一種10 kV線路跌落開關(guān)監(jiān)測保護裝置的開發(fā)與利用

范桂恩

(國網(wǎng)江西省電力有限公司鷹潭市貴溪市供電分公司，江西 鷹潭 335400)

0 引言

10 kV輸電線路擔負著輸送、分配電力的重要任務(wù)，是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，但10 kV輸電線路處于野外環(huán)境中，受各種惡劣自然條件如洪水沖刷、覆冰、覆雪等的影響非常大，運行狀態(tài)很不穩(wěn)定，甚至有時還受到人為的偷盜和破壞，桿塔倒塌、線路斷裂的事故不斷，給電力輸送帶來嚴重影響。為保證10 kV輸電線路的運行安全，研究開發(fā)利用10 kV線路臺區(qū)跌落式傳感器型號DESCH102監(jiān)測系統(tǒng)，可有效縮減搶修時長[1-3]。研究過程中，項目組實現(xiàn)了跌落開關(guān)在線監(jiān)測技術(shù)的系列化研究報告，包括理論結(jié)構(gòu)設(shè)計和建模、仿真計算過程和結(jié)果、試件研究測試階段報告和最終成品詳細的設(shè)計圖紙等。

1 國網(wǎng)臺區(qū)典型設(shè)計方案

國網(wǎng)臺區(qū)典型方案由以下6個部分組成：架空電纜引下線、跌落式傳感器、普通避雷器/可卸裝式避雷器(二選一)、配電變壓器、變壓器低壓側(cè)出線、低壓綜合配電箱。如表1所示。

表1 國網(wǎng)臺區(qū)典型設(shè)計方案

2 臺區(qū)跌落式傳感器保護裝置

跌落開關(guān)是配電線路的重要組成部分，是重要的故障隔離裝置，在配電線路上十分普遍。常規(guī)跌落開關(guān)運行存在如下缺陷。①跌落開關(guān)易損。②跌落開關(guān)故障狀態(tài)無法第一時間感知，恢復(fù)供電時間過長。③跌落開關(guān)的工作電流沒有記錄，無法判斷動作原因。④跌落開關(guān)熔斷后，若變壓器非全相運行時間過長，容易造成變壓器的燒毀。

針對以上缺陷，開發(fā)利用DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器，該裝置采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)配網(wǎng)分界點運行狀態(tài)實時監(jiān)管，解決當前跌落開關(guān)存在的過程狀態(tài)和故障狀態(tài)未知的現(xiàn)狀，完善智能配電臺區(qū)高壓側(cè)狀態(tài)感知和設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，為配電臺區(qū)可靠運行提供幫助，提高故障運維效率。

2.1 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器的硬件

DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器的硬件由DESCH跌落開關(guān)在線監(jiān)測裝置、DESCH 100跌落開關(guān)在線監(jiān)測裝置匯集網(wǎng)關(guān)、跌落開關(guān)與保護裝置組合組成，如圖1及表2所示。

圖1 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器的硬件組成

表2 傳感器的硬件組成

2.2 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器的主要功能

1)電流測量:實時監(jiān)測用戶分界線路電流，采集精度1%。

2)狀態(tài)檢測:實時監(jiān)測跌落熔絲的分合閘狀態(tài)。

3)相間短路檢測:相間短路發(fā)生時，自動報整，并上報匯集單元(或融合終端)。

4)單相接地檢測:當檢測到單相接地時，啟動三相智能跌落熔絲自動錄波，并上報匯集單元(或TTU)，由匯集單元判新單相接地狀態(tài)，如果發(fā)生單相接地，自動報警，并上報主站系統(tǒng)。

5)本地通信功能:通過RF短距離無線通信方式，實現(xiàn)三相智能跌落熔絲、智能跌落熔絲與匯集單元(或TTU)之間的相互通信。

6)遠程通信功能:通過無線公網(wǎng)實現(xiàn)與主站系統(tǒng)之間的通信，通信協(xié)議支持101104規(guī)約。

2.3 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器的安裝方式

2.3.1 在線監(jiān)測裝置安裝

終端通過套管或卡扣結(jié)構(gòu)安裝、固定，如圖2所示。

圖2 在線監(jiān)測裝置安裝

2.3.2 匯集網(wǎng)關(guān)安裝

1)安裝位置：就近的JP柜或者新裝表箱內(nèi)。

2)網(wǎng)管供電：從接線盒任一相取電(220 V)，預(yù)留485和233串口。

3)本地通信：在網(wǎng)關(guān)與融合終端之間接RS485線。

4)若無終端，可通過自帶4G通信單元與自動化系統(tǒng)通信。

2.4 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器技術(shù)特點

該研究開發(fā)的DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器技術(shù)參數(shù)如表3所示，其具有如下技術(shù)特點。①超低靜態(tài)電流：傳感器工作壽命更長。②高精度測量：提供角度、電流雙測量。③多維度判斷：角度測量，電流測量和機械測量。④防沖突性：自動匹配。⑤安裝簡便牢固：環(huán)式安裝，不易脫落。⑥高安全性：加密算法與認證，確保數(shù)據(jù)安全，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。⑦適應(yīng)各種環(huán)境：密封式設(shè)計，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。⑧多種電流等級：匹配多種電流規(guī)格傳感器。

表3 DESCH102臺區(qū)跌落式傳感器技術(shù)參數(shù)表之射頻性能

3 10 kV線路臺區(qū)跌落式傳感器的應(yīng)用成效

3.1 功能實現(xiàn)

10 kV線路臺區(qū)跌落式傳感器可安裝在配電線路上，其中傳感器固定在傳感器熔管上，數(shù)據(jù)終端安裝在桿塔上，用于在線監(jiān)測傳感器運行及故障情況，是一套具有遠程傳輸能力的分布監(jiān)控、集中管理、即時通知型的智能化管理系統(tǒng)。傳感器在線監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能。①遙信:大電流故障的準確判斷和傳感器工作狀態(tài)判斷。②遙測:負荷電流的實時監(jiān)測、定時上傳以及故障電流的采集和立即上傳。③遙調(diào):遠程聯(lián)網(wǎng)設(shè)定和修改故障整定值，遠程聯(lián)網(wǎng)設(shè)定和修改故障復(fù)位時間，遠程聯(lián)網(wǎng)設(shè)定和修改報警檢測的延時時間，遠程聯(lián)網(wǎng)設(shè)定和修改電流變比系數(shù)和遠程聯(lián)網(wǎng)設(shè)定和修改負荷電流定時遠傳周期[4]。需要指出的是傳感器在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)的遙調(diào)功能除第一項外其余均為可選功能。

3.2 使用優(yōu)點

1)臺區(qū)跌落式傳感器安裝在10 kV配網(wǎng)線的可靠性。臺區(qū)跌落式傳感器在10 kV開關(guān)和電纜之間是軟連接硬支撐方式安裝的，軟連接在10 kV開關(guān)(令克、真空SF6隔離刀閘)上，硬銅(鋁)管支撐處以柱式瓷瓶固定，所以在拆接接地線時不會讓導(dǎo)線出現(xiàn)大幅震動，對開關(guān)觸點不會造成負壓和損傷。該產(chǎn)品在運行過程中不會產(chǎn)生安全隱患，線路的運行可靠性得到一定的保障[5]。

2)優(yōu)良的抗老化、抗氧化和良好的接觸性。臺區(qū)跌落式傳感器通過了嚴格的各項試驗，包括硅橡膠絕緣耐壓和老化試驗。在端子和驗電連接點，也做了銅鍍錫處理，確保接觸點的金屬基本不會氧化，保證了良好的接觸性。

3)10 kV開關(guān)電纜之間的優(yōu)良接地。臺區(qū)跌落式傳感器使用后，在10 kV開關(guān)和電纜之間構(gòu)架出優(yōu)良的驗電接地點，符合了安規(guī)的工作兩側(cè)掛接地要求，并能很好地保護電力施工人員的人身安全。

4)大幅度提高了10 kV配電網(wǎng)線路的用電可靠性。臺區(qū)跌落式傳感器的總長度在1.2 m以上，使用該產(chǎn)品后在開關(guān)和電纜之間留出了將近1 m的安全工作距離。在跳開10 kV開關(guān)并驗電掛接地后，可以放心地在電纜側(cè)工作，可以在上一級線路不停電的情況下，停電—驗電—掛接地—施工。

5)安裝和使用的便利性、美觀性。臺區(qū)跌落式傳感器是在工廠內(nèi)加工成型的，不需要到施工現(xiàn)場再另外斷線壓接等工序，用柱式瓷瓶固定好后十分牢固。在后期停電掛拆接地時不會松動十分便利。臺區(qū)跌落式傳感器整齊的排列在10 kV開關(guān)下方，使線路看上去十分整潔明了，并明確的標識了顏色，讓人一目了然。

4 結(jié)語

目前10 kV線路的開關(guān)和電纜之前沒有可靠的驗電掛接地線的地方，當10 kV開關(guān)以下的電纜及高壓開關(guān)柜等設(shè)備發(fā)生故障及更換、檢測、修理的時候都必須停用整條10 kV線路或支線線路。因此，利用10 kV線路及臺區(qū)跌落式傳感器通過監(jiān)測和上送傳感器的狀態(tài)、大電流故障信息、熔斷前的故障電流等信息和數(shù)據(jù)，幫助運行維護人員及時發(fā)現(xiàn)故障點，快速實現(xiàn)故障搶修恢復(fù)供電，縮減搶修時長。同時系統(tǒng)所采集的熔斷電流作為傳感器設(shè)備狀態(tài)檢修的參考。總之，從實用性和經(jīng)濟性考慮，相對于改造網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增加電力設(shè)備、加強巡檢強度等手段而言，配電線路傳感器在線監(jiān)測系統(tǒng)作為一種成本低、見效快、穩(wěn)定性高、組網(wǎng)靈活的簡易型配電自動化系統(tǒng)，更適合于在城市郊區(qū)和農(nóng)村配網(wǎng)進行全面建設(shè)，從而有效地提高配網(wǎng)的供電可靠性。