一種10 kV線路跌落開關監測保護裝置的開發與利用

范桂恩

(國網江西省電力有限公司鷹潭市貴溪市供電分公司，江西 鷹潭 335400)

0 引言

10 kV輸電線路擔負著輸送、分配電力的重要任務，是電力系統的重要環節，但10 kV輸電線路處于野外環境中，受各種惡劣自然條件如洪水沖刷、覆冰、覆雪等的影響非常大，運行狀態很不穩定，甚至有時還受到人為的偷盜和破壞，桿塔倒塌、線路斷裂的事故不斷，給電力輸送帶來嚴重影響。為保證10 kV輸電線路的運行安全，研究開發利用10 kV線路臺區跌落式傳感器型號DESCH102監測系統，可有效縮減搶修時長[1-3]。研究過程中，項目組實現了跌落開關在線監測技術的系列化研究報告，包括理論結構設計和建模、仿真計算過程和結果、試件研究測試階段報告和最終成品詳細的設計圖紙等。

1 國網臺區典型設計方案

國網臺區典型方案由以下6個部分組成：架空電纜引下線、跌落式傳感器、普通避雷器/可卸裝式避雷器(二選一)、配電變壓器、變壓器低壓側出線、低壓綜合配電箱。如表1所示。

表1 國網臺區典型設計方案

2 臺區跌落式傳感器保護裝置

跌落開關是配電線路的重要組成部分，是重要的故障隔離裝置，在配電線路上十分普遍。常規跌落開關運行存在如下缺陷。①跌落開關易損。②跌落開關故障狀態無法第一時間感知，恢復供電時間過長。③跌落開關的工作電流沒有記錄，無法判斷動作原因。④跌落開關熔斷后，若變壓器非全相運行時間過長，容易造成變壓器的燒毀。

針對以上缺陷，開發利用DESCH102臺區跌落式傳感器，該裝置采用物聯網技術，可以實現配網分界點運行狀態實時監管，解決當前跌落開關存在的過程狀態和故障狀態未知的現狀，完善智能配電臺區高壓側狀態感知和設備運行狀態的在線監測，為配電臺區可靠運行提供幫助，提高故障運維效率。

2.1 DESCH102臺區跌落式傳感器的硬件

DESCH102臺區跌落式傳感器的硬件由DESCH跌落開關在線監測裝置、DESCH 100跌落開關在線監測裝置匯集網關、跌落開關與保護裝置組合組成，如圖1及表2所示。

圖1 DESCH102臺區跌落式傳感器的硬件組成

表2 傳感器的硬件組成

2.2 DESCH102臺區跌落式傳感器的主要功能

1)電流測量:實時監測用戶分界線路電流，采集精度1%。

2)狀態檢測:實時監測跌落熔絲的分合閘狀態。

3)相間短路檢測:相間短路發生時，自動報整，并上報匯集單元(或融合終端)。

4)單相接地檢測:當檢測到單相接地時，啟動三相智能跌落熔絲自動錄波，并上報匯集單元(或TTU)，由匯集單元判新單相接地狀態，如果發生單相接地，自動報警，并上報主站系統。

5)本地通信功能:通過RF短距離無線通信方式，實現三相智能跌落熔絲、智能跌落熔絲與匯集單元(或TTU)之間的相互通信。

6)遠程通信功能:通過無線公網實現與主站系統之間的通信，通信協議支持101104規約。

2.3 DESCH102臺區跌落式傳感器的安裝方式

2.3.1 在線監測裝置安裝

終端通過套管或卡扣結構安裝、固定，如圖2所示。

圖2 在線監測裝置安裝

2.3.2 匯集網關安裝

1)安裝位置：就近的JP柜或者新裝表箱內。

2)網管供電：從接線盒任一相取電(220 V)，預留485和233串口。

3)本地通信：在網關與融合終端之間接RS485線。

4)若無終端，可通過自帶4G通信單元與自動化系統通信。

2.4 DESCH102臺區跌落式傳感器技術特點

該研究開發的DESCH102臺區跌落式傳感器技術參數如表3所示，其具有如下技術特點。①超低靜態電流：傳感器工作壽命更長。②高精度測量：提供角度、電流雙測量。③多維度判斷：角度測量，電流測量和機械測量。④防沖突性：自動匹配。⑤安裝簡便牢固：環式安裝，不易脫落。⑥高安全性：加密算法與認證，確保數據安全，防止鏈路竊聽與數據破解。⑦適應各種環境：密封式設計，適應各種惡劣環境。⑧多種電流等級：匹配多種電流規格傳感器。

表3 DESCH102臺區跌落式傳感器技術參數表之射頻性能

3 10 kV線路臺區跌落式傳感器的應用成效

3.1 功能實現

10 kV線路臺區跌落式傳感器可安裝在配電線路上，其中傳感器固定在傳感器熔管上，數據終端安裝在桿塔上，用于在線監測傳感器運行及故障情況，是一套具有遠程傳輸能力的分布監控、集中管理、即時通知型的智能化管理系統。傳感器在線監測系統可實現以下功能。①遙信:大電流故障的準確判斷和傳感器工作狀態判斷。②遙測:負荷電流的實時監測、定時上傳以及故障電流的采集和立即上傳。③遙調:遠程聯網設定和修改故障整定值，遠程聯網設定和修改故障復位時間，遠程聯網設定和修改報警檢測的延時時間，遠程聯網設定和修改電流變比系數和遠程聯網設定和修改負荷電流定時遠傳周期[4]。需要指出的是傳感器在線監測系統實現的遙調功能除第一項外其余均為可選功能。

3.2 使用優點

1)臺區跌落式傳感器安裝在10 kV配網線的可靠性。臺區跌落式傳感器在10 kV開關和電纜之間是軟連接硬支撐方式安裝的，軟連接在10 kV開關(令克、真空SF6隔離刀閘)上，硬銅(鋁)管支撐處以柱式瓷瓶固定，所以在拆接接地線時不會讓導線出現大幅震動，對開關觸點不會造成負壓和損傷。該產品在運行過程中不會產生安全隱患，線路的運行可靠性得到一定的保障[5]。

2)優良的抗老化、抗氧化和良好的接觸性。臺區跌落式傳感器通過了嚴格的各項試驗，包括硅橡膠絕緣耐壓和老化試驗。在端子和驗電連接點，也做了銅鍍錫處理，確保接觸點的金屬基本不會氧化，保證了良好的接觸性。

3)10 kV開關電纜之間的優良接地。臺區跌落式傳感器使用后，在10 kV開關和電纜之間構架出優良的驗電接地點，符合了安規的工作兩側掛接地要求，并能很好地保護電力施工人員的人身安全。

4)大幅度提高了10 kV配電網線路的用電可靠性。臺區跌落式傳感器的總長度在1.2 m以上，使用該產品后在開關和電纜之間留出了將近1 m的安全工作距離。在跳開10 kV開關并驗電掛接地后，可以放心地在電纜側工作，可以在上一級線路不停電的情況下，停電—驗電—掛接地—施工。

5)安裝和使用的便利性、美觀性。臺區跌落式傳感器是在工廠內加工成型的，不需要到施工現場再另外斷線壓接等工序，用柱式瓷瓶固定好后十分牢固。在后期停電掛拆接地時不會松動十分便利。臺區跌落式傳感器整齊的排列在10 kV開關下方，使線路看上去十分整潔明了，并明確的標識了顏色，讓人一目了然。

4 結語

目前10 kV線路的開關和電纜之前沒有可靠的驗電掛接地線的地方，當10 kV開關以下的電纜及高壓開關柜等設備發生故障及更換、檢測、修理的時候都必須停用整條10 kV線路或支線線路。因此，利用10 kV線路及臺區跌落式傳感器通過監測和上送傳感器的狀態、大電流故障信息、熔斷前的故障電流等信息和數據，幫助運行維護人員及時發現故障點，快速實現故障搶修恢復供電，縮減搶修時長。同時系統所采集的熔斷電流作為傳感器設備狀態檢修的參考。總之，從實用性和經濟性考慮，相對于改造網絡結構、增加電力設備、加強巡檢強度等手段而言，配電線路傳感器在線監測系統作為一種成本低、見效快、穩定性高、組網靈活的簡易型配電自動化系統，更適合于在城市郊區和農村配網進行全面建設，從而有效地提高配網的供電可靠性。