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智慧末端配电终端的现状与发展

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：刘诗琦李昊严凯力夏邦泽

[导读] 摘要：随着技术的迅猛发展，变电站机房正朝着高密度、模块化方向发展，对机房内通信设备末端配电系统在经济性、持续性、灵活性、可靠性上提出了新的挑战。

        (国网浙江省电力有限公司舟山供电公司)
        摘要：随着技术的迅猛发展，变电站机房正朝着高密度、模块化方向发展，对机房内通信设备末端配电系统在经济性、持续性、灵活性、可靠性上提出了新的挑战。普通的断路器末端配电方式难以适应当今技术的发展。智慧末端配电系统结合了末端配电管理软件和末端配电设备，并结合泛在电力物联网技术实现多种管理功能，如用电计量，安全预警、故障定位、漏电自检、负载限定、远程控制等，以此提升通信设备的安全性，为通信设备供电提供更精准，更快速，更可靠的保护措施，保障电力安全稳定运行。
        关键词：配电终端；自动化；断路器。
        0引言
        现有终端配电断路器、自恢复过欠压保护器、电弧故障保护电器等专业电气保护设备的保护功能尽管非常重要，这些设备和保护的功能是在设备个体上独立运行的，是在一种与之被动相应和不可视的状态下完成的，和配电系统中的电气线路、供电电源、终端负载的运行状况无法感知和控制的，虽然提供的保护方法避免了运行故障，但我们在实施故障定位和追溯故障缘起中无法掌控，这对于智能化配电系统中的高效运维和供电等都无法得到切实有力的保障，因终端配件系统分布广、数量居多，给运维管理带来相当的难度，这也就是终端配电系统运行管理缺失的现状所在，故此系统存在着安全风险，目前针对广泛建设的电力能源管理系统来看，电力计量表一般都是配置于主配电系统中，并对用户用电的能耗进行分类、分项管理并实施可视化管理的目标，然而在分配电线路计量设置中并不能非常清晰的掌控能源使用的具体流向，也不能准确的判断能源使用的异常问题。
        1.智慧末端配电终端的发展
        断路器在电力系统起着着非常重要的控制作用，其智能化是建设电气设备智能化和智能电网的基础。断路器的智能化的作用非同一般，并非只要应用于计算机系统就完成智能化的目标，它需要联合最新传感器和微电子以及信息传输等高端智能技术，从而使操动机构发挥可控性和可操动的作用，在智能电网智能化设备甄选中除了常规功能外，它必须具备：对获取周围大量信息的灵敏性和感知性以及精确性；对获取海量信息处理的精准度；对结果处理判断的准确性，再者就是在结果处理后产生的再生信息提供可操作性等。在兼容计算机系统和传感装置的智能化断路器设备，可在气体密度传感器在实现连续不断的状态夏实施有效的监测，并提供确定趋势走向和检测极限值的精确数据，通过运动传感和能量传感器就可以达到在操作机构实现对全程状态的有效监控，将传感器的信号以确定位置指示和电动机控制等多种功能，为附加的电流和电压传感在断路的状况下实施功能优化，相比传统断路器而言，现行的智能断路器则有如下功能。
        一、智能化控制功能
        智能控制单元是断路器在智能控制中的重要部分，其微处理机的核心要素即是对光电转换、数字控制和应用传感技术以及微电子和信息处理技术等多种技木进行完美结合，最终实现断路器在运行操作商更具清晰化和人性化。它不但可以在电力系统在运行过程中对某些特定信息具有采集功能，以此作为断路器当前工作状态的判别依据，而且还使系统处于操作中的准备状态，在系统出现故障时继电保护装置会发出分、合闸的信号指令，并反馈于断路器，控制单元根据系统设置的算法准确算出在断路器工作状态时与设定最佳状态的操动机构进行分析比对，就可以将驱动执行机构和操动机构调整最佳状态，以实现最具操作性的模式。
        1.远端主机通信
        控制单元根据主机所设置的需求将断路器所显示的开断记录等数据通过信息传输接口以网络传输到上位机，上位机以信息传输的网络数据将操作指令、保护参数通过重合闸的方式按照配置设置的指令传送进来。
        2.自动调整操动机构
        3.自动调整操动机构是控制单元的核心功能，它可识别断路器在运行状态下，自行融合与之相应的操动机构所设置的调整量完成自我调整的任务。
        4.自动识别工作状态
        在准确自动识别断路器工作状态的前提下，进行负载电流的分合，并对短路、过载、小电容以及小电感等电流进行了分断。
        5.显示记录工作状态
        一旦出现故障时，断路器则记录了每次开断的详细状况，在出现短路时还记录了包括开断电流的大小数值、开断类型在短路状况下的电流变化，并获取拒分或拒合等相关信息。

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        二、状态监测与诊断功能
        监测与诊断是智能化设备的主要功能，通过计算机配合传感技术和微电子不断升级更新的技术，使智能化断片器快速而准确地完成监测与诊断的工序。
        1.灭弧室寿命的监测与诊断
        触头的电磨损状况是因燃弧电流的大小数值以及燃弧时间的长短而出现的，将每次开断电流的大小数值与相应的磨损量进行计算，而磨损总量则是要根据断路器的额定开断电流以及开断的次数来确定。其监测与诊断功能根据记录分、合次数对开断电流实现累计，超限就会自动报警。
        2.机械故障的监测与诊断
        断路器事故一般情况下是发生在操动机构和控制回路上。智能断路器以多种技术联合作业给出综合而准确的判断，包括对分、合线圈图电流波形的监测，合分线圈回路断路的监测以及对整个运行过程实施监测，监测出的合分速度和液压机构的打压状况，还监测出弹簧机构在弹簧压缩下的状态，传动机构和锁扣部分的运行情况，电动机的工作时间的长短等；在越限时可实现报警的功能。
        3.绝缘状态的监测
        智能枝术将监测断路器的气体压力和局部放电在越限时实施报警或闭锁的功能，通过对信息的处理技术，发展为模拟为人脑在不确定的因素下所作出的思辨、感知、优化以及判断和决策，在线监测数据在绝缘诊断的应用上分为四个层次：即对在线数据进行预处理、提取征兆集的数据和确定故障的类型等。
        4.载流导体及接触部位温度的监测
        因载流导体和母线在连接处受到振动力矩的情况下就会致使电阻的      不断增加，从而导致接触部位的温度也随之增加。一般采用在导体上装载感温元件，它可将受热器件在因过热而出现的信息传输到低电位接受装置中，还可以直接在低电位处将红外光照到载流导体上，并能准确获取被测体的温度。
        三、断路器的智能操作功能
        断路器的智能化为断路器在开断功能上提供了更为可靠的操作性，切实有效地提高了断路器的综合技术性能，在生产运行和研究制造方面有着现实性的价值和意义。
        1.智能化分合速度
        根据智能电网出现的不同状况，智能断路器在操动机构的自行调整方面和灭弧室所预定的工作状况下实现自行选择，在小负载时触头则呈现低速分断，既保证了所带的灭弧能量的同时还减少了机械的损耗，在接收到短路信号时就会自动全速分断，使电气和机械的性能达到最佳的开断效果。
        2.同步分断与选相合闸
        现代传感器技术在交流零点的信号获取上表现出更为高效与可靠。采集到交流电压或电流变化率的零点信号之前和之后均发出控制信号。
        3.断路器的零电压关合
        在零电流下实现分断，就与断路器在同步分断与选相合闸的工况是有着同一性，同步分断则更为有效地提高了断路器的分析能力，一台小容量的开关可以分断出10倍及以上容量的电流，选相合闸维护了系统的稳定性，解决了容性负载下的合闸涌流和过电压问题，永磁操动机构更具可控性，在毫秒级的机构控制时间分散性有效提高纸微秒级的电信号控制的高度，实现了从机械储能、机械脱扣到电储能、电信号直接触发动作的智能性。
        四．结论
        数字化手段正在赋予终端配电系统新的生命力，除了全面提升其核心的电气安全保护功能，还能通过互联互通，实现对线路运行、电气设备等相关关键信息的实时监测和采集，并进行精细化能耗统计和分析，获取决策洞察，实现随时随地的安全可控和高效运维管理。
        参考文献：
        [1] 陈晓宁，马志瀛，超高压智能操作断路器智能控制单元的研究[J]电网技术，2000,(5)
        [2] 邹积岩，王毅，开关智能化概念与相关的理论问题[J]高压电器，2000,(6).
        [3] 史保壮，杨莉，冯德开，智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用[J].高压电器，2001,(1).
        作者简介：刘诗琦（1996.10-）男，浙江舟山人，国网舟山供电公司，从事电力通信运维方面研究。