智能開關(guān)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析

趙中秋

（國網(wǎng)四川射洪市供電有限責(zé)任公司，四川 射洪 629200）

智能開關(guān)產(chǎn)品在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的范圍廣泛，在各個(gè)不同工況的電網(wǎng)工作條件下，智能開關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用能夠直接起到重要作用，包括保護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行、控制電能的產(chǎn)生與供應(yīng)以及監(jiān)控電力系統(tǒng)的電源供應(yīng)能力的變化趨勢。這一特點(diǎn)有效地增強(qiáng)了電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力，提高了電力供應(yīng)的持續(xù)穩(wěn)定性。同時(shí)，它還能提升電力供應(yīng)的效率和供電工作的準(zhǔn)確性控制。在電力配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的具體應(yīng)用工作中，需要加強(qiáng)國家對電力智能開關(guān)產(chǎn)品的具體應(yīng)用技術(shù)的重視，并推廣其應(yīng)用，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

1 智能開關(guān)概述

智能開關(guān)通常是指一種具備一次和二次結(jié)構(gòu)集成功能的智能設(shè)備。一次自動(dòng)化設(shè)備的集成功能主要包括電互感器、隔離型電開關(guān)箱等組件；而二次設(shè)備則主要是指智能電子技術(shù)和數(shù)字化自動(dòng)控制儀表裝置單元等。智能開關(guān)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于智能保護(hù)和控制分析等技術(shù)功能。各個(gè)系統(tǒng)功能單元通常能夠獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行，快速收集情報(bào)和監(jiān)控分析智能系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)高效管理。一級智能斷路器是指用于戶外的微機(jī)安全保護(hù)開關(guān)器件，能夠進(jìn)行通信。就目前的研究發(fā)展和應(yīng)用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，插接式開關(guān)系統(tǒng)由于其獨(dú)特的功能優(yōu)點(diǎn)，在智能電力系統(tǒng)應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。該系統(tǒng)綜合利用了各種智能電子傳感器技術(shù)和先進(jìn)的微計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程檢測，同時(shí)分析電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行和故障并隔離故障單元。此外，該系統(tǒng)還能夠聯(lián)合其他專用計(jì)算機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)控[1]。

2 智能開關(guān)在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)融合了自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)手段，能夠智能地監(jiān)測和掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和離線情況。該系統(tǒng)在保障配電網(wǎng)安全運(yùn)行方面起著至關(guān)重要的作用，有效滿足了城市和居民的電力需求。為了推動(dòng)電力行業(yè)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用至關(guān)重要。它能促進(jìn)我國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，提高電力企業(yè)的服務(wù)水平和運(yùn)營效率，避免電力供應(yīng)不足問題，減少對社會(huì)產(chǎn)生的負(fù)面影響。在此背景下，智能開關(guān)作為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中不可或缺的要素，充分發(fā)揮了其優(yōu)勢和特點(diǎn)。智能開關(guān)在供配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，可自動(dòng)檢測、報(bào)警、判斷和分析各類故障，同時(shí)斷開與其他區(qū)域的電力連接，以避免不利影響網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵部位電能線路和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了在完全切斷線路的同時(shí)選擇不同型號(hào)的智能開關(guān)來控制不同故障位置，各種型號(hào)的智能開關(guān)可能具備不同的功能選擇。全部開關(guān)均集中安裝在總開關(guān)室的柱體上，這些開關(guān)線路相互交叉連接。如果其中幾條開關(guān)線路交叉出現(xiàn)嚴(yán)重故障，可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域停電，給生產(chǎn)和生活帶來嚴(yán)重影響。這將極大地?fù)p害人們的日常用電需求，對電力行業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失[2]。

由于我國一些偏遠(yuǎn)地區(qū)具有惡劣的環(huán)境和氣候條件，在柱型開關(guān)發(fā)生故障時(shí)很難進(jìn)行排查。然而，智能型開關(guān)的研發(fā)和應(yīng)用為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇。智能開關(guān)的可靠性更高，即使在惡劣的氣候環(huán)境下，它也能夠展現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性優(yōu)勢。當(dāng)面對氣候溫差較大的變化時(shí)，智能開關(guān)在線路故障診斷方面表現(xiàn)出較快的速度，能夠迅速準(zhǔn)確地切斷開關(guān)，斷開連接。智能開關(guān)裝置的普及與應(yīng)用，極大地推動(dòng)了我國高壓電網(wǎng)和現(xiàn)代化變電所的建設(shè)發(fā)展。它滿足了現(xiàn)代配電網(wǎng)全面自動(dòng)化控制的需求，有效地避免了電網(wǎng)故障在運(yùn)行過程中擴(kuò)大故障范圍的問題。這也確保了電網(wǎng)故障范圍被精確控制在安全區(qū)域內(nèi)，避免了頻繁發(fā)生故障的情況。遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)智能控制指揮中心設(shè)備，能夠自動(dòng)控制智能開關(guān)的單側(cè)或帶電位置，實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制和故障遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。針對電網(wǎng)故障發(fā)生位置的自動(dòng)化系統(tǒng)主配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、快速地自動(dòng)定位電網(wǎng)故障的實(shí)際控制位置。對于實(shí)際故障區(qū)域，通過人工遠(yuǎn)程操作控制的方式，能夠迅速切斷故障源，實(shí)現(xiàn)安全、及時(shí)、有效、精確的控制。智能開關(guān)具有多種不同類型的開斷設(shè)備，如真空型、隔離型、空氣型、熔斷型等。

3 配電網(wǎng)及自動(dòng)化系統(tǒng)中智能開關(guān)裝置的應(yīng)用

3.1 隔離開關(guān)

隔離開關(guān)主要用于切斷無負(fù)荷電路和有效隔離被控設(shè)備電路與外部電源。它能提供可靠的電源斷開點(diǎn)，確保設(shè)備長期安全無須維護(hù)。此外，在設(shè)備合閘時(shí)，隔離電流開關(guān)還能有效保證電流互感器的穩(wěn)定通過。然而，由于這種開關(guān)通常沒有自動(dòng)滅弧報(bào)警裝置，因此它通常無法精確切斷短路電流。隔離式開關(guān)系統(tǒng)的這些工作特點(diǎn)使得斷路器只能在必須斷開保護(hù)電路時(shí)設(shè)置，并允許進(jìn)行其他機(jī)械操作。嚴(yán)禁在帶過負(fù)荷的情況下進(jìn)行機(jī)械操作，以避免發(fā)生安全運(yùn)行事故。作為隔離式開關(guān)電源的設(shè)備通常包括小型空載變壓器繞組，其工作電流一般不超過2A，以及中型空載線路，其工作電流大約為5A 左右。一般情況下，這些設(shè)備需要與負(fù)荷開關(guān)電路一起使用。

3.2 負(fù)荷開關(guān)

常見和廣泛應(yīng)用的負(fù)荷開關(guān)形式一般包括產(chǎn)氣式開關(guān)和真空負(fù)荷開關(guān)。安裝時(shí)，常見的結(jié)構(gòu)方式有箱式和全封敞開式。箱式負(fù)荷開關(guān)的安裝操作流程中通常需要使用SF6 型高壓氣體互感器來保護(hù)絕緣，并且還包括安裝有真空滅弧室和隔離刀閘柜等結(jié)構(gòu)元件。這些材料本身具有耐腐蝕和抗老化的特性，因此在操作完成后，它們不會(huì)對直接導(dǎo)線產(chǎn)生銹蝕。敞開式空氣負(fù)荷開關(guān)的構(gòu)造與真空氣體隔離式刀閘開關(guān)相似，分為真空產(chǎn)氣式滅弧室類開關(guān)和真空滅弧室開關(guān)兩類，主要以后者為主。敞開式空負(fù)荷開關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)品的外殼結(jié)構(gòu)多數(shù)為露天元件。若產(chǎn)品表面金屬鍍層的防腐加工和密封處理技術(shù)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)銹蝕。這將使得系統(tǒng)產(chǎn)品的適用范圍受到技術(shù)限制，超過一定范圍將無法應(yīng)用[3]。

3.3 斷路器

在電力系統(tǒng)中，除了配電網(wǎng)和架空桿線設(shè)備外，還存在著許多類似的組合式斷路器設(shè)備，這些設(shè)備可以一次性并聯(lián)操作。其中包括柱式上式斷路器和重合器等，它們由多個(gè)組合斷路器元件和一個(gè)控制器串聯(lián)組合而成。在配電網(wǎng)架或空線系統(tǒng)中，各種主開關(guān)箱組或主負(fù)荷開關(guān)箱常?？梢院铣闪硪粋€(gè)主斷路器，這意味著用戶們需要重點(diǎn)研究并加強(qiáng)對不同功能的各種類型斷路器特點(diǎn)變化規(guī)律的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和分析。只有這樣，才能更好地實(shí)現(xiàn)并充分利用各種功能斷路器設(shè)備之間的互補(bǔ)共同作用。因此，用戶應(yīng)更加重視這一問題。通常，柱上斷路器為了防火采用真空開關(guān)來阻止火焰和滅弧。其中，常見的特點(diǎn)是對SF6 等氣體有較好的絕緣屏蔽效果，體積小巧，且密封與結(jié)構(gòu)問題對斷路器設(shè)備的電阻接地影響較小。

4 智能開關(guān)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 線路故障應(yīng)急處理應(yīng)用

目前，我國部分地區(qū)的配電線路技術(shù)水平較低，一些低壓接地配電系統(tǒng)在過電流下可能會(huì)導(dǎo)致短路故障。目前，尚未找到理想且可行的、安全有效的接地解決方案，目前對我國低壓線路側(cè)反接線短路故障風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)防范及其管理也同樣存在一些比較有效、可靠、實(shí)用的技術(shù)手段。一些研究者已經(jīng)研制了不同類型的智能開關(guān)設(shè)備，其中至少帶有獨(dú)立測控和保護(hù)功能的電路單元。其中一種用于主線路的自動(dòng)連接，另一種用于人工連接的分接線電路，它們各自采用了適應(yīng)不同應(yīng)用需求的各類電路故障和自動(dòng)保護(hù)處理方式，但目前普遍認(rèn)為它們已經(jīng)能夠獨(dú)立切除三相短路電流或有效隔離單相電氣設(shè)備的接地保護(hù)電阻故障和短路故障。在我國一些技術(shù)先進(jìn)的地區(qū)，比如北京、中山等地，這項(xiàng)新技術(shù)正在逐漸成熟，并解決了我國電氣配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)發(fā)展中的各種關(guān)鍵技術(shù)難題。這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用在我國的電氣開發(fā)工作中取得了廣泛而成功的成果[4]。

4.2 10kV 柱上開關(guān)無線控制系統(tǒng)

通過對系統(tǒng)當(dāng)前已獲得的我國10kV 配網(wǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析后，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)突出問題：首先，在現(xiàn)階段我國大多數(shù)10kV 輸變電系統(tǒng)中，人工開關(guān)閘和其他操作方式主要采用人工登桿閘的方法，存在較多不足，由于受到人身安全保障意識(shí)低，操作現(xiàn)場及人員可能受系統(tǒng)周圍環(huán)境及氣候變化等影響較大問題需要解決。其次是電力線路損耗過高，經(jīng)常出現(xiàn)竊電現(xiàn)象，而且竊電行為很隱蔽，很難被發(fā)現(xiàn)。這是因?yàn)楦`電者很難在網(wǎng)上獲得相關(guān)信息，并且實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料相對不足。因此，需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)檢查和維修，以及長時(shí)間連續(xù)蹲點(diǎn)進(jìn)行取證；除此之外，太陽能電池安裝了無線開關(guān)FTU 模塊后，并不能完全按時(shí)、安全、有效、可靠地進(jìn)行充放電。而且，在遭受長期連續(xù)大面積停電故障等多種情況的共同影響下，其電源信號(hào)輸出的安全、正常操作也無法得到充分的確保；而光纖通信系統(tǒng)存在故障損壞和修復(fù)、處理工作難度增大等問題，增加了操作困難。配電線路經(jīng)常老化或遷改，光纜系統(tǒng)與高壓雙絞線網(wǎng)絡(luò)的工作配合效果很差?；趯ι鲜黾夹g(shù)缺陷的認(rèn)知，電力工程學(xué)者通過充分研究我國在電力配電網(wǎng)和自動(dòng)化系統(tǒng)方面的整體技術(shù)優(yōu)勢，成功開發(fā)了一種用于10kV 柱閘的無線智能開關(guān)裝置，并構(gòu)建了相應(yīng)的無線智能控制系統(tǒng)。這方面限制通信系統(tǒng)功耗小，通信及網(wǎng)絡(luò)成本低。此外，設(shè)備要求操作者通過同時(shí)使用10kV 柱上電流開關(guān)和內(nèi)置的CT模塊來快速、有效地搜集、監(jiān)控電流數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集模塊被安裝在已裝備現(xiàn)有柱形上下限電流開關(guān)操作裝置功能要求的通信機(jī)構(gòu)裝置中，用于在GSM 固定電話網(wǎng)絡(luò)通信中或直接利用其他移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行大電流通信。經(jīng)過多次工作實(shí)踐和研究實(shí)踐驗(yàn)證了這一點(diǎn)，柱式和上加電智能開關(guān)裝置的組合形成的自動(dòng)監(jiān)控裝置系統(tǒng)功能變得更加靈活和全面，而且更加穩(wěn)定。對抗干擾信號(hào)的處理和運(yùn)算能力也更強(qiáng)，而且電流互感器的信號(hào)計(jì)量功能更加靈敏和準(zhǔn)確，可以確保實(shí)時(shí)且連續(xù)地采集報(bào)警信號(hào)，并能夠有效地存儲(chǔ)和顯示各種型號(hào)的電力系統(tǒng)儀表的運(yùn)行狀態(tài)和控制參數(shù)。同時(shí)，還能夠根據(jù)多個(gè)自動(dòng)報(bào)警閥口來實(shí)施遠(yuǎn)程遙控和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測顯示，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電氣系統(tǒng)儀表參數(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

4.3 智能開關(guān)和故障指示器使用

當(dāng)線路發(fā)生電路故障時(shí)，故障指示器會(huì)及時(shí)向遠(yuǎn)程控制顯示中心系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。但是有時(shí)，部分線路出現(xiàn)故障后，指示器無法直接發(fā)出報(bào)警信號(hào)，因?yàn)楣收现甘酒骺赡芤呀?jīng)嚴(yán)重?fù)p壞。這種情況下，指示器使用的顯示芯片本身也容易在電路故障系統(tǒng)中出現(xiàn)同樣的問題。通常，這是由于電源設(shè)備線路出現(xiàn)了質(zhì)量問題，導(dǎo)致電壓過高以致芯片無法恢復(fù)正常工作。針對當(dāng)前情況，將故障指示器直接替換為智能開關(guān)是一種很好的解決方案。此外，采用智能開關(guān)也可能面臨某種程度的故障風(fēng)險(xiǎn)。畢竟目前智能開關(guān)要借助先進(jìn)技術(shù)保證實(shí)施。若在技術(shù)條件相對不成熟的地方長時(shí)間使用智能開關(guān)，可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的事故風(fēng)險(xiǎn)。因此，將智能開關(guān)與故障指示器配合使用更合理、科學(xué)、穩(wěn)妥、有效。在室內(nèi)進(jìn)戶電源處安裝故障智能隔離開關(guān)，并在室內(nèi)分支的末端安裝故障指示器，將這兩臺(tái)設(shè)備連接在一起，共同用于設(shè)備故障的判斷和分析[5]。

可安裝具有顯示故障的故障指示器，當(dāng)出現(xiàn)重大故障威脅時(shí)，管理人員可以通過故障報(bào)警指示信號(hào)準(zhǔn)確地確定故障區(qū)域范圍，避免盲目檢查所有分支線路，僅對容易發(fā)生故障隱患的小范圍區(qū)域進(jìn)行人工檢修，節(jié)省了時(shí)間和成本，并減少了由此引發(fā)的其他一系列巨大經(jīng)濟(jì)損失，從而大大提高了效率。

5 結(jié)語

在電力技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展下，電力行業(yè)已成功自主研發(fā)和設(shè)計(jì)了許多先進(jìn)的電氣智能設(shè)備，并且持續(xù)提升了配網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)水平。在配網(wǎng)智能自動(dòng)化裝備系統(tǒng)應(yīng)用中，智能開關(guān)設(shè)備不僅顯著減少了專業(yè)檢修調(diào)試人員的工作量，還自動(dòng)設(shè)立了各種隔離保護(hù)開關(guān)，提高了現(xiàn)場配網(wǎng)智能自動(dòng)化成套設(shè)備系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。此外，它還降低了各種故障再次發(fā)生的可能性，減少了重大經(jīng)濟(jì)損失，并提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境社會(huì)效益。