智能開關在配網自動化系統中的應用與分析

趙中秋

（國網四川射洪市供電有限責任公司，四川 射洪 629200）

智能開關產品在技術應用領域的范圍廣泛，在各個不同工況的電網工作條件下，智能開關產品的應用能夠直接起到重要作用，包括保護電力系統的運行、控制電能的產生與供應以及監控電力系統的電源供應能力的變化趨勢。這一特點有效地增強了電力系統穩定運行的能力，提高了電力供應的持續穩定性。同時，它還能提升電力供應的效率和供電工作的準確性控制。在電力配網自動化系統設備的具體應用工作中，需要加強國家對電力智能開關產品的具體應用技術的重視，并推廣其應用，擴大產品的應用范圍。

1 智能開關概述

智能開關通常是指一種具備一次和二次結構集成功能的智能設備。一次自動化設備的集成功能主要包括電互感器、隔離型電開關箱等組件；而二次設備則主要是指智能電子技術和數字化自動控制儀表裝置單元等。智能開關控制系統主要應用于智能保護和控制分析等技術功能。各個系統功能單元通常能夠獨立連續運行，快速收集情報和監控分析智能系統的安全運行，并實現高效管理。一級智能斷路器是指用于戶外的微機安全保護開關器件，能夠進行通信。就目前的研究發展和應用實際經驗來看，插接式開關系統由于其獨特的功能優點，在智能電力系統應用中具有獨特的優勢。該系統綜合利用了各種智能電子傳感器技術和先進的微計算機信息處理等技術，該系統可以實現對電力設備狀態的遠程檢測，同時分析電網設備的運行和故障并隔離故障單元。此外，該系統還能夠聯合其他專用計算機對整個系統進行在線監控[1]。

2 智能開關在配電網系統中的應用優勢

配電網自動化系統融合了自動控制、計算機科學和通信技術等一系列先進技術手段，能夠智能地監測和掌握配電網的運行狀態和離線情況。該系統在保障配電網安全運行方面起著至關重要的作用，有效滿足了城市和居民的電力需求。為了推動電力行業穩定可持續發展，配電網自動化系統的應用至關重要。它能促進我國智能電網的建設和發展，提高電力企業的服務水平和運營效率，避免電力供應不足問題，減少對社會產生的負面影響。在此背景下，智能開關作為配電網自動化系統中不可或缺的要素，充分發揮了其優勢和特點。智能開關在供配網自動化系統中，可自動檢測、報警、判斷和分析各類故障，同時斷開與其他區域的電力連接，以避免不利影響網絡關鍵部位電能線路和供電系統的穩定運行。為了在完全切斷線路的同時選擇不同型號的智能開關來控制不同故障位置，各種型號的智能開關可能具備不同的功能選擇。全部開關均集中安裝在總開關室的柱體上，這些開關線路相互交叉連接。如果其中幾條開關線路交叉出現嚴重故障，可能會導致區域停電，給生產和生活帶來嚴重影響。這將極大地損害人們的日常用電需求，對電力行業和社會經濟造成巨大損失[2]。

由于我國一些偏遠地區具有惡劣的環境和氣候條件，在柱型開關發生故障時很難進行排查。然而，智能型開關的研發和應用為配電網自動化系統帶來了全新的發展機遇。智能開關的可靠性更高，即使在惡劣的氣候環境下，它也能夠展現出較強的適應性優勢。當面對氣候溫差較大的變化時，智能開關在線路故障診斷方面表現出較快的速度，能夠迅速準確地切斷開關，斷開連接。智能開關裝置的普及與應用，極大地推動了我國高壓電網和現代化變電所的建設發展。它滿足了現代配電網全面自動化控制的需求，有效地避免了電網故障在運行過程中擴大故障范圍的問題。這也確保了電網故障范圍被精確控制在安全區域內，避免了頻繁發生故障的情況。遠程通信技術應用于系統智能控制指揮中心設備，能夠自動控制智能開關的單側或帶電位置，實現智能遠程控制和故障遠程監視功能。針對電網故障發生位置的自動化系統主配電網系統設置，能夠實時、準確、快速地自動定位電網故障的實際控制位置。對于實際故障區域，通過人工遠程操作控制的方式，能夠迅速切斷故障源，實現安全、及時、有效、精確的控制。智能開關具有多種不同類型的開斷設備，如真空型、隔離型、空氣型、熔斷型等。

3 配電網及自動化系統中智能開關裝置的應用

3.1 隔離開關

隔離開關主要用于切斷無負荷電路和有效隔離被控設備電路與外部電源。它能提供可靠的電源斷開點，確保設備長期安全無須維護。此外，在設備合閘時，隔離電流開關還能有效保證電流互感器的穩定通過。然而，由于這種開關通常沒有自動滅弧報警裝置，因此它通常無法精確切斷短路電流。隔離式開關系統的這些工作特點使得斷路器只能在必須斷開保護電路時設置，并允許進行其他機械操作。嚴禁在帶過負荷的情況下進行機械操作，以避免發生安全運行事故。作為隔離式開關電源的設備通常包括小型空載變壓器繞組，其工作電流一般不超過2A，以及中型空載線路，其工作電流大約為5A 左右。一般情況下，這些設備需要與負荷開關電路一起使用。

3.2 負荷開關

常見和廣泛應用的負荷開關形式一般包括產氣式開關和真空負荷開關。安裝時，常見的結構方式有箱式和全封敞開式。箱式負荷開關的安裝操作流程中通常需要使用SF6 型高壓氣體互感器來保護絕緣，并且還包括安裝有真空滅弧室和隔離刀閘柜等結構元件。這些材料本身具有耐腐蝕和抗老化的特性，因此在操作完成后，它們不會對直接導線產生銹蝕。敞開式空氣負荷開關的構造與真空氣體隔離式刀閘開關相似，分為真空產氣式滅弧室類開關和真空滅弧室開關兩類，主要以后者為主。敞開式空負荷開關系統產品的外殼結構多數為露天元件。若產品表面金屬鍍層的防腐加工和密封處理技術不當，會導致內外殼結構銹蝕。這將使得系統產品的適用范圍受到技術限制，超過一定范圍將無法應用[3]。

3.3 斷路器

在電力系統中，除了配電網和架空桿線設備外，還存在著許多類似的組合式斷路器設備，這些設備可以一次性并聯操作。其中包括柱式上式斷路器和重合器等，它們由多個組合斷路器元件和一個控制器串聯組合而成。在配電網架或空線系統中，各種主開關箱組或主負荷開關箱常常可以合成另一個主斷路器，這意味著用戶們需要重點研究并加強對不同功能的各種類型斷路器特點變化規律的進一步認識和分析。只有這樣，才能更好地實現并充分利用各種功能斷路器設備之間的互補共同作用。因此，用戶應更加重視這一問題。通常，柱上斷路器為了防火采用真空開關來阻止火焰和滅弧。其中，常見的特點是對SF6 等氣體有較好的絕緣屏蔽效果，體積小巧，且密封與結構問題對斷路器設備的電阻接地影響較小。

4 智能開關在配網自動化系統中的應用實例

4.1 線路故障應急處理應用

目前，我國部分地區的配電線路技術水平較低，一些低壓接地配電系統在過電流下可能會導致短路故障。目前，尚未找到理想且可行的、安全有效的接地解決方案，目前對我國低壓線路側反接線短路故障風險的風險防范及其管理也同樣存在一些比較有效、可靠、實用的技術手段。一些研究者已經研制了不同類型的智能開關設備，其中至少帶有獨立測控和保護功能的電路單元。其中一種用于主線路的自動連接，另一種用于人工連接的分接線電路，它們各自采用了適應不同應用需求的各類電路故障和自動保護處理方式，但目前普遍認為它們已經能夠獨立切除三相短路電流或有效隔離單相電氣設備的接地保護電阻故障和短路故障。在我國一些技術先進的地區，比如北京、中山等地，這項新技術正在逐漸成熟，并解決了我國電氣配電網結構和設計發展中的各種關鍵技術難題。這項技術的實際應用在我國的電氣開發工作中取得了廣泛而成功的成果[4]。

4.2 10kV 柱上開關無線控制系統

通過對系統當前已獲得的我國10kV 配網試驗數據進行比較分析后，發現以下幾個突出問題：首先，在現階段我國大多數10kV 輸變電系統中，人工開關閘和其他操作方式主要采用人工登桿閘的方法，存在較多不足，由于受到人身安全保障意識低，操作現場及人員可能受系統周圍環境及氣候變化等影響較大問題需要解決。其次是電力線路損耗過高，經常出現竊電現象，而且竊電行為很隱蔽，很難被發現。這是因為竊電者很難在網上獲得相關信息，并且實時數據資料相對不足。因此，需要專業技術人員進行系統檢查和維修，以及長時間連續蹲點進行取證；除此之外，太陽能電池安裝了無線開關FTU 模塊后，并不能完全按時、安全、有效、可靠地進行充放電。而且，在遭受長期連續大面積停電故障等多種情況的共同影響下，其電源信號輸出的安全、正常操作也無法得到充分的確保；而光纖通信系統存在故障損壞和修復、處理工作難度增大等問題，增加了操作困難。配電線路經常老化或遷改，光纜系統與高壓雙絞線網絡的工作配合效果很差。基于對上述技術缺陷的認知，電力工程學者通過充分研究我國在電力配電網和自動化系統方面的整體技術優勢，成功開發了一種用于10kV 柱閘的無線智能開關裝置，并構建了相應的無線智能控制系統。這方面限制通信系統功耗小，通信及網絡成本低。此外，設備要求操作者通過同時使用10kV 柱上電流開關和內置的CT模塊來快速、有效地搜集、監控電流數據信息。數據采集模塊被安裝在已裝備現有柱形上下限電流開關操作裝置功能要求的通信機構裝置中，用于在GSM 固定電話網絡通信中或直接利用其他移動電話網絡技術進行大電流通信。經過多次工作實踐和研究實踐驗證了這一點，柱式和上加電智能開關裝置的組合形成的自動監控裝置系統功能變得更加靈活和全面，而且更加穩定。對抗干擾信號的處理和運算能力也更強，而且電流互感器的信號計量功能更加靈敏和準確，可以確保實時且連續地采集報警信號，并能夠有效地存儲和顯示各種型號的電力系統儀表的運行狀態和控制參數。同時，還能夠根據多個自動報警閥口來實施遠程遙控和實時狀態監測顯示，從而實現對整個電氣系統儀表參數的遠程自動控制。

4.3 智能開關和故障指示器使用

當線路發生電路故障時，故障指示器會及時向遠程控制顯示中心系統發出報警信號。但是有時，部分線路出現故障后，指示器無法直接發出報警信號，因為故障指示器可能已經嚴重損壞。這種情況下，指示器使用的顯示芯片本身也容易在電路故障系統中出現同樣的問題。通常，這是由于電源設備線路出現了質量問題，導致電壓過高以致芯片無法恢復正常工作。針對當前情況，將故障指示器直接替換為智能開關是一種很好的解決方案。此外，采用智能開關也可能面臨某種程度的故障風險。畢竟目前智能開關要借助先進技術保證實施。若在技術條件相對不成熟的地方長時間使用智能開關，可能會出現一定程度的事故風險。因此，將智能開關與故障指示器配合使用更合理、科學、穩妥、有效。在室內進戶電源處安裝故障智能隔離開關，并在室內分支的末端安裝故障指示器，將這兩臺設備連接在一起，共同用于設備故障的判斷和分析[5]。

可安裝具有顯示故障的故障指示器，當出現重大故障威脅時，管理人員可以通過故障報警指示信號準確地確定故障區域范圍，避免盲目檢查所有分支線路，僅對容易發生故障隱患的小范圍區域進行人工檢修，節省了時間和成本，并減少了由此引發的其他一系列巨大經濟損失，從而大大提高了效率。

5 結語

在電力技術和微電子技術的快速發展下，電力行業已成功自主研發和設計了許多先進的電氣智能設備，并且持續提升了配網調度自動化技術水平。在配網智能自動化裝備系統應用中，智能開關設備不僅顯著減少了專業檢修調試人員的工作量，還自動設立了各種隔離保護開關，提高了現場配網智能自動化成套設備系統的長期穩定性。此外，它還降低了各種故障再次發生的可能性，減少了重大經濟損失，并提高了企業的經濟效益和環境社會效益。