陳瑩，于杰

（江蘇靖江互感器股份有限公司，江蘇 靖江 214516）

在正常負(fù)荷狀態(tài)下，可以利用集成開關(guān)關(guān)閉或者切斷電源，這也是集成開關(guān)的主要應(yīng)用。但是，現(xiàn)有的設(shè)備開關(guān)智能化水平比較低，無法滿足配電網(wǎng)的實(shí)際需求。電力行業(yè)專家通過智能開關(guān)裝置設(shè)計(jì)工作，可以對開關(guān)的計(jì)量、保護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苓M(jìn)行集成，提高開關(guān)的使用性能。目前，在集成開關(guān)研究過程自動化水平比較高，并且絕緣性能比較差，導(dǎo)致設(shè)備的安全受到影響，會導(dǎo)致大量金屬資源被消耗，大規(guī)模設(shè)備的使用經(jīng)濟(jì)性相對較差，不利于其長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 配電柱開關(guān)一二次融合的優(yōu)勢

配電柱開關(guān)一二次智能融合是將電力系統(tǒng)中一次柱上開關(guān)與二次設(shè)備智能單元、傳感單元、二次附件進(jìn)行融合，在滿足傳統(tǒng)開關(guān)對電能控制、保護(hù)、測量的基本功能外，還具備信息傳遞、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)全面感知、故障預(yù)警等能力，提升配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)管理水平及智能化水平。

二次設(shè)備作為自動化成套設(shè)備中的核心部件，內(nèi)部電子控制器主要是一個(gè)新的部件，這一部件可以直接完成中央系統(tǒng)開關(guān)柜多功能控制和智能化控制。根據(jù)該裝置的信息技術(shù)對傳統(tǒng)裝備進(jìn)行智能化升級，完成升級的終端設(shè)備。除了可以發(fā)揮工業(yè)自動化技術(shù)的優(yōu)勢外，還可以利用嵌入式智能控制單元以及多個(gè)新增元器件提高開關(guān)設(shè)備的整體電器性能，為智能電網(wǎng)提供最基礎(chǔ)的功能支撐。

2 12kV 配電柱上開關(guān)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)

2.1 故障隔離與自愈技術(shù)

在該技術(shù)應(yīng)用過程中，需要以遍歷算法為基礎(chǔ)對配電網(wǎng)供電拓?fù)鋱D形化進(jìn)行智能化識別。該技術(shù)的應(yīng)用，具有較高的可視化水平和擴(kuò)展性，除了輻射型網(wǎng)絡(luò)、花瓣型網(wǎng)絡(luò)和電視雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外。多T 節(jié)、多電源、多聯(lián)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟部梢跃哂凶赃m應(yīng)性區(qū)域性終端，可以與區(qū)域內(nèi)的所有單元性配電終端信息進(jìn)行交互，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜褪占木唧w故障信息對非故障段的恢復(fù)策略進(jìn)行科學(xué)判斷。單元性終端在應(yīng)用過程中可以對對應(yīng)開關(guān)的信息進(jìn)行采集，并完成故障定位和故障隔離，將報(bào)文信息上傳到區(qū)域性終端接收區(qū)域性終端的控制命令后，可以自愈分合閘策略。

2.2 單穩(wěn)態(tài)分相直控技術(shù)

永磁機(jī)構(gòu)為縱向?qū)ΨQ前后布置、三相為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，并且沒有設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的傳動結(jié)構(gòu)，可以完全進(jìn)行直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的使用壽命為10 萬次，能夠省去分閘線圈、儲能電機(jī)、機(jī)械鎖扣連桿等零件，操作機(jī)構(gòu)比較簡單，壽命也比較長，具有較高的可靠性。

利用雙斷口磁路結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度比較快，分閘時(shí)間在15ms 以下，合閘時(shí)間在25ms 以下.在合閘電流相同的情況下，合閘保持力比較大，尺寸也比較小，功耗相對較低，可以使在每相機(jī)構(gòu)獨(dú)立安裝。驅(qū)動模塊在設(shè)計(jì)過程中利用IGBT 控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。在發(fā)揮作用時(shí)，可以指示故障原因及時(shí)清除故障，還帶有防抖處理功能，能夠避免因?yàn)楦蓴_導(dǎo)致誤動，具有較強(qiáng)的可靠性。

3 交流傳感器研究概況

3.1 交流傳感器的原理

長期以來，柱上開關(guān)可以借助電磁式電壓/電流互感器實(shí)現(xiàn)信號測量以及保護(hù)工作。在數(shù)字化微處理器發(fā)展和應(yīng)用中，數(shù)字保護(hù)裝置、電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展速度加快，并且輸出值需要的數(shù)伏比較小，可以輸出極小功率。因此，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使其與參數(shù)采集要求相符合。在這一背景下，需要加強(qiáng)交流傳感器研究工作。

交流傳感器包括電壓傳感器、電流傳感器兩種：

（1）電壓傳感器。在運(yùn)行中可以完成交流電壓測量，通過電壓傳感器作為傳感元件，借助電壓傳感器可以對被測電壓進(jìn)行控制，使其降到能夠利用的低電壓狀態(tài)，之后借助電路對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為與被測電壓呈線性關(guān)系的直流電壓，然后將測量的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)?，F(xiàn)階段，在電壓傳感器應(yīng)用中，一般是以阻抗分壓為主的，比較常見的為電阻和電容兩種。電阻電壓傳感器的耐壓時(shí)熱量較大，傳輸電纜需定制，應(yīng)用較少。電容分壓在應(yīng)用中還需要考慮一次電容失效問題，二次回路可能與高壓串接，導(dǎo)致FTU 被燒毀，從一二次隔離角度出發(fā)考慮，最好選擇CVT 型三相電壓傳感器。

（2）電流傳感器。電流傳感器在應(yīng)用中需要借助LPCT 線圈進(jìn)行安裝。零序電流可以利用相電流硬件合成方案，二次輸出值為電壓信號。LPCT 線性范圍大，發(fā)熱量小，能夠通過一個(gè)繞組滿足計(jì)量、測量、保護(hù)精度要求，二次也不需要進(jìn)行防開路處理。

3.2 交流傳感器安裝集成方式

交流傳感器在柱上開關(guān)中的應(yīng)用類型包括三相共箱式和三相支柱式兩類。在安裝中的集成方式分為兩個(gè)階段：

第一階段，在交流傳感器安裝過程中，主要在柱上開關(guān)進(jìn)行安裝集成?？梢酝ㄟ^常規(guī)電磁互感器與一次本體進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用。通過標(biāo)準(zhǔn)化航空插接頭與終端設(shè)備完成測量工作，對信息交互情況可以進(jìn)行控制。

第二階段，將傳感器與開關(guān)本體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)本體澆注式集成。在這一安裝集成中，需要注意與一次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化工作同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以將一次本體、傳感器與二次終端設(shè)備進(jìn)行融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“可靠性、小型化、平臺化、通用性、經(jīng)濟(jì)性”目標(biāo)。

在整體安裝應(yīng)用中，主要在柱上開關(guān)上集成交流傳感與本體設(shè)備，可以通過1 組電子式電壓傳感器提供Ua、Ub、Uc、U0（測量、計(jì)量）電壓信號和零序電壓信號；另外一組電子式電流傳感器能夠提供Ia、Ib、Ic、I0（保護(hù)、測量、計(jì)量）電流信號。

4 一二次融合智能配電開關(guān)配套的傳感器實(shí)踐

4.1 設(shè)計(jì)方案

在對一二次融合智能配電開關(guān)配套傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要完成智能集成開關(guān)一二次融合方案設(shè)計(jì)工作。在智能集成開關(guān)一二次融合問題分析中，可以解決雷擊電磁波干擾產(chǎn)生的影響。具體方案如下：（1）對集成部分進(jìn)行劃分，分別為設(shè)備集成和功能集成。其中功能集成需要分析開關(guān)清單上的第一與第二匹配裝置。而開展設(shè)備集成設(shè)計(jì)時(shí)，需要對設(shè)備級集成進(jìn)行分析，使設(shè)備級在設(shè)備層能夠?qū)崿F(xiàn)深度融合。也可以借助列開關(guān)維護(hù)作業(yè)，確保后續(xù)操作的可行性。（2）功能性集成設(shè)計(jì)也是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過成隊(duì)列開關(guān)設(shè)計(jì)，可以按照列的主次結(jié)構(gòu)借助標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置需求實(shí)現(xiàn)感知功能設(shè)計(jì)。之后利用一次或者二次感知功能匹配，能夠保證設(shè)備操作的可靠性。

4.2 主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要包括融合型智能傳感器及開關(guān)主線路設(shè)計(jì)兩部分。

（1）融合型智能傳感器設(shè)計(jì)。融合型智能開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括電壓傳感器、電流傳感器線圈、小型化滅弧室、取能高壓電容等。在運(yùn)行中，元器件會產(chǎn)生電磁場，元器件之間出現(xiàn)干擾。需要對這些干擾進(jìn)行控制。目前，器件一體化集成APG 澆注工藝在應(yīng)用中優(yōu)勢比較突出，可以借助帶壓力的環(huán)氧樹脂引入密閉的模具內(nèi)進(jìn)行整體澆注，從注料到脫模這一過程中，注射口需要確保對模腔有一定壓力，需要促使模腔收縮補(bǔ)償，這樣可以確保制件尺寸精度以及機(jī)械性能和電氣性能滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）開關(guān)主線路設(shè)計(jì)。該線路可以與配電網(wǎng)的設(shè)備與開關(guān)連接后，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸調(diào)配、使用等各項(xiàng)功能。智能控制器的開關(guān)作為一次融合和控制部分，可以通過一次融合開關(guān)體設(shè)計(jì)，對開關(guān)體進(jìn)行保護(hù)、測量、控制，并且能夠根據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行連接。在智能控制器應(yīng)用過程中，F(xiàn)TU 作為饋線自動化終端，本身屬于自動化系統(tǒng)與一次融合設(shè)備連接的主要接口，在配電柱上開關(guān)主結(jié)構(gòu)監(jiān)控過程中發(fā)揮作用，并與配電柱上開關(guān)進(jìn)行通信。這種設(shè)計(jì)方便獲取配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)主站的指令執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)饋線自動化監(jiān)測和控制需求。

4.3 二次融合部分設(shè)計(jì)

二次融合部分需要將配電柱上的開關(guān)智能控制單元與監(jiān)測模塊進(jìn)行連接。這一模塊包含開關(guān)主電路，會直接參與電能的制造和輸送過程。在配電柱上開關(guān)一二次融合技術(shù)設(shè)計(jì)過程中，可以連接不同傳感器利用信號線和次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)二次融合。之后需要監(jiān)測開關(guān)本體與配電線路的具體運(yùn)行狀態(tài)。針對二次融合部分進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)航空插頭連接，滿足控制智能控制器、開關(guān)本體之間的穩(wěn)定性要求，確保信息交互的規(guī)范性，使單設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)全景監(jiān)控。

在本次設(shè)計(jì)過程中，集成開關(guān)的主次連接整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 集成開關(guān)主次結(jié)構(gòu)連接圖

為了確?？梢詫π畔鞑ズ蛿U(kuò)散需求進(jìn)行有效感知，在設(shè)計(jì)過程中，需要對37-coreGX12 對接航空插座進(jìn)行應(yīng)用。并將插座與人體溫度感知開關(guān)進(jìn)行連接，能夠在多條線路上應(yīng)用。除此之外，也可以保證信息傳輸效率，對保護(hù)工作人員人身安全也有一定作用。

在配電終端設(shè)計(jì)空插座。通過19 芯航空插座實(shí)現(xiàn)能量儲存、開合控制，能夠及時(shí)收集負(fù)載開關(guān)狀態(tài)信號和連續(xù)電壓信號。6 芯航空插座的主要功能是實(shí)現(xiàn)電壓傳感器和線路上的所有電壓信號傳遞。防開航空插座可以對相電流和零序電流信號進(jìn)行傳遞。在開展防護(hù)設(shè)計(jì)過程中，防護(hù)工藝能夠確保主接線和次接線具有可靠性，提高電流傳輸?shù)闹悄芑?，并根?jù)開關(guān)智能化融合方案確保集成開關(guān)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行應(yīng)用。

5 配電柱開關(guān)一二次融合中交流電傳感器檢測要點(diǎn)

一二次設(shè)備融合是將一二次設(shè)備一體化設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，很多二次元器件難以承受強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場及高溫、高熱、高濕等的運(yùn)行工況，這些工況在一定程度上會急劇加速二次元器件的老化；另外，很多二次元器件本身是電力電子元件，其固有的運(yùn)行周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一次設(shè)備的壽命。因此，需加強(qiáng)對配電柱開關(guān)一二次融合中的交流電傳感器在-40 ～70℃全溫度范圍內(nèi)誤差滿足設(shè)備入網(wǎng)要求。

5.1 溫度運(yùn)行變差試驗(yàn)

在實(shí)際檢測過程中，需要通過溫控箱完成環(huán)境模擬，在模擬的環(huán)境中完成一二次融合設(shè)備檢測工作。在檢測時(shí)，將被測的傳感器和饋線終端放置在箱體內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)傳感器與被測傳感器電壓波形都需要上傳到傳感器測試儀中進(jìn)行分析，獲取比差和相差。標(biāo)準(zhǔn)電壓傳感器要高于被測傳感器兩個(gè)等級，才能忽略標(biāo)準(zhǔn)傳感器產(chǎn)生的誤差。如果標(biāo)準(zhǔn)傳感器與被測或感器相比高出一個(gè)等級，在分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，需要加上標(biāo)準(zhǔn)傳感器的誤差。

在低溫試驗(yàn)過程中，需要根據(jù)我國電工電子環(huán)境試驗(yàn)低溫試驗(yàn)方法中的相關(guān)要求將配電終端在未通電狀態(tài)下放入低溫試驗(yàn)箱，表面和內(nèi)壁距離在150mm 以上。低溫箱的溫度變化速率不能超過每分鐘1℃，降溫到最低溫度-40℃保持6 小時(shí)后對傳感器的準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測。之后溫度恢復(fù)到20±5℃，至少放置6 小時(shí)，在一次電壓下完成準(zhǔn)確度檢測，保證誤差在允許范圍內(nèi)。

在高溫試驗(yàn)過程中，需要將未通電的配電終端放入高溫試驗(yàn)箱內(nèi)，表面和內(nèi)壁的距離必須在150mm 以上，高溫箱內(nèi)的溫度變化也不能超過1℃/min，升溫到最高溫度+70℃保持6h 后，對傳感器的準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測。之后，降溫恢復(fù)到20±5℃保持6h 測試傳感器的準(zhǔn)確度。在試驗(yàn)過程中，所有數(shù)據(jù)都需要符合相關(guān)規(guī)定。

5.2 測試結(jié)果分析

完成試驗(yàn)分析后，可以確定，在開關(guān)一二次融合設(shè)備中對交流傳感器進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，可以以功能檢測方案和運(yùn)行環(huán)境為基礎(chǔ)制定一體化檢測方案，對開關(guān)一二次融合的實(shí)際效果進(jìn)行全面分析。在本次研究過程中，被測一體化設(shè)備能夠滿足配電柱上開關(guān)一二次融合的實(shí)際需求，符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

為了確保開關(guān)一二次融合后的使用性能，需要加強(qiáng)智能化技術(shù)在開關(guān)設(shè)計(jì)過程中的有效應(yīng)用。在本次研究過程中，對開關(guān)路線鋪設(shè)進(jìn)行簡化，提高了開關(guān)的整體控制水平。與此同時(shí)，利用智能交流傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以對開關(guān)在運(yùn)行過程中的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行全面檢測，對保證配電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性有重要作用。