智能多功能换相开关的研发与应用

● 国网山东省电力有限公司电力科学研究院 梁 波

北京国旺盛源智能终端科技有限公司 李启冉 刘东旭

为了更好地促进营配贯通和台区线损治理工作，低压计量表箱内一般装有用于计量采集的集中器（采集器）和调节三相平衡的换相开关，以及为了实现户表识别的智能识别终端等设备。众多终端设备的加入，虽然对营配贯通的治理起到了明显促进作用，但也增加了低压配网的建设成本，不利于后续的运行维护管理。

基于以上问题，国网山东省电力有限公司电力科学研究院与北京盛源科技公司共同设计研发了一种新型智能多功能换相开关，该产品在原有空气开关功能基础上，不新增设备，通过集成功能模块来实现计量采集、户表关系自动识别、三相不平衡动态监测与自动换相调节等功能，其应用可大幅度降低设备建设与运维成本，丰富现有空气开关的功能，有效节省计量箱的内部空间，提高工作效率和数据准确率，满足营配贯通、线损治理等多功能需求，有力提升配网精益化管理成效。

1 主要功能

1.1 用电信息采集

智能多功能换相开关内置采集模块，可通过载波通讯方式实现表箱内计量表计的用电信息实时采集。

1.2 开关分合闸

在线检查表箱内进线开关的开闭合状态，远程下发停复电指令，实现开关的智能分断。

1.3 三相负荷调整

能够实现对表箱三相负荷的动态监测，根据内置算法，对于三相负荷不平衡率大于20%(阈值可自行设置)的进行智能调整。

1.4 户表关系识别

智能多功能换相开关内置台区识别仪模块，自动实现台区电能表档案精准归纳，准确率100%。

1.5 停电报警

通过在线检测表箱总进线开关、各分路开关及用户表计的状态，自动区分供电方故障与用户方故障，同时进行停电事件的自动上报，从而实现供电企业人员主动抢修。

1.6 线损治理

通过结合用电信息采集与台区户表关系自动识别功能，可对表箱进线侧进行精确计量，实现二级线损分级计算，精准、快速确定线损异常点。

2 实现原理

2.1 信息智能采集

智能多功能换相开关内置高精度的用电信息采集模块，依托载波通讯技术，替代采集器功能，与上层的集中器进行通讯，能全面实现电压、电流以及电量参数等表计用电信息的采集与上下行通信传输。

2.2 远程智能分合闸

依托于用电信息采集功能，对开关分合状态进行检测，从而实时判断开关的闭合或断开状态。检查表箱内进线开关的开闭合状态，可远程下发停复电指令，实现开关智能分断。

2.3 三相负荷智能调整

台区配电变压器室内安装控制器，实时监测变压器A、B、C三相及中性线电流、电压。台区控制器与智能多功能换相开关以无线方式通讯，并可通过用电信息采集系统进行数据上传。台区控制器完成三相负荷数据分析，合理分配动作指令并下发到智能换相开关，由智能换相开关自动完成相间切换，从而使负荷趋于平衡。

智能多功能换相开关换相及供电过程采用晶闸管控制，当需要换相时，当前相晶闸管电流过零自然关断，然后目标相晶闸管导通，整个切换过程负载无供电中断，实现0ms换相。

2.4 户表关系自动识别

控制器与智能多功能换相开关内置台区识别仪模块，采用电流脉冲法原理（工频畸变技术）实现，确保台区识别信号不跨台区，台区内点对点通信无死角，自动实现台区电表档案精准归纳，保证台区识别准确率高于99%。

2.5 表箱及用户停电主动报警

智能多功能换相开关实时监测用户侧用电状态，通过后台软件实现自动分析。同时，多功能换相开关实时监测表箱开关闭合状态，综合判断停电原因，确定是表箱停电还是用户停电，并能区分停电原因（费控停电或内部原因停电），为运维人员提供完整的故障信息，从而实现主动抢修。

2.6 线损精益治理

智能多功能换相开关的户表关系自动识别功能，能够避免串户、保证数据真实性，为线损治理奠定基础；对三相不平衡负荷的及时动态调整，减少了因三相不平衡导致的线损增高情况；表箱内进线侧与表箱内户表之间的二级线损计算分析，能够深入发掘线损异常点，最终提高线损治理精益化水平。

3 换装方式与成本分析

3.1 换装方式

在台区配电变压器室内安装控制器，将表箱内原有空气开关替换为智能多功能换相开关，省去了采集器，表计通过485数据线连接到内置采集模块进行通讯。设备接线示意图如图1所示。

图1 换相开关接线示意图

3.2 成本分析

（1）设备造价方面：使用传统方案时，每个表箱需要安装一台空气开关(200元/台)、一台换相开关(1500元/台)、采集器(150 元/台)、一台户表识别终端(350 元/台)，共计2200元；使用智能多功能换相开关方案，每个表箱只需要安装一台智能多功能换相开关 （1600元/台），共计1600元，单个表箱可节省600元。以500户台区为例， 80个表箱可降低设备成本48000元。同时通过载波通讯方式还省去了485连线的成本，未来可升级到宽带载波，可接入更多设备；同时进一步提高通讯及控制速率。

（2）运行维护方面：以500户台区为例，现场约需要80个表箱，平均每季度人工巡检6次以上，故障率平均每季度9次以上，出动人工大约15次/每季度；换用智能多功能换相开关后，可实现自动在线监测与自动状态巡检，有效降低了巡检次数，每季度巡检3次即可，故障率降低至5次/每季度以下，出动人工大约8次/每季度，有效节省了人力成本。

4 应用效果

4.1 减少设备投入

通过智能多功能换相开关方案，融合了用电信息采集、开关远程分合闸、三相负荷智能调整、户表关系自动识别、线损精益治理等功能，既减少了设备投入，也降低了安装成本，较以往设备成本降低了27%以上。

4.2 降低运维成本

智能多功能换相开关通过对设备的功能融合，一是减少了表箱内设备的安装工作量，大幅缩减了现场设备的安装调试成本，平均安装成本降低50%以上；二是实现了设备在线巡检，有效降低了现场检查及故障检修次数，平均运维成本降低40%以上。

4.3 线损精益化管理

一是该方案可实现户表自动识别和户表关系自动对应，有效避免了线损计算错误；二是实现三相动态检测，实时在线调整三相负荷，有效降低了因三相不平衡导致的线损损耗；三是实现表箱内的二级线损计算，将线损分析管理末端下移到表箱，提升了中低压线损精益化管理水平。

4.4 支撑主动抢修

智能多功能换相开关的应用，实现了对表箱进线开关、出线开关及用户侧故障的在线监测分析，通过后台系统计算模型能够自动分析判断是用户故障还是电网设备故障，有效提高了故障分析诊断能力，为实现主动抢修提供有力支撑。

4.5 促进设备功能融合

智能多功能换相开关融合了开关分断、计量采集、户表识别、在线监测多项功能，符合新兴工业4.0时代下的设备智能化、小型化、模块化的标准要求，是对新型配网设备智能化的有益探索和实践，为未来低压配网设备标准化、集成化做出了示范和表率。