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發(fā)布時間：2021-05-18 13:38:54
環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)日益成熟，而環(huán)網(wǎng)柜以其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、維護(hù)簡單、安全可靠、方便供電等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展及智能配電網(wǎng)的建設(shè)，對供電質(zhì)量和可靠性的要求不斷提高。環(huán)網(wǎng)柜要求小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，具有配網(wǎng)自動化的功能。目前國內(nèi)外大部分的做法是利用現(xiàn)有的產(chǎn)品，在普通環(huán)網(wǎng)柜的基礎(chǔ)上配置電流互感器、電壓互感器、電動操作機構(gòu)、故障指示器、繼電保護(hù)模塊、配電終端單元等，可以使環(huán)網(wǎng)柜具備測控與保護(hù)功能，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜基本智能化。
傳統(tǒng)DTU的架構(gòu)是核心單元加外圍部件，還配備了備用電源及通信模塊。其不足之處：（1）DTU里面的功能部件過于冗雜，造成DTU本身體積較大，在安裝及維護(hù)上不方便；（2）造成環(huán)網(wǎng)柜對DTU的依賴性增強，如現(xiàn)在許多環(huán)網(wǎng)柜使用的是DTU自帶后備電源，如果DTU出現(xiàn)故障，容易造成環(huán)網(wǎng)柜整個二次控制回路掉電，不利于提高供電的可靠性；（3）環(huán)網(wǎng)柜里一些模塊的功能重復(fù)，如一些環(huán)網(wǎng)柜在配備DTU的同時還在每個環(huán)網(wǎng)柜間隔上配備看門狗裝置，功能重復(fù)太多，不利于設(shè)備整體功能及性能的優(yōu)化；（4）環(huán)網(wǎng)柜整體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想的架構(gòu)，各功能模塊之間的配合沒有實現(xiàn)優(yōu)化組合。針對以上問題，提出一種新型集中式智能環(huán)網(wǎng)柜方案。首先對環(huán)網(wǎng)柜本體進(jìn)行小型化改造，其次對環(huán)網(wǎng)柜的操作機構(gòu)、集中式智能控制器、智能電源等作了智能化處理，最后對環(huán)網(wǎng)柜通信模塊進(jìn)行改造，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的不間斷通信。
1集中式智能環(huán)網(wǎng)柜總體方案智能環(huán)網(wǎng)柜是利用現(xiàn)代的電力電子、自動化控制、傳感測量等技術(shù)將10kV負(fù)荷開關(guān)柜、斷路器柜、熔斷器柜、互感器與保護(hù)裝置、通信裝置、計量儀表等模塊組合在一起，實現(xiàn)電網(wǎng)一次設(shè)備與二次設(shè)備的良好結(jié)合。集中式智能環(huán)網(wǎng)柜整體框架如圖1所示。
集中式智能環(huán)網(wǎng)柜主要包含環(huán)網(wǎng)柜本體、操作機構(gòu)、互感器、集中式智能控制器、通信終端、智能電源等。本方案采用的組合式光電互感器能夠給電源系統(tǒng)充電和提供環(huán)網(wǎng)柜各回路電流電壓信號。電源系統(tǒng)能夠給環(huán)網(wǎng)柜各回路提供操作電源，并配備了后備電源，在環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線失電時能夠持續(xù)提供工作電源。方案中采用的集中式智能控制器，安裝方便、體積小巧，和傳統(tǒng)DTU的核心單元相當(dāng)，能夠很好的監(jiān)測環(huán)網(wǎng)柜每回路的電氣量和非電氣量信號。集中式智能控制器將采集到的信號處理之后傳輸給通信終端，由通信終端完成環(huán)網(wǎng)柜對外通信，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的配網(wǎng)自動化功能。
2集中式環(huán)網(wǎng)柜的構(gòu)成
2.1環(huán)網(wǎng)柜本體環(huán)網(wǎng)柜的本體結(jié)構(gòu)分為氣箱、操作機構(gòu)室、電纜室和母線連接室（部分柜有）。本方案中環(huán)網(wǎng)柜本體采用上斷路器下負(fù)荷開關(guān)的形式。斷路器具有體積小、重量輕、適于頻繁操作、滅弧能力強、機械壽命及電氣壽命長等優(yōu)點；負(fù)荷開關(guān)采用三工位、真空滅弧的開關(guān)本體，具有全絕緣、斷口可視、可防內(nèi)燃弧等優(yōu)點。充當(dāng)隔離開關(guān)使用，提供一個明顯的斷點，方便維護(hù)與檢修。整組柜子采用共箱式結(jié)構(gòu)，開關(guān)裝置和硬母線密閉在同一個金屬封閉外殼內(nèi)，一般采用SF6作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，環(huán)網(wǎng)柜整體上具有可靠的安全性、優(yōu)異的開關(guān)動作，結(jié)構(gòu)緊湊及免維護(hù)等特點。
2.2操作機構(gòu)環(huán)網(wǎng)柜的操作機構(gòu)能夠?qū)Νh(huán)網(wǎng)柜的開關(guān)本體進(jìn)行操作，從而實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的合分閘動作，主要可以分為手動機構(gòu)和和彈簧操作機構(gòu)。手動操作機構(gòu)是一種靠人手進(jìn)行分合閘操動的操作機構(gòu)；彈簧操作機構(gòu)是一種利用已儲能的彈簧作為動力來操動的機構(gòu)，其彈簧的儲能是通過電動機驅(qū)動來完成的。環(huán)網(wǎng)柜操作機構(gòu)的可靠性是保證環(huán)網(wǎng)柜供電可靠性的前提，以前的操作機構(gòu)過于簡單，只是單純的完成合分閘動作，但是智能環(huán)網(wǎng)柜要求其操作機構(gòu)必須向智能化的方向發(fā)展。操作機構(gòu)的通用性應(yīng)進(jìn)一步提高，能夠滿足常見的如DC24V、DC48V、DC110V、DC220V、AC220V等電壓等級；電動操作裝置在接受用戶操作指令后，首先要判斷操作條件是否滿足，如不滿足“五防聯(lián)鎖”閉鎖條件時，控制裝置會給用戶明確提示，以方便用戶進(jìn)行處理。操作機構(gòu)本身應(yīng)具備機械五防的要求，確保機構(gòu)的正常動作。
2.3互感器互感器是用來給環(huán)網(wǎng)柜的保護(hù)裝置提供電流、電壓信號，從而實現(xiàn)繼電保護(hù)功能，電壓互感器可以為環(huán)網(wǎng)柜的控制回路提供操作電源。本方案采用的互感器為組合式光電互感器，具有體積小、重量輕、抗干擾性能好等優(yōu)點，有利于環(huán)網(wǎng)柜測量精度的提高。該互感器還配備防開路保護(hù)模塊，使用一體化設(shè)計，確保光電式互感器在發(fā)生故障時不會感應(yīng)出高電壓，使人身和設(shè)備免受危害，最大限度地提高設(shè)備使用的安全性。
2.4集中式智能控制器本方案提出的集中式智能控制器，是集數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）功能、繼電保護(hù)、故障檢測、遠(yuǎn)程控制、饋線自動化于一體的智能配電終端。控制器能夠可靠的對環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行監(jiān)控，同時會配合配電子站、主站實現(xiàn)配電線路的正常監(jiān)控和故障識別、隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電，實現(xiàn)配電自動化。本方案采用的集中式智能控制器具有如下特點：（1）制器本身的體積小巧，可擴展性較好，有助于環(huán)網(wǎng)柜向小型化、智能化方向發(fā)展。（2）控制器能夠同時電流采集互感器的保護(hù)側(cè)和測量側(cè)電流，不需要再配置單獨的保護(hù)模塊，既能滿足對電流測量精度的要求也能滿足在故障時可靠的動作。這樣能夠節(jié)省環(huán)網(wǎng)柜的整體空滿足環(huán)網(wǎng)柜向小型化、智能化的方向發(fā)展。（3）將環(huán)網(wǎng)柜中的一些功能模塊都整合在控制器當(dāng)中，整個柜子會更加簡潔。（4）控制器采集的信號豐富，保護(hù)功能全面，低氣壓事故、超溫、裝置異常等都能做到保護(hù)跳閘和故障報警。（5）整個環(huán)網(wǎng)柜的維護(hù)量會減小，操作起來更加方面，以后會實現(xiàn)免維護(hù)。
2.5通信終端通信終端將集中式智能控制器的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以便智能環(huán)網(wǎng)柜安全可靠的與主站／子站通信，通信速度快能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜實時在線監(jiān)控以及配電網(wǎng)中故障的快速處理。通信終端配備以太網(wǎng)接口、GPRS／CDMA通訊接口、RS‐232／485接口，實現(xiàn)主站／子站的不間斷通信。
2.6智能電源環(huán)網(wǎng)柜的操作機構(gòu)、控制器、通信終端等二次設(shè)備都需要實現(xiàn)不間斷供電。為了提高供電的可靠性，要求在供電電源失電時，二次回路仍然會有電源，能夠繼續(xù)可靠的動作，環(huán)網(wǎng)柜中必須具有備用電源。為了提高供電電源的可靠性本電源的設(shè)計主要采用了如下方法：（1）環(huán)網(wǎng)柜一般采用雙進(jìn)線，兩條進(jìn)線互為備用給電源的充電模塊供電，當(dāng)其中一條進(jìn)線失電時，由繼電器將另一條進(jìn)線的220V電源轉(zhuǎn)給充電模塊，保證整個柜子的二次回路繼續(xù)供電。（2）當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜的兩條進(jìn)線都失電的時候，為了使二次回路繼續(xù)帶電，需要由備用電源繼續(xù)供電。現(xiàn)在主要的備用電源是不間斷電源（UPS）和蓄電池，還有的采用超級電容供電。為了提高供電的可靠性，本電源方案采用蓄電池與超極電容相結(jié)合，兩種電源可互為備用，能夠進(jìn)一步提高供電的可靠性。智能電源的方案如圖2所示。
智能電源的電源管理模塊主要功能：
（1）充電功能。在充電電源有電時，可靠的對后備電源進(jìn)行恒壓、恒流充電。
（2）保護(hù)功能。包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)以及輸出短路保護(hù)、過放電保護(hù)。
（3）不間斷供電功能。交流電源與后備電源的控制回路相互獨立，在一方出現(xiàn)問題時不影響二次設(shè)備的正常供電。
（4）告警功能。在充電電源失電、電池欠壓、過壓、過熱等異常情況以及電池活化時發(fā)出告警信號。
（5）電池活化功能。活化方式可以設(shè)置自動定期活化也可以手動控制活化或遠(yuǎn)方遙控活化。3集中式智能環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用集中式智能環(huán)網(wǎng)柜在城市小區(qū)智能配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如圖3所示
圖3是通過集中式智能環(huán)網(wǎng)柜構(gòu)建的一個配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，在正常工作的時候，集中式智能控制器采集環(huán)網(wǎng)柜每個間隔信號，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)對配網(wǎng)主站進(jìn)行通信，采取的通信方式有光纖、無線等。在配網(wǎng)主站能夠清楚詳細(xì)的看到環(huán)網(wǎng)柜每個開關(guān)的狀態(tài)、電氣量及非電氣量信息。當(dāng)在F1處發(fā)生故障時，故障上游處變電站A的出線斷路器K1及環(huán)網(wǎng)柜1的兩個進(jìn)線K11和K12均能檢測到故障信號，而故障下游處的K22則檢測不到故障信號。集中式智能控制器將采集到的故障信號傳輸?shù)脚渚W(wǎng)主站，配網(wǎng)主站對故障信號進(jìn)行分析和邏輯判斷，故障點肯定位于兩邊信號不通35第3期魏永樂，等：集中式智能環(huán)網(wǎng)柜方案
的區(qū)段，兩邊都能或者都不能檢測到故障信號的區(qū)段則不是故障線路，所以可快速容易的將故障點定位在K12和K21之間。開關(guān)K12會跳閘，開關(guān)K21保持分閘狀態(tài)并閉鎖，將故障區(qū)段切除。配網(wǎng)主站接收到隔離成功信息，通過調(diào)度自動化系統(tǒng)將開關(guān)K11合閘，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。同理，當(dāng)在F2處發(fā)生故障時，集中式智能控制器將采集到的故障信號傳輸?shù)脚渚W(wǎng)主站，配網(wǎng)主站對故障信號進(jìn)行分析和邏輯判斷。通過故障點處在兩邊感受到信號不通的區(qū)段的判據(jù)，將故障定位在K22和K31之間。開關(guān)K3會跳開然后自動重合，開關(guān)K31、K22跳開后不再閉合，將故障區(qū)段切除。配網(wǎng)主站接收到隔離成功信息，通過調(diào)度自動化系統(tǒng)將開關(guān)K21合閘，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。在整個過程中，從發(fā)現(xiàn)故障到故障隔離最后將非故障區(qū)域恢復(fù)供電所需要的時間非常的少，能夠最大限度的提高供電的可靠性，這是采用智能環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)越性所在
4結(jié)束語本文提出了一種只保留傳統(tǒng)DTU核心單元的集中式智能環(huán)網(wǎng)柜方案，該方案優(yōu)化了環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)，剔除了環(huán)網(wǎng)柜中一些功能重復(fù)的部分；減小了環(huán)網(wǎng)柜對功能模塊的依賴性，提高了供電的可靠性；減小了環(huán)網(wǎng)柜的體積，實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)柜的小型化。
