配電臺區(qū)電氣設(shè)備集成化淺析

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當(dāng)前，在配電網(wǎng)配電臺區(qū)建設(shè)上仍普遍存在臺區(qū)控制柜設(shè)備老舊、計(jì)量裝置功能單一、管理混亂、負(fù)荷不能有效控制等問題。在國家電網(wǎng)大力建設(shè)的背景下，骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)已日漸完善，電網(wǎng)建設(shè)逐步向智能化方向發(fā)展，側(cè)重于配電、用電側(cè)的改進(jìn)。作為電力系統(tǒng)與用戶連接的最后一道關(guān)口，要想滿足人們對電能越來越高的需求，就必須實(shí)現(xiàn)配電臺區(qū)的智能化。目前國內(nèi)已有一定數(shù)量的臺區(qū)控制柜，但針對配電臺區(qū)設(shè)備集成化、智能化，實(shí)現(xiàn)小體積、多功能自動控制的設(shè)備卻很少。因此，應(yīng)重視配電臺區(qū)電氣設(shè)備集成化與智能化的研究，研制新型智能配電設(shè)備，將配電柜內(nèi)的隔離開關(guān)、互感器、空氣斷路器、接觸器，以及儀表顯示部分集成化，將微電子技術(shù)和目前的電能表無線抄收功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集自動控制、用電信息顯示等功能于一體，提高低壓電氣設(shè)備的管控水平，實(shí)現(xiàn)低壓配電設(shè)備全自動化。

1配電臺區(qū)電氣設(shè)備存在的問題

我國農(nóng)村配電網(wǎng)大部分配電臺區(qū)是500kVA以下的配電變壓器。隨著用電容量持續(xù)增長，一些低壓電網(wǎng)的設(shè)備以及配電柜與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不相適應(yīng)的問題日漸突出。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1柜內(nèi)設(shè)備

目前，我國的低壓配電柜產(chǎn)品品種有十幾種，有固定面板式、固定分隔式、抽出式、混裝式、智能型等，配電柜型號眾多而不統(tǒng)一。配電柜內(nèi)的低壓設(shè)備大都配置有空氣斷路器、接觸器、繼電器、儀表、按鈕、互感器、母排、二次控制設(shè)備和導(dǎo)線等，柜內(nèi)設(shè)備也存在種類多、型號多的情況，柜體較大。

1.2二次線槽

二次線槽在柜體內(nèi)有多種多樣的形式，但在質(zhì)量方面，與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有很大的差距。

1.3整體盤、柜

（1）產(chǎn)品布局不夠合理。成套設(shè)備應(yīng)該具有多層次、多品種的特點(diǎn)。多層次是指同類產(chǎn)品在技術(shù)性能、參數(shù)、功能、結(jié)構(gòu)、安裝等方面應(yīng)有高、中、低的區(qū)別，以滿足不同的使用需要。多品種是指適應(yīng)不同使用環(huán)境的需要。目前，具有高性能的固定間隔式產(chǎn)品，IP防護(hù)等級高以及自動化程度較高、具有多功能的產(chǎn)品基本處于空白。（2）產(chǎn)品沒有形成品牌效應(yīng)。新產(chǎn)品開發(fā)少，知名品牌較少，不同品牌的產(chǎn)品質(zhì)量的差距較大。（3）設(shè)備本身存在問題。①在低壓成套開關(guān)設(shè)備中使用的絕緣材料阻燃性能仍然不夠好，絕緣材料制成的零部件絕緣性能差，用于防水、防塵提高外殼防護(hù)等級的密封條，由于容易老化，達(dá)不到長期使用的目的。作為低壓成套開關(guān)設(shè)備主要導(dǎo)電體的銅排，由于加工能力弱、含銅量不足等原因，經(jīng)常導(dǎo)致載流量低，易發(fā)熱，降低了裝置的實(shí)際載流量，出現(xiàn)不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況。②在低壓成套開關(guān)設(shè)備中使用的輔件（主要指一、二次接插件及接線端子等）與國外先進(jìn)技術(shù)有不小的差距。③部分國產(chǎn)元器件質(zhì)量差，且存在假冒偽劣產(chǎn)品，影響我國低壓成套開關(guān)設(shè)備的整體質(zhì)量。

1.4自動化程度

存在自動化程度低，設(shè)備運(yùn)行情況靠人工檢查與巡視，維護(hù)工作量大；臺區(qū)用電不平衡，負(fù)載系數(shù)低，變損過大，無法監(jiān)測；保護(hù)功能單一，設(shè)備投切靠人工完成，不能有效控制等問題。整體缺陷表現(xiàn)為：配電柜內(nèi)設(shè)備陳舊老化、功能單一、體積大；計(jì)量裝置接線復(fù)雜，計(jì)量單一；自動化程度低，不能遠(yuǎn)程控制。

2改進(jìn)方案

通過對配電網(wǎng)中應(yīng)用較多的幾家公司的配電產(chǎn)品深入研究，并參考一些前沿配電設(shè)備和配電臺區(qū)自動控制柜，對配電設(shè)備提出以下改進(jìn)方案。

2.1電氣設(shè)備集成化（JTMLE斷路器功能再擴(kuò)展）

電氣設(shè)備集成化就是把配電控制箱、柜中各設(shè)備功能集成到一個(gè)設(shè)備上，而不是傳統(tǒng)意義上的一個(gè)設(shè)備對應(yīng)一個(gè)功能。實(shí)現(xiàn)一次電氣設(shè)備集成化，將電流電壓互感器（或電子式取樣）、接觸器等內(nèi)置在自動空氣斷路器中就可以獲得用電信息，使低壓斷路器成為具有計(jì)量、保護(hù)、通信、負(fù)荷管理功能的智能斷路器。這樣就可以減少一次母排占用的空間，從而縮小控制箱、柜體積。并且，由于控制電氣設(shè)備集成化，就可以取消二次連接線和二次線的導(dǎo)線槽。智能斷路器的功能集成化后，就能對配電變壓器信息進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)信息監(jiān)測、微機(jī)保護(hù)、故障錄波、遠(yuǎn)程遙控分合閘、電能分配、無功補(bǔ)償、自動重合、漏電（剩余電流）值監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、變壓器負(fù)荷監(jiān)測、臺區(qū)異常報(bào)警等多種功能。通過智能斷路器對配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，提高配電設(shè)備的運(yùn)行可靠性和自動化水平，確保負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障時(shí)，能在最短時(shí)間內(nèi)切除故障，縮小停電范圍，提高供電可靠性。而對于發(fā)生大電流永久性故障的出線，則能快速診斷故障性質(zhì)，閉鎖重合閘，防止故障擴(kuò)大。

2.2配電自動化

配電自動化是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理。其目的是提高供電可靠性，改進(jìn)電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，降低運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，形成集電量自動采集分析、饋線分段斷路器測控、電容器組自動調(diào)節(jié)投退、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小型化、多功能、自動控制。另外，配電柜內(nèi)計(jì)量裝置除可以自配置外，還可以采用插入式接線柱連接電能表，適應(yīng)目前國家對計(jì)量裝置的要求，無須人工走線連接電能表。

2.3無功補(bǔ)償集成化

控制無功補(bǔ)償電容器的斷路器、接觸器、熱繼電器直接連接成整體組裝式，電容三相一體多組可并式，使得一次、二次導(dǎo)線不可見。配置現(xiàn)有的自愈、復(fù)合式控制系統(tǒng)，取消JKLC控制器后，也可以實(shí)現(xiàn)取消二次控制線，實(shí)現(xiàn)集成化、自動化無功補(bǔ)償，可以使體積縮小50%以上，器件減少80%以上，接線減少80%以上，材料節(jié)省50%以上，電能損失（導(dǎo)線、節(jié)點(diǎn)、器件等）降低50%以上。

2.4信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化與智能化

配電控制柜采用光纖、專線、GPRS和Zigbee等網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)將用電數(shù)據(jù)采集到配電控制柜中，然后通過光纖、GPRS/CDMA等通信通道傳送到配電自動化主站提供給運(yùn)行人員進(jìn)行分析決策，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備和居民用電信息的在線監(jiān)測，提升運(yùn)維人員的運(yùn)維效率。當(dāng)配電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，電力運(yùn)維人員可以在辦公室利用主站系統(tǒng)或者手持移動終端遠(yuǎn)程第一時(shí)間準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，縮短巡線時(shí)間，從而縮短停電時(shí)間。另外，可以實(shí)現(xiàn)對電力用戶的用電行為智能分析和預(yù)測，準(zhǔn)確捕捉竊電行為，并為用戶提供合理的用電咨詢服務(wù)，提升供電企業(yè)的形象。

2.5縮小控制柜體積

由于電氣設(shè)備由分立式改為集成化，一次母排和分線排就能夠相應(yīng)的減少，二次導(dǎo)線可以實(shí)現(xiàn)沒有或減少，進(jìn)而可以取消二次線槽，取消電流指示、電壓指示、無功指示、操作手柄、轉(zhuǎn)換開關(guān)等設(shè)備。一次線所需位置的減少，可以縮小控制柜的體積。控制柜中如果需要配置必需的母線排，可以利用隔板隔離分相，在考慮散熱和防止相間短路的同時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)配電控制柜的小型化。

2.6實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)功能

由于智能斷路器內(nèi)集成有智能傳感器，可以實(shí)時(shí)采集電流、電壓等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在相應(yīng)人機(jī)界面。同時(shí)，通過其中保護(hù)模塊對上述電壓、電流、斷路器自身狀態(tài)、電動底盤車、主回路溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)分析，可以實(shí)現(xiàn)過流、過負(fù)荷、欠壓、出線短路等故障的自動跳閘、保護(hù)動作后的復(fù)位與鎖控和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)視。

2.7應(yīng)用新技術(shù)

近年來，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，可將這些新技術(shù)運(yùn)用在配電系統(tǒng)的智能化中。智能電能表和傳感器將實(shí)時(shí)獲取用戶的用電信息，對這些數(shù)據(jù)采用大數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行分析并與歷史數(shù)據(jù)對比，為智能配電系統(tǒng)提供決策支持，還可以通過云計(jì)算對平臺上的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展，以有效管理電力系統(tǒng)的信息。

3集成化、智能化后的優(yōu)勢分析

配電臺區(qū)設(shè)備集成化、智能化后優(yōu)勢有：①優(yōu)化配電箱、柜結(jié)構(gòu)，縮小其體積；②集成于斷路器內(nèi)部取壓和取流，實(shí)現(xiàn)電流值與電壓值面板顯示、電能計(jì)量；③取消了電壓表、電流表等，取消了二次線；④解決智能終端裝置連接方便性和可靠性；⑤電動操作驅(qū)動電路，由小型電動機(jī)控制分合閘，實(shí)現(xiàn)智能控制；⑥運(yùn)行、維護(hù)、檢修、試驗(yàn)、安裝簡便，負(fù)荷數(shù)據(jù)自動采集、存儲、上報(bào)，可以對用電量監(jiān)測、供電質(zhì)量分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、事件管理、遠(yuǎn)程控制與保護(hù)等。

4結(jié)語

配電臺區(qū)電氣設(shè)備集成化與智能化后，形成全面的軟硬件一體化系統(tǒng)解決方案，實(shí)現(xiàn)可視化控制、信息化管理，保障安全管控、優(yōu)化電能效能，可以提高電能質(zhì)量，顯著降低線損，提高供電可靠性，大幅提升用電管理水平，還可以全面解決配電臺區(qū)存在的電壓合格率低、供電可靠性低、損耗大和用電管理水平低、管理人員不足等問題，真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、少檢修或不檢修，具有極佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

作者:李蕓 楊建偉 單位:太原工業(yè)學(xué)院 國網(wǎng)山西沁縣供電公司