10kV一體化智能環網柜的實現

浙江省慈溪市輸變電工程有限公司大明分公司 裘思楊 鄭勇毅 徐學軍 茅松雷

目前，配電的自動化模式已是行業內的核心項目，可總體能夠達到的水平并不高，僅處于初級階段，主要原因是投入配網的建設資金較小且自動化程度較低，供電能力和電網質量都要低于國外發達國家水平。受配網的技術和設備限制，我國總體供電的恢復時間較長，反應能力較慢，安全性和可靠性還有待提高。供電質量不僅與人民生活息息相關，還直接影響著國家建設和經濟發展[1]。由此，我國在構建國家電網的同時也明確了電力配網問題，并不斷探索自動化配網的建設問題，同時引入一體化智能環網柜，有力的提高了我國一體化配網的智能化建設。

1 傳統環網柜現狀分析

環網柜實質是輸配電的常用電氣配置，常用于金屬以及非金屬性的絕緣體中，是區隔環網中各個供電區間的設備，主要構造包括熔斷器及負荷式開關，其優點主要表現在體系小、構造簡單、低成本、安全性高，并可提高相關供電的運行性能及其參數。由此，10kV一體化智能環網柜在我國的應用極其廣泛，如城市各居民小區、工廠、公共用的大型設施建筑等。傳統電氣環網柜不能實現自動化和智能化的功能，在缺乏自動化智能技術的時期被普遍應用，對當時供電系統的正常運行具有不可忽視的作用。近年來，我國社會發展迅猛，總的供電需求持續增加，供電壓力越來越大，供電網絡負荷也越來越重，傳統的電氣環網柜難以滿足實際需求。

由于傳統的電氣環網柜采用無分區模式的混合型安裝辦法，各個電氣元件在網柜內混合設置，沒有分區，屬于固定式的模式設計，因此沒有辦法滿足10kV供電網絡復雜的建設要求，傳統模式的環網柜使用的內部結構模式混亂，既不利于我國整體供電網絡的自動化改造進程，也給供電網絡的安全運行造成影響，阻礙我國提升供電網絡的整體運行能力和運行質量，并且不利于供電網絡的日常管理和維護，不利于各種維修和更換，增加電力網絡的運營成本[2]。目前我國在建設10kV的供電網絡中，傳統電力環網柜基本不再使用，而是選用具有一體化和智能化的新型環網柜，可有效提升10kV供電網絡的實際運行能力，保證用戶終端用電的安全性和可靠性，有效提高供電系統的輸電服務。

2 10kV智能化環網優勢分析

在我國，自動化智能配電是目前供電系統主要的發展方向，是進一步提高我國供電系統整體服務水平和運行效率的重要措施。實現10kV自動化一體配電的關鍵技術包括計算機應用、互聯網應用、通信應用、自動化等多項現代技術，并把用戶信息和網絡構成及相關配網的各項數據采集到信息中心加以管理，由此實現供電系統的自動化、智能化、一體化管理，實現實時對整個供電網絡進行監督和管理，可迅速而準確的判斷各種網絡障礙和故障隱患，同時還能把各項數據都全部保存[3]。

10kV配電智能化電網可有效提高供電系統安全和效率，有效減少網絡運營和維護成本，能有效提升10kV電力配網的經營效率。目前國內10kV供電系統中自動化智能化基本形成，主要由主配電站和子配電站以及終端配電構成，10kV自動化電網的運行能力及效率受系統通信能力的影響，因為10kV供電配網自動化運行系統需大量數據信息支持，并以此把各配電站及其終端有效相連，使電力系統的安全性和可靠性得以提高，可見衡量供電網絡質量的建設標準主要是自動化程度和水平。

圖1 一體化智能環網柜控制流程

國家為提高配網的自動化水平給予了極大扶持，各級地方政府也為此做了大量投資，在資金及技術等方面給予支持，通過多方努力我國大部分地區供電運行系統的自動化程度得以顯著提高，可目前仍有部分問題需要進一步解決，如核心自動化技術水平不高，基礎網絡自動化程度較低等方面問題都有待于進一步改善，需各級部門勇于創新，不斷提升電網整體自動化水平，而電網智能化一體環網柜在電網系統中得到廣泛推廣和使用已取得非常顯著的效果[4]。

3 智能化環網柜的系統設計與實現

3.1 智能一體化環網柜整體的設計結構

智能化一體環網柜主要由組成系統的各大模塊構成，包括超級供電電容、智能化控制功能模塊、自供式電源應用系統等功能模塊，另外還包括臭氧絕緣監測儀、電磁無源閉鎖系統等。設計中在滿足一體化智能需求的同時專門對各個功能模塊進行了個性處理，以求在確保各模塊基本功能的同時實現創新。

3.2 智能環柜控制模塊的設計

控制模塊是智能環網柜最重要的組成部分，模塊設計的功能須具有遠程進行通信能力，同時還要達到三遙的功能，從而實現智能化指示的需要。利用網絡的特有高速通信能力，達到控制智能模塊和采集數據、系統的監控、輸電主站進行實時的通信。

智能環網柜是利用遙信計算得到控制與通信的能力，能精準感知模塊出現的誤動及抖動信號并對其進行消除，同時進行記錄。在遙信的功能里，模塊可按照一定的規律將采集DI的狀態實時計算與保存。模塊每毫秒對DI進行采樣一次，同時當前的DI會保存在遙信的狀態表里，然后遙信計算獲得精確遙信所發生的時刻。在進行交流的采樣過程中，要對采樣實施模擬化的設置，使用PWM對采樣的相關數據進行輸出，在采樣的過程里，模塊將會進行功率計算、電壓計算及零序等方面的計算[5]。

遙控的功能主要達到了智能化的環網柜進行遠程的控制，利用故障的顯示能力實施遠程的控制。智能環網柜還達到了對產生故障的類型進行檢測，利用系統中的電流及電壓相對值與變化值數據實施故障判斷，最終得到準確的故障信息，據此可對故障進行快速處理。

3.3 智能環網柜自供電操作系統的設計

智能環網柜自供電系統的設計解決了過去電源存在的不穩定、壽命短等嚴重缺陷，保證了電源能夠穩定行供電，同時其具備維護的時間較長的優點。因環網柜存在周圍環境溫度變化范圍較大的情況，如使用蓄電池作為電源，在高溫、低溫環境下其放電性能會影響非常大，尤其夏季高溫UPS無法正常供電，導致蓄電池也無法工作[6]。

通過研究分析發現，超級電容具有能快速進行充電、重復使用壽命較長、工作的環境溫度較大、維護的周期較長及安全性較高的特點，因此本設計應用超級電容進行電源的備份，經實際使用測試證明其性能優越。因此自供電系統應用了PT電源與超級電容作為電源的備用系統，這兩種供電的形式大大提高了供電可靠性。因為環網柜都設置于室外，所以對電池具有很高的要求。把此電源和環網柜結合后，經過使用測試證明本系統能保證智能環柜長期、正常運行。