王春华 纪陈平 沈卫峰
江苏现代电力科技股份有限公司 南通 226005
摘要：本文从概念、意义和关键技术三个方面探讨了户外高压断路器一二次融合产品，同时介绍了对共箱式户外高压断路器一二次融合的研发实践。
关键词：一二次全融合；断路器
1、户外高压断路器的一二次全融合的概念
户外高压断路器用于配用电电网的户外12kV线路的连接与隔断，是配用电网中基础性和关键性设备,面广量大，保证户外12kV线路的安全、经济运行。
近年来，户外高压断路器逐步实现智能化，其组成 由接入电网的高电压、大电流的一次开关部分和基于一次部分的自动化、智能化的二次部分，二者之间在空间上分离和电气上连接，应用时前者安装在 12kV 线路杆子的顶端，后者则安装在前者的下部，相互之间使用一、二根多芯线缆连接。
户外高压断路器的一二次组成及其分离的情况，造成了设备生产分为一次设备厂家和二次设备厂家。供电公司经常向不同的厂家分别采购一次设备和二次设备，结果产生了如一二次设备接口不匹配和兼容性、扩展性、互换性差，也缺少一二次设备联动测试机制，出现问题时一二次设备厂家有责任分担等问题。
为了解决户外高压断路器的存在问题和实现线损同时采集管理等功能，国家电网于2016 年提出《配电设备一二次融合技术方案》，一二次融合的相关技术、产品因此得到迅速发展。
户外高压断路器一二次融合的第一阶段采用一二次成套 的方式，把二次产品成套于一次断路器上，使用了小信号的 PT 和 CT，解决了原有配网自动化的一部分问题，实现了线损采集功能。但是，控制终端还是沿用了原有的 FTU 及与其配套的电磁式取电 PT，仍然存在安装不便（体积大、重量重）、接口电缆较多、一二次部件生命周期不同步以及电磁式取电PT的固有问题等。
柱上断路器一二次融合的第二阶段采用一二次深度融合的方式。其特点是把电压、电流和取电传感器固封在极柱中，同时采用超低功耗的控制终端，取消了电磁取电 PT，大大降低了产品的体积和重量，提高了整体的可靠性（只有一根电缆连接）。
目前一二次深度融合的户外高压断路器产品结构上仍由分离的一次户外高压断路器和二次控制终端两部分组成，二者通过标准接插连接件实现电气上的融合。如果将二次控制终端融合到一次断路器本体机箱内或者连成一体，则属于一二次“全”融合，实现了一二次在电气和机构上的全融合。
2、户外高压断路器的一二次全融合的意义
把户外高压断路器的二次控制终端与一次断路器本体一体化，实现完全的一二次融合，不仅具有一二次深度融合产品的一二次接口的兼容、互换和极柱内置EPT、ECT，电容取电等特点，而且真正实现一二次设备的联动测试和设备生产制造的单一厂商。
户外高压断路器的一二次全融合与一二次深度融合相比，具有以下意义：
（1）一二次全融合的户外高压断路器可进行一二次的整体性型式试验、出厂试验等，试验具有完整性和与实际使用状态的一致性，试验能反映产品的实际质量，产品质量因此更能得到保证。
（2）一二次全融合的户外高压断路器的一二次之间连接导线短捷与内部化，信息流通稳定可靠，更能实现准确的故障录波、接地精准判断等需要大量可靠信息支撑的功能。
（3）一二次全融合的户外高压断路器应用的现场机械安装与电气接线工作量小，安装高度主要考虑下部有其它线缆过道要求，一般不需要太高，安装容易、安全，
安装后杆状简洁、美观，改善市容市貌。
（4）一二次全融合的户外高压断路器人机联系可采用移动工作站形式，信息量大，运行工况全面、直观、透明，可以设计基于图像识别自动防误等智慧功能。
（5）一二次全融合的户外高压断路器由于安装高度可放低，并且借助基于微型平板电脑的智慧型移动式工作站，因此运行维护安全、方便。
3、12kV 柱上断路器的一二次全融合的关键技术
实现户外高压断路器的一二次全融合，要在户外高压断路器一二次深度融合的技术基础上，应较好地解 决二次控制终端的微电子装置在高电压、大电流环境中的电磁兼容性和二次控制终端的微型化、模块化及其使用操作棒方便地进行装卸等关键技术问题。前者保证产品的运行可靠性，后者使产品具有实用性。一二次全融合的户外高压断路器的二次控制终端 与一次断路器在空间上十分靠近，相互之间又有很多相关传感器、执行器的连接线，要研究特定的电磁兼容技术，确保微电子的二次控制终端在稳定高电压、大电流环境中和瞬间特高电压、特大电流干扰下不仅不致损坏，而且可靠工作，可采用如下一些技术措施。
（1）在有限的空间内进行空间分隔。根据电磁感应的特性，在近区感应场中，场强分布按 1/r3 衰减，因此要摸清干扰源和对干扰敏感的电路或器件，拉开二者的间隔，同时调整辐射方向的方位和进行干扰电场矢量、磁场矢量在空间相位的控制。
（2）对于瞬间特强干扰信号，采用时间分隔方法，使有用信号传输设计在干扰信号停止发射的时间内进行；或者当强信号发射时，使易受干扰的敏感部件短时关闭，以避免遭受损害。当有用信号出现时间与干扰信号出现时间可确定先后关系的情况下，可采用主动时间分隔的办法；而在不确定的情况下，利用干扰信号或有用信号出现的特征使其中某一信号迅速关闭，达到二者时间上不覆盖，即进行时间上的被动分隔。
（3）利用任何信号（包括有用信号和干扰信号）都是由一定的频率分量组成，利用此信号的频谱特征，采用硬件、软件方法，进行频谱管制、滤波、调制等，接收需要的频率分量，剔除有害的频率分量。
一二次全融合的户外高压断路器的二次控制终端与一次户外高压断路器一体化，都安装于较高的户外12kV线路杆上，并靠近高电压。由于一次柱上断路器结构相对简单、零部件较小，实际应用中分、合闸操作很少，而二次控制终端的电子元器件品种、数量很多，其中有使用寿命周期较短的如电池等器件，并且投运之后即持续不间断上电运行，所以生命周期相对要短，存在运行中维护调换的可能。实用的一二次全融合的 12kV 柱上断路器的二次控制终端应能在线（不停电）维保，为此要较好解决以下几个技术问题。
（1）二次控制终端要集成化、小型化，可插拔式装卸，应接插可靠、装卸简便。
（2）有简洁、可靠的防水结构，达到与一次户外高压断路器相同的防水性能，保护二次控制终端在洁净空间运行。
（3）有一种安装于绝缘棒顶端的操作具，手握绝缘棒下端可方便地打开防水结构；装上二次控制终端模块、然后关闭防水结构，或者打开防水结构、卸下二次控制终端、然后关闭防水结构。
（4）配置一种后备保护电路，在装卸二次控制终端模块过程中自动启动后备保护，装卸结束后则自动关闭后备保护。
4、户外高压断路器的一二次全融合的实践与讨论
对于户外高压断路器也进行了一二次全融合实践，一次设备采用了共箱型户外高压断路器以此为基础，断路器由开关主箱、操动副箱和智能副箱组成。
开关主箱中在原机构的基础上安装了 EPT、ECT 和取电电容，操动副箱中为原操动机构。智能副箱置于操动副箱的对侧，箱内有可插拔安装的二次控制终端模块，使用操作具的绝缘棒安装、卸下二次控制，智能副箱的防水密封门，使用操作具方便地将防水密封门打开或者关闭，并达到 IP7 的防水要求。
户外高压断路器经历了一二次融合和一二次深度融合二个阶段，相信随着技术的进步，其一二次融合会继在线（不停电）装卸操作，一般电业专业岗位员工经一小时的指导培训即能掌握，每次安装或者卸下二次控制终端模块的全程时间不会超过五分钟，因此实用性较强，
参考文献：
[1] 高压开关分会秘书处，2018 年高压开关行业综述（四），高压开关行业通讯，2019.
[2] 郑资，配电网一二次融合技术的技术与发展方向，输配电观察，2020（03）.