配網自動化計量終端過電壓防護措施

常剛

[摘? ? 要]通過網絡自動化計量終端設備的過電壓入侵，分析了網絡自動化計量終端設備的過電壓保護現狀，研究了網絡自動化計量終端設備的過電壓保護對策。文章主要選擇在計量終端設備正前方安裝更多的過電壓安全保護設備，研究和改進計量終端設備的串并聯傳統(tǒng)合作接線盒，并在傳統(tǒng)合作接線盒的基礎上改進過電壓安全保護。該處理方案可對開關電源線路的安全通道、數據信號安全通道和意見反饋提供過壓安全保護，可有效保證計量終端設備電磁能表的正常運行，降低電力工程維護成本，防止用電損壞。

[關鍵詞]計量終端設備;過電壓防護;電能計量

[中圖分類號]TM933.4 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Overvoltage Protection Measures for Distribution

Network Automation Metering Terminals

Chang Gang

[Abstract]Through the overvoltage intrusion of network automation metering terminal equipment， the current situation of overvoltage protection of network automation metering terminal equipment is analyzed， and the overvoltage protection countermeasures of network automation metering terminal equipment are studied. This countermeasure mainly chooses to install more overvoltage safety protection equipment directly in front of the metering terminal equipment. Research and improve the series-parallel traditional cooperative junction box of metering terminal equipment， and improve the overvoltage safety protection on the basis of the traditional cooperative junction box. The processing scheme can provide overvoltage protection for the safety channel of the switching power supply circuit， the data signal safety channel and the feedback， which can effectively ensure the normal operation of the electromagnetic energy meter of the metering terminal equipment， reduce the maintenance cost of the power project， and prevent electricity damage.

[Keywords]metering terminal equipment; overvoltage protection; electric energy metering

配電網是所有電力工程系統(tǒng)的終端設備。它直接面向終端設備用戶。對供電穩(wěn)定性和供電質量的要求越來越高。電力工程是人們日常生活中不可缺少的能源。供電是否可靠也成為討論的話題。在這種情況下，電磁能配電網的自動化技術需要不斷改進，使人們滿足供電的穩(wěn)定性。現有的配電網穩(wěn)定性評價方法不能正確評價配電網自動化技術對供電穩(wěn)定性的影響。配電網自動化技術對配電網供電穩(wěn)定性的提高主要體現在故障處理的各個階段，減少了相應故障處理步驟的時間，或實現了部分故障處理步驟的自動化。例如，全自動故障定位技術縮短了故障定位時間，電源開關設備的遠程控制操作縮短了故障保護、網絡重構和恢復的時間，同軸電纜自動化技術實現故障保護，恢復供電過程的自動化。圖1為近期全網配電自動化覆蓋率圖，表1為部分地區(qū)覆蓋率數據。網絡自動化技術的應用不僅會影響長期停電，而且在故障處理中也可能導致短期停電。

配電網自動化是在信息化基礎上建立起來的，它將配電設備系統(tǒng)的線上線下數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和自然地理圖形集成在一起，形成了完善的自動化系統(tǒng)，實現了配電網及其設備在正常運行和安全事故情況下的監(jiān)測和保護。用電控制和配電設備管理自動化，最終實現在線配電設備系統(tǒng)的準實時閉環(huán)控制，其目的是大大提高供電穩(wěn)定性，改善電磁能質量。作為網絡自動化系統(tǒng)的關鍵基礎部分，網絡自動化計量終端設備的過電壓安全保護十分重要。自動化技術包括區(qū)域變電站自動化和配電設備變電站自動化技術。在區(qū)域變電所的關鍵位置安裝智能系統(tǒng)設備，對變電所內各種電子裝置和設備的主要運行參數進行及時監(jiān)測、采集、分析和處理，并對各種電子裝置和設備進行控制和協(xié)調。區(qū)域變電所自動化主要用于自動識別、保護區(qū)域變電所內部故障，實現供電的快速恢復。區(qū)域變電站自動化使區(qū)域變電站內部故障引起的長期停電變?yōu)槎唐谕ｋ姟Ｒ虼?，系統(tǒng)的長期停電頻率SAIFI降低，短期停電頻率MAIFI增加。

為了更好地在較大范圍內監(jiān)控配網，必須實現變電所的智能化升級。配電設備配電站聯接同軸電纜和輸出功率負載，充分考慮經濟因素和必要性，并不是所有配電設備配電站都能實現自動化技術。在具體運轉中，只選擇具有延時繼電器、向線中性點和關鍵負載的專用型配電站開展在線升級。變電所自動化技術后，融合故障全自動定位技術，可開展遠程控制故障防護，遠程控制網絡更新改造和迅速恢復供電系統(tǒng)。同軸電纜自動化技術系統(tǒng)依據電源開關情況、故障檢驗信息、網絡拓撲結構分析、故障區(qū)域判斷、遠程控制控制指令、故障防護、配電站路線電源開關再次接入、聯絡開關接入等恢復非故障路線供電系統(tǒng)。

1 配電自動化計量終端設備過電壓侵入分析

配電自動化計量終端設備的過電壓主要是入侵電力網二級系統(tǒng)的雷過電壓和操作過電壓。雷擊是過電壓入侵二級系統(tǒng)的主要方式?，F階段，計量終端設備的過電壓保護部分沒有過電壓保護部分，也沒有保護設備，存在雷擊入侵和設備毀壞的風險。隨著網絡自動化技術的普遍應用，在安裝一些保護設備時，保護方式不符規(guī)范要求，舊結構不利于保護和管理，毀壞部分仍在網絡上運作，短期內斷電在用戶斷電事情中常占的占比愈來愈高，成為影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的關鍵因素。現有配網穩(wěn)定性評價方法的一個關鍵缺陷是短期內斷電指數值不能測算。過電壓分外過電壓和內過電壓兩大類。

1.1 外過電壓

外過電壓又被稱為雷擊過電壓，空氣過電壓和空氣中的閃電云充放電。分成直擊雷過壓和感應雷過壓。空氣過電壓是由直擊雷造成的，具有延遲時間短、撞擊力強的特點。與雷擊活動的抗壓強度直接有關，與設備的電壓水準不相干。因此，220 kV以下系統(tǒng)的絕緣層水準一般通過避免空氣過電壓來明確。雷擊過電壓的延遲時間約為幾十微秒，具有單脈沖特點。直擊雷過電壓是雷直擊電氣設備設備導電性部分時產生的過電壓。雷電中的通電電導體，如空架電力線路的電導體，稱之為直接雷擊。在雷電中，正常狀況下接地裝置的電導體（電力線塔等）提升電力工程，充放電帶電導體，稱之為還擊。直擊雷過電壓的力度可以達到上百萬伏，破壞電氣設備設備絕緣層，造成短路故障接地裝置故障。磁感應雷擊過電壓就是指在雷擊電氣設備設備周邊的路面時，因為空間磁場的大幅度變化而不直接受雷擊影響的電氣設備設備（包含二次設備和通信設備）磁感應的過電壓。

1.2 內過電壓

電力工程系統(tǒng)內部運作方式變化造成的過電壓，包含臨時性過電壓，運作過電壓和諧振過電壓。臨時性過電壓就是指電力工程系統(tǒng)在銜接過程后，因為高壓斷路器的操作和短路故障，在某類臨時性穩(wěn)定時產生的過電壓，又被稱為直流電壓上升。其特點是延遲時間長，過電壓倍率低，一般設備絕緣層風險小。但在高壓下，遠程控制傳送在明確絕緣層水準層面起著關鍵作用。普遍的是：①滿載長電力電容器效用（費蘭效用）。在直流開關電源的作用下，因為遠程控制滿載路線電容器效用的累積，路線沿途電壓遍布不同，終端設備電壓最大。②不對稱短路故障接地裝置。三相電力線路時，若A相發(fā)生短路故障接地裝置故障時，B、C相電壓上升。③甩開負載的過電壓是電力線路因故障忽然被甩開負載時，開關電源電勢差沒有立即全自動調節(jié)而產生的過電壓。

操作過電壓是由隔離開關操作或忽然短路故障造成的衰減系數快，延遲時間短的過電壓。其特點是偶然性，但在最不好的情形下，過電壓倍率高。普遍的是：①滿載路線的連接和重接通過電壓。②斷開滿載路線的通過電壓。③斷開滿載變電器的過電壓。④電孤接地裝置過電壓。串聯諧振過電壓就是指在一定的布線方式下，電力工程系統(tǒng)中的電感器，電容器等存儲元件與直流產生串聯諧振的過電壓。過電壓倍率高，延遲時間長的網絡全自動計量終端設備包含電磁能表箱，互動式感應器，隔離開關，斷路器，過電壓保護構件，配電柜，電磁能表等。電氣設備信息的收集主要是通過電氣設備工業(yè)廠房的計量管理終端設備設備來實現的。電磁能計量組成電源電路箱是計量二次電源電路的關鍵構成部分。其作用是將變電器引出來的二次回路通過組成控制回路箱尾端的接線端子串聯到電表接線端子上。電源電路是不是受電壓保護，直接影響電磁能計量組成電源電路箱的電壓和電流量。

2 配電自動化計量終端過電壓保護現狀分析

在此階段，配電網線路計量終端中使用的電磁能量收集終端在室外組裝。它們分布廣泛，分散性強，面臨著雷擊或室外線路瞬時過電壓的高風險。但現場勘查的大部分區(qū)域的電磁能量采集終端未安裝過電壓保護設備，傳統(tǒng)的組合式接線盒沒有過電壓保護功能，因此，配電變壓器的負荷管理終端和計量表經常被雷擊損壞，這必然會導致電磁能表無法正常工作，導致電磁能表無法加載和測量，嚴重影響電磁能計量。同時，拆除和更換配電變壓器負荷管理終端的維護工作量也非常大，造成了巨大的損壞。雖然部分電表箱已按規(guī)范要求安裝了浪涌保護器，但這些浪涌保護器不是配電變壓器負荷管理終端的專用浪涌保護器，難以發(fā)揮應有的實用效果。對于具有數據遠程控制的管理終端，串口通信和日常線路意見反饋線路未設置過電壓保護對策，傳統(tǒng)的接線盒與串口通信和日常線路意見反饋的工作電壓保護不對應，因此存在著巨大的安全隱患。

3 配電自動化計量終端過電壓保護對策研究

變壓器底電壓側的電力避雷器能有效地抑制計量終端的過電壓，但實際抑制效果受變壓器與計量終端連接線長度的影響。線路越長，過電壓抑制效果越差。為了更好地實現智能儀表更精細的過電壓保護，可在智能儀表前面安裝末端過電壓保護裝置。然而，基于以上對配電網自動計量終端過電壓保護的分析，暴露出許多具體問題。當時，我們針對這些問題和市場需求，開展了過電壓保護對策研究，改進了傳統(tǒng)組合配電箱的過電壓保護功能。

現階段，從新型組合接線盒的過電壓保護設計來看，設計主要由三部分組成：①線路安全通道過電壓保護;②數據信號安全通道的過壓保護;③天線饋線安全通道的過壓保護。過電壓浪涌保護器主要設置在組合配電箱內，實現組合配電箱的過電壓保護效果。本研究的產品模型外殼設計采用三相四線結構設計。采用三相三線制時的冗余位置可實現兩種供電系統(tǒng)型式的兼容模式。其中，接線盒具有開關電源綜合保護功能。RS485。SMA天線饋電電涌保護器。同時配合多功能儀表接線端子的可靠排序，實現開關電源連接。為線路設計的每個開關電源分別連接兩個工作電壓電阻器。當瞬間過電壓侵入時，串聯線路的兩個工作電壓電阻器將損壞，并且工作電壓電阻器將通過瞬間過電壓正確引導至地面，即使磁鐵線圈不受其影響，能保持輸出正常工作電壓，保證連接設備連續(xù)工作，不受工作電壓影響。此外，天饋安全通道通過工作電壓保護將天饋控制模塊的兩根電極連接線與支氣管連接起來。當連接地面上出現過電壓和雷擊時，高壓會損壞支氣管，將雷電電流引至地面，以確保設備的安全。

4 結束語

隨著人口的增加，電力工程采集終端也得到了改進，電力工程采集終端的過電壓保護也非常重要。在對策研究中，電力工程采集終端的計量聯配箱是電力工程采集終端的重要組成部分，具有過壓保護的計量聯配箱必須在電力工程行業(yè)得到廣泛應用。因此，本文在這一層面上對該方法進行了研究

參考文獻

[1] 施秀文.通信電源設備的雷電過電壓防護和接地措施[J].通信電源技術，2021，38（2）：114-116.