配電開關(guān)一二次融合的影響因素分析

胡冉，吳夕發(fā)

（1.深圳供電局有限公司；2.深圳新能電力開發(fā)設(shè)計院有限公司，廣東 深圳 518001）

一二次設(shè)備最重要的步驟就是在一次設(shè)備的基礎(chǔ)上結(jié)合二次設(shè)備，二次設(shè)備并不作為主動設(shè)備，也就是說，二次設(shè)備是用來輔助一次設(shè)備的，兩者搭配使用的目的是為了提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1 配電開關(guān)一二次融合設(shè)備運行環(huán)境

現(xiàn)在我國社會經(jīng)濟發(fā)展的速度很快，科技實力也有了很大的進步，不過，電力工程和電網(wǎng)建設(shè)在發(fā)展過程中存在較多問題，配電網(wǎng)工程的發(fā)展一直落后于發(fā)電和輸電行業(yè)，通常情況下，停電的原因都是配電網(wǎng)故障造成的，而且配電網(wǎng)的自動化和智能化還沒有完善，這已經(jīng)成為我國電力行業(yè)發(fā)展的阻礙。要想提高配電網(wǎng)的自動化和智能化水平，首先應(yīng)該了解影響設(shè)備運行的干擾條件是什么，現(xiàn)在我們對溫度、海拔、強電磁、風(fēng)俗、太陽輻射、防污等級和箱體機械防護能力進行了分析，在實際運行過程中，很多地方的溫度和太陽輻射都是季節(jié)決定的，這是一種周期性的影響，不能作為關(guān)鍵性的影響因素。對防污水平和箱體機械強度進行了分析后發(fā)現(xiàn)，制造設(shè)備的材料和成分比例存在一定影響，對溫度和壓力的研究還需進一步加強，并且最難研究的就是強電磁干擾的影響，下面是本文主要的分析內(nèi)容。

2 配電開關(guān)一二次融合影響因素分析

2.1 溫度影響

通常情況下，設(shè)備都是在戶外工作的，很難準確地感應(yīng)工作環(huán)境溫度的變化，在溫度過低的情況下，部分瓷柱式斷路器內(nèi)部SF6滅弧介質(zhì)會發(fā)生液化，不過，對一次設(shè)備的影響并不是很大。在一次設(shè)備的基礎(chǔ)上加入了二次設(shè)備后，二次設(shè)備和一次設(shè)備的距離很近，溫度的影響就體現(xiàn)出來了，設(shè)備的內(nèi)部元件的溫度和耗能都會增加，可以從下面幾個方面看出。

（1）溫度變化對二次設(shè)備內(nèi)部電子元件的影響。高壓開關(guān)開斷強電流、高電壓都會使觸頭兩邊的燃弧發(fā)出能量，這個過程并不會持續(xù)很長時間，不過，二次設(shè)備貼片電阻、電容以及其他溫度敏感元件有很高的溫度敏捷度，要分析溫度對它們帶來的影響。通過研究后發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體器件溫度每增加10℃，設(shè)備的可靠性大約會降低一半，元件溫度持續(xù)升高的過程中還會出現(xiàn)零漂和非線性變化，信號往往不能穩(wěn)定輸出。溫度的影響是導(dǎo)致電子元件故障、效率降低的主要原因，并且會減少設(shè)備的使用壽命，如果溫度很高，設(shè)備不能及時地散熱，就會發(fā)生電路擊穿和短路等問題，是沒有辦法修復(fù)的，導(dǎo)致一二次設(shè)備的精確度和工作穩(wěn)定性。

（2）溫度變化對二次設(shè)備內(nèi)部采集單元的影響。圖1是二次設(shè)備采集單元結(jié)構(gòu)的圖示，在電壓互感器的作用下，交流電壓保持在100V，采集單元可以調(diào)節(jié)輸入電壓，信號調(diào)理單位為了處理模塊、濾波模塊、差分放大模塊以及其他模塊，分壓模塊把輸入信號變成最大的2.5V的交流信號，濾波處理模塊的作用就是避免信號受到影響，信號通過差分放大模塊后，會被輸入轉(zhuǎn)換芯片中，本次使用的AD轉(zhuǎn)換芯片信號是AD7606。隔離電源把輸入電源變成DCSV，是整個內(nèi)部采集單元的電力來源，ADR421主要負責(zé)AD轉(zhuǎn)換芯片的電源。整個單元結(jié)構(gòu)在溫度的作用下都會受到影響，直接影響電阻、濾波模塊和差分放大模塊以及其他原件的穩(wěn)定性，測量的準確率也會有所下降。

圖1 二次設(shè)備內(nèi)部采集單元結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 壓力影響

壓力對一二次融合開關(guān)的運行也有一定干擾，壓力是從兩個方面干擾設(shè)備的。因為海拔高度不同，所以壓力大小也不一樣，海拔高度和壓力大小之間是反比例關(guān)系，也就是說，海拔增加壓力減少。設(shè)備開關(guān)、母線、互感器、電纜線和其他內(nèi)部元件在開關(guān)柜中的壓力是保持在0.13～0.145MPa。

表1是海拔高度和大氣氣壓之間的關(guān)系，在標準海拔1000m以下的時候，通常使用IEC62271、GB3906規(guī)格的開關(guān)設(shè)備，現(xiàn)在還沒有達到標準條件的設(shè)備。為了達到設(shè)備終端對強度的要求，一般都會增加電氣縫隙、增加爬電距離、使用復(fù)合材料的辦法，不過，對設(shè)備的使用壽命會有一定的影響，設(shè)備的工作穩(wěn)定性和準確性也會有所降低。

表1 不同海拔條件下的相應(yīng)大氣氣壓

通過實驗發(fā)現(xiàn)，當平均氣壓降低7.7～10.5kPa的時候，外絕緣強度會慢慢地降低，降低的幅度保持在8%～13%，空氣密度和壓力降低也會影響開關(guān)設(shè)備的運行效率，空氣密度越低設(shè)備的散熱效果越差。當氣體壓力不斷地降低，電暈電壓就會持續(xù)地降低，此時，絕緣會慢慢地老化，設(shè)備的使用壽命會有所降低，運行的穩(wěn)定性會變差。

一次設(shè)備和二次設(shè)備的融合程度提高的同時，大多數(shù)測控器件都應(yīng)該安裝在開關(guān)里，長時間處于高壓環(huán)境中，測控單元的使用年限會有所減少，而且二次設(shè)備運行的穩(wěn)定性也會降低。如果相對空氣減少到12%的時候，空氣密度會變成10%，絕對濕度和空氣壓力、空氣密度之間是正比例關(guān)系，后兩者越小前者越大，溫度差增加的同時終端更容易發(fā)生放電，一二次融合開關(guān)工作的穩(wěn)定性會降低。

2.3 電磁干擾影響

通常情況下，系統(tǒng)在震蕩的時候，磁場能量和電場能量可以發(fā)生轉(zhuǎn)換，磁場能量會變成電場能量，設(shè)備收到電磁能量后會產(chǎn)生巨大的電流和電壓，造成電路的擊穿和短路等故障，元器件會發(fā)生損壞不能正常使用。有的設(shè)備雖然可以屏蔽金屬，電磁能量無法隨意進入設(shè)備中，不過，殼體上感應(yīng)脈沖大電流對電路的威脅是巨大的，只要進入電路中就會破壞內(nèi)部敏感器件，整個電路的運行都會受到影響。配電開關(guān)是整個電路的核心保護設(shè)備，主要通過二次設(shè)備來控制，設(shè)備開關(guān)過程中觸頭間電弧燃燒、重燃巨大的電磁場作用于母線，在空間輻射和電纜的作用下，設(shè)備內(nèi)部元器件會相互影響，二次設(shè)備無法正常運行。

外部過電壓也會影響電磁，在空間輻射的作用下傳導(dǎo)到控制器造成設(shè)備故障，設(shè)備開關(guān)無法正常使用。從圖2中可以了解雷擊桿塔的整個過程，傳輸線的雷電波頻率很高，一旦進入母線中，就會迅速地傳輸?shù)娇刂齐娎|，剩下的部分將至二次電纜屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。

圖2 雷電干擾傳播路徑示意圖

圖3 高頻傳導(dǎo)干擾等效電路圖

從圖3中可以了解高頻干擾電壓經(jīng)PT傳入二次回路的等效電路圖，UB代表母線暫態(tài)電壓，CT代表感器套管電容，LG代表引線電感，ZG代表地阻抗，C1N、C2N代表互感器一次側(cè)、二次側(cè)與屏蔽層之間的寄生電容，ZO代表二次回路電纜波阻抗，ZL代表二次回路電纜負載阻抗。如果母線暫態(tài)電壓UB對電壓互感產(chǎn)生影響，干擾電壓就會作用在二次設(shè)備上，影響二次設(shè)備的正常運行，電壓的強度決定了干擾的程度。

3 結(jié)語

總的來說，二次設(shè)備內(nèi)部信號采集單元結(jié)構(gòu)在溫度的作用下穩(wěn)定性會受到不同程度的影響，當電子元器件發(fā)生故障后，電阻和電路就會影響二次設(shè)備的正常運行。長時間處于高壓的環(huán)境會導(dǎo)致測控單元壽命減少，而且設(shè)備的散熱性能一旦變差，就會出現(xiàn)凝露，這些凝露作用在設(shè)備表面會發(fā)生放電。在雷電的作用下，強電磁干擾對終端電子元件的破壞是不可逆的，電路的故障時無法修復(fù)的，常見的故障有設(shè)備誤動、拒動等，在電路搭建好后需要對其進行測試。