配電線路智能分界斷路器的研究與應用

楊海 汪露晶 劉月娜

【摘 要】目前國內所有智能開關的廠家都只裝了AB或AC兩項CT和（或）PT都無法準確的檢測出接地故障，更無法有效的隔離故障。并不能實現真正意義的配網線路自動化。本論文主要是研究并開發出一種新型能精確監測線路運行數據，準確檢測出短路和接地故障，快速隔離故障，快速切斷故障電流的新型斷路器。實現真正意義的配網線路自動化。

【關鍵詞】智能分界斷路器 看門狗 配網自動化 接地故障 線路監測 電子式互感器

0引言

隨著配電網朝著大容量方向發展，電力系統在監測、控制及保護等方面自動化和智能化要求的不斷提高，傳統的電磁式電流互感器因自身傳感機理所限而呈現出種種難以克服的問題：如體積大，造價高，絕緣結構日趨復雜，已不能滿足電力系統自動化、數字化的發展要求，基于電子技術、微機技術、光纖通信技術的新型電子式電流和電壓互感器逐步引起人們的重視，隨著電力系統向自動化、智能化方向的轉變，迫切需要研制新型互感器來替代目前使用的電磁式互感器。與傳統電磁式互感器相比，電子式互感器憑借其原理上的優勢，成為互感器研究的新方向，受到國內外研究人員的廣泛關注。

目前一些短路和接地故障檢測技術已經在饋線自動化終端上得到了廣泛的采用，其接地故障的檢測原理主要是通過檢測線路零序電流和零序電壓判斷接地故障，但這種方式的準確性和適用性無法滿足較高的要求，本論文所闡述的配電線路智能分界斷路器為國內外首次采用零序電流、零序電壓、接地瞬時電容電流突變量、單相對地電壓信號突變量綜合判斷接地故障，彌補單一零序檢測法的缺陷。

1原理

1.1 操作機構

用微電子技術控制電磁線圈輸出功進行合閘和分閘操作，并利用永磁體產生的吸合力使斷路器保持在合閘或分閘狀態。

1.2 電子式互感器

1.2.1 電子式電流互感器工作原理

羅氏（Rogowski）線圈設計原理（如圖1）：羅氏線圈是將導線均勻地繞在非鐵磁性環形骨架上，一次母線置于線圈中央，因此繞組線圈與母線之間的電位是隔離的。由于不存在鐵心所以不存在飽和現象。如果母線電流為i（t），根據法拉第電磁感應定律，羅氏線圈兩端產生的感應電勢：

e（t）= -Mdi/dt，其中M為互感系數

羅氏線圈兩端產生的感應電勢e（t）經過積分器處理后得到與被測電流成比例的電壓信號，經處理、變換后，即可得到與一次電流成比例的模擬量輸出。

圖1 羅氏（Rogowski）線圈原理示意圖

低功率小鐵心線圈原理（如圖2）：小鐵心線圈式低功率電流互感器包含一次繞組小鐵心和損耗極小的二次繞組。二次繞組上連接集成元件Ra，因此，其二次輸出為電壓信號。二次電流I2 在集成元件Ra 上產生的電壓降Us，其幅值正比于一次電流且同相位。而且，互感器的內部損耗和負荷要求的二次功率越小，其測量范圍越寬、準確度越高。其原理圖如下：

圖2 低功率小鐵心線圈原理示意圖

1.2.2 電子式電壓互感器工作原理

電子式電壓互感器采用電阻、阻容分壓原理，其輸出在整個測量范圍內呈線性，其原理圖如圖3所示。

將一次高電壓轉換成低電壓，經處理后輸出符合標準的二次電壓。Tv 是過電壓保護裝置，一旦出現Rb 損壞，可以限制二次電壓升高保護測量系統。由于高壓端與分壓器本體及分壓器本體與地之間存在雜散電容，使分壓器產生誤差，而且電壓分布不均勻。為改善電壓分布、減小分壓器誤差，在分壓器高壓端加屏蔽電極，以補償分壓器對地雜散電容。同時，在接地端加屏蔽電極，使分壓器對地雜散電容相對固定。

圖3電阻分壓原理圖

I--均壓電極，Ra—高壓臂電阻，Rb—低壓臂電阻

1.3 接地故障檢測原理

首次采用零序電流、零序電壓、接地瞬時電容電流突變量、單相對地電壓信號突變量進行接地故障判斷。

2結構組成

如圖4所示，設計產品主要由斷路器、永磁機構、電子式電流電壓互感器、控制器構成。

圖4 結構組成圖

3結論

樣機完成后在貴州電網公司惠水供電局進行項目測試，組建智能化配電線路。經測試產品完全符合設計初衷。達到以下設計目的：

3.1 減少設備投資

新型智能開關可以實現配電線路的電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功、無功、視在功率、功率因數、電度數、故障電流等運行參數得全面監測，及單相接地、短路、過壓保護等功能。通過一種設備可對配電線路進行全面的監測，不需要再進行重復單一的投資。

3.2 提高工作效率，降低運營成本

有效的監測線路的接地、短路故障，不需人工查線，能對配電線路故障點進行準確判斷，可以大量減少人力、物力費用，減少以往要求的帶電檢測、傳統方法帶來的繁瑣操作及老的工作程序帶來的不安全因素，達到增產、增效、安全的效益，提高供電可靠性，使供電公司的電力線路管理水平邁上一個新臺階。

3.3 提高供電可靠率

采用新型智能開關后，一方面快速切斷大電流故障線路，可使得分支或者用戶線路故障不影響干線或其他分支線路的正常供電，另一方面可準確及時的進行接地故障檢測，可有效防止因接地故障造成的停電現象，因此可有效地減少因故障引起的停電發生機率，提高供電可靠率。

3.4 減少停電損失，提高用戶滿意度

采用新型智能開關可有效地減少因故障停電的機率，可減少因故障停電造成的經濟損失，同時用戶滿意度也將得到顯著提升。

3.5 避免造成重大社會不良影響

由于突發性停電可能造成交通中斷、停水、停氣、火災、人身安全等與民生直接相關的事故，如果停電時間延長、事故影響擴大將會對地方、國家的政治經濟穩定帶來不利影響。而采用新型智能開關可有效地減少因故障引起的突發性停電的機率，可極大地避免造成重大社會不良影響。

參考文獻

[1]高翔：數字化變電站應用技術[M].

[2]張貴新，趙清姣，羅承沐.電子式互感器的現狀與發展前景.電力設備，2006年第7卷第4期.

作者簡介：楊海（1973—），男，貴州六枝人，大學本科，職稱：工程師，專業：電力工程技術。