一種低壓智能開關(guān)管理系統(tǒng)的研究

朱勇，陶用偉，李澤群，馮亢亢，呼松鶴

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局，貴州 凱里 556000；2.南京德軟信息科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210031）

隨著科技的發(fā)展，城市和鄉(xiāng)村中電器的使用逐步普及，人們對供電的穩(wěn)定越發(fā)依賴。目前，我國低壓電網(wǎng)的漏電保護形式多采用一級總保護，從臺區(qū)至用戶末端有任何地方出現(xiàn)漏電、過載、短路等情況時，只要超過總保護限值就會觸發(fā)總保護開關(guān)跳閘，導(dǎo)致電力用戶大面積停電，停電后需要對總保護開關(guān)下所有線路的問題進行排查，排除范圍廣、難度大，不易確定故障位置，延長了復(fù)電時間，極大地降低了客戶用電體驗。同時自動化系統(tǒng)接入的開關(guān)主要是10kV及以上的電壓等級，對于10kV及以下的開關(guān)設(shè)備很少能實現(xiàn)實時監(jiān)測和遠程控制，無法快速分析開關(guān)設(shè)備的跳閘原因，也無法遠程操作開關(guān)的分合，檢修工作浪費大量的人力。為解決上述漏電保護開關(guān)適應(yīng)環(huán)境能力差、跳閘頻繁、問題排查困難、復(fù)電慢等問題，本文研究一種低壓智能開關(guān)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)三級開關(guān)的實時監(jiān)測和遠程控制，提升了客戶的用電體驗和供電公司的形象。

1 低壓電網(wǎng)的三級保護

本文研究的低壓電網(wǎng)的三級保護分別為總保護、分支保護和終端保護。對應(yīng)的三級保護分別采用Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級3種不同規(guī)格的開關(guān)，Ⅰ級開關(guān)安裝于臺區(qū)分支出線，Ⅱ級開關(guān)安裝于臺區(qū)分支支線節(jié)點前端，Ⅲ級開關(guān)安裝于電表用戶前端。3種保護開關(guān)均采用特制的智能開關(guān)，開關(guān)節(jié)點處的電流、電壓、漏電電流、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)均可通過無線方式上傳至臺區(qū)管理終端，由低壓智能開關(guān)管理系統(tǒng)對上傳的數(shù)據(jù)進行分析和輔助決策的輸出。3種級別的保護開關(guān)分別設(shè)置不同的動作電流和動作延時時間，一級保護設(shè)置的動作電流最大，延時時間最長，三級保護設(shè)置的動作電流最小，延時時間最短，二級保護設(shè)置的動作電流和延時時間大小處于一級保護和三級保護之間。

由漏電、過載、短路等情況引起三級保護開關(guān)跳閘后，二級保護開關(guān)和一級保護開關(guān)均不再跳閘，以控制失電面積的擴大。當三級保護開關(guān)失靈時，二級保護開關(guān)跳閘，一級保護開關(guān)不再跳閘。采用低壓智能開關(guān)管理系統(tǒng)后，二級保護開關(guān)跳閘信號無線上傳至智能終端，智能終端立即下發(fā)指令，先將二級漏電保護開關(guān)及其所在支路的一級漏電保護開關(guān)的漏電保護功能退出；其后將該二級漏電保護開關(guān)恢復(fù)送電；再將其下的各用電客戶入口處的三級開關(guān)斷電；最后，再逐戶送電。根據(jù)單相電網(wǎng)中漏電流疊加為向量和的原理，依據(jù)每戶的編碼，就能查悉每戶的漏電流值，并從中找出漏電流最大的那戶；再下指令將其它漏電流值小的用電戶通過其上端的自復(fù)位開關(guān)恢復(fù)供電；最后再將該二級漏電保護器及一級漏電保護器的漏電保護功能恢復(fù)，漏電保護系統(tǒng)進入正常運行。三級保護相對于一級總保護的形式，解決了由漏電、短路、過載等原因造成的總保護開關(guān)跳閘而引起的大面積停電，同時排查故障變得更加容易，可以直接定位漏電用戶，提高低壓配網(wǎng)的復(fù)電效率。

2 狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)通過分布在各節(jié)點處的無線模塊采集節(jié)點處的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對開關(guān)狀態(tài)、三相電流、三相電壓、漏電電流、通訊狀態(tài)等各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。將采集到的數(shù)據(jù)反饋給智能開關(guān)管理系統(tǒng)并以圖形界面顯示，在線監(jiān)測異常數(shù)據(jù)的變化趨勢，準確定位事故的發(fā)生位置。

（1）開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測。在系統(tǒng)電網(wǎng)模型中，可通過點擊智能開關(guān)測點，鏈接到此開關(guān)的實時監(jiān)測頁面，頁面內(nèi)顯示開關(guān)臺賬信息，開合狀態(tài)，同時可查看開關(guān)人為調(diào)整及自動跳閘的動作記錄。

（2）電流監(jiān)測。實時監(jiān)測、記錄電流數(shù)值并反饋到電流監(jiān)測的頁面中，鑒別突變漏電流大小的同時，鑒別負荷電流的變化，利用雙鑒技術(shù)判斷漏電屬于人體觸電還是設(shè)備投切等其他原因，如果屬于人體觸電則保護開關(guān)跳閘，如果由設(shè)備投切引起的漏電電流，則保護開關(guān)不跳閘，避免保護開關(guān)的誤動作。

（3）電壓監(jiān)測。實時監(jiān)測、記錄線路電壓數(shù)值并反饋到電壓監(jiān)測頁面中，如果出現(xiàn)開關(guān)的上下端出現(xiàn)單相線路高壓，判斷是否發(fā)生了斷零線故障，觸發(fā)開關(guān)的保護跳閘動作。

（4）漏電電流監(jiān)測。實時監(jiān)測和記錄線路的漏電電流變化，并反饋到監(jiān)測頁面中。

3 實時控制

對同臺區(qū)下的智能開關(guān)，進行分組管理，建立開關(guān)之間的拓撲關(guān)系。智能控制器周期性對接入的開關(guān)進行狀態(tài)巡檢，保證重點設(shè)備持續(xù)正常運行。智能控制器接收開關(guān)對突發(fā)事件的告警，并對觸發(fā)原因進行類型甄別和來源追蹤，分析完成后，按預(yù)設(shè)的規(guī)則進行自動恢復(fù)，智能控制器通過APN將數(shù)據(jù)傳至上位機管理平臺，支持人工干預(yù)遠程停復(fù)電的操作。

（1）自動控制。系統(tǒng)平臺通過分析前端設(shè)備采集到的各項數(shù)據(jù)，綜合判斷開關(guān)及負荷實際的運行狀態(tài)，智能控制終端根據(jù)各級開關(guān)的運行狀態(tài)判斷是否可自動控制開關(guān)的斷開和閉合操作。控制終端內(nèi)預(yù)設(shè)分閘條件，一旦實際運行時，開關(guān)反饋狀態(tài)觸發(fā)預(yù)設(shè)條件而沒有分閘，控制終端分析故障來源和影響區(qū)域，從低級開關(guān)開始分閘，直至將故障隔離在正常運行的電網(wǎng)之外。在智能控制終端每次自動合閘策略執(zhí)行操作前，需經(jīng)過三級驗證：分閘原因是否屬于暫態(tài)影響類；預(yù)估的故障來源處開關(guān)是否處于分閘狀態(tài)；是否有人員干預(yù)延遲送電。三級驗證通過后，智能控制器控制智能開關(guān)從Ⅰ級開關(guān)向下至Ⅲ級開關(guān)進行試送電操作，試送電成功則向管理系統(tǒng)輸出控制結(jié)論，如試送電失敗，則向管理系統(tǒng)輸出告警，提醒值班人員盡快處理，既能實現(xiàn)低壓自適應(yīng)快速遠程復(fù)電，又能讓值班人員及時發(fā)現(xiàn)故障，盡快消缺。

（2）手動控制。系統(tǒng)除自動控制設(shè)備外，還可進行手動調(diào)整，增加系統(tǒng)自動控制的容錯性。每次人工干預(yù)的操作，系統(tǒng)都會進行模擬分析風(fēng)險和影響的范圍，并將模擬分析的結(jié)論實時輸出給操作人員，既能增加系統(tǒng)自動控制的容錯能力，又能為人工操作提供輔助決策的意見。

4 結(jié)語

本文主要研究了一種智能開關(guān)管理系統(tǒng)，內(nèi)容包括：分級保護、狀態(tài)監(jiān)測及遠程控制等。分級保護的形式可縮小電力故障引起的停電范圍和減少停電次數(shù)；開關(guān)的實時監(jiān)測，可實現(xiàn)對故障區(qū)域的直接定位，提高了故障排查效率；開關(guān)的遠程控制實現(xiàn)了低壓電網(wǎng)的快速復(fù)電。

低壓智能開關(guān)管理系統(tǒng)的應(yīng)用可大大提高供電的穩(wěn)定性，提升客戶的用電體驗和供電企業(yè)的形象。

參考文獻：

[1]李彩娟.剩余電流動作保護器的設(shè)置[J].硅谷,2014.