淺談提高農(nóng)網(wǎng)用智能綜合配電箱可靠性的方法

蔣后仲，熊從容

(1.浙江誠(chéng)通電力科技有限公司，浙江 樂清 325603；2.亮兮柯電氣(嘉興)有限公司，浙江 嘉興 314031)

隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)工廠、智能制造、5G、人工智能的大力發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)配電電器提出了新的要求，要求智能化、可通信，且具備很多的監(jiān)測(cè)功能，國(guó)家電網(wǎng)構(gòu)建了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)低壓綜合配電箱提出了物聯(lián)網(wǎng)化、一二次融合等智能化的需求，同時(shí)對(duì)配電箱內(nèi)的元器件也同樣提出了類似的需求，特別是對(duì)配電斷路器提出了很高的智能化需求，而新的智能化產(chǎn)品對(duì)使用環(huán)境的適應(yīng)性成了新的課題需要解決。

1 目前方案存在的問題

目前在農(nóng)網(wǎng)中使用的普遍供電設(shè)計(jì)線路是桿式配電變，即高壓10 kV的變壓器和低壓綜合配電箱統(tǒng)一架設(shè)在電線桿上，變壓器在配電箱的上方，低壓配電箱采取一進(jìn)兩出的線路設(shè)置，配電設(shè)計(jì)采取TT系統(tǒng)，三相四線電源中性點(diǎn)直接接地，如圖1所示。

圖1 臺(tái)區(qū)配電圖

在以上設(shè)計(jì)的桿式配變電中存在的致命問題就是，高低壓同桿的絕緣距離不夠、共同接地的可靠性不高等原因造成的感應(yīng)過電壓對(duì)配電箱內(nèi)低壓元器件，特別是主回路上的斷路器的損壞，會(huì)更進(jìn)一步的影響低壓配電箱的供電可靠性，同時(shí)智能斷路器本身的抗干擾能力較差，無法消化外部感應(yīng)過電壓帶來的影響造成了自身的損壞，從而影響到低壓配電箱的可靠性，當(dāng)以前使用純機(jī)械式的熱電磁式斷路器作為保護(hù)開關(guān)的時(shí)候這個(gè)問題還不明顯，而現(xiàn)在低壓智能斷路器作為多功能產(chǎn)品不但承載了傳統(tǒng)的過載、短路保護(hù)功能，而現(xiàn)在更是增加了剩余電流保護(hù)、過載短延時(shí)、過欠壓、斷相缺零等保護(hù)功能，還有載波藍(lán)牙無線通信，自動(dòng)重合閘遠(yuǎn)程控制、溫濕度監(jiān)測(cè)、三相不平衡、電路拓?fù)浞治觥㈦娔苡?jì)量等物聯(lián)網(wǎng)化的功能，并且使用量非常大，低壓配電箱的進(jìn)線設(shè)計(jì)一般采用三段保護(hù)的智能塑殼斷路器，出線采取帶有自動(dòng)重合閘功能的智能漏電斷路器。這些斷路器無一例外其動(dòng)作特性都是受自帶的電子智能脫扣器控制，智能電子脫扣器的輔助電源都取自于主回路供電，在這種工作環(huán)境下產(chǎn)生的過電壓會(huì)對(duì)智能脫扣器造成威脅，如果智能控制器受到了損壞，則低壓配電箱將無法正常工作，所以，提高低壓配電箱可靠性的課題可以重點(diǎn)簡(jiǎn)化為提高智能斷路器的工作可靠性問題。

2 提高低壓智能配電箱可靠性的辦法

2.1 適當(dāng)加大變壓器和配電箱的垂直距離

農(nóng)網(wǎng)用得較多的戶外桿式配電變10 kV線路與400 V共存時(shí)，兩者絕緣距離一定要足夠，變壓器低壓側(cè)空載送電，線路會(huì)產(chǎn)生過電壓高達(dá)2～3倍，送電瞬間變壓器與低壓柜靠得太近時(shí)，感應(yīng)電壓的傳遞就會(huì)燒毀斷路器的智能控制器。若線路上帶有負(fù)荷時(shí)，就很少發(fā)生這種情況。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電力安裝要確保高壓回路與低壓回路安全距離達(dá)1.5 m以上。

2.2 加強(qiáng)聯(lián)合接地的可靠性

聯(lián)合接地電阻過大不可靠，導(dǎo)致電網(wǎng)感應(yīng)電壓及過電壓釋放不掉，使低壓元件長(zhǎng)期受感應(yīng)電壓影響導(dǎo)致絕緣下降，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電力安裝需要考慮季節(jié)干濕的影響，土壤導(dǎo)電率的影響，打樁深度的影響(一般要求60 cm～80 cm)，接地材料的影響(鍍鎳)，最終聯(lián)合接地電阻應(yīng)小于1 Ω。

2.3 提高智能斷路器吸收感應(yīng)過電壓的能力

這類剩余電流動(dòng)作斷路器廣泛用在工作電壓400 V，交流50 Hz，額定電流800 A及以下的電源中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)中，具備剩余電流重合閘及多種監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能，農(nóng)村配網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。這種類型的剩余電流動(dòng)作斷路器的N相電上不設(shè)置有分?jǐn)鄦卧礋o論剩余電流動(dòng)作斷路器合閘還是分閘，其N相始終保持導(dǎo)通。如圖1所示，目前配電設(shè)計(jì)大量采用低壓220 V電網(wǎng)與高壓10 kV電網(wǎng)平行走線，10 kV高壓經(jīng)過變壓器后進(jìn)入低壓配電箱，低壓配電箱采取一進(jìn)兩出的設(shè)計(jì)布局，出線開關(guān)大量采用這類型的剩余電流動(dòng)作斷路器，避雷器下端與變壓器外殼、低壓配電箱外殼及N線連為一體接地。在這種配電設(shè)計(jì)布局中，在雷云及通電瞬間，10 kV 高壓通過避雷器(即氧化鋅壓敏電阻)對(duì)地線(即 PE/N 線)有高壓泄漏電流產(chǎn)生，當(dāng)接地線在地面埋入層較淺或異常干燥時(shí)，高壓泄漏電流不能快速對(duì)地釋放，會(huì)通過N線與變壓器A/B/C構(gòu)成回路(可理解為剩余電流動(dòng)作斷路器的控制器被串聯(lián)在高壓回路之間)。由于剩余電流動(dòng)作斷路器N線是直通的且不能被開關(guān)切斷，N線又是與PE線連為一體，同時(shí) PCB板上參考地也是與N線連接在一起的，這樣使控制器串聯(lián)在高壓之間具備回路條件，這種高壓會(huì)造成斷路器控制器的損壞。此外，220 V電網(wǎng)與10 kV電網(wǎng)平行走線，當(dāng)高低壓線間距偏小時(shí)，感應(yīng)電壓在距離較近時(shí)，會(huì)存在電容耦合效應(yīng)，即感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}，此感應(yīng)電壓也可能造成控制器的損壞、誤動(dòng)作或人觸電危險(xiǎn)，剩余電流動(dòng)作斷路器上端和外界環(huán)境所產(chǎn)生的感應(yīng)靜電，沿?cái)嗦菲骺刂破鞑蓸泳€N相線流入控制器端，并在控制器端進(jìn)行累積，擊穿和燒壞控制器電子元件，當(dāng)剩余電流動(dòng)作斷路器合閘送電的時(shí)候，由于剩余電流動(dòng)作斷路器控制器此前已經(jīng)受損，在送電瞬間即可能引起斷路器起火或失效等非正?，F(xiàn)象。

有鑒于此，可以創(chuàng)新性地給剩余電流動(dòng)作斷路器增加靜電吸收裝置，該裝置可以保護(hù)控制器不受高壓泄漏電流的影響，同時(shí)也可對(duì)斷路器上端的靜電完全進(jìn)行吸收、釋放和轉(zhuǎn)移，從根本上解決了感應(yīng)靜電通過零線在控制器進(jìn)行端的累積，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，保護(hù)了其所在線路不被燒毀。靜電吸收模塊的電路原理圖見圖2，電氣原理圖見圖3。

圖2 靜電吸收模塊的電路原理

這種帶靜電吸收型剩余電流動(dòng)作斷路器，包括底座、連接在底座上的上蓋、位于上蓋內(nèi)的主控制器，所述底座內(nèi)設(shè)置有分?jǐn)喙δ艿腁相分?jǐn)鄦卧?、B相分?jǐn)鄦卧?、C相分?jǐn)鄦卧褪冀K保持導(dǎo)通的N相接線單元，所述A相分?jǐn)鄦卧?、B相分?jǐn)鄦卧?、C相分?jǐn)鄦卧ǔ鼍€端子，其特征在于：所述底座內(nèi)還設(shè)置有靜電吸收模塊，所述靜電吸收模塊分別與A相分?jǐn)鄦卧某鼍€端子、B相分?jǐn)鄦卧某鼍€端子、C相分?jǐn)鄦卧某鼍€端子及N相接線單元相連接。其中A相靜電吸收電路、B相靜電吸收電路、C相靜電吸收電路均包括相互并聯(lián)的碳膜電阻和壓敏電阻。其內(nèi)部設(shè)置結(jié)構(gòu)所帶來的技術(shù)效果如下幾點(diǎn)：①當(dāng)雷云或通電瞬間，10 kV高壓通過避雷器對(duì)地線(即 PE/N 線)有高壓泄漏電流產(chǎn)生，若高壓泄漏電流不能快速對(duì)地釋放，會(huì)通過N線與變壓器A/B/C構(gòu)成回路，此時(shí)高壓泄漏電流會(huì)被靜電吸收模塊轉(zhuǎn)移，使斷路器的主控制器不會(huì)受影響，提高剩余電流動(dòng)作斷路器的使用可靠性；②當(dāng)斷路器斷開后且高低壓線間距偏小時(shí)，感應(yīng)電壓在距離較近時(shí)，會(huì)存在電容耦合效應(yīng)，即感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}，剩余電流動(dòng)作斷路器上端和外界環(huán)境所產(chǎn)生的感應(yīng)靜電，靜電吸收模塊對(duì)斷路器上端的靜電進(jìn)行吸收、釋放和轉(zhuǎn)移，不會(huì)再主控制器端進(jìn)行累積，從根本上解決了感應(yīng)靜電通過零線在控制器進(jìn)行端的累積，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，保護(hù)了線路不被燒毀；③靜電吸收模塊由三組相互并聯(lián)的碳膜電阻和壓敏電阻的靜電吸收電路組成，模塊元器件構(gòu)成簡(jiǎn)單、所需成本低；④靜電吸收腔室的位置處于N相接線單元的位置上，由于N相接線單元上沒有分?jǐn)喙δ艿臋C(jī)構(gòu)，直接采用銅導(dǎo)線連接，使銅導(dǎo)線可繞過靜電吸收腔室來走線，便于產(chǎn)品的裝配，同時(shí)靜電吸收腔室也可保證靜電吸收模塊工作的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

通過以上的解決辦法，從低壓綜合配電箱發(fā)生故障的源頭著手：①想辦法降低外部因素產(chǎn)生感應(yīng)過電壓的能力；②從配電箱內(nèi)部提高主要元器件抗感應(yīng)過電壓的能力，從而大大地提高了綜合配電箱的工作可靠性，降低故障發(fā)生的可能。