臺)、一臺換相開關(guān)(1500元/臺)、采集器(150 元/臺)、一臺戶表識別終端(350 元/臺)，共計2200元；使用智能多功能換相開關(guān)方案，每個表箱只需要安裝一臺智能多功能換相開關(guān) （1600元/臺），共計1600元，單個表箱可節(jié)省600元。以500戶臺區(qū)為例， 80個表箱可降低設(shè)備成本48000元。同時通過載波通訊方式還省去了485連線的成本，未來可升級到寬帶載波，可接入更多設(shè)備；同時進一步提高通訊及控制速率。

（2）運行維護方面：以500戶臺區(qū)為例，現(xiàn)場約需要80個表箱，平均每季度人工巡檢6次以上，故障率平均每季度9次以上，出動人工大約15次/每季度；換用智能多功能換相開關(guān)后，可實現(xiàn)自動在線監(jiān)測與自動狀態(tài)巡檢，有效降低了巡檢次數(shù)，每季度巡檢3次即可，故障率降低至5次/每季度以下，出動人工大約8次/每季度，有效節(jié)省了人力成本。

4 應(yīng)用效果

4.1 減少設(shè)備投入

通過智能多功能換相開關(guān)方案，融合了用電信息采集、開關(guān)遠(yuǎn)程分合閘、三相負(fù)荷智能調(diào)整、戶表關(guān)系自動識別、線損精益治理等功能，既減少了設(shè)備投入，也降低了安裝成本，較以往設(shè)備成本降低了27%以上。

4.2 降低運維成本

智能多功能換相開關(guān)通過對設(shè)備的功能融合，一是減少了表箱內(nèi)設(shè)備的安裝工作量，大幅縮減了現(xiàn)場設(shè)備的安裝調(diào)試成本，平均安裝成本降低50%以上；二是實現(xiàn)了設(shè)備在線巡檢，有效降低了現(xiàn)場檢查及故障檢修次數(shù)，平均運維成本降低40%以上。

4.3 線損精益化管理

一是該方案可實現(xiàn)戶表自動識別和戶表關(guān)系自動對應(yīng)，有效避免了線損計算錯誤；二是實現(xiàn)三相動態(tài)檢測，實時在線調(diào)整三相負(fù)荷，有效降低了因三相不平衡導(dǎo)致的線損損耗；三是實現(xiàn)表箱內(nèi)的二級線損計算，將線損分析管理末端下移到表箱，提升了中低壓線損精益化管理水平。

4.4 支撐主動搶修

智能多功能換相開關(guān)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對表箱進線開關(guān)、出線開關(guān)及用戶側(cè)故障的在線監(jiān)測分析，通過后臺系統(tǒng)計算模型能夠自動分析判斷是用戶故障還是電網(wǎng)設(shè)備故障，有效提高了故障分析診斷能力，為實現(xiàn)主動搶修提供有力支撐。

4.5 促進設(shè)備功能融合

智能多功能換相開關(guān)融合了開關(guān)分?jǐn)?、計量采集、戶表識別、在線監(jiān)測多項功能，符合新興工業(yè)4.0時代下的設(shè)備智能化、小型化、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)要求，是對新型配網(wǎng)設(shè)備智能化的有益探索和實踐，為未來低壓配網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、集成化做出了示范和表率。