10kv柱上开关纵向分布式智能控制装置的开发与应用

10kv 柱上开关纵向分布式智能控制装置的开发与应用

申庆雷 孟宪乐

天津融合智慧科技有限公司 天津市武清开发区 301700

摘要：柱上开关在高压电路具有广泛的应用，主要用来隔离电路中的高压。在现代化电网系统中，柱上开关纵向分布式智能控制装置能够通过对电网系统的在线监测以及电网故障的分析定位提高电网的管理控制水平，同时还能隔离故障区域同步进行故障反馈，因而具有极强的应用价值。本文主要介绍了10kv柱上开关纵向分布式智能控制装置的关键技术、控制装置的组成，并以某配网线路开关改造工程为例分析了智能控制装置的应用效果。

关键词：柱上开关；纵向分布式；电力网络；智能控制

1 配电网故障定位现状

现阶段，我国在配电网故障定位方面尚没有成熟且高效的解决措施。大部分情况下，配电网出现故障后无法实现精确的定位，特别是当配电网发生局部短路问题时，控制柜出口处断路器会立即断开，因此即便在主线上进行开关分段，也仅仅能确定故障位置是否在配电线上，不能实现更加准确的定位，隔离故障区域也就无从谈起，所以这种方案通常应用于结构简单的配电网系统中。

就故障隔离而言，目前在配电网系统中应用较广的是以配电开关监控终端（简称FTU）为基础的集成式远程馈线系统。配电网出现故障时，FTU会立即将故障数据传输到主站系统进行拓扑处理，得到配电网故障的大致区域并给出修复方案，然后通过远程在线控制的方式将发生故障的配电网区段从主电网中分隔出去，进而恢复无故障区域的电力供应。该技术方案虽然实现了配电网的故障隔离，但数据的拓扑处理对系统硬件要求较高，同时若配电网结构复杂，运行情况掌握不足，则该方案也只能将故障位置限制在线缆范围，无法完成更加精确的故障定位，此外，该方案还存在拓扑处理需要的时间长、隔离措施可靠性不高的问题。因此，以及FTU的控制装置在实践中应用效果也不够理想，具体的故障点排查仍然需要由人工来完成。

2 10kv柱上开关智能控制技术概述

10kv配电网柱上开关智能控制装置采用了纵向分布式结构，在硬件方面使用了DSP高速采样芯片与单片机控制芯片，是一种新型高压开关控制设施，其在配电网中的主要功能包括保护、测量、控制、通信、在线监测、远程控制等，较为突出的技术特点是集成度高、可以根据实际需要进行不同的配置，并且其界面具有良好的可操作性。目前，智能控制装置已经能够兼容电力宽带、光纤以及无线通信等现代化通信模式，同时还处于101协议、104协议和DNP3.0协议框架内。

10kv配电网柱上开关智能控制装置的硬件组成主要包括线路监控单元、故障检测单元、智能控制开关、通信管理单元以及网络管理单元等，主要功能是通过这些硬件的协同作用完成配电网的在线控制和配电网的自动化监控。智能控制装置在结构上表现出明显的分布式特点，兼具数据信息收集、系统监控以及故障检测等功能，能够实现在线的单相接地、相间短路和电流过载等类型的故障检测。此外，智能控制装置还能完成本地与远方数据维护、调阅管理历史数据操作；和主站SCADA系统之间能够完成数据分享。基于以上特点，柱上开关智能控制装置在检测出配电网中存在零序故障后，通过延时整定使电闸跳开并保持闭锁状态，进而完成失地故障的精确判断，并可以根据具体的故障信息进行自主选择隔离故障线路还是向控制中心上传故障；通常情况下相间故障使用三段式保护，智能控制装置能够通过对三相电流的检测定位故障区域，同时结合分布式控制器的作用完成配电网的精确定位。

柱上开关智能控制装置只需要通过采集配电网故障情况即可完成故障区域的隔离，同步进行故障情况的传输，而不用经过分布式的拓扑处理，因而能够通过临时的断开故障区实现配电网正常区域的电力供应，从而有效的提高了配电网运行的可靠性与稳定性。

3 10kv柱上开关智能控制装置组成

智能控制装置主要包括智能控制器与电力宽带通信设施两部分，二者通过RJ45以太网进行联接，智能控制器在行业标准104规约下与配电自动化主站实现连接。

3.1 电力宽带通信设施

电力宽带通信设施主要包括架空耦合装置和电力线宽带桥两部分。

架空线耦合装置的主要功能是完成高低压信号的转换，本质上是一种信号交换硬件。工作时，在电磁感应的作用下，将低压线圈内的高频信号输送到高压线圈中，同步完成高压线圈内高频信号到低压线圈的传输，以此来完成架空线耦合器信号与中压架空电力线的耦合。

电力线宽带网桥主要由PLC头端、PLC终端以及PLC中继器等组成，其功能是用来转接光纤网和中压电力线通信网，负责PLC宽带网络与设备的管控，并完成网络信号的传递与中继。

3.2 智能控制器

基于FTU的智能型控制器主要由重合闸控制模块、保护模块、充电模块以及电池等组成。若系统中存在外部电源则直接通过外部电源供电；若系统中无外接电源时，由蓄电池负责设备的电力供应。内含的保护模块能够实现零序保护、过压保护、涌流保护等，对于智能控制器的安全运行尤为重要。

智能控制器内部采用了集成型控制电路，能够兼容电力宽带、光纤、无线通信等通信方式的接口改造，能够完成线路开关的智能控制，准确定位失地保护故障位置，隔离故障片段，读取柱上开关的遥测、遥信、遥控数据，还能够完成配电网的智能化管控。

4 10kv柱上开关智能控制器测试效果

某10kv配电网线路开关改造项目中，需要在10条配电网中安装100台左右的柱上开关与智能控制器，主站与柱上开关之间的信息交互通过电力宽带通信来实现。为了保证线路运行的安全性，遥测、遥信、遥控信息通过SCADA自动配电系统进行不间断监测。本文选取该项目中的10kv中新线来完成电力宽带通信和智能控制装置的测试实验。

4.1 电力宽带通信测试效果

按照改造工作方案，耦合器设置在城中线＃１杆、城中线＃8+1杆、中新线＃19杆、中新线＃９杆、中新线＃０杆Ｂ相；中压装置头端设置在城中线＃１杆，通过光纤网络进行数据交互；中压设备中继装置布设在城中线＃8+1杆、中新线＃19杆、中新线＃９杆；中压装置终端布设在中新线＃０杆，连接远动柜。通信效果如下表１所示：

表1 电力宽带通信测试效果

从表1可以看出，电力宽带通信速率符合自动化通信的要求。

4.2 智能控制装置测试

按照工程改造方案，主线分段开关布设在中新线＃９杆，支线开关布设在中新线＃4+1杆，通过智能控制装置进行控制。

智能控制装置通过了绝缘电阻测量、指示灯测试、按键测试、超压保护测试、介质强度试验等多项测试；同时在控制箱内部进行了通信测试，完成了现场开关的“三遥”数据收集和监控；在试验中人工模拟故障后控制装置实现了快速分闸操作，达到了隔离故障的效果。

参考文献：

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