配網分界分段開關（智能永磁真空斷路器）功能優化探討

李鑫　李寧　馬驥驥

摘要：隨著社會經濟和科學技術的高速發展，城鄉電網對高質量、高可靠性的電能供應提出了越來越高的要求。逐步實現城鄉電網的配電自動化、電氣化、智能化，以提高整個配電系統的電能和供電可靠性，其社會效益和經濟效益都是非常明顯的。為此，我國目前正投以巨資對城鄉電網進行建設與改造。智能電網就是電網的智能化（智電電力），也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

關鍵詞：配網分界;分段開關;功能優化;探討

中圖分類號：TM564文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0188-02

Abstract：Withtherapiddevelopmentofsocialeconomyandscienceandtechnology，urbanandruralpowergridhasputforwardhigherandhigherrequirementsforhighqualityandhighreliabilityofpowersupply.Graduallyrealizetheurbanandruralpowerdistributionautomation，electrification，intelligence，inordertoimprovethewholepowerdistributionsystemandpowersupplyreliability，itssocialbenefitsandeconomicbenefitsareveryobvious.Therefore，Chinaisinvestingahugeamountofmoneyintheconstructionandtransformationofurbanandruralpowergrids.Smartgridisthegridintelligent（electricpower），alsoknownasthe"grid"2.0，itisbasedontheintegration，high-speedbidirectionalcommunicationnetwork，onthebasisofthroughtheuseofadvancedsensorandmeasuringtechnology，advancedequipmenttechnology，theadvancedcontrolmethod，andtheapplicationofadvancedtechnologyofdecisionsupportsystem，realizethegridreliability，security，economic，efficientandenvironmentfriendlyandusethesecuritytarget，Itsmainfeaturesincludeself-healing，motivatingandencompassingusers，resistingattacks，providingpowerqualitythatmeetstheneedsofusersinthe21stcentury，allowingaccesstovariousformsofpowergeneration，initiatingpowermarkets，andoptimizingandoperatingassetsefficiently.

Keywords：distributionnetworkboundary;Sectionswitch;Functionoptimization;Todiscuss

配網分界分段開關（高壓真空斷路器）作為一種高壓電力開關設備，是電網的重要組成部分，其作用舉足輕重，電力系統不僅需要靠它切斷和接通正常運行工況下高壓電路中的空載電流和負荷電流，以完成對輸電網絡的控制;還需要靠它在系統發生故障時與保護裝置及自動裝置相配合，迅速切斷相當大的故障電流，防止事故擴大，保證系統的安全運行以及保護部分電力設施。

為滿足電網發展，尤其是電網的智能化發展需要，滿足電力用戶對高質量、高可靠性供電需要，國網新疆電力公司吐魯番供電公司近幾年一直對配網線路設備進行改造升級，為配合供電吐魯番供電公司配網自動化建設，我公司近兩年來積極配合吐魯番供電公司進行設備改造升級，與供電公司相關部門一起攻克技術難關。目前設備基本功能構架已經定型，在整個升級改造過程中，我們根據國家電網、國家電網新疆電力公司，以及國網吐魯番電力公司相關技術要求，再結合吐魯番地區的電網線路特點，因地制宜地對我們的配網分界分段開關智能永磁斷路器進行了功能優化，在此我要對這個階段的功能優化發表一下意見。

高壓開關（斷路器）的一個最基本性能就是機械可靠性，斷路器的全部使命，歸根到底是體現在觸頭的分、合動作使，而分、合動作又是通過操動機構來實現的，因此操動機構的工作性能和質量的優劣，對高壓斷路器的工作性能和可靠性起著極為重要的作用。真空斷路器的操動機構，從最初的電磁操動機構，發展到現在廣泛應用的彈簧操動機構。彈簧機構利用交直流兩用電動機對彈簧進行預儲能（也有人力儲能），利用彈簧能進行分合閘操作，從而對電源要求低，交直流均可操作，電源丟失仍可完成一個合分循環，因此得到廣泛應用。但彈簧機構也有其自身不可克服的缺點：零件數量多，要求加工精度高，制造工藝復雜，成本高，產品可靠性不易保證，限制了真空開關向電氣壽命、免維護等要求更高的方向發展。操動機構故障占斷路器故障的70%左右。由此可見，操動機構是電力系統的最大“安全隱患”，其性能的好壞將影響到整個電力系統能否可靠穩定運行。而操動機構歷經了電磁機構—彈簧機構—永磁機構這一演變過程，永磁斷路器的出現，對于整個電力系統的穩定運行具有十分重要的意義。永磁機構已在我國制造部門和運行部門形成了熱潮，國家電網公司在"關于發布《國家電網公司重點應用新技術目錄》的通知"（國家電網科（2006）323號）中明確將永磁操動機構、小型化、免維護的真空技術列為配電與用電的新技術應用方向。由于新疆地處亞歐大陸腹地，相對較惡劣的氣候以及環境條件，導致新疆電網在升級改造時，直接越過大部分地區先使用彈簧操動斷路器的過渡階段，直接配用永磁真空斷路器。彈簧操動機構零件數量多，多個零部件通過齒輪，卡槽，擋板，鎖扣，脫口等工藝環節鏈接到一起或者各個機械功能，那么新疆相對惡劣的氣候以及地理環境，很容易破壞彈簧操動機構的機械特性，晝夜溫差較大，外檢環境會促使金屬熱脹冷縮，那么多個零部件的熱脹冷縮會使機構的連接公差不斷改變最終破壞彈簧操動機構的機械特性。新疆地區沙漠多，風沙大，過多的塵土雜質附著到零部件上也容易破壞彈簧操動機構的機械特性。永磁機構零部件數目大大減少，斷路器的機械可靠性顯著提高;而且由于動作部件少，中間轉換和連接機構也很少，大大減少了動作時間的分散性和不可控性，為斷路器實現智能化操作提供了技術條件。

此次配網分界分段開關的功能優化，是我公司基于多年對永磁斷路器的生產研發技術投入和在新疆投運永磁斷路器多年的實踐經驗與售后回訪以及國網吐魯番供電公司李寧李主管的技術指導所完成的。具體主要有以下幾點：

1操動機構由單機構改為手自一體雙機構

早期投運的永磁斷路，因其結構的特殊性，分合閘通過控制器實現，若控制器出現故障，斷路器主體有緊急分合閘拉環，可實現緊急分閘;而控制器故障要繼續合閘，則必須要更換控制，這大大地影響了通電用電的穩定性，智能電網的自愈能力也無從說起，由此，我們對斷路器進行了改進，將斷路器改進為手自一體永磁斷路器，在原有永磁操動機構的基礎上，我們在操動系統里面多加了一個獨立開來的手動操動機構，永磁機構與手動機構相互獨立，但是又可以不受不論是哪一個操動機構先改變分合狀態后的影響下繼續操作改變分合狀態。手自一體雙機構結構的斷路器其機械特性處于雙保險狀態，因永磁機構優良的機械特性，以平時永磁機構為主機械狀態，當因為控制器故障、電壓互感器故障、永磁機構失去分合動力等原因造成永磁機構無法實現斷路器分合閘時，則可以通過備用的手動彈簧操動機構對斷路器進行分合閘操作。

2斷路器主體三相合成零序改為三相獨立零序

斷路器監測線路設備狀態，通過開關主體上面的各種傳感器（電壓電流互感器），采取高壓一次信號，再通過控制電纜將信號傳導到配電開關監控終端（FTU），配電開關監控終端再將一次信號進行一二次整定，再通過預先設置好的保護定值，起到合理切斷線路從而保護電網和電力設備的作用。近幾年，國網對于線路接地保護功能的實現上花了很多精力，多數斷路器實現接地保護功能是通過獲取零序電流。現在獲取零序電流的普遍方式有兩種，一種是通過三相電流互感器采集三相電流，再通過配電開關監控終端將三相電流換算為相位差電流即零序電流來判定接地故障。這種方式所獲得的零序電流，誤差相對較大，很有可能產生零序誤報警與零序誤跳閘的情況。為了獲取比較準確的零序電流，有些斷路器采用獨立零序互感器，因為采集B相多數的作用就是為了整定出零序電流，所以通常獨立零序的互感器集成的是A、C兩相電流互感器，對于我們三相電流的采集僅限于于A相與C相，雖然這加強了零序電流精度，卻忽略了B相電流的采集，在一些特定的故障判斷中，無法精確判定。所以對斷路器做的第二個優化是采用了三相獨立零序電流互感器。

3配電開關監控終端（FTU）物聯網智能化

吐魯番供電公司在吐魯番設立了主站服務器，我們的配電開關監控終端（FTU）需要與主站進行聯網對接以及數據傳送，通過對FTU的通訊芯片進行升級，使主站與FTU進行萬物物聯;對FTU的程序進行了重新編程，通過對通訊報文的解析，對應的點表編輯，以及相應的計數統一，最終實現與主站之間數據合理、精準地通訊，各個斷路器會通過FTU將自身檢測到的實時遙測與遙信數據，與主站進行數據收發。通過以上技術手段，運維檢修人員就可以通過一臺服務器，檢測每臺斷路器的運行狀況，從而實現足不出戶，視察大范圍電網狀況，及時精確的發現電網故障點，提高電網的運轉效率與自愈能力。

4配電開關監控終端（FTU）維護簡化

隨著智能電網的普及，幾乎每臺短路路都要配置配電開關監控終端（FTU），永磁斷路器因其可靠的機械特性，故障率很低，但作為與之配套的FTU，長期使用在惡劣環境，其電源直接通過電壓互感器將線路10kV電源轉換為220V電源對其供電，其獲取的電源也相對不穩定，FTU的日常維護將會增多，FTU維護簡化設計也是勢在必行的。FTU維護簡化設計除了可以提高運維檢修工作效率，并且加強安全保障。電容與蓄電池都是FTU的易損品，在設計時通過空間的合理規劃，一是要做到可拆卸好拆卸，另一方面將一切安全隱患盡可能進行隔絕，例如：電容放電的瞬時輸出能量很大，要將電容的位置盡可能放到維護時碰不到電容輸出口的位置，同時又要可以做到電容容易拆裝。各個開關部分要做明確標識，以防混淆。同時FTU的接口要統一化，如若設備損壞無法維護，可以隨時調用別的設備進行更換。

隨著智能電網的不斷推進，配網分界分段開關將不斷擴大其使用范圍，也將不斷在電網運行當中發揮更大的作用，因此配網分界分段開關的功能與配置將會不斷需要提升優化。

參考文獻：

[1]開關型電壓調節系統的雙目標優化設計[J].陳芬，蔡宣三.清華大學學報（自然科學版）.1989（01）

作者簡介：李鑫，國網新疆電力公司吐魯番供電公司。

李寧，國網新疆電力公司吐魯番供電公司。

馬驥驥，浙江鑫茂電力科技有限公司。