配电线路智能分界断路器的研究与应用

2015-10-20杨海汪露晶刘月娜

中国科技纵横 2015年19期

杨海汪露晶刘月娜

【摘要】目前国内所有智能开关的厂家都只装了AB或AC两项CT和（或）PT都无法准确的检测出接地故障，更无法有效的隔离故障。并不能实现真正意义的配网线路自动化。本论文主要是研究并开发出一种新型能精确监测线路运行数据，准确检测出短路和接地故障，快速隔离故障，快速切断故障电流的新型断路器。实现真正意义的配网线路自动化。

【关键词】智能分界断路器看门狗配网自动化接地故障线路监测电子式互感器

0引言

随着配电网朝着大容量方向发展，电力系统在监测、控制及保护等方面自动化和智能化要求的不断提高，传统的电磁式电流互感器因自身传感机理所限而呈现出种种难以克服的问题：如体积大，造价高，绝缘结构日趋复杂，已不能满足电力系统自动化、数字化的发展要求，基于电子技术、微机技术、光纤通信技术的新型电子式电流和电压互感器逐步引起人们的重视，随着电力系统向自动化、智能化方向的转变，迫切需要研制新型互感器来替代目前使用的电磁式互感器。与传统电磁式互感器相比，电子式互感器凭借其原理上的优势，成为互感器研究的新方向，受到国内外研究人员的广泛关注。

目前一些短路和接地故障检测技术已经在馈线自动化终端上得到了广泛的采用，其接地故障的检测原理主要是通过检测线路零序电流和零序电压判断接地故障，但这种方式的准确性和适用性无法满足较高的要求，本论文所阐述的配电线路智能分界断路器为国内外首次采用零序电流、零序电压、接地瞬时电容电流突变量、单相对地电压信号突变量综合判断接地故障，弥补单一零序检测法的缺陷。

1原理

1.1 操作机构

用微电子技术控制电磁线圈输出功进行合闸和分闸操作，并利用永磁体产生的吸合力使断路器保持在合闸或分闸状态。

1.2 电子式互感器

1.2.1 电子式电流互感器工作原理

罗氏（Rogowski）线圈设计原理（如图1）：罗氏线圈是将导线均匀地绕在非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。由于不存在铁心所以不存在饱和现象。如果母线电流为i（t），根据法拉第电磁感应定律，罗氏线圈两端产生的感应电势：

e（t）= -Mdi/dt，其中M为互感系数

罗氏线圈两端产生的感应电势e（t）经过积分器处理后得到与被测电流成比例的电压信号，经处理、变换后，即可得到与一次电流成比例的模拟量输出。

图1 罗氏（Rogowski）线圈原理示意图

低功率小铁心线圈原理（如图2）：小铁心线圈式低功率电流互感器包含一次绕组小铁心和损耗极小的二次绕组。二次绕组上连接集成元件Ra，因此，其二次输出为电压信号。二次电流I2 在集成元件Ra 上产生的电压降Us，其幅值正比于一次电流且同相位。而且，互感器的内部损耗和负荷要求的二次功率越小，其测量范围越宽、准确度越高。其原理图如下：

图2 低功率小铁心线圈原理示意图

1.2.2 电子式电压互感器工作原理

电子式电压互感器采用电阻、阻容分压原理，其输出在整个测量范围内呈线性，其原理图如图3所示。

将一次高电压转换成低电压，经处理后输出符合标准的二次电压。Tv 是过电压保护装置，一旦出现Rb 损坏，可以限制二次电压升高保护测量系统。由于高压端与分压器本体及分压器本体与地之间存在杂散电容，使分压器产生误差，而且电压分布不均匀。为改善电压分布、减小分压器误差，在分压器高压端加屏蔽电极，以补偿分压器对地杂散电容。同时，在接地端加屏蔽电极，使分压器对地杂散电容相对固定。

图3电阻分压原理图

I--均压电极，Ra—高压臂电阻，Rb—低压臂电阻

1.3 接地故障检测原理

首次采用零序电流、零序电压、接地瞬时电容电流突变量、单相对地电压信号突变量进行接地故障判断。

2结构组成

如图4所示，设计产品主要由断路器、永磁机构、电子式电流电压互感器、控制器构成。

图4 结构组成图

3结论

样机完成后在贵州电网公司惠水供电局进行项目测试，组建智能化配电线路。经测试产品完全符合设计初衷。达到以下设计目的：

3.1 减少设备投资

新型智能开关可以实现配电线路的电压、电流、零序电压、零序电流、有功、无功、视在功率、功率因数、电度数、故障电流等运行参数得全面监测，及单相接地、短路、过压保护等功能。通过一种设备可对配电线路进行全面的监测，不需要再进行重复单一的投资。

3.2 提高工作效率，降低运营成本