10kV線路柱上智能斷路器定值優化探究

【關鍵詞】10 kV線路；智能斷路器；定值優化

引言

智能斷路器定值的合理設置，不僅關系到斷路器的正確動作，還直接影響到故障隔離的速度和范圍，進而影響到整個配電網的供電可靠性和經濟性。傳統的定值設置方法是基于經驗公式或簡化模型，難以準確反映電網的實際運行狀況，且在分布式電源、電動汽車等新型負荷接入的形勢下，電網的動態特性更加復雜，對斷路器的定值設置提出了更高的要求。近年來電力系統自動化水平不斷提高，為斷路器定值的優化提供了有力的技術支持，通過引入先進的監測、通信和控制技術，電力公司可以實現對電網狀態的實時監測和斷路器的遠程控制，從而為斷路器定值的動態調整創造了條件。

一、10 kV線路柱上智能斷路器的作用分析

（一）保障電網安全

首先，在電力系統中，一旦發生短路、過載等故障，智能斷路器能夠在極短的時間內檢測到異常電流，并迅速切斷電路，從而防止故障擴大，保護線路和設備不受損壞。其次，智能斷路器能夠實時監測線路中的電流、電壓等參數，如果發現異常，比如電流過大、電壓過高或過低等，就會立即切斷電源，從而有效預防電氣火災的發生。再次，智能斷路器能夠及時切斷故障電流，避免設備在異常狀態下長時間運行，從而減緩設備的損壞和老化，延長設備的使用壽命。

（二）提高供電可靠性

傳統的機械式斷路器在故障發生時，通常需要人工操作進行恢復；而智能斷路器可以實現自動重合閘功能，當故障被排除后，可以自動恢復供電，從而大大減少停電時間和范圍，提高供電及時性。智能斷路器配備了先進的通信和遠程控制技術，可以實時監測線路的運行狀態，及時發現并處理故障；且電力公司可以通過遠程控制系統對智能斷路器進行遠程操作，實現快速恢復供電，進一步提高供電的可靠性。通過合理布置智能斷路器，電力公司可以優化電網結構，使電網更加靈活可靠。發生故障時，智能斷路器可以快速切斷故障部分，保證非故障部分的正常供電，從而提高電網的供電可靠性[1]。

（三）實現智能化管理

智能斷路器能夠實時采集線路中的電流、電壓、功率等參數，并將數據上傳到電力公司的管理系統中。通過對數據的分析，電力公司可以更加準確地了解電網的運行狀態，為決策提供有力支持。通過對智能斷路器采集的數據進行深度挖掘和分析，電力公司還可以預測可能發生的故障類型和位置，從而提前采取措施進行預防，降低故障發生的概率，提高電網的穩定性。此外，智能斷路器可以根據線路的實際情況進行智能調節，比如在用電低谷時段自動降低電壓或減少無功功率的輸送，從而降低線路損耗和能源消耗，這對于提高電力系統的經濟效益和環保性能具有重要意義。

二、10 kV線路柱上智能斷路器定值優化方案

（一）區域安全用電優化方案

電力企業應根據不同區域的負荷特性，對智能斷路器的定值進行優化：對于負荷較大且穩定的工業集中區域，適當提高斷路器的長延時整定值，以減少不必要的跳閘；而對于負荷波動較大的居民區或商業區，應設置較為靈敏的短路保護和過載保護，以確保用電安全。

在電力系統中，智能斷路器通常與其他保護設備（如熔斷器、下一級斷路器等）配合使用。為確保在故障發生時能夠選擇性地切除故障部分，電力企業需要對智能斷路器的定值進行協調優化。上級斷路器的瞬時保護定值應高于下級設備的保護定值，以確保下級設備先動作，避免越級跳閘。

季節性和時段性負荷變化對電網的影響不容忽視。夏季高峰時段負荷通常較大，此時應適當調整斷路器的定值，以增強其過載保護能力；而在冬季或低谷時段，負荷相對較小，可適當放寬定值，以減少誤動作。

此外，電力企業可以利用先進的智能化算法（如神經網絡、模糊控制等），根據實時采集的電網參數（電流、電壓、功率因數等），動態調整斷路器的定值。該方法可以更加精確地適應電網的實際運行狀況，提高供電的可靠性和安全性[2]。通常情況下，以區域安全用電為基礎的優化流程如圖1所示。

以某城市工業區的一條10 kV線路為例，該線路原先的智能斷路器定值設置較為保守，經常在負荷高峰期發生誤動作，導致停電事故頻發。為解決該問題，研究采用了基于負荷特性的定值優化方案，根據工業區的負荷特性，將長延時電流整定值提高到1000A，以適應較大的穩定負荷；并保持短延時電流整定值不變，以確保對短路故障的靈敏性；時將瞬時電流整定值提高到5000 A，以減少瞬時故障引起的誤動作。表1為優化前的數據，表2為優化后的數據。

經過定值優化后，該線路的停電事故率明顯降低。在負荷高峰期，智能斷路器能夠更穩定地運行，減少了誤動作的發生；且由于定值的合理設置，在真正發生故障時，斷路器能夠迅速準確地動作，保護線路和設備的安全。

（二）基于歷史數據智能化分析的優化方案

基于歷史數據智能化分析的優化方案，是通過對歷史數據的深入挖掘和分析，找出電網運行中的規律和特點，以此為基礎優化斷路器的定值設置；通過收集并分析過去一段時間內電網的運行數據，包括電流、電壓、功率等關鍵參數，以及斷路器的動作記錄等數據，評估當前定值設置的合理性，并提出優化建議。

首先，技術人員需要收集電網運行的歷史數據，包括正常運行數據和故障數據。數據應涵蓋不同的時間段和天氣條件，以確保數據的全面性和代表性。收集到的數據需要進行預處理，包括數據清洗、去噪和標準化等步驟，以提高數據的質量和可用性。在預處理后的數據中，技術人員需要提取與斷路器定值設置相關的特征，如最大電流、平均電流、電流波動范圍等，然后利用這些特征構建數學模型，用于描述電網運行狀態與斷路器定值之間的關系；通過數學模型對歷史數據進行智能化分析，找出電網運行中的規律和潛在風險；根據分析結果，評估當前斷路器定值的合理性，并提出優化建議，包括調整長延時、短延時或瞬時保護的定值，以提高斷路器的靈敏性和選擇性；根據優化建議調整斷路器的定值設置，并在實際電網中進行驗證；通過對比優化前后的電網運行數據和斷路器動作記錄，評估優化方案的有效性[3]。

作為案例的10 kV線路在過去一年中頻繁發生斷路器誤動作，導致供電可靠性下降。為解決該問題，當地電力部門采用了基于歷史數據智能化分析的優化方案，收集了該線路過去一年的運行數據，包括電流、電壓、功率等關鍵參數，以及斷路器的動作記錄；在數據預處理階段清洗了異常值和噪聲數據，并對數據進行了標準化處理；之后利用特征構建了基于機器學習的預測模型，用于預測斷路器在不同定值設置下的動作。通過對歷史數據的智能化分析，研究發現原先的斷路器定值設置過于保守，導致在負荷波動較大時容易發生誤動作，因此，通過提高長延時保護的定值，同時降低瞬時保護的定值，能夠提高斷路器的靈敏性和選擇性。電力部門根據優化建議，調整了斷路器的定值設置，并在實際電網運作中進行了驗證。驗證結果顯示，優化后的定值設置顯著減少了斷路器的誤動作次數，提高了供電可靠性[4]。優化前后數據對比如表3所示。

由表3可見，優化前長延時電流整定值為600 A，優化后提高到800 A，該調整能夠適應負荷的波動，減少因負荷短暫超標而引發的誤動作；優化前瞬時電流整定值為3000 A，優化后降低到2500 A，該優化提高了斷路器對瞬時故障的靈敏性，確保在發生故障時能夠迅速切斷電流。

（三）通過智能化技術實時調節的優化方案

通過智能化技術實時調節的方案，基本原理是利用智能化技術實時監測電網的運行狀態，根據電網的實際運行情況和需求，動態調整斷路器的定值，以達到最優的保護效果。該方案能夠克服傳統定值設置的局限性，更好地適應電網的復雜運行環境，提高斷路器的動作準確性和可靠性。該方案在實施過程中，通過安裝在線路上的傳感器和智能設備，實時采集電網的電流、電壓、功率等關鍵參數，以及環境溫度、濕度等影響因素的數據，利用數據進行分析和判斷，根據預設的算法和模型，自動計算出當前最優的斷路器定值；同時通過通信裝置將定值調整指令發送給斷路器執行機構，實現定值的實時調節。智能化算法設計是實現定值優化的核心，利用機器學習、深度學習等人工智能技術，對歷史數據進行訓練和學習，建立電網運行狀態與斷路器定值之間的映射關系根據實時采集的數據，利用算法模型預測當前最優的斷路器定值。根據智能化算法的計算結果，通過通信裝置將定值調整指令發送給斷路器執行機構，實現定值的實時調節。同時系統還可以設置預警和故障診斷功能，及時發現并處理潛在的安全隱患[5]。

三、10 kV線路柱上智能斷路器定值優化的注意事項

隨著電力系統的不斷發展和智能化水平的提高，10 kV線路柱上智能斷路器在電網中的應用日益廣泛。智能斷路器能夠自動檢測線路故障，并迅速切斷故障電流，從而保護電網的安全穩定運行，但是在實際應用過程中，需要注意以下幾個問題。

1. 遵守相關規程與標準

在進行定值優化時，技術人員必須嚴格遵守《電力安全工作規程》以及其他相關的國家或行業標準。規程和標準是電力行業多年經驗的總結，能夠確保定值設置的科學性和合理性。

2.了解設備性能

在設置定值前，技術人員需要充分了解智能斷路器的性能特點，包括動作特性、時間—電流特性等。不同的斷路器型號和廠家可能具有不同的性能參數，因此需要根據具體設備的性能來合理設置定值。

3. 考慮實際負荷情況

定值設置應充分考慮線路的實際負荷情況，負荷的大小和變化范圍對斷路器的動作有直接影響。所以技術人員在設置定值時，需要結合實際負荷數據進行分析，確保定值既能滿足正常負荷的需求，又能在異常情況下及時動作。

4. 考慮上下級保護之間的協調配合

在電力系統中，智能斷路器通常與其他保護設備（如變電站的出線斷路器）配合使用，因此在設置定值時，需要考慮上下級保護之間的協調配合，以確保在發生故障時，各級保護能夠按照預定的順序和時間配合動作，避免越級跳閘或保護死區的情況發生。

5. 綜合考慮環境因素

環境因素對智能斷路器的性能也有一定影響，例如溫度、濕度等可能影響斷路器的動作靈敏度和可靠性。因此技術人員在設置定值時，應考慮到這些環境因素對斷路器性能的影響，并進行相應的調整。

結語

在現代電力網絡系統中，10 kV線路柱上智能斷路器具有重要作用，為了充分發揮其效能，技術人員需要對定值進行持續性的優化，結合線路實際情況來選擇可行的優化方案，確保優化后的定值能夠滿足既定的性能要求。