农村配电线路熔断器在线监测系统的开发及应用分析

2022-06-15陈扬哲徐伟丰吕一帆陈伟伟郑文

中国设备工程 2022年11期

陈扬哲，徐伟丰，吕一帆，陈伟伟，郑文

（国网浙江省电力有限公司松阳县供电公司，浙江松阳 323400）

在农村配电网中，广泛采用了跌落式熔断器，以保证当配电线路中出现故障时，能够通过跌落式熔断器，可靠隔离故障点，保证配电线路的运行安全。但在目前的农村配电线路跌落式熔断器的监测中，无法及时感知熔断器跌落时的具体故障位置点，并且对于故障电流和故障发生的时间等信息也无法知晓，这样就使得对配电线路中存在的故障排查不够及时，导致配电系统停电时间过长，引起电力客户供电满意度下降。为此有必要采用农村配电线路熔断器在线监测系统，在该监测系统中，通过无线通信技术，可以实现跌落式熔断器、监测功能模块、主站监测系统软件、定位功能模块之间的相互通信，达到对跌落式熔断器的在线实时监测及智能化管控的目的，以下进行系统的分析。

1 农村配电线路中的跌落式熔断器

1.1 跌落式熔断器的运维现状

跌落式熔断器在生产制造成本上较低，一般当配电线路的运维人员发现跌落式熔断器出现了故障或者是发生了误动作，则会直接调整跌落式熔断器或者进行更换，并没有采取较多的在线监测装置。而由于跌落式熔断器位于户外，其运行环境较为复杂，在长期的运行过程中，跌落式熔断器中的金属结构、绝缘系统或者是熔丝管等部件都可能会出现一定的问题。一旦跌落式熔断器发生故障而使得其所在的配电台区停电，则容易导致该辖区内大量的电力用户停电。如果改配电台区内含有大量的工业负荷，甚至是精密性工业企业，则会给这些工业生产企业带来较大的经济损失。如果情况较为严重，还会在更大范围内造成停电事故。

1.2 采用农村配电线路熔断器在线监测系统的必要性

跌落式熔断器一般是安装在配电线路中的分支线上，当线路中发生故障时，可以缩短故障停电范围。同时当需要对配电线路进行检修时，通过跌落式熔断器，也能够形成一个断开点，给检修作业人员提供一个安全的操作环境。跌落式熔断器的运行原理主要是当故障电流将熔断器中的熔丝熔断之后，在重力的作用下发生跌落，从而切断电路。此外跌落式熔断器也可以安装在配电变压器中，可以作为变压器的保护使用。但目前对跌落式熔断器的监测及管控力度相对不足，随着智能配电网的发展以及农村电力用户对供电可靠性要求的提高，需要对配电线路的运行状态信息有充分的了解，为此有必要采用农村配电线路熔断器在线监测系统，实现对农村配电线路的智能化高效运维。通过采用在线监测系统，能够在配电线路事故发生前，就提前发现设备中所存在的问题，这样就可以避免出现配电线路跳闸的事故。

2 农村配电线路熔断器在线监测系统开发

2.1 农村配电线路熔断器在线监测系统的组成

在开发农村配电线路熔断器在线监测系统之前，需要对在线监测系统的各个功能进行分解，并设置各个功能模块，分别完成不同的功能。在配电线路熔断器在线监测系统中，包括了多状态监测传感器和就地智能终端，可以对跌落式熔断器运行状态信息进行在线监测，实现对熔断器故障信息、熔管位置、熔断前的故障电流等数据的实时监测及上送，图1为配电线路熔断器在线监测系统的基本结构。

图1 配电线路熔断器在线监测系统的基本结构

从图1中的配电线路熔断器在线监测系统的基本结构图中可以看出，在监测系统中包括了智能监测模块、数据中转单元、数据处理模块和远程移动端服务器等。在线监测系统在具体的应用中，首先智能监测模块依靠多状态监测传感器进行跌落式熔断器运行状态信息的采集，并通过数据中转单元，将所采集到的数据通过APN无线通信专网转发到远程后台数据处理系统中。经过数据处理系统的分析和计算，将跌落式熔断器的具体状态信息和故障点的具体位置等数据发送到移动客户端，或通过web界面进行浏览。其中在数据中转功能模块中，还具备了定位功能，使得配电线路具体的故障位置数据信息也能够一起发送到数据处理系统中。配电线路的运维人员掌握了故障点的具体位置信息之后，就可以直接赶赴现场进行处理，从而缩短了故障的处理时间，并且能够快速恢复配电系统的正常供电。

同时，由于该熔断器在线监测系统，在数据传输过程中采用的是无线通信方式，故在通信过程中应注意采取信息安全防护措施。在熔断器监测系统主站侧，应配置防火墙，使得主站服务器和现场智能监测终端之间形成一个有效的隔离，保证数据信息的安全性。对防火墙中的访问控制策略，应采取最小化的原则进行设置，严格限制访问网络地址及网络端口。

2.2 熔断器在线监测系统中的智能检测终端

根据图1在线监测系统的整体结构图，智能检测模块是关键组成，能够为监测系统提供丰富的原始数据，也是实现在线监测功能的关键。为了更好地实现对熔断器的在线监测功能，智能检测终端采用模块化的设计思想，这也就可以使得熔断器在线监测系统中的智能检测终端具备较强的抗干扰能力、运行功耗也相对较低。熔断器在线监测系统中的智能检测终端在实际的施工安装中，可以安装在熔断器中的熔丝管处，这样就可以直接实现对熔断器运行状态的监测，图2为在线监测系统中的智能检测终端结构图。

图2 在线监测系统中的智能检测终端

从图2中可以看出，在监测系统智能检测终端的组成结构中，主要包括了电磁场感应单元、电流及电压检测单元、供电单元、位置信息采集单元、数据储存单元、时钟单元、本地通信单元以及状态显示单元等。这些都是监测系统中智能检测终端的重要组成部分，需要各个组成部件之间的相互协调运行，才能够保证整个监测系统中的智能检测终端安全可靠运行。其中对于智能检测终端中的主处理器，可以根据电压及电流信息采集单元所采集到的参数信息，判断配电线路故障类型是否为接地、雷击或者是短路等。时钟单元可以用来记录电流、电压等模拟量的时间信息，经过主处理器的分析和处理之后，就可以将数据进行存储，并通过通信单元将数据进行发送。其中最为关键的为主处理器中的故障判断模块，可以根据获取到的暂态电流信号，将信号中的分量幅值进行对比，进而判断该信号是否属于故障电流的信号。同时，还可以通过波形匹配电路，观察配电线路中的物理量的波形是否出现了明显的变化，来对熔断器的运行状态进行监测。如果配电线路中的电压或者电流的波形发生了突变，则表明该配电线路可能出现了故障。

3 农村配电线路熔断器在线监测系统的应用

3.1 农村配电线路熔断器在线监测系统的应用功能

农村配电线路熔断器在线监测系统在实际的应用中，主要的应用功能包括以下几点：一是遥信，可以对跌落式熔断器的工作状态进行分析，发送熔断器的分合位置信息给主站监控系统，这样监控系统主站就可以实时掌握跌落式熔断器是处于正常工作状态还是出现了故障。二是遥测，可以实时上送熔断器中流过的正常负荷电流，当配电线路中发生了故障时，还可以通过配电线路熔断器在线监测系统，上送跌落式熔断器中所流过的故障电流数据。三是遥调，可以远程给智能监测终端下发故障整定值、故障复位时间等，从而强化对熔断器的在线管控，这样就可以方便对跌落式熔断器进行维护，而不必去现场进行操作。

3.2 农村配电线路熔断器在线监测系统的应用效果

将本文所分析的农村配电线路熔断器在线监测系统应用在某山区配电网中，验证在线监测系统的实际应用性能。由于该地区的负荷较为分散，所需要的供电半径较长，在该山区配电线路中采用了较多的跌落式熔断器。以往山区配电网运维人员无法及时获知哪个位置的熔断器发生了动作，导致停电时间较长，对供电企业的优质服务产生了较大的影响。通过在该山区配电线路中部署了20套智能监测设备，在远程浏览端可以详细展示分布在各个不同位置熔断器的运行数据。当配电线路发生了故障时，移动终端也收到了系统自动发送的短信信息，表明该农村配电线路熔断器在线监测系统具有较好的实际应用效果。一般整个配电线路故障处理时间在30min左右，和传统的配电线路运维模式相比，通过采用在线监测系统，明显缩短了停电时间，提高了供电企业的概念收益，经济效益较为突出，取得了很好的实际应用效果。同时该监测系统具有故障判断准确及时、数据采集真实、通信可靠等优点，可以在实际的农村配电线路运维中加以推广应用。