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配电线路熔断器在线监测系统研究

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：施相君刘令凯孔利霞

[导读] 摘要：传统跌落式熔断器装在配电高压变压器高压侧或中压配电线路分支处，作为分支线路和配电变压器过载和短路的保护装置。

        （国网河南省电力公司濮阳县供电公司河南 457100）
        摘要：传统跌落式熔断器装在配电高压变压器高压侧或中压配电线路分支处，作为分支线路和配电变压器过载和短路的保护装置。目前跌落熔断器为单纯一次设备，缺乏简便有效地实时监控手段，一旦发生跌落熔断器跌落事故，电力抢修工作人员无法及时知道跌落熔断器已出现事故，并且由于无法进行快速准确定位，不能及时赶到现场处理事故，从而导致大面积和长时间停电。为帮助配网运维人员掌握熔断器运行状态，及时发现故障，并快速查找故障点恢复故障侧的正常供电，本文研究开发配电线路熔断器监测系统。该系统通过监测和上送熔断器的故障信息、熔管位置、熔断前的故障电流等信息和数据，帮助运行维护人员及时发现故障点，快速实现故障抢修恢复供电，同时系统所采集的熔断电流可作为熔断器设备状态检修的参考。
        一、概述
        目前，在配电线路的末端采用跌落式熔断器进行保护，是一种比较普遍有效的做法，可以在负荷侧发生大电流故障时通过熔丝熔断迅速切断故障，保证非故障线路的正常供电。在实际应用过程中，当熔断器熔丝熔断跌落时，电源侧难以及时发现故障点和掌握熔断器状态。
        传统跌落式熔断器装在配电高压变压器高压侧或中压配电线路分支处，作为分支线路和配电变压器过载和短路的保护装置。目前跌落熔断器为单纯一次设备，缺乏简便有效地实时监控手段，一旦发生跌落熔断器跌落事故，电力抢修工作人员无法及时知道跌落熔断器已出现事故，并且由于无法进行快速准确定位，不能及时赶到现场处理事故，从而导致大面积和长时间停电。跌落式熔断器的智能化研究，将极大地缩短故障时间，提升供电服务质量。目前市面上的监控手段主要是在三相载熔体上分别额外安装一个数据采集单元，电杆上安装一台使用太阳能取电的远程通讯单元，采集单元将数据通过微功率无线传递至通讯单元，通讯单元通过移动网络传递到后台主站，主站再将信息推送到运维人员。由于采集单元使用一次性电池供电，不能实现对跌落开关实时在线监测，另外远程通讯单元安装维护也带来额外工作量。本文介绍的监测系统可以把故障定位信息上传给其他软件，在其他软件上展示出故障位置、故障时间、故障类型等数据。如果传给一套GIS系统，那么可以在地图上清楚地展示故障位置的地理状况，行车路线等，可以极大程度提高故障处理的效率。熔断器状态监测传感器挂线后即可自主运行，安全免维护设计，必要时可通过远程无线维护运行参数，更新故障判据或升级软件程序，方便灵活，提升工作效率。
        二、熔断器实时监测装置的系统构成

        图1 熔断器实时监测装置系统构成示意图
        熔断器实时监测装置主要分为监测主模块和监测子模块两大部分，其中监测主模块嵌入在智能配变终端的IO模块内，主模块一直处于监听状态，当子模块检测到跌落信号时，会主动发送信号给主模块，其他时候子模块处于体眠状态，以节约电池用量。此外子模块每过一段时间也会主动发送状态信息给主模块，主模块以此作为心跳检测，判断子模块是否存在。
        检测子模块主要由以下部分组成：加速度传感器、单片机、射频芯片、电池以及板载天线，其功能框图如图2所示。

        图2 熔断器实时监测装置模块示意图
        处理器为NXP公司的32位微处理器LPC824M201 JHI3 3，速度高达30MHz，并且具有低功耗模式电流低至90uA，封装小，自带晶振及FLASH，无需外围设备，节省空间。
        加速度传感器采用ANALOG DEVICES公司的ADXL343，具有封装小，工作温度范围宽(-40℃-85℃)，功耗低至23uA，适用于自由落体检测。
        CPU处理完运动状态后通过小无线方式上传，小无线选用nRF24L01无线收发器，是一个带有NRF24L01的2.4GHz射频收发器模块。宽范围供电1.8-3.6V，发送时电流10.5mA，睡眠模式功耗只有900nA。在户外NRF24LR的通信距离可达62m。在建筑物内2.4GHz信号会很快消失，通常在通过1-2堵墙之后信号便会丢失，但它在一个20m*20m的房间内可以毫无问题的接收信号。该模块具有125个通信频道，其中一些是用于蓝牙、ZigBee和WiFi的频道。因此，用户必须安装冲突检测，并在频道之间进行切换，以找到空置的频道。
        电池选用FANSO公司的ER14505M，标称3.6V，电量达1450mAh，理论工作时间10年以上，保守预计使用3年。
        通常子模块的单片机和射频芯片均处于体眠状态，单片机内部有一个低功耗的定时器，会在设定的某一个固定时间周期性的唤醒单片机，单片机每次唤醒之后会查询下加速度传感器的状态，并判断当前是是否发生了跌落事件，如果发送了跌落事件，就激活射频芯片主动发送跌落状态信息给主模块;如果没有，就判断是否达到了发送心跳包的周期，如果到了，就激活射频芯片并发送心跳信息。发送完成之后单片机和射频芯片会再次进入体眠状态。其工作流程如图3所示：

        图3 熔断器实时监测装置工作流程
        三、总结
        本文研究设计的配电线路熔断器在线监测系统装置通过实时监测和上送熔断器的状态、大电流故障信息、熔断前的故障电流等信息和数据，可以帮助运行维护人员及时发现故障点，快速实现故障抢修恢复供电，同时系统所采集的熔断电流作为熔断器设备状态检修的参考。
        相对于改造网络结构、增加电力设备、加强巡检强度等手段而言，配电线路熔断器在线监测系统作为一种成本低、见效快、稳定性高、组网灵活的简易型配电自动化系统，更适合于在城市郊区和农村配网进行全面建设，从而有效的提高配网的供电可靠性。
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