配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題

前言我國(guó)電力系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)形成了“重發(fā)、輕供、不管用”的局面，全國(guó)大部分地區(qū)表面上電量供大于求，而實(shí)質(zhì)上是配電網(wǎng)落后有電送不出，用戶需要卻得不到，如居民用電、農(nóng)村用電線損高、電費(fèi)高、電壓低、供電不可靠，這已成為電力系統(tǒng)供用電的瓶頸。因此，國(guó)家計(jì)劃投資2600億來(lái)改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)，尤其是改造配電網(wǎng)，并逐漸實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化以達(dá)到：電能合理分配以降低能耗、供電可靠性提高以減少電能損失、供電質(zhì)量提高以使各種電氣設(shè)備使用壽命得以延長(zhǎng)、配電自動(dòng)化的應(yīng)用可精確估計(jì)各種設(shè)備的使用狀態(tài)而使設(shè)備能得到充分利用、情報(bào)資料精確完整以及勞動(dòng)力的大大減少等。同時(shí)投資改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)也是啟動(dòng)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的得力措施。一、配電自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的位置電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五個(gè)環(huán)節(jié)組成，如圖1所示。圖1其中發(fā)電、輸電、變電幾個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)視、控制和管理屬能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem），包括監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）、自動(dòng)發(fā)電控制AGC（AutomaticGenerationControl）、管理信息系統(tǒng)MIS（ManagementInformationSystem）和其它名目繁多的EMS高級(jí)應(yīng)用軟件。配電和用電的監(jiān)視、控制和管理屬配電管理系統(tǒng)DMS（DistributionManagementSystem），包括SCADA、負(fù)荷管理LM（LoadManagement）/負(fù)荷控制、故障管理、自動(dòng)繪圖AM（AutomatedMapping）/設(shè)備管理FM（FacilitiesManagement）/地理信息系統(tǒng)GIS（GeographicInformationSystem）/投訴電話熱線TC（TroubleCall），配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件等功能。EMS和DMS兩者均以SCADA系統(tǒng)為起點(diǎn)，由于電力系統(tǒng)無(wú)“倉(cāng)庫(kù)”，發(fā)、供、用一次完成，兩者有分工，但對(duì)于較小孤立系統(tǒng)兩者可合而為一。配電自動(dòng)化DA（DistributionAutomation）與配電管理系統(tǒng)DMS密切相關(guān)，從供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要包括變電站自動(dòng)化和饋電線自動(dòng)化[1]，有的也將負(fù)荷管理LM納入配電自動(dòng)化的范疇。饋電線自動(dòng)化又包括柱上饋電線自動(dòng)化和電纜饋電線自動(dòng)化，如圖2所示：圖2配電自動(dòng)化內(nèi)容柱上饋電線監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集、柱上饋電線故障定位與柱上饋電線隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電是柱上開(kāi)關(guān)、分段器、重合器完成的功能。其中監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集也可用“遙信、遙控、遙調(diào)、遙測(cè)”四遙來(lái)描述。這“四遙”功能，最后要與配電管理系統(tǒng)DMS平臺(tái)相配合，其中要涉及到通訊方式及通訊規(guī)約問(wèn)題。通訊方式目前有：有線、無(wú)線、光纖、電力載波。有線通訊：抗干擾能力強(qiáng)，需架設(shè)通訊線路或租用電話線；無(wú)線通訊：架設(shè)方便，存在頻道資源限制及無(wú)線干擾問(wèn)題；光纖：干擾小、可靠、可與電纜同時(shí)鋪設(shè)，眼下成本高但有發(fā)展前途；電力載波：經(jīng)濟(jì)性好，但由于配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、開(kāi)關(guān)斷點(diǎn)多，需信號(hào)耦合、解決電容器組信號(hào)短路和變壓器信號(hào)衰減問(wèn)題。二、柱上一次開(kāi)關(guān)設(shè)備1.柱上饋線自動(dòng)化一次設(shè)備柱上饋電線自動(dòng)化設(shè)備分為重合器與分段器兩種，其構(gòu)成如圖3所示，具有故障檢測(cè)與識(shí)別功能、測(cè)量與控制功能、計(jì)量功能、通訊功能和維護(hù)功能。圖3柱上自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備圖4所示為控制器的幾種型式。控制器無(wú)疑將選用微機(jī)式，由于高速單片微機(jī)，EPLD技術(shù)，DSP技術(shù)的出現(xiàn)，使得控制器可以完全滿足配電自動(dòng)化的要求。需要解決的問(wèn)題是：溫度特性（-40~ 80℃）；電池壽命（10年）；抗強(qiáng)電磁干擾的能力。圖4智能控制器類型2.柱上斷路器分類及其特點(diǎn)配電網(wǎng)架空線運(yùn)行著大量一次設(shè)備：柱上斷路器和柱上負(fù)荷開(kāi)關(guān)，同時(shí)重合器也是由斷路器加控制器構(gòu)成，分段器由負(fù)荷開(kāi)關(guān)加控制器構(gòu)成。因此有必要對(duì)柱上一次設(shè)備加以分析。我國(guó)架空線柱上開(kāi)關(guān)以斷路器居多，而且負(fù)荷開(kāi)關(guān)也多以斷路器代替，下面著重分析不同類型斷路器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。如圖5所示。圖5柱上斷路器分類及其特點(diǎn)我們認(rèn)為柱上斷路器應(yīng)采用真空開(kāi)關(guān)管滅弧以提高分?jǐn)嗄芰Γ琒F6氣體解決相間絕緣，縮小體積。因?yàn)榱惚韷海芊鈫?wèn)題相對(duì)容易解決。由于真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)管和斷路器開(kāi)關(guān)管價(jià)格差不多，其他結(jié)構(gòu)也相差無(wú)幾，所以真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)可以用真空斷路器代替。操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)密封，以解決機(jī)構(gòu)銹蝕出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象。永磁機(jī)構(gòu)就其原理而言由于元件數(shù)少，可靠性很高。但要注意到其本質(zhì)上還是電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，瞬時(shí)功率大及機(jī)械特性控制是其難點(diǎn)，啟動(dòng)電容以及電子控制線路的壽命、溫度特性及可靠性是操動(dòng)機(jī)構(gòu)總體可靠性的瓶頸，應(yīng)加以高度重視，這些問(wèn)題若能解決永磁機(jī)構(gòu)應(yīng)為首選機(jī)構(gòu)。彈簧機(jī)構(gòu)若能解決密封問(wèn)題，近期將成為一個(gè)適宜于柱上的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。柱上開(kāi)關(guān)A、B、C三相斷口布置方式，如圖6所示有三種型式。圖6A，B，C三相斷口布置方式柱上斷路器采用三相共箱式為好。分體柱式工藝要求高，材料問(wèn)題也不好解決。負(fù)荷開(kāi)關(guān)采用隔離閘刀式用于農(nóng)網(wǎng)小電流控制或加熔斷器保護(hù)也是可行的。三、柱上饋電線自動(dòng)化一次設(shè)備運(yùn)行模式國(guó)外或國(guó)內(nèi)合資廠柱上開(kāi)關(guān)配電自動(dòng)化運(yùn)行模式有4種見(jiàn)圖7。方案1至方案4相應(yīng)的工作原理見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。方案5為遠(yuǎn)方集中控制模式[5]。圖7柱上配電自動(dòng)化模式1．日本東芝模式：該方案在架空線相間短路故障隔離及恢復(fù)供電方面有效，適用于配電饋線的初級(jí)階段，對(duì)于饋線綜合自動(dòng)化的功能及我國(guó)國(guó)情來(lái)說(shuō)是不完善的。表現(xiàn)在：（1）沒(méi)有接地故障檢測(cè)功能。當(dāng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，若象對(duì)待短路故障一樣全線跳閘，再重合的辦法來(lái)隔離故障，則對(duì)于占總故障數(shù)90的接地故障來(lái)說(shuō)會(huì)出現(xiàn)頻繁跳閘的現(xiàn)象，失去了中性點(diǎn)不接地的優(yōu)點(diǎn)，不如采用中性點(diǎn)接地辦法還會(huì)使線路絕緣水平降下來(lái)。（2）要求出線側(cè)開(kāi)關(guān)具有重合功能。而某些局由于負(fù)荷越來(lái)越重如廣東局則不允許變電站內(nèi)出線側(cè)開(kāi)關(guān)再重合，只能加裝重合器，這樣日本東芝的自動(dòng)配電開(kāi)關(guān)需依賴于重合器，就整個(gè)配電方案而言屬?gòu)膶傥恢昧恕＃?）故障隔離時(shí)間長(zhǎng)，級(jí)數(shù)越多隔離時(shí)間越長(zhǎng)。（4）對(duì)于這一模式的第二、第三階段（文獻(xiàn)4未論及），對(duì)故障判別和隔離，自身解決，對(duì)于負(fù)荷控制，SCADA功能仍需依賴于通訊線路。且操作平臺(tái)不適合中國(guó)國(guó)情。2．對(duì)于有重合器的方案一、方案二和方案四，首先要使接地電流檢測(cè)靈敏度提高，并將接地故障改為慢速跳閘方式，站內(nèi)應(yīng)加裝接地故障微機(jī)選線裝置。國(guó)外重合器價(jià)格比較高。3．遠(yuǎn)方集中控制模式采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)斷路器加智能控制器FTU，在出口端具有重合器功能，其它各段相當(dāng)于分段器功能。具有小電流接地檢測(cè)功能，靈活的通訊方式，適用于配電自動(dòng)化的通訊規(guī)約和適合國(guó)情的配電自動(dòng)化平臺(tái)體系，具有很強(qiáng)的生命力和發(fā)展前景。四、智能控制與智能電器近來(lái)，在電器領(lǐng)域出現(xiàn)了智能電器和智能開(kāi)關(guān)柜的概念，究竟什么樣的電器和開(kāi)關(guān)柜能稱作智能電器和智能開(kāi)關(guān)柜，有將具有自診斷功能、在線檢測(cè)功能作為智能電器特征，有將能在各種環(huán)境下可靠工作作為其特征。其說(shuō)法很不統(tǒng)一，由于科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，智能電器的定義也在不斷變化，但對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行探討是有必要的。智能電器應(yīng)當(dāng)是傳統(tǒng)電器與智能控制相結(jié)合的產(chǎn)物，傳統(tǒng)電器定義為：凡是根據(jù)外界指定訊號(hào)和要求，自動(dòng)或手動(dòng)接通和斷開(kāi)電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備都是電器的范疇[3]。如開(kāi)關(guān)類：斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)，無(wú)功補(bǔ)償裝置，有載或無(wú)載調(diào)壓裝置等。這里有三層意思，一是操作電器的執(zhí)行過(guò)程及結(jié)果：“斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)”，二是操作電器的指令“根據(jù)外界指定訊號(hào)和要求”，三是操作電器的手段“自動(dòng)或手動(dòng)”。智能電器與傳統(tǒng)電器在執(zhí)行過(guò)程及結(jié)果和操作電器的指令上區(qū)別不大。其區(qū)別主要是操作電器的手段上，也即自動(dòng)或手動(dòng)控制還是智能控制，智能控制是建立在自動(dòng)控制的基礎(chǔ)之上，而優(yōu)于自動(dòng)控制。智能控制具有十分明顯的跨學(xué)科結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其構(gòu)成有幾種不同的思想，其中有二元交集結(jié)構(gòu)，三元交集結(jié)構(gòu)和四元交集結(jié)構(gòu)。表示如下：IC=AI∩ACIC=AI∩CT∩ORIC=AI∩CT∩IT∩ORAI---人工智能（ArtificialIntelligence）;AC---自動(dòng)控制(AutomaticCybernetics)CT---控制論(ControlTheory,Cybernetics)OR---運(yùn)籌學(xué)(OperationResearch)IT---信息論(InformationTheory,Informatics)IC---智能控制(IntelligentControl)∩表示交集符號(hào)。這幾種思想的共同特點(diǎn)是均具有人工智能和自動(dòng)控制或控制論。智能控制的核心在高層控制，即組織控制。其任務(wù)在于對(duì)實(shí)際環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)廣義問(wèn)題求解。為此，需要采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示以及自動(dòng)推理和決策等相關(guān)技術(shù)。這些問(wèn)題求解過(guò)[1][2]下一頁(yè)