配电自动化开关设备的技术问题分析

曲丙政　高晶　李宏哲

摘 要：随着电力网络的发展，用电负荷的增长，出现了各种新型负载，用户更加关注电能质量的问题，同时对节能减排也提出了更为严格的要求。“十一五”期间，国家电网投资5500亿元用于配电网的建设和改造。合理分配电能，降低能耗、提高供电质量，延长电气设备使用周期及获得实时动态资料是提升国民经济发展战略的重大举措之一。

关键词：电力系统；配电；自动化

1 配电自动化系统

配电自动化系统通过运用技术手段和管理手段降低生产中的能源消耗、降低综合能源成本；依靠主动性防御性的维护及服务，保证能源使用的高效可靠、平稳连续；监视并分析电能质量问题，降低故障风险；通过有效的诊断工具分析故障原因，缩短故障停电时间。

配电自动化系统的应用实现了配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备，其功能有以下方面：系统运行监视和控制、电能质量监视和控制、电能消耗统计和分析、功率因数监视和控制、 高精度电能计量、预防性电气火灾监视、报警和事件管理、报表管理、用户管理。配电自动化系统具有良好的开放性，可方便的与其他系统和智能设备进行通讯。

配电自动化系统与配电管理系统可以说是一体的，从配电结构来分，包括变电站自动化和馈电线自动化，馈电线自动化又包括柱上馈电线自动化和电缆馈电线自动化。

2 馈线自动化

馈线自动化系统是对配电线路上的设备进行远方实时监控、协调及控制的一个集成系统。馈线自动化是是配电网自动化的重要内容之一，也叫电线路自动化。馈线自动化经过了漫长的发展历程，才逐渐的走向完善并被广泛的应用。国外在八十年代就开发了故障检测的重合器并随着配电自动化的产生出现了故障集中处理技术，进而又被收集传送到计算机进行处理。我国配电自动化起步晚，还处于发展阶段，有很多需要完善的地方，但同时应开发出适合我国国情的配电自动化模式。

2.1 馈电自动化系统故障处理

2.1.1 无通信通道

通过重合器、分段器、重合分段器来实现故障的自动隔离和恢复非故障区的供电，技术相对落后。

2.1.2 有通信通道

这种情况下实现故障处理首先系统要无条件的迅速切除任何故障，然后将故障线路分离主电路。

2.2 故障分两种

2.2.1 瞬时故障，主供侧线路保护动作跳闸，线路失压，故障点绝缘恢复，然后出线开关重合成功，恢复供电。

2.2.2 永久性故障：主供侧线路保护动作跳闸，线路失压，各分段开关与变电站及相邻分段开关交换信息，明确并隔离故障，出线电流保护返回，恢复非故障线段的正常供电。

2.3 馈线自动化实现的功能有：（1）馈线运行状态监测；（2）馈线控制；（3）馈线的故障定位、隔离和自动恢复供电。

柱上馈电线自动化通过与配电管理平台的配合实现遥信、遥控、遥调、遥测实现了监视控制和数据采集。它能够实现故障定位、隔离、自动恢复供电等功能。

3 柱上开关设备

柱上开关设备是指在户外架空线路上装设的具有控制、保护和隔离电源功能的开关设备，适用于城市郊区和农村电网，其参数通常较低。由于户外运行，日晒雨淋，所以柱上开关的运行环境比较恶劣。柱上安装，不宜配柜子，所以在断路器外壳内配有电流互感器、控制器等。

3.1 柱上开关

主要包括断路器、自动重合器、负荷开关、分段器和配电自动化开关。它占地面积小，成本低，结构简单，操作方便，可实现分散控制和保护，加之新技术、新工艺的发展，柱上开关得到了广泛的应用。

3.2 柱上断路器

它是指在线路上能够关合、承载、开断运行回路的正常电流，能够在规定的时间内关合、承载、开断过载电流和短路电流的设备。

3.3 自动重合器

重合器在开断故障电流的功能上与断路器相似，尤其是在弹簧机构和永磁机构充分发展之后，两者可以说基本相同。但重合器在保护和控制功能上比断路器自动化程度高，可自动进行多次开断和重合操作。

3.4 负荷开关

柱上负荷开关能关合、开断和承载线路正常电流，并关合和承载规定的异常电流的设备。它可以单独使用，作为主机控制、线路倒换和支路切换；也可以与熔断器组合使用，作为变压器。高压电动机等设备的控制和保护。

3.5 分段器

分段器是一种能够记忆通过电流的次数，并达到整定的次数后，在无电压或无电流下自动分闸的开关设备，在开断能力上与负荷开关相同。

4 柱上开关设备与配电自动化系统模式

4.1 电流模式：基于自动化开关设备相互配合，实现故障隔离。优点是建设费用低，不需要建设通讯通道和主站系统；缺点：仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化运行方式。

4.2 电压模式：重合器与电压-时间型分段器配合。

4.3 电压电流型模式：重合器与电压-电流型开关配合。

4.4 基于馈线远方终端的馈线自动化系统：柱上开关设备配远方终端，通过通道与集控中心相连，进行双向通信，可以实现遥控、通信和遥测。

4.5 智能控制与智能电器

从提出智能控制以来，智能控制已经从二元论（人工智能和控制论）发展到四元论（人工智能，模糊集理论，运筹学和控制论），成果和理论都得到了不断地发展和完善。

当微处理器和计算机引入电器设备时，智能电器便应运而生，一方面是电器设备具有了智能化的功能，另一方面是开关电器，包括智能化断路器和智能化电机控制器与中央控制计算机实现了双向通讯。

自动化控制领域中通常广泛使用到软启动器、不间断电源等，这些装置会让整个配电系统产生高次谐波，通过反应故障电流峰值的电子脱扣器，容易导致断路器误动作。但是如果使用了智能断路器，它会准确的反映出负载电流的真实性和有效性，从而能消除高次谐波信号，避免了开关的误动作。

智能电器单元实现了集中控制，提高了配电自动化的程度；使系统整体的运行、维护水平达到了及时精确，甚至是可逻辑分析的高度。同传统的跟踪指令相比，信息清晰，消除了冗余数据，便于对系统进行分析，同时也提高了工作的可操作性。

智能电器的技术有着深远的发展前景，随机灵活的应用同样需要关注。

6 结束语

自动化系统功能的实现有四种方式：有线通讯、无线通讯、光纤通讯、和电力载波；配电自动化的概念及需求已超越原来重合器/分段器的配合要求，不仅可以用于辐射电网，也可用于环网，这种配合的概念也逐渐被智能柱上开关取而代之。

参考文献

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[2]胡宾.柱上自动化开关的研制[D].贵州大学2007年硕士论文，2007.

[3]佚名.计算机应用技术[M].人民日报出版社，2004.

[4]王建华.电气工程师手册[M].机械工业出版社，2006.