常剛

[摘? ? 要]通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備的過電壓入侵，分析了網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備的過電壓保護(hù)現(xiàn)狀，研究了網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備的過電壓保護(hù)對(duì)策。文章主要選擇在計(jì)量終端設(shè)備正前方安裝更多的過電壓安全保護(hù)設(shè)備，研究和改進(jìn)計(jì)量終端設(shè)備的串并聯(lián)傳統(tǒng)合作接線盒，并在傳統(tǒng)合作接線盒的基礎(chǔ)上改進(jìn)過電壓安全保護(hù)。該處理方案可對(duì)開關(guān)電源線路的安全通道、數(shù)據(jù)信號(hào)安全通道和意見反饋提供過壓安全保護(hù)，可有效保證計(jì)量終端設(shè)備電磁能表的正常運(yùn)行，降低電力工程維護(hù)成本，防止用電損壞。

[關(guān)鍵詞]計(jì)量終端設(shè)備;過電壓防護(hù);電能計(jì)量

[中圖分類號(hào)]TM933.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Overvoltage Protection Measures for Distribution

Network Automation Metering Terminals

Chang Gang

[Abstract]Through the overvoltage intrusion of network automation metering terminal equipment， the current situation of overvoltage protection of network automation metering terminal equipment is analyzed， and the overvoltage protection countermeasures of network automation metering terminal equipment are studied. This countermeasure mainly chooses to install more overvoltage safety protection equipment directly in front of the metering terminal equipment. Research and improve the series-parallel traditional cooperative junction box of metering terminal equipment， and improve the overvoltage safety protection on the basis of the traditional cooperative junction box. The processing scheme can provide overvoltage protection for the safety channel of the switching power supply circuit， the data signal safety channel and the feedback， which can effectively ensure the normal operation of the electromagnetic energy meter of the metering terminal equipment， reduce the maintenance cost of the power project， and prevent electricity damage.

[Keywords]metering terminal equipment; overvoltage protection; electric energy metering

配電網(wǎng)是所有電力工程系統(tǒng)的終端設(shè)備。它直接面向終端設(shè)備用戶。對(duì)供電穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的要求越來越高。電力工程是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚哪茉?。供電是否可靠也成為討論的話題。在這種情況下，電磁能配電網(wǎng)的自動(dòng)化技術(shù)需要不斷改進(jìn)，使人們滿足供電的穩(wěn)定性。現(xiàn)有的配電網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法不能正確評(píng)價(jià)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)供電穩(wěn)定性的影響。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)供電穩(wěn)定性的提高主要體現(xiàn)在故障處理的各個(gè)階段，減少了相應(yīng)故障處理步驟的時(shí)間，或?qū)崿F(xiàn)了部分故障處理步驟的自動(dòng)化。例如，全自動(dòng)故障定位技術(shù)縮短了故障定位時(shí)間，電源開關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制操作縮短了故障保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和恢復(fù)的時(shí)間，同軸電纜自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)，恢復(fù)供電過程的自動(dòng)化。圖1為近期全網(wǎng)配電自動(dòng)化覆蓋率圖，表1為部分地區(qū)覆蓋率數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不僅會(huì)影響長(zhǎng)期停電，而且在故障處理中也可能導(dǎo)致短期停電。

配電網(wǎng)自動(dòng)化是在信息化基礎(chǔ)上建立起來的，它將配電設(shè)備系統(tǒng)的線上線下數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和自然地理圖形集成在一起，形成了完善的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)及其設(shè)備在正常運(yùn)行和安全事故情況下的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。用電控制和配電設(shè)備管理自動(dòng)化，最終實(shí)現(xiàn)在線配電設(shè)備系統(tǒng)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，其目的是大大提高供電穩(wěn)定性，改善電磁能質(zhì)量。作為網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)部分，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備的過電壓安全保護(hù)十分重要。自動(dòng)化技術(shù)包括區(qū)域變電站自動(dòng)化和配電設(shè)備變電站自動(dòng)化技術(shù)。在區(qū)域變電所的關(guān)鍵位置安裝智能系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)變電所內(nèi)各種電子裝置和設(shè)備的主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、分析和處理，并對(duì)各種電子裝置和設(shè)備進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。區(qū)域變電所自動(dòng)化主要用于自動(dòng)識(shí)別、保護(hù)區(qū)域變電所內(nèi)部故障，實(shí)現(xiàn)供電的快速恢復(fù)。區(qū)域變電站自動(dòng)化使區(qū)域變電站內(nèi)部故障引起的長(zhǎng)期停電變?yōu)槎唐谕ｋ?。因此，系統(tǒng)的長(zhǎng)期停電頻率SAIFI降低，短期停電頻率MAIFI增加。

為了更好地在較大范圍內(nèi)監(jiān)控配網(wǎng)，必須實(shí)現(xiàn)變電所的智能化升級(jí)。配電設(shè)備配電站聯(lián)接同軸電纜和輸出功率負(fù)載，充分考慮經(jīng)濟(jì)因素和必要性，并不是所有配電設(shè)備配電站都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)。在具體運(yùn)轉(zhuǎn)中，只選擇具有延時(shí)繼電器、向線中性點(diǎn)和關(guān)鍵負(fù)載的專用型配電站開展在線升級(jí)。變電所自動(dòng)化技術(shù)后，融合故障全自動(dòng)定位技術(shù)，可開展遠(yuǎn)程控制故障防護(hù)，遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)更新改造和迅速恢復(fù)供電系統(tǒng)。同軸電纜自動(dòng)化技術(shù)系統(tǒng)依據(jù)電源開關(guān)情況、故障檢驗(yàn)信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、故障區(qū)域判斷、遠(yuǎn)程控制控制指令、故障防護(hù)、配電站路線電源開關(guān)再次接入、聯(lián)絡(luò)開關(guān)接入等恢復(fù)非故障路線供電系統(tǒng)。

1 配電自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備過電壓侵入分析

配電自動(dòng)化計(jì)量終端設(shè)備的過電壓主要是入侵電力網(wǎng)二級(jí)系統(tǒng)的雷過電壓和操作過電壓。雷擊是過電壓入侵二級(jí)系統(tǒng)的主要方式?，F(xiàn)階段，計(jì)量終端設(shè)備的過電壓保護(hù)部分沒有過電壓保護(hù)部分，也沒有保護(hù)設(shè)備，存在雷擊入侵和設(shè)備毀壞的風(fēng)險(xiǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化技術(shù)的普遍應(yīng)用，在安裝一些保護(hù)設(shè)備時(shí)，保護(hù)方式不符規(guī)范要求，舊結(jié)構(gòu)不利于保護(hù)和管理，毀壞部分仍在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)作，短期內(nèi)斷電在用戶斷電事情中常占的占比愈來愈高，成為影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有配網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的一個(gè)關(guān)鍵缺陷是短期內(nèi)斷電指數(shù)值不能測(cè)算。過電壓分外過電壓和內(nèi)過電壓兩大類。

1.1 外過電壓

外過電壓又被稱為雷擊過電壓，空氣過電壓和空氣中的閃電云充放電。分成直擊雷過壓和感應(yīng)雷過壓?？諝膺^電壓是由直擊雷造成的，具有延遲時(shí)間短、撞擊力強(qiáng)的特點(diǎn)。與雷擊活動(dòng)的抗壓強(qiáng)度直接有關(guān)，與設(shè)備的電壓水準(zhǔn)不相干。因此，220 kV以下系統(tǒng)的絕緣層水準(zhǔn)一般通過避免空氣過電壓來明確。雷擊過電壓的延遲時(shí)間約為幾十微秒，具有單脈沖特點(diǎn)。直擊雷過電壓是雷直擊電氣設(shè)備設(shè)備導(dǎo)電性部分時(shí)產(chǎn)生的過電壓。雷電中的通電電導(dǎo)體，如空架電力線路的電導(dǎo)體，稱之為直接雷擊。在雷電中，正常狀況下接地裝置的電導(dǎo)體（電力線塔等）提升電力工程，充放電帶電導(dǎo)體，稱之為還擊。直擊雷過電壓的力度可以達(dá)到上百萬(wàn)伏，破壞電氣設(shè)備設(shè)備絕緣層，造成短路故障接地裝置故障。磁感應(yīng)雷擊過電壓就是指在雷擊電氣設(shè)備設(shè)備周邊的路面時(shí)，因?yàn)榭臻g磁場(chǎng)的大幅度變化而不直接受雷擊影響的電氣設(shè)備設(shè)備（包含二次設(shè)備和通信設(shè)備）磁感應(yīng)的過電壓。

1.2 內(nèi)過電壓

電力工程系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)作方式變化造成的過電壓，包含臨時(shí)性過電壓，運(yùn)作過電壓和諧振過電壓。臨時(shí)性過電壓就是指電力工程系統(tǒng)在銜接過程后，因?yàn)楦邏簲嗦菲鞯牟僮骱投搪饭收?，在某類臨時(shí)性穩(wěn)定時(shí)產(chǎn)生的過電壓，又被稱為直流電壓上升。其特點(diǎn)是延遲時(shí)間長(zhǎng)，過電壓倍率低，一般設(shè)備絕緣層風(fēng)險(xiǎn)小。但在高壓下，遠(yuǎn)程控制傳送在明確絕緣層水準(zhǔn)層面起著關(guān)鍵作用。普遍的是：①滿載長(zhǎng)電力電容器效用（費(fèi)蘭效用）。在直流開關(guān)電源的作用下，因?yàn)檫h(yuǎn)程控制滿載路線電容器效用的累積，路線沿途電壓遍布不同，終端設(shè)備電壓最大。②不對(duì)稱短路故障接地裝置。三相電力線路時(shí)，若A相發(fā)生短路故障接地裝置故障時(shí)，B、C相電壓上升。③甩開負(fù)載的過電壓是電力線路因故障忽然被甩開負(fù)載時(shí)，開關(guān)電源電勢(shì)差沒有立即全自動(dòng)調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的過電壓。

操作過電壓是由隔離開關(guān)操作或忽然短路故障造成的衰減系數(shù)快，延遲時(shí)間短的過電壓。其特點(diǎn)是偶然性，但在最不好的情形下，過電壓倍率高。普遍的是：①滿載路線的連接和重接通過電壓。②斷開滿載路線的通過電壓。③斷開滿載變電器的過電壓。④電孤接地裝置過電壓。串聯(lián)諧振過電壓就是指在一定的布線方式下，電力工程系統(tǒng)中的電感器，電容器等存儲(chǔ)元件與直流產(chǎn)生串聯(lián)諧振的過電壓。過電壓倍率高，延遲時(shí)間長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)全自動(dòng)計(jì)量終端設(shè)備包含電磁能表箱，互動(dòng)式感應(yīng)器，隔離開關(guān)，斷路器，過電壓保護(hù)構(gòu)件，配電柜，電磁能表等。電氣設(shè)備信息的收集主要是通過電氣設(shè)備工業(yè)廠房的計(jì)量管理終端設(shè)備設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。電磁能計(jì)量組成電源電路箱是計(jì)量二次電源電路的關(guān)鍵構(gòu)成部分。其作用是將變電器引出來的二次回路通過組成控制回路箱尾端的接線端子串聯(lián)到電表接線端子上。電源電路是不是受電壓保護(hù)，直接影響電磁能計(jì)量組成電源電路箱的電壓和電流量。

2 配電自動(dòng)化計(jì)量終端過電壓保護(hù)現(xiàn)狀分析

在此階段，配電網(wǎng)線路計(jì)量終端中使用的電磁能量收集終端在室外組裝。它們分布廣泛，分散性強(qiáng)，面臨著雷擊或室外線路瞬時(shí)過電壓的高風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)場(chǎng)勘查的大部分區(qū)域的電磁能量采集終端未安裝過電壓保護(hù)設(shè)備，傳統(tǒng)的組合式接線盒沒有過電壓保護(hù)功能，因此，配電變壓器的負(fù)荷管理終端和計(jì)量表經(jīng)常被雷擊損壞，這必然會(huì)導(dǎo)致電磁能表無(wú)法正常工作，導(dǎo)致電磁能表無(wú)法加載和測(cè)量，嚴(yán)重影響電磁能計(jì)量。同時(shí)，拆除和更換配電變壓器負(fù)荷管理終端的維護(hù)工作量也非常大，造成了巨大的損壞。雖然部分電表箱已按規(guī)范要求安裝了浪涌保護(hù)器，但這些浪涌保護(hù)器不是配電變壓器負(fù)荷管理終端的專用浪涌保護(hù)器，難以發(fā)揮應(yīng)有的實(shí)用效果。對(duì)于具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制的管理終端，串口通信和日常線路意見反饋線路未設(shè)置過電壓保護(hù)對(duì)策，傳統(tǒng)的接線盒與串口通信和日常線路意見反饋的工作電壓保護(hù)不對(duì)應(yīng)，因此存在著巨大的安全隱患。

3 配電自動(dòng)化計(jì)量終端過電壓保護(hù)對(duì)策研究

變壓器底電壓側(cè)的電力避雷器能有效地抑制計(jì)量終端的過電壓，但實(shí)際抑制效果受變壓器與計(jì)量終端連接線長(zhǎng)度的影響。線路越長(zhǎng)，過電壓抑制效果越差。為了更好地實(shí)現(xiàn)智能儀表更精細(xì)的過電壓保護(hù)，可在智能儀表前面安裝末端過電壓保護(hù)裝置。然而，基于以上對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)計(jì)量終端過電壓保護(hù)的分析，暴露出許多具體問題。當(dāng)時(shí)，我們針對(duì)這些問題和市場(chǎng)需求，開展了過電壓保護(hù)對(duì)策研究，改進(jìn)了傳統(tǒng)組合配電箱的過電壓保護(hù)功能。

現(xiàn)階段，從新型組合接線盒的過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)來看，設(shè)計(jì)主要由三部分組成：①線路安全通道過電壓保護(hù);②數(shù)據(jù)信號(hào)安全通道的過壓保護(hù);③天線饋線安全通道的過壓保護(hù)。過電壓浪涌保護(hù)器主要設(shè)置在組合配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)組合配電箱的過電壓保護(hù)效果。本研究的產(chǎn)品模型外殼設(shè)計(jì)采用三相四線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用三相三線制時(shí)的冗余位置可實(shí)現(xiàn)兩種供電系統(tǒng)型式的兼容模式。其中，接線盒具有開關(guān)電源綜合保護(hù)功能。RS485。SMA天線饋電電涌保護(hù)器。同時(shí)配合多功能儀表接線端子的可靠排序，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源連接。為線路設(shè)計(jì)的每個(gè)開關(guān)電源分別連接兩個(gè)工作電壓電阻器。當(dāng)瞬間過電壓侵入時(shí)，串聯(lián)線路的兩個(gè)工作電壓電阻器將損壞，并且工作電壓電阻器將通過瞬間過電壓正確引導(dǎo)至地面，即使磁鐵線圈不受其影響，能保持輸出正常工作電壓，保證連接設(shè)備連續(xù)工作，不受工作電壓影響。此外，天饋安全通道通過工作電壓保護(hù)將天饋控制模塊的兩根電極連接線與支氣管連接起來。當(dāng)連接地面上出現(xiàn)過電壓和雷擊時(shí)，高壓會(huì)損壞支氣管，將雷電電流引至地面，以確保設(shè)備的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人口的增加，電力工程采集終端也得到了改進(jìn)，電力工程采集終端的過電壓保護(hù)也非常重要。在對(duì)策研究中，電力工程采集終端的計(jì)量聯(lián)配箱是電力工程采集終端的重要組成部分，具有過壓保護(hù)的計(jì)量聯(lián)配箱必須在電力工程行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。因此，本文在這一層面上對(duì)該方法進(jìn)行了研究

參考文獻(xiàn)

[1] 施秀文.通信電源設(shè)備的雷電過電壓防護(hù)和接地措施[J].通信電源技術(shù)，2021，38（2）：114-116.