智能成套環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)開發(fā)

一、智能電網(wǎng)建設(shè)

城市智慧電網(wǎng)與配電網(wǎng)的建設(shè)是國家“十三五”規(guī)劃中電網(wǎng)建設(shè)的重要方面。目前配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)普遍薄弱，自動化水平低，故障線路查找時間長供電可靠性低，而且難以適應(yīng)大規(guī)模新能源電網(wǎng)的接入和提高需求側(cè)管理的需要，建設(shè)智能化配電網(wǎng)以提高供電可靠性，提高電網(wǎng)對各種電力的吸納能力，提高輸配裝置的利用率有著戰(zhàn)略性的意義。

智能配電網(wǎng)是以輸電網(wǎng)末端骨干網(wǎng)架、結(jié)合各級配電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)供電用戶電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、數(shù)字化、互動化為特征的統(tǒng)一堅強智能化電網(wǎng)。配網(wǎng)自動化是對重點配網(wǎng)線路運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理、故障精準判斷，故障地點定位，幫助運維人員迅速趕赴現(xiàn)場，排除故障。在配網(wǎng)運維管控環(huán)節(jié)，通過智能控制和監(jiān)測實現(xiàn)供電可靠性的明顯提高。

電網(wǎng)智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的先進裝備，它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合，而且是智能電網(wǎng)建設(shè)的必不可少的關(guān)鍵裝備。

二、智能成套環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)開發(fā)

隨著電網(wǎng)設(shè)備自動化時代到來，傳統(tǒng)電氣開關(guān)設(shè)備由人工操作向自動化操作轉(zhuǎn)型。

智能成套環(huán)網(wǎng)柜是一二次融合技術(shù)成套設(shè)備，實現(xiàn)電氣開關(guān)柜具有自動告警、 應(yīng)急處置、 運行實時監(jiān)測、維保檢驗和信息的監(jiān)察、后臺數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能。智能裝置小型化、信息化具備“物聯(lián)網(wǎng)+電氣設(shè)備”研發(fā)和改進過程控制系統(tǒng)、通信解決方案、傳感器和軟件，實現(xiàn)“一二次”融合成套設(shè)備制造工藝。

集成和融合是兩個不同維度的認知，集成是可以把不同的功能模塊安裝工藝標準整合在一起，集成更多是裝置間的整合。

融合是不同性質(zhì)的模塊在同一個裝置里互相穿透，因此會出現(xiàn)設(shè)備之間不匹配問題。提高配電一二次設(shè)備融合標準化、集成化的制造水平和運行水平及質(zhì)量和提高配電一二次設(shè)備融合標準化、集成化水平，提升配電設(shè)備運行水平、運維質(zhì)量與效率等的總體思路下，為穩(wěn)妥推進配電一二次設(shè)備融合技術(shù)發(fā)展，協(xié)調(diào)傳統(tǒng)成熟技術(shù)的可靠性與新技術(shù)不確定性之間的矛盾

1、發(fā)揮【智能環(huán)網(wǎng)柜】在排除電網(wǎng)故障中的作用

電網(wǎng)智能開關(guān)設(shè)備;是具有感知線路故障、分析故障原因、本地做出決策、控制開關(guān)分合功能的先進電子化裝備。

電網(wǎng)故障可分為電網(wǎng)線路故障和電網(wǎng)設(shè)備故障。

10KV-20KV配電網(wǎng)的構(gòu)成，包括配電網(wǎng)基本設(shè)備（變壓器、開關(guān)、電力電子設(shè)備）、供電線路和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)中性點接地方式。

配電網(wǎng)線路故障時繼電保護及安全自動裝置迅速分斷線路，保護電網(wǎng)設(shè)備不被損壞。

配電網(wǎng)線路故障主要是由線路過電壓、過電流造成電網(wǎng)保護裝置跳閘，供電線路停電是故障的表現(xiàn)形式。

在城市配電網(wǎng)推廣智能環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜能夠在錯綜復(fù)雜的電網(wǎng)中，快速找到故障發(fā)生地點，排除故障及時恢復(fù)電網(wǎng)供電。

2、準確區(qū)分永久性故障和瞬時性故障

供電線路故障按性質(zhì)分：大部分屬于瞬時故障,小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障大約占到總故障率的70%左右。所以判斷線路的故障性質(zhì)，對保護供電設(shè)備提高供電安全可靠性至關(guān)重要。

瞬時故障與永久故障的電氣形態(tài)不一樣，可以根據(jù)故障的電氣參數(shù)區(qū)分瞬時故障和永久故障。

配電網(wǎng)故障引起的停電事故中，單相接地故障約占事故總數(shù)的80%，而其中70%的故障是由絕緣劣化引起的。配電網(wǎng)在絕緣劣化的過程中，會發(fā)生大量瞬時故障，而每次瞬時性故障的發(fā)生，都會伴隨著瞬時暫態(tài)信號的產(chǎn)生。瞬時故障主要是電網(wǎng)內(nèi)部瞬時過電壓引起跳閘，瞬時過電壓的產(chǎn)生原因有多種。電氣設(shè)備絕緣劣化引起弧光放電，很容易激發(fā)諧振過電壓，一個絕緣劣化點的單相弧光放電可以引起多器變電站跳閘事故。如果是由于弧光放電造成電容過電壓跳閘，就要把故障性質(zhì)由瞬時故障及時轉(zhuǎn)為永久故障檢修。單相接地故障檢測難度比較大，在單相接地弧光電流沒有達到保護跳閘定值時，已經(jīng)對設(shè)備絕緣層造成嚴重損傷，不能繼續(xù)認定是瞬時故障。

3、故障指示器(故障信息FI )（FaultInformation）

裝置能夠根據(jù)采集的電流大小及設(shè)置的定值，判別故障電流（單相、相間、接地），據(jù)此得出故障信息，并把這些故障量送往配電網(wǎng)控制中心，為故障分析、判斷和負荷轉(zhuǎn)移提供依據(jù)，并配合配電控制中心，進行故障隔離和非故障區(qū)段的供電。故障信號能以遙信形式快速閉鎖裝置，以故障指示燈點亮報警。然后永久保存在DTU 裝置內(nèi)，通過隨機管理軟件隨時現(xiàn)場讀取。

（1）故障信息用于指示故障區(qū)段，特別的邏輯能夠判斷出是瞬時故障還是永久故障，故障指示器就是用信號燈直觀快速表明線路故障的類型，是故障信息的可視化標示。

（2）發(fā)生瞬時故障時，按恢復(fù)按鈕故障指示器信號解除。發(fā)生永久故障時，按恢復(fù)按鈕也無法解除故障信號。

（3）故障信息包括起始時間、故障電流大小、結(jié)束時間、過流的次數(shù)以及故障是瞬時的還是永久的。

（4）故障信息指示器能夠檢測故障發(fā)生在上級，從而給出正確的故障信息。

（5）檢測故障的回路有檢測電壓、電流的方式和只檢測電流的方式。

4、過電壓、過電流速斷保護

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(1)、相（A、B、C）與接地（N）故障檢測

如果配電線路中測量的電流超過故障檢測的拾取電平，通過電源側(cè)保護設(shè)備檢測到無電壓（死線），則立即檢測故障并在適當(dāng)時間后判斷故障類型（瞬間/臨時）。此時，相與接地的拾取電平另行設(shè)置。

(2)、判定故障方向

進行故障檢測時，對于相及接地利用正相序及逆相序因素判定方向。

(3)、抵制浪涌

在測量的電流值上應(yīng)用時間和倍數(shù)，如果開關(guān)的電源側(cè)和負荷側(cè)為活線時，測量的電流值在浪涌時間以內(nèi)超過故障檢測的拾取電平，但未達到浪涌倍數(shù)，則不進行故障檢測的功能。此時，相與接地的時間和倍數(shù)另行設(shè)置。

(4)、非接地配電系統(tǒng)的故障檢測

非接地配電系統(tǒng)由2條以上的支線構(gòu)成時，如果發(fā)生接地事故，雖然可以根據(jù)零序電壓（Vo）識別是否發(fā)生故障，但由于在非接地配電系統(tǒng)中同樣測量到零序電壓（Vo），無法識別是哪條支持發(fā)生了故障。SZLL-6160DTU終端裝置可以接收系統(tǒng)模擬測量值。通過分析上述零序電壓和由零序電流互感器測量的零序電流相位關(guān)系，可以完美地檢測出接地故障檢測區(qū)域。

(5)、保護協(xié)助

如果配電線路中發(fā)生故障，則與電源側(cè)保護設(shè)備合作，如果因電源側(cè)保護設(shè)備的切斷而檢測到無電壓（死線），則啟動裝置的保護功能；用裝置算法給出定位故障導(dǎo)致的停電區(qū)域。

(6)、瞬間電流變化檢測

測量的電流值未超過故障檢查電平，但與過去測量的電流值相比，如果比瞬間電流變化檢測的設(shè)置電平（％）高出很多則進行檢測的功能。

5、配電網(wǎng)三相電發(fā)生單相斷線的危害

（危害）發(fā)生單線斷線時，線路電容與變壓器的空載阻抗也會諧波諧振，同樣會引起過電壓。變壓器輕負荷啟動時，涌入的勵磁電流包含一系列的諧波，其中的某次諧波會引起線路電容和變壓器電抗之間的諧振過電壓。使得電流過載，導(dǎo)致線路熱力損壞。

（檢測計算難度）設(shè)一個定值（60%）為線接地額定電壓值的百分比。電壓上下限顯示也用于斷相檢測，當(dāng)線壓降到下限時，其電源端和負荷端線路檢查為開斷。只有當(dāng)線壓上升到上限的時，斷線檢測才被重新復(fù)位。

6、單相接地故障的危害

10 kV配電線路在實際運行中，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障，特別是在雨季、大風(fēng)和雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生，單相接地故障更為頻繁。

當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，三相電路的對稱性受到破壞，故障點就出現(xiàn)明顯的不對稱，如當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障后，A相對地電壓變?yōu)榱悖鋵Φ仉娙荼欢探樱鳥相和C相相對地電壓升高，對地電容電流相應(yīng)增大，流過接地點F的電流為所有線路電容電流的總和。發(fā)生單相接地故障瞬間到故障進入穩(wěn)態(tài)之前，系統(tǒng)將經(jīng)歷一個復(fù)雜的暫態(tài)過渡過程，暫態(tài)過程故障零序電流幅值比穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍且不受消弧線圈的影響。

金屬性接地：故障相電壓為零；非故障相電壓等于線電壓；

非金屬性接地：一相或兩相電壓低，但不為零；另二相或一相電壓高，接近并低于線電壓。

完全金屬性短路則中性點對地電壓上升為相電壓），而不接地相的對地電壓也會升高（金屬性短路升為線電壓），但是每相對中性點電壓以及相間的線電壓保持不變。

發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行1～2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點；但是，若發(fā)生單相接地故障后電網(wǎng)長時間運行，會嚴重影響變電設(shè)備和配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。

7、自動核相及相位檢測

在回路配網(wǎng)供電系統(tǒng)中會出現(xiàn)回路切換倒閘動作，對相同步檢測很有必要，當(dāng)同步檢測失敗(相角不一致)系統(tǒng)自動閉鎖禁止倒閘操作。終端的檢測功能用于電源與負荷間的同步檢測。在徑向系統(tǒng)中同步失敗不是什么問題。當(dāng)開關(guān)斷開時，負荷側(cè)斷電。所以同步檢測是不必要的。但是在回路系統(tǒng)中同步檢測必須在閉鎖開關(guān)前進行。如果電源側(cè)與負荷側(cè)的電壓相量有很大的差，大量的循環(huán)電流可以流經(jīng)線路。設(shè)置范圍為00-80[度]每步10[度]。默認值為30[度]。

當(dāng)電源側(cè)電壓(Va)和負荷側(cè)電壓(Vr)相差高于預(yù)設(shè)值時，此指示燈變亮。合閘控制前，與同期失敗信息和斷線診斷連鎖。如果是同期失敗，合閘控制命令被禁止。

精準識別的線路工況，可準確檢測相間短路和單相接地故障；

支持定值和自適應(yīng)兩種短路故障判斷模式，可區(qū)分永久性故障和瞬時性故障；支持對線路電流的精確測量；配電網(wǎng)智能成套環(huán)網(wǎng)柜DTU裝置具有較強的抗過渡電阻的能力。

三、電網(wǎng)永久，瞬時故障分辨檢測技術(shù)

電力設(shè)備運行中的故障，70%是由絕緣劣化引起的。因配電網(wǎng)電氣設(shè)備在長期運行電壓和外界環(huán)境因素的影響下，其絕緣劣化為一個緩慢的過程，剛開始一般發(fā)生零星的瞬時故障，隨著絕緣劣化的加劇，瞬時故障次數(shù)逐漸增多，直至絕緣完全破壞發(fā)生永久性接地故障。

在故障檢測設(shè)備設(shè)計中直接把過電壓引起的跳閘定義為瞬時故障。如果是因為單相弧光接地引起的諧振過電壓則可以定義為永久故障。配電網(wǎng)智能環(huán)網(wǎng)柜DTU絕緣監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵是接地故障選線技術(shù)。依靠分析瞬時接地故障的暫態(tài)信號來監(jiān)測電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。智能環(huán)網(wǎng)柜能夠滿足在各種條件下的高準確度單相接地故障檢測。