配網(wǎng)分界分段開關(guān)（智能永磁真空斷路器）功能優(yōu)化探討

李鑫　李寧　馬驥驥

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)對高質(zhì)量、高可靠性的電能供應(yīng)提出了越來越高的要求。逐步實現(xiàn)城鄉(xiāng)電網(wǎng)的配電自動化、電氣化、智能化，以提高整個配電系統(tǒng)的電能和供電可靠性，其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都是非常明顯的。為此，我國目前正投以巨資對城鄉(xiāng)電網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)與改造。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化（智電電力），也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)分界;分段開關(guān);功能優(yōu)化;探討

中圖分類號：TM564文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0188-02

Abstract：Withtherapiddevelopmentofsocialeconomyandscienceandtechnology，urbanandruralpowergridhasputforwardhigherandhigherrequirementsforhighqualityandhighreliabilityofpowersupply.Graduallyrealizetheurbanandruralpowerdistributionautomation，electrification，intelligence，inordertoimprovethewholepowerdistributionsystemandpowersupplyreliability，itssocialbenefitsandeconomicbenefitsareveryobvious.Therefore，Chinaisinvestingahugeamountofmoneyintheconstructionandtransformationofurbanandruralpowergrids.Smartgridisthegridintelligent（electricpower），alsoknownasthe"grid"2.0，itisbasedontheintegration，high-speedbidirectionalcommunicationnetwork，onthebasisofthroughtheuseofadvancedsensorandmeasuringtechnology，advancedequipmenttechnology，theadvancedcontrolmethod，andtheapplicationofadvancedtechnologyofdecisionsupportsystem，realizethegridreliability，security，economic，efficientandenvironmentfriendlyandusethesecuritytarget，Itsmainfeaturesincludeself-healing，motivatingandencompassingusers，resistingattacks，providingpowerqualitythatmeetstheneedsofusersinthe21stcentury，allowingaccesstovariousformsofpowergeneration，initiatingpowermarkets，andoptimizingandoperatingassetsefficiently.

Keywords：distributionnetworkboundary;Sectionswitch;Functionoptimization;Todiscuss

配網(wǎng)分界分段開關(guān)（高壓真空斷路器）作為一種高壓電力開關(guān)設(shè)備，是電網(wǎng)的重要組成部分，其作用舉足輕重，電力系統(tǒng)不僅需要靠它切斷和接通正常運(yùn)行工況下高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，以完成對輸電網(wǎng)絡(luò)的控制;還需要靠它在系統(tǒng)發(fā)生故障時與保護(hù)裝置及自動裝置相配合，迅速切斷相當(dāng)大的故障電流，防止事故擴(kuò)大，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及保護(hù)部分電力設(shè)施。

為滿足電網(wǎng)發(fā)展，尤其是電網(wǎng)的智能化發(fā)展需要，滿足電力用戶對高質(zhì)量、高可靠性供電需要，國網(wǎng)新疆電力公司吐魯番供電公司近幾年一直對配網(wǎng)線路設(shè)備進(jìn)行改造升級，為配合供電吐魯番供電公司配網(wǎng)自動化建設(shè)，我公司近兩年來積極配合吐魯番供電公司進(jìn)行設(shè)備改造升級，與供電公司相關(guān)部門一起攻克技術(shù)難關(guān)。目前設(shè)備基本功能構(gòu)架已經(jīng)定型，在整個升級改造過程中，我們根據(jù)國家電網(wǎng)、國家電網(wǎng)新疆電力公司，以及國網(wǎng)吐魯番電力公司相關(guān)技術(shù)要求，再結(jié)合吐魯番地區(qū)的電網(wǎng)線路特點，因地制宜地對我們的配網(wǎng)分界分段開關(guān)智能永磁斷路器進(jìn)行了功能優(yōu)化，在此我要對這個階段的功能優(yōu)化發(fā)表一下意見。

高壓開關(guān)（斷路器）的一個最基本性能就是機(jī)械可靠性，斷路器的全部使命，歸根到底是體現(xiàn)在觸頭的分、合動作使，而分、合動作又是通過操動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，因此操動機(jī)構(gòu)的工作性能和質(zhì)量的優(yōu)劣，對高壓斷路器的工作性能和可靠性起著極為重要的作用。真空斷路器的操動機(jī)構(gòu)，從最初的電磁操動機(jī)構(gòu)，發(fā)展到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的彈簧操動機(jī)構(gòu)。彈簧機(jī)構(gòu)利用交直流兩用電動機(jī)對彈簧進(jìn)行預(yù)儲能（也有人力儲能），利用彈簧能進(jìn)行分合閘操作，從而對電源要求低，交直流均可操作，電源丟失仍可完成一個合分循環(huán)，因此得到廣泛應(yīng)用。但彈簧機(jī)構(gòu)也有其自身不可克服的缺點：零件數(shù)量多，要求加工精度高，制造工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品可靠性不易保證，限制了真空開關(guān)向電氣壽命、免維護(hù)等要求更高的方向發(fā)展。操動機(jī)構(gòu)故障占斷路器故障的70%左右。由此可見，操動機(jī)構(gòu)是電力系統(tǒng)的最大“安全隱患”，其性能的好壞將影響到整個電力系統(tǒng)能否可靠穩(wěn)定運(yùn)行。而操動機(jī)構(gòu)歷經(jīng)了電磁機(jī)構(gòu)—彈簧機(jī)構(gòu)—永磁機(jī)構(gòu)這一演變過程，永磁斷路器的出現(xiàn)，對于整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。永磁機(jī)構(gòu)已在我國制造部門和運(yùn)行部門形成了熱潮，國家電網(wǎng)公司在"關(guān)于發(fā)布《國家電網(wǎng)公司重點應(yīng)用新技術(shù)目錄》的通知"（國家電網(wǎng)科（2006）323號）中明確將永磁操動機(jī)構(gòu)、小型化、免維護(hù)的真空技術(shù)列為配電與用電的新技術(shù)應(yīng)用方向。由于新疆地處亞歐大陸腹地，相對較惡劣的氣候以及環(huán)境條件，導(dǎo)致新疆電網(wǎng)在升級改造時，直接越過大部分地區(qū)先使用彈簧操動斷路器的過渡階段，直接配用永磁真空斷路器。彈簧操動機(jī)構(gòu)零件數(shù)量多，多個零部件通過齒輪，卡槽，擋板，鎖扣，脫口等工藝環(huán)節(jié)鏈接到一起或者各個機(jī)械功能，那么新疆相對惡劣的氣候以及地理環(huán)境，很容易破壞彈簧操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性，晝夜溫差較大，外檢環(huán)境會促使金屬熱脹冷縮，那么多個零部件的熱脹冷縮會使機(jī)構(gòu)的連接公差不斷改變最終破壞彈簧操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。新疆地區(qū)沙漠多，風(fēng)沙大，過多的塵土雜質(zhì)附著到零部件上也容易破壞彈簧操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。永磁機(jī)構(gòu)零部件數(shù)目大大減少，斷路器的機(jī)械可靠性顯著提高;而且由于動作部件少，中間轉(zhuǎn)換和連接機(jī)構(gòu)也很少，大大減少了動作時間的分散性和不可控性，為斷路器實現(xiàn)智能化操作提供了技術(shù)條件。

此次配網(wǎng)分界分段開關(guān)的功能優(yōu)化，是我公司基于多年對永磁斷路器的生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)投入和在新疆投運(yùn)永磁斷路器多年的實踐經(jīng)驗與售后回訪以及國網(wǎng)吐魯番供電公司李寧李主管的技術(shù)指導(dǎo)所完成的。具體主要有以下幾點：

1操動機(jī)構(gòu)由單機(jī)構(gòu)改為手自一體雙機(jī)構(gòu)

早期投運(yùn)的永磁斷路，因其結(jié)構(gòu)的特殊性，分合閘通過控制器實現(xiàn)，若控制器出現(xiàn)故障，斷路器主體有緊急分合閘拉環(huán)，可實現(xiàn)緊急分閘;而控制器故障要繼續(xù)合閘，則必須要更換控制，這大大地影響了通電用電的穩(wěn)定性，智能電網(wǎng)的自愈能力也無從說起，由此，我們對斷路器進(jìn)行了改進(jìn)，將斷路器改進(jìn)為手自一體永磁斷路器，在原有永磁操動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們在操動系統(tǒng)里面多加了一個獨立開來的手動操動機(jī)構(gòu)，永磁機(jī)構(gòu)與手動機(jī)構(gòu)相互獨立，但是又可以不受不論是哪一個操動機(jī)構(gòu)先改變分合狀態(tài)后的影響下繼續(xù)操作改變分合狀態(tài)。手自一體雙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的斷路器其機(jī)械特性處于雙保險狀態(tài)，因永磁機(jī)構(gòu)優(yōu)良的機(jī)械特性，以平時永磁機(jī)構(gòu)為主機(jī)械狀態(tài)，當(dāng)因為控制器故障、電壓互感器故障、永磁機(jī)構(gòu)失去分合動力等原因造成永磁機(jī)構(gòu)無法實現(xiàn)斷路器分合閘時，則可以通過備用的手動彈簧操動機(jī)構(gòu)對斷路器進(jìn)行分合閘操作。

2斷路器主體三相合成零序改為三相獨立零序

斷路器監(jiān)測線路設(shè)備狀態(tài)，通過開關(guān)主體上面的各種傳感器（電壓電流互感器），采取高壓一次信號，再通過控制電纜將信號傳導(dǎo)到配電開關(guān)監(jiān)控終端（FTU），配電開關(guān)監(jiān)控終端再將一次信號進(jìn)行一二次整定，再通過預(yù)先設(shè)置好的保護(hù)定值，起到合理切斷線路從而保護(hù)電網(wǎng)和電力設(shè)備的作用。近幾年，國網(wǎng)對于線路接地保護(hù)功能的實現(xiàn)上花了很多精力，多數(shù)斷路器實現(xiàn)接地保護(hù)功能是通過獲取零序電流。現(xiàn)在獲取零序電流的普遍方式有兩種，一種是通過三相電流互感器采集三相電流，再通過配電開關(guān)監(jiān)控終端將三相電流換算為相位差電流即零序電流來判定接地故障。這種方式所獲得的零序電流，誤差相對較大，很有可能產(chǎn)生零序誤報警與零序誤跳閘的情況。為了獲取比較準(zhǔn)確的零序電流，有些斷路器采用獨立零序互感器，因為采集B相多數(shù)的作用就是為了整定出零序電流，所以通常獨立零序的互感器集成的是A、C兩相電流互感器，對于我們?nèi)嚯娏鞯牟杉瘍H限于于A相與C相，雖然這加強(qiáng)了零序電流精度，卻忽略了B相電流的采集，在一些特定的故障判斷中，無法精確判定。所以對斷路器做的第二個優(yōu)化是采用了三相獨立零序電流互感器。

3配電開關(guān)監(jiān)控終端（FTU）物聯(lián)網(wǎng)智能化

吐魯番供電公司在吐魯番設(shè)立了主站服務(wù)器，我們的配電開關(guān)監(jiān)控終端（FTU）需要與主站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)對接以及數(shù)據(jù)傳送，通過對FTU的通訊芯片進(jìn)行升級，使主站與FTU進(jìn)行萬物物聯(lián);對FTU的程序進(jìn)行了重新編程，通過對通訊報文的解析，對應(yīng)的點表編輯，以及相應(yīng)的計數(shù)統(tǒng)一，最終實現(xiàn)與主站之間數(shù)據(jù)合理、精準(zhǔn)地通訊，各個斷路器會通過FTU將自身檢測到的實時遙測與遙信數(shù)據(jù)，與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。通過以上技術(shù)手段，運(yùn)維檢修人員就可以通過一臺服務(wù)器，檢測每臺斷路器的運(yùn)行狀況，從而實現(xiàn)足不出戶，視察大范圍電網(wǎng)狀況，及時精確的發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障點，提高電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與自愈能力。

4配電開關(guān)監(jiān)控終端（FTU）維護(hù)簡化

隨著智能電網(wǎng)的普及，幾乎每臺短路路都要配置配電開關(guān)監(jiān)控終端（FTU），永磁斷路器因其可靠的機(jī)械特性，故障率很低，但作為與之配套的FTU，長期使用在惡劣環(huán)境，其電源直接通過電壓互感器將線路10kV電源轉(zhuǎn)換為220V電源對其供電，其獲取的電源也相對不穩(wěn)定，F(xiàn)TU的日常維護(hù)將會增多，F(xiàn)TU維護(hù)簡化設(shè)計也是勢在必行的。FTU維護(hù)簡化設(shè)計除了可以提高運(yùn)維檢修工作效率，并且加強(qiáng)安全保障。電容與蓄電池都是FTU的易損品，在設(shè)計時通過空間的合理規(guī)劃，一是要做到可拆卸好拆卸，另一方面將一切安全隱患盡可能進(jìn)行隔絕，例如：電容放電的瞬時輸出能量很大，要將電容的位置盡可能放到維護(hù)時碰不到電容輸出口的位置，同時又要可以做到電容容易拆裝。各個開關(guān)部分要做明確標(biāo)識，以防混淆。同時FTU的接口要統(tǒng)一化，如若設(shè)備損壞無法維護(hù)，可以隨時調(diào)用別的設(shè)備進(jìn)行更換。

隨著智能電網(wǎng)的不斷推進(jìn)，配網(wǎng)分界分段開關(guān)將不斷擴(kuò)大其使用范圍，也將不斷在電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)中發(fā)揮更大的作用，因此配網(wǎng)分界分段開關(guān)的功能與配置將會不斷需要提升優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]開關(guān)型電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的雙目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計[J].陳芬，蔡宣三.清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.1989（01）

作者簡介：李鑫，國網(wǎng)新疆電力公司吐魯番供電公司。

李寧，國網(wǎng)新疆電力公司吐魯番供電公司。

馬驥驥，浙江鑫茂電力科技有限公司。