10kV線路柱上智能斷路器定值優(yōu)化探究

【關(guān)鍵詞】10 kV線路；智能斷路器；定值優(yōu)化

引言

智能斷路器定值的合理設(shè)置，不僅關(guān)系到斷路器的正確動(dòng)作，還直接影響到故障隔離的速度和范圍，進(jìn)而影響到整個(gè)配電網(wǎng)的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的定值設(shè)置方法是基于經(jīng)驗(yàn)公式或簡(jiǎn)化模型，難以準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，且在分布式電源、電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷接入的形勢(shì)下，電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性更加復(fù)雜，對(duì)斷路器的定值設(shè)置提出了更高的要求。近年來(lái)電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平不斷提高，為斷路器定值的優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持，通過(guò)引入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)、通信和控制技術(shù)，電力公司可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和斷路器的遠(yuǎn)程控制，從而為斷路器定值的動(dòng)態(tài)調(diào)整創(chuàng)造了條件。

一、10 kV線路柱上智能斷路器的作用分析

（一）保障電網(wǎng)安全

首先，在電力系統(tǒng)中，一旦發(fā)生短路、過(guò)載等故障，智能斷路器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到異常電流，并迅速切斷電路，從而防止故障擴(kuò)大，保護(hù)線路和設(shè)備不受損壞。其次，智能斷路器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線路中的電流、電壓等參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)異常，比如電流過(guò)大、電壓過(guò)高或過(guò)低等，就會(huì)立即切斷電源，從而有效預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。再次，智能斷路器能夠及時(shí)切斷故障電流，避免設(shè)備在異常狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，從而減緩設(shè)備的損壞和老化，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

（二）提高供電可靠性

傳統(tǒng)的機(jī)械式斷路器在故障發(fā)生時(shí)，通常需要人工操作進(jìn)行恢復(fù)；而智能斷路器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘功能，當(dāng)故障被排除后，可以自動(dòng)恢復(fù)供電，從而大大減少停電時(shí)間和范圍，提高供電及時(shí)性。智能斷路器配備了先進(jìn)的通信和遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障；且電力公司可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)智能斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電，進(jìn)一步提高供電的可靠性。通過(guò)合理布置智能斷路器，電力公司可以優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使電網(wǎng)更加靈活可靠。發(fā)生故障時(shí)，智能斷路器可以快速切斷故障部分，保證非故障部分的正常供電，從而提高電網(wǎng)的供電可靠性[1]。

（三）實(shí)現(xiàn)智能化管理

智能斷路器能夠?qū)崟r(shí)采集線路中的電流、電壓、功率等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳到電力公司的管理系統(tǒng)中。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，電力公司可以更加準(zhǔn)確地了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，為決策提供有力支持。通過(guò)對(duì)智能斷路器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，電力公司還可以預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障類型和位置，從而提前采取措施進(jìn)行預(yù)防，降低故障發(fā)生的概率，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外，智能斷路器可以根據(jù)線路的實(shí)際情況進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，比如在用電低谷時(shí)段自動(dòng)降低電壓或減少無(wú)功功率的輸送，從而降低線路損耗和能源消耗，這對(duì)于提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保性能具有重要意義。

二、10 kV線路柱上智能斷路器定值優(yōu)化方案

（一）區(qū)域安全用電優(yōu)化方案

電力企業(yè)應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的負(fù)荷特性，對(duì)智能斷路器的定值進(jìn)行優(yōu)化：對(duì)于負(fù)荷較大且穩(wěn)定的工業(yè)集中區(qū)域，適當(dāng)提高斷路器的長(zhǎng)延時(shí)整定值，以減少不必要的跳閘；而對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)較大的居民區(qū)或商業(yè)區(qū)，應(yīng)設(shè)置較為靈敏的短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，以確保用電安全。

在電力系統(tǒng)中，智能斷路器通常與其他保護(hù)設(shè)備（如熔斷器、下一級(jí)斷路器等）配合使用。為確保在故障發(fā)生時(shí)能夠選擇性地切除故障部分，電力企業(yè)需要對(duì)智能斷路器的定值進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化。上級(jí)斷路器的瞬時(shí)保護(hù)定值應(yīng)高于下級(jí)設(shè)備的保護(hù)定值，以確保下級(jí)設(shè)備先動(dòng)作，避免越級(jí)跳閘。

季節(jié)性和時(shí)段性負(fù)荷變化對(duì)電網(wǎng)的影響不容忽視。夏季高峰時(shí)段負(fù)荷通常較大，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整斷路器的定值，以增強(qiáng)其過(guò)載保護(hù)能力；而在冬季或低谷時(shí)段，負(fù)荷相對(duì)較小，可適當(dāng)放寬定值，以減少誤動(dòng)作。

此外，電力企業(yè)可以利用先進(jìn)的智能化算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等），根據(jù)實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)參數(shù)（電流、電壓、功率因數(shù)等），動(dòng)態(tài)調(diào)整斷路器的定值。該方法可以更加精確地適應(yīng)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，提高供電的可靠性和安全性[2]。通常情況下，以區(qū)域安全用電為基礎(chǔ)的優(yōu)化流程如圖1所示。

以某城市工業(yè)區(qū)的一條10 kV線路為例，該線路原先的智能斷路器定值設(shè)置較為保守，經(jīng)常在負(fù)荷高峰期發(fā)生誤動(dòng)作，導(dǎo)致停電事故頻發(fā)。為解決該問(wèn)題，研究采用了基于負(fù)荷特性的定值優(yōu)化方案，根據(jù)工業(yè)區(qū)的負(fù)荷特性，將長(zhǎng)延時(shí)電流整定值提高到1000A，以適應(yīng)較大的穩(wěn)定負(fù)荷；并保持短延時(shí)電流整定值不變，以確保對(duì)短路故障的靈敏性；時(shí)將瞬時(shí)電流整定值提高到5000 A，以減少瞬時(shí)故障引起的誤動(dòng)作。表1為優(yōu)化前的數(shù)據(jù)，表2為優(yōu)化后的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)定值優(yōu)化后，該線路的停電事故率明顯降低。在負(fù)荷高峰期，智能斷路器能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行，減少了誤動(dòng)作的發(fā)生；且由于定值的合理設(shè)置，在真正發(fā)生故障時(shí)，斷路器能夠迅速準(zhǔn)確地動(dòng)作，保護(hù)線路和設(shè)備的安全。

（二）基于歷史數(shù)據(jù)智能化分析的優(yōu)化方案

基于歷史數(shù)據(jù)智能化分析的優(yōu)化方案，是通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析，找出電網(wǎng)運(yùn)行中的規(guī)律和特點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化斷路器的定值設(shè)置；通過(guò)收集并分析過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及斷路器的動(dòng)作記錄等數(shù)據(jù)，評(píng)估當(dāng)前定值設(shè)置的合理性，并提出優(yōu)化建議。

首先，技術(shù)人員需要收集電網(wǎng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，包括正常運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋不同的時(shí)間段和天氣條件，以確保數(shù)據(jù)的全面性和代表性。收集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去噪和標(biāo)準(zhǔn)化等步驟，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。在預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中，技術(shù)人員需要提取與斷路器定值設(shè)置相關(guān)的特征，如最大電流、平均電流、電流波動(dòng)范圍等，然后利用這些特征構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，用于描述電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與斷路器定值之間的關(guān)系；通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，找出電網(wǎng)運(yùn)行中的規(guī)律和潛在風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)分析結(jié)果，評(píng)估當(dāng)前斷路器定值的合理性，并提出優(yōu)化建議，包括調(diào)整長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)或瞬時(shí)保護(hù)的定值，以提高斷路器的靈敏性和選擇性；根據(jù)優(yōu)化建議調(diào)整斷路器的定值設(shè)置，并在實(shí)際電網(wǎng)中進(jìn)行驗(yàn)證；通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和斷路器動(dòng)作記錄，評(píng)估優(yōu)化方案的有效性[3]。

作為案例的10 kV線路在過(guò)去一年中頻繁發(fā)生斷路器誤動(dòng)作，導(dǎo)致供電可靠性下降。為解決該問(wèn)題，當(dāng)?shù)仉娏Σ块T采用了基于歷史數(shù)據(jù)智能化分析的優(yōu)化方案，收集了該線路過(guò)去一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及斷路器的動(dòng)作記錄；在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段清洗了異常值和噪聲數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理；之后利用特征構(gòu)建了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)模型，用于預(yù)測(cè)斷路器在不同定值設(shè)置下的動(dòng)作。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的智能化分析，研究發(fā)現(xiàn)原先的斷路器定值設(shè)置過(guò)于保守，導(dǎo)致在負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)容易發(fā)生誤動(dòng)作，因此，通過(guò)提高長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的定值，同時(shí)降低瞬時(shí)保護(hù)的定值，能夠提高斷路器的靈敏性和選擇性。電力部門根據(jù)優(yōu)化建議，調(diào)整了斷路器的定值設(shè)置，并在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)作中進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，優(yōu)化后的定值設(shè)置顯著減少了斷路器的誤動(dòng)作次數(shù)，提高了供電可靠性[4]。優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

由表3可見(jiàn)，優(yōu)化前長(zhǎng)延時(shí)電流整定值為600 A，優(yōu)化后提高到800 A，該調(diào)整能夠適應(yīng)負(fù)荷的波動(dòng)，減少因負(fù)荷短暫超標(biāo)而引發(fā)的誤動(dòng)作；優(yōu)化前瞬時(shí)電流整定值為3000 A，優(yōu)化后降低到2500 A，該優(yōu)化提高了斷路器對(duì)瞬時(shí)故障的靈敏性，確保在發(fā)生故障時(shí)能夠迅速切斷電流。

（三）通過(guò)智能化技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的優(yōu)化方案

通過(guò)智能化技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的方案，基本原理是利用智能化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況和需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整斷路器的定值，以達(dá)到最優(yōu)的保護(hù)效果。該方案能夠克服傳統(tǒng)定值設(shè)置的局限性，更好地適應(yīng)電網(wǎng)的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境，提高斷路器的動(dòng)作準(zhǔn)確性和可靠性。該方案在實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)安裝在線路上的傳感器和智能設(shè)備，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及環(huán)境溫度、濕度等影響因素的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和模型，自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)的斷路器定值；同時(shí)通過(guò)通信裝置將定值調(diào)整指令發(fā)送給斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定值的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。智能化算法設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)定值優(yōu)化的核心，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，建立電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與斷路器定值之間的映射關(guān)系根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，利用算法模型預(yù)測(cè)當(dāng)前最優(yōu)的斷路器定值。根據(jù)智能化算法的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)通信裝置將定值調(diào)整指令發(fā)送給斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定值的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。同時(shí)系統(tǒng)還可以設(shè)置預(yù)警和故障診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患[5]。

三、10 kV線路柱上智能斷路器定值優(yōu)化的注意事項(xiàng)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和智能化水平的提高，10 kV線路柱上智能斷路器在電網(wǎng)中的應(yīng)用日益廣泛。智能斷路器能夠自動(dòng)檢測(cè)線路故障，并迅速切斷故障電流，從而保護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

1. 遵守相關(guān)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行定值優(yōu)化時(shí)，技術(shù)人員必須嚴(yán)格遵守《電力安全工作規(guī)程》以及其他相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)是電力行業(yè)多年經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，能夠確保定值設(shè)置的科學(xué)性和合理性。

2.了解設(shè)備性能

在設(shè)置定值前，技術(shù)人員需要充分了解智能斷路器的性能特點(diǎn)，包括動(dòng)作特性、時(shí)間—電流特性等。不同的斷路器型號(hào)和廠家可能具有不同的性能參數(shù)，因此需要根據(jù)具體設(shè)備的性能來(lái)合理設(shè)置定值。

3. 考慮實(shí)際負(fù)荷情況

定值設(shè)置應(yīng)充分考慮線路的實(shí)際負(fù)荷情況，負(fù)荷的大小和變化范圍對(duì)斷路器的動(dòng)作有直接影響。所以技術(shù)人員在設(shè)置定值時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保定值既能滿足正常負(fù)荷的需求，又能在異常情況下及時(shí)動(dòng)作。

4. 考慮上下級(jí)保護(hù)之間的協(xié)調(diào)配合

在電力系統(tǒng)中，智能斷路器通常與其他保護(hù)設(shè)備（如變電站的出線斷路器）配合使用，因此在設(shè)置定值時(shí)，需要考慮上下級(jí)保護(hù)之間的協(xié)調(diào)配合，以確保在發(fā)生故障時(shí)，各級(jí)保護(hù)能夠按照預(yù)定的順序和時(shí)間配合動(dòng)作，避免越級(jí)跳閘或保護(hù)死區(qū)的情況發(fā)生。

5. 綜合考慮環(huán)境因素

環(huán)境因素對(duì)智能斷路器的性能也有一定影響，例如溫度、濕度等可能影響斷路器的動(dòng)作靈敏度和可靠性。因此技術(shù)人員在設(shè)置定值時(shí)，應(yīng)考慮到這些環(huán)境因素對(duì)斷路器性能的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，10 kV線路柱上智能斷路器具有重要作用，為了充分發(fā)揮其效能，技術(shù)人員需要對(duì)定值進(jìn)行持續(xù)性的優(yōu)化，結(jié)合線路實(shí)際情況來(lái)選擇可行的優(yōu)化方案，確保優(yōu)化后的定值能夠滿足既定的性能要求。