配網線路自取電低功耗防外破智能指示裝置的應用

孟敬淞

（廣西電網有限責任公司桂林供電局，廣西 桂林 541004）

0 引 言

自取電裝置是一種在設備出現故障時，通過設備旁路為使用者提供電源的電能指示裝置。主電源主要滿足應急用電需求，實現遠程控制，方便快捷。備用電源也叫后備電源，它是一組小型鋰離子電池，一般采用三相四線供電方式，線路上每一相位都有一個電容為其充電。當發生故障時，用大電容切斷電源。雖然電池容量大，但是充電時間長、電池不穩定，如果不能及時解決，那么會造成嚴重的安全問題。目前，很多地區的配網線路都沒有安裝自取電裝置，這主要是因為配電網自接電源引起的斷電、線路短路等問題[1]。不加以妥善處置，將對電力系統的運行造成極大威脅，嚴重的可能會威脅到使用者的生命。配網線路自取電裝置方便用戶使用，當無電力供應或負載很大時，可以通過自取電方式來解決問題。因此，應用一種配網線路自取電低功耗防外破智能指示裝置，通過該裝置在發生線路故障時對故障進行預警，以降低因線路故障引起的斷電事故。

1 配網線路自取電低功耗防外破智能指示裝置設計原則

配網線路自取電低功耗防外破智能指示裝置主要用于低電流供電，以最大功率輸出，用于聲光報警。專用光源需要高亮度、低功率、高效能，適用于小電流電源。當線路負載變化較大時，會對照明系統的亮度產生一定的影響，能夠經受線路失效時產生的大電流沖擊，同時能夠在低負荷、低電流的情況下發光，具有低功耗、高可靠性、長壽命以及免維護的優點[2]。該裝置在低磁場條件下的磁導率很高，通常為0.6～1.0 T。采用高品質的電磁材料，以滿足低電流，獲取足夠的能量，使發光二極管（Light-Emitting Diode，LED）燈泡等聲光元件工作正常，并采用能量緩沖器及控制回路進行數據儲存。選擇電流互感器作為小電流取電裝置，測量用電流變壓器的準確度不能小于0.5級；監控各輸電線上負載電流的安培計必須是1.0～3.0級的電流互感器。通常采用二次加載（伏安）檢驗電流變壓器的電壓，以確保測量精度不會超出規定的范圍。二次負載不超過額定負載，可以確保選型的準確性[3]。電流二次回路負載由二次環路阻抗大小決定，其計算公式為

式中：q表示額定負荷；L1表示線圈阻抗；R1、R2分別表示二次回路接觸電阻和回路導線電阻。對于回路導線電阻，計算公式為

式中：l表示導線長度；r表示導線電導率；s表示導線截面積。

2 智能指示裝置應用過程

2.1 整流與發光顯示裝置應用

為解決配網線路的安全問題，設計了一種低功耗防外破的整流與發光裝置。其特點是使用開關二極管，在有大功率設備需要接地的情況下，只需要電線的一端接地，便可使獲得的電力耗盡，而不需要切斷電力，也不會產生電力損耗[4]。此外，開關柜所產生的電荷能被貯存，并可以在未來很長時間內繼續使用，使設備具有自給能力。

采用合適的連接方式，可以使高亮度、高散熱、高集中度的特殊LED與超級電容在低壓下進行合理匹配，使得向下照明形成燈管[5]。燈管高度和電線高度一致，具有270°可視特點。LED燈組的設計采用混聯模式，通過篩選、數目平分、分組并聯以及組間串聯，組成多個循環的混聯模式，為配網線路出現異常情況提供指示標識。

2.2 過電流安全保護裝置應用

在電力保護線負荷（線電流）中，因線路失效引起的大電流對照明設備和控制電路的影響最為嚴重。如果不能很好控制LED的供電電壓和電流，則會導致LED使用壽命縮短，為此設計了過電流安全保護裝置。當電源線路失效時，會造成LED過流，進而造成LED過壓，嚴重時會對并聯的超級電容器產生過電壓影響。為了研究LED的保護電路，對其進行等電勢處理，并對其進行分析，以確保各個LED不發生過電流[6]。

為避免因超限后的導線電阻增加而造成線路和設備的安全事故發生，過流值與保護目標自身存在某種關聯。電流互感器保護動作電流的計算公式為

式中：α表示保護裝置系數；φ表示接線系數；Imax表示三相金屬接地穩定最大電流；λ表示電流互感器變比。

當保護目標的過電流幅度較大，而過電壓幅度超出了保護目標自身的承受能力，則會導致過電壓保護失效[7]。所以在進行保護時，需對電流做出必要的調整。同時，由于信號較易發生畸變，會對保護的準確性和可靠性造成一定的影響[8]。因此，采用差分過載保護裝置進行過電流安全保護。在負載正常情況下，電路中僅包含交流電源，不包含直流電源，當電路中的電流過大時，會產生很大的電流差值，由差分電流信號來判斷，這時差分電路就能自動跳閘。

2.3 高透光性防雨水防紫外線防曬機械裝置應用

高透光性防雨水、防紫外線、防曬機械裝置可在各種極端惡劣環境下工作，如高壓、高海拔、變負荷、干擾等，全年24 h不間斷地在室外工作，并保證線路3年不出故障。在這種嚴酷的環境下，須有一個穩定的力學結構。該設備是在一根暴露的帶電線路上運轉的，設備的機械結構、安裝方法、防電暈處理以及抗干擾處理（暴露線徑、磨損等）是影響設備長期穩定運行的重要因素。所使用的防紫外線材料及獨特的構造使得此裝置具有輕便、抗紫外線、透光率高、機械強度高、重量輕以及安裝方便等特點。

3 應用實例

3.1 電力概況

站內檢查處理：2020年10月21日15:00，檢修人員對10 kV二線、一線保護及斷路器機構進行了檢查，保護裝置正確動作，斷路器機構分合閘正常，后臺監控及信息上送正常；2020年10月21日16:00，調度控制中心嘗試與10 kV雙線制遙控器連接，在機械關閉后，開關跳閘，經現場檢修發現，開關柜五防手柄已斷鎖（此設備為開關柜的機械五防保護裝置，可在關閉狀態下切斷刀片的開關），五防鎖止機構根據機械聯鎖的作用使斷路器合閘開關不能保持；2020年10月21號17:00，維修人員對兩個斷路器機構進行了全面檢查和測試，對10 kV一線2、3號線間的A相斷股懸吊鋼絲進行了消缺，在絕緣斗臂車內部進行帶電消缺時，發現10 kV線路上存在明顯放電點。

放電點處經過檢測發現明顯過電流，過電流即為超過額定電流50 A的電流，設置2種環境，分別是正常環境和惡劣環境，現場人工統計這兩種環境下的電流變化情況，如表1所示。

表1 正常環境和惡劣環境下現場人工統計電流結果

由表1可知：在正常環境下經過現場人員排查，17:00時出現了過電流，且17:00-18:00時依然沒有處理好過電流問題，直到18:30電流才恢復正常，在該期間可能會出現損壞電路問題；在惡劣環境下經過現場人員排查，17:30時出現了過電流，且17:30-18:30時依然沒有處理好過電流問題，直到19:00電流才恢復正常。

3.2 過電流檢測

線路中過電流沖擊對電路的影響最大，如果不能很好控制線路過電流，必然會燒毀燈組壽命，為此檢測應用所研究裝置能否對過電流現象及時指示。設置2種實驗環境，分別是正常環境和惡劣環境，檢測結果如圖1所示。

圖1 應用指示裝置過電流檢測結果

由圖1（a）可知，使用所應用裝置能夠在16:50時準確指示出過電流數值，且發現過電流的時間比現場人工排查時間要早10 min，并且使用應用裝置進行維修的時間比現場人工排查后維修時間提前30 min，能夠有效保護配電線路。由圖1（b）可知，使用所應用裝置在17:00時指示出過電流數值，通過應用高透光性防雨水、防紫外線、防曬機械裝置發現過電流的時間比現場人工排查時間早30 min，經過快速維修后使得電流在18:30就恢復了正常，由此能夠有效保護配電線路。

4 結 論

配網線路自取電低功耗防外破智能指示裝置能夠發出強光、高音告警。正常運行情況下，在夜間會產生很強的光線，視天氣狀況而定，能見度可以達到100～500 m。在裝有雷達的設備上，可以檢測到靠近導線的機械和交通工具，并根據導線的工作電壓水平設定不同的報警距離。物體靠近電線時會發出頻率閃爍，并發出警報，以警示司機或機械操作人員，減少因外力損壞而導致的短路。