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

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，包括保護電力系統(tǒng)的運行、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。這一特點有效地增強了電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力，提高了電力供應(yīng)的持續(xù)穩(wěn)定性。同時，它還能提升電力供應(yīng)的效率和供電工作的準確性控制。在電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)備的具體應(yīng)用工作中，需要加強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)用于智能保護和控制分析等技術(shù)功能。各個系統(tǒng)功能單元通常能夠獨立連續(xù)運行，快速收集情報和監(jiān)控分析智能系統(tǒng)的安全運行，并實現(xiàn)高效管理。一級智能斷路器是指用于戶外的微機安全保護開關(guān)器件，能夠進行通信。就目前的研究發(fā)展和應(yīng)用實際經(jīng)驗來看，插接式開關(guān)系統(tǒng)由于其獨特的功能優(yōu)點，在智能電力系統(tǒng)應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。該系統(tǒng)綜合利用了各種智能電子傳感器技術(shù)和先進的微計算機信息處理等技術(shù)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電力設(shè)備狀態(tài)的遠程檢測，同時分析電網(wǎng)設(shè)備的運行和故障并隔離故障單元。此外，該系統(tǒng)還能夠聯(lián)合其他專用計算機對整個系統(tǒng)進行在線監(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)自動化系統(tǒng)融合了自動控制、計算機科學(xué)和通信技術(shù)等一系列先進技術(shù)手段，能夠智能地監(jiān)測和掌握配電網(wǎng)的運行狀態(tài)和離線情況。該系統(tǒng)在保障配電網(wǎng)安全運行方面起著至關(guān)重要的作用，有效滿足了城市和居民的電力需求。為了推動電力行業(yè)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用至關(guān)重要。它能促進我國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，提高電力企業(yè)的服務(wù)水平和運營效率，避免電力供應(yīng)不足問題，減少對社會產(chǎn)生的負面影響。在此背景下，智能開關(guān)作為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中不可或缺的要素，充分發(fā)揮了其優(yōu)勢和特點。智能開關(guān)在供配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，可自動檢測、報警、判斷和分析各類故障，同時斷開與其他區(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)定運行。為了在完全切斷線路的同時選擇不同型號的智能開關(guān)來控制不同故障位置，各種型號的智能開關(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)嚴重故障，可能會導(dǎo)致區(qū)域停電，給生產(chǎn)和生活帶來嚴重影響。這將極大地損害人們的日常用電需求，對電力行業(yè)和社會經(jīng)濟造成巨大損失[2]。由于我國一些偏遠地區(qū)具有惡劣的環(huán)境和氣候條件，在柱型開關(guān)發(fā)生故障時很難進行排查。然而，智能型開關(guān)的研發(fā)和應(yīng)用為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)帶來了全新的發(fā)展機遇。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)出較強的適應(yīng)性優(yōu)勢。當面對氣候溫差較大的變化時，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)全面自動化控制的需求，有效地避免了電網(wǎng)故障在運行過程中擴大故障范圍的問題。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，能夠自動控制智能開關(guān)的單側(cè)或帶電位置，實現(xiàn)智能遠程控制和故障遠程監(jiān)視功能。針對電網(wǎng)故障發(fā)生位置的自動化系統(tǒng)主配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置，能夠?qū)崟r、準確、快速地自動定位電網(wǎng)故障的實際控制位置。對于實際故障區(qū)域，通過人工遠程操作控制的方式，能夠迅速切斷故障源，實現(xiàn)安全、及時、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，確保設(shè)備長期安全無須維護。此外，在設(shè)備合閘時，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)通常沒有自動滅弧報警裝置，因此它通常無法精確切斷短路電流。隔離式開關(guān)系統(tǒng)的這些工作特點使得斷路器只能在必須斷開保護電路時設(shè)置，并允許進行其他機械操作。嚴禁在帶過負荷的情況下進行機械操作，以避免發(fā)生安全運行事故。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)備需要與負荷開關(guān)電路一起使用。3.2負荷開關(guān)常見和廣泛應(yīng)用的負荷開關(guān)形式一般包括產(chǎn)氣式開關(guān)和真空負荷開關(guān)。安裝時，常見的結(jié)構(gòu)方式有箱式和全封敞開式。箱式負荷開關(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，它們不會對直接導(dǎo)線產(chǎn)生銹蝕。敞開式空氣負荷開關(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，會導(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，它們由多個組合斷路器元件和一個控制器串聯(lián)組合而成。在配電網(wǎng)架或空線系統(tǒng)中，各種主開關(guān)箱組或主負荷開關(guān)箱常?？梢院铣闪硪粋€主斷路器，這意味著用戶們需要重點研究并加強對不同功能的各種類型斷路器特點變化規(guī)律的進一步認識和分析。只有這樣，才能更好地實現(xiàn)并充分利用各種功能斷路器設(shè)備之間的互補共同作用。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)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用實例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)險的風(fēng)險防范及其管理也同樣存在一些比較有效、可靠、實用的技術(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，其中至少帶有獨立測控和保護功能的電路單元。其中一種用于主線路的自動連接，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保護處理方式，但目前普遍認為它們已經(jīng)能夠獨立切除三相短路電流或有效隔離單相電氣設(shè)備的接地保護電阻故障和短路故障。在我國一些技術(shù)先進的地區(qū)，比如北京、中山等地，這項新技術(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)計發(fā)展中的各種關(guān)鍵技術(shù)難題。這項技術(shù)的實際應(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]。4.210kV柱上開關(guān)無線控制系統(tǒng)通過對系統(tǒng)當前已獲得的我國10kV配網(wǎng)試驗數(shù)據(jù)進行比較分析后，發(fā)現(xiàn)以下幾個突出問題：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)。這是因為竊電者很難在網(wǎng)上獲得相關(guān)信息，并且實時數(shù)據(jù)資料相對不足。因此，需要專業(yè)技術(shù)人員進行系統(tǒng)檢查和維修，以及長時間連續(xù)蹲點進行取證；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、安全、有效、可靠地進行充放電。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電話網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行大電流通信。經(jīng)過多次工作實踐和研究實踐驗證了這一點，柱式和上加電智能開關(guān)裝置的組合形成的自動監(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。對抗干擾信號的處理和運算能力也更強，而且電流互感器的信號計量功能更加靈敏和準確，可以確保實時且連續(xù)地采集報警信號，并能夠有效地存儲和顯示各種型號的電力系統(tǒng)儀表的運行狀態(tài)和控制參數(shù)。同時，還能夠根據(jù)多個自動報警閥口來實施遠程遙控和實時狀態(tài)監(jiān)測顯示，從而實現(xiàn)對整個電氣系統(tǒng)儀表參數(shù)的遠程自動控制。4.3智能開關(guān)和故障指示器使用當線路發(fā)生電路故障時，故障指示器會及時向遠程控制顯示中心系統(tǒng)發(fā)出報警信號。但是有時，部分線路出現(xiàn)故障后，指示器無法直接發(fā)出報警信號，因為故障指示器可能已經(jīng)嚴重損壞。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。畢竟目前智能開關(guān)要借助先進技術(shù)保證實施。若在技術(shù)條件相對不成熟的地方長時間使用智能開關(guān)，可能會出現(xiàn)一定程度的事故風(fēng)險。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，將這兩臺設(shè)備連接在一起，共同用于設(shè)備故障的判斷和分析[5]?？砂惭b具有顯示故障的故障指示器，當出現(xiàn)重大故障威脅時，管理人員可以通過故障報警指示信號準確地確定故障區(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)域進行人工檢修，節(jié)省了時間和成本，并減少