農村配電線路熔斷器在線監測系統的開發及應用分析

陳揚哲，徐偉豐，呂一帆，陳偉偉，鄭文

（國網浙江省電力有限公司松陽縣供電公司，浙江 松陽 323400）

在農村配電網中，廣泛采用了跌落式熔斷器，以保證當配電線路中出現故障時，能夠通過跌落式熔斷器，可靠隔離故障點，保證配電線路的運行安全。但在目前的農村配電線路跌落式熔斷器的監測中，無法及時感知熔斷器跌落時的具體故障位置點，并且對于故障電流和故障發生的時間等信息也無法知曉，這樣就使得對配電線路中存在的故障排查不夠及時，導致配電系統停電時間過長，引起電力客戶供電滿意度下降。為此有必要采用農村配電線路熔斷器在線監測系統，在該監測系統中，通過無線通信技術，可以實現跌落式熔斷器、監測功能模塊、主站監測系統軟件、定位功能模塊之間的相互通信，達到對跌落式熔斷器的在線實時監測及智能化管控的目的，以下進行系統的分析。

1 農村配電線路中的跌落式熔斷器

1.1 跌落式熔斷器的運維現狀

跌落式熔斷器在生產制造成本上較低，一般當配電線路的運維人員發現跌落式熔斷器出現了故障或者是發生了誤動作，則會直接調整跌落式熔斷器或者進行更換，并沒有采取較多的在線監測裝置。而由于跌落式熔斷器位于戶外，其運行環境較為復雜，在長期的運行過程中，跌落式熔斷器中的金屬結構、絕緣系統或者是熔絲管等部件都可能會出現一定的問題。一旦跌落式熔斷器發生故障而使得其所在的配電臺區停電，則容易導致該轄區內大量的電力用戶停電。如果改配電臺區內含有大量的工業負荷，甚至是精密性工業企業，則會給這些工業生產企業帶來較大的經濟損失。如果情況較為嚴重，還會在更大范圍內造成停電事故。

1.2 采用農村配電線路熔斷器在線監測系統的必要性

跌落式熔斷器一般是安裝在配電線路中的分支線上，當線路中發生故障時，可以縮短故障停電范圍。同時當需要對配電線路進行檢修時，通過跌落式熔斷器，也能夠形成一個斷開點，給檢修作業人員提供一個安全的操作環境。跌落式熔斷器的運行原理主要是當故障電流將熔斷器中的熔絲熔斷之后，在重力的作用下發生跌落，從而切斷電路。此外跌落式熔斷器也可以安裝在配電變壓器中，可以作為變壓器的保護使用。但目前對跌落式熔斷器的監測及管控力度相對不足，隨著智能配電網的發展以及農村電力用戶對供電可靠性要求的提高，需要對配電線路的運行狀態信息有充分的了解，為此有必要采用農村配電線路熔斷器在線監測系統，實現對農村配電線路的智能化高效運維。通過采用在線監測系統，能夠在配電線路事故發生前，就提前發現設備中所存在的問題，這樣就可以避免出現配電線路跳閘的事故。

2 農村配電線路熔斷器在線監測系統開發

2.1 農村配電線路熔斷器在線監測系統的組成

在開發農村配電線路熔斷器在線監測系統之前，需要對在線監測系統的各個功能進行分解，并設置各個功能模塊，分別完成不同的功能。在配電線路熔斷器在線監測系統中，包括了多狀態監測傳感器和就地智能終端，可以對跌落式熔斷器運行狀態信息進行在線監測，實現對熔斷器故障信息、熔管位置、熔斷前的故障電流等數據的實時監測及上送，圖1為配電線路熔斷器在線監測系統的基本結構。

圖1 配電線路熔斷器在線監測系統的基本結構

從圖1中的配電線路熔斷器在線監測系統的基本結構圖中可以看出，在監測系統中包括了智能監測模塊、數據中轉單元、數據處理模塊和遠程移動端服務器等。在線監測系統在具體的應用中，首先智能監測模塊依靠多狀態監測傳感器進行跌落式熔斷器運行狀態信息的采集，并通過數據中轉單元，將所采集到的數據通過APN無線通信專網轉發到遠程后臺數據處理系統中。經過數據處理系統的分析和計算，將跌落式熔斷器的具體狀態信息和故障點的具體位置等數據發送到移動客戶端，或通過web界面進行瀏覽。其中在數據中轉功能模塊中，還具備了定位功能，使得配電線路具體的故障位置數據信息也能夠一起發送到數據處理系統中。配電線路的運維人員掌握了故障點的具體位置信息之后，就可以直接趕赴現場進行處理，從而縮短了故障的處理時間，并且能夠快速恢復配電系統的正常供電。

同時，由于該熔斷器在線監測系統，在數據傳輸過程中采用的是無線通信方式，故在通信過程中應注意采取信息安全防護措施。在熔斷器監測系統主站側，應配置防火墻，使得主站服務器和現場智能監測終端之間形成一個有效的隔離，保證數據信息的安全性。對防火墻中的訪問控制策略，應采取最小化的原則進行設置，嚴格限制訪問網絡地址及網絡端口。

2.2 熔斷器在線監測系統中的智能檢測終端

根據圖1在線監測系統的整體結構圖，智能檢測模塊是關鍵組成，能夠為監測系統提供豐富的原始數據，也是實現在線監測功能的關鍵。為了更好地實現對熔斷器的在線監測功能，智能檢測終端采用模塊化的設計思想，這也就可以使得熔斷器在線監測系統中的智能檢測終端具備較強的抗干擾能力、運行功耗也相對較低。熔斷器在線監測系統中的智能檢測終端在實際的施工安裝中，可以安裝在熔斷器中的熔絲管處，這樣就可以直接實現對熔斷器運行狀態的監測，圖2為在線監測系統中的智能檢測終端結構圖。

圖2 在線監測系統中的智能檢測終端

從圖2中可以看出，在監測系統智能檢測終端的組成結構中，主要包括了電磁場感應單元、電流及電壓檢測單元、供電單元、位置信息采集單元、數據儲存單元、時鐘單元、本地通信單元以及狀態顯示單元等。這些都是監測系統中智能檢測終端的重要組成部分，需要各個組成部件之間的相互協調運行，才能夠保證整個監測系統中的智能檢測終端安全可靠運行。其中對于智能檢測終端中的主處理器，可以根據電壓及電流信息采集單元所采集到的參數信息，判斷配電線路故障類型是否為接地、雷擊或者是短路等。時鐘單元可以用來記錄電流、電壓等模擬量的時間信息，經過主處理器的分析和處理之后，就可以將數據進行存儲，并通過通信單元將數據進行發送。其中最為關鍵的為主處理器中的故障判斷模塊，可以根據獲取到的暫態電流信號，將信號中的分量幅值進行對比，進而判斷該信號是否屬于故障電流的信號。同時，還可以通過波形匹配電路，觀察配電線路中的物理量的波形是否出現了明顯的變化，來對熔斷器的運行狀態進行監測。如果配電線路中的電壓或者電流的波形發生了突變，則表明該配電線路可能出現了故障。

3 農村配電線路熔斷器在線監測系統的應用

3.1 農村配電線路熔斷器在線監測系統的應用功能

農村配電線路熔斷器在線監測系統在實際的應用中，主要的應用功能包括以下幾點：一是遙信，可以對跌落式熔斷器的工作狀態進行分析，發送熔斷器的分合位置信息給主站監控系統，這樣監控系統主站就可以實時掌握跌落式熔斷器是處于正常工作狀態還是出現了故障。二是遙測，可以實時上送熔斷器中流過的正常負荷電流，當配電線路中發生了故障時，還可以通過配電線路熔斷器在線監測系統，上送跌落式熔斷器中所流過的故障電流數據。三是遙調，可以遠程給智能監測終端下發故障整定值、故障復位時間等，從而強化對熔斷器的在線管控，這樣就可以方便對跌落式熔斷器進行維護，而不必去現場進行操作。

3.2 農村配電線路熔斷器在線監測系統的應用效果

將本文所分析的農村配電線路熔斷器在線監測系統應用在某山區配電網中，驗證在線監測系統的實際應用性能。由于該地區的負荷較為分散，所需要的供電半徑較長，在該山區配電線路中采用了較多的跌落式熔斷器。以往山區配電網運維人員無法及時獲知哪個位置的熔斷器發生了動作，導致停電時間較長，對供電企業的優質服務產生了較大的影響。通過在該山區配電線路中部署了20套智能監測設備，在遠程瀏覽端可以詳細展示分布在各個不同位置熔斷器的運行數據。當配電線路發生了故障時，移動終端也收到了系統自動發送的短信信息，表明該農村配電線路熔斷器在線監測系統具有較好的實際應用效果。一般整個配電線路故障處理時間在30min左右，和傳統的配電線路運維模式相比，通過采用在線監測系統，明顯縮短了停電時間，提高了供電企業的概念收益，經濟效益較為突出，取得了很好的實際應用效果。同時該監測系統具有故障判斷準確及時、數據采集真實、通信可靠等優點，可以在實際的農村配電線路運維中加以推廣應用。

4 結語

通過采用本文所分析的農村配電線路熔斷器在線監測系統，可以輔助農村配網運維人員實時掌握熔斷器的運行狀態，并根據所接收到的熔斷器運行狀態信息進行分析判斷，及時發現熔斷器中的故障并快速定位故障點，以便恢復農村配電系統故障側的正常供電，在實際中具有較大的應用價值。