一种低压智能开关管理系统的研究

朱勇，陶用伟，李泽群，冯亢亢，呼松鹤

（1.贵州电网有限责任公司凯里供电局，贵州 凯里 556000；2.南京德软信息科技发展有限公司，江苏 南京 210031）

随着科技的发展，城市和乡村中电器的使用逐步普及，人们对供电的稳定越发依赖。目前，我国低压电网的漏电保护形式多采用一级总保护，从台区至用户末端有任何地方出现漏电、过载、短路等情况时，只要超过总保护限值就会触发总保护开关跳闸，导致电力用户大面积停电，停电后需要对总保护开关下所有线路的问题进行排查，排除范围广、难度大，不易确定故障位置，延长了复电时间，极大地降低了客户用电体验。同时自动化系统接入的开关主要是10kV及以上的电压等级，对于10kV及以下的开关设备很少能实现实时监测和远程控制，无法快速分析开关设备的跳闸原因，也无法远程操作开关的分合，检修工作浪费大量的人力。为解决上述漏电保护开关适应环境能力差、跳闸频繁、问题排查困难、复电慢等问题，本文研究一种低压智能开关管理系统，实现三级开关的实时监测和远程控制，提升了客户的用电体验和供电公司的形象。

1 低压电网的三级保护

本文研究的低压电网的三级保护分别为总保护、分支保护和终端保护。对应的三级保护分别采用Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级3种不同规格的开关，Ⅰ级开关安装于台区分支出线，Ⅱ级开关安装于台区分支支线节点前端，Ⅲ级开关安装于电表用户前端。3种保护开关均采用特制的智能开关，开关节点处的电流、电压、漏电电流、开关状态等数据均可通过无线方式上传至台区管理终端，由低压智能开关管理系统对上传的数据进行分析和辅助决策的输出。3种级别的保护开关分别设置不同的动作电流和动作延时时间，一级保护设置的动作电流最大，延时时间最长，三级保护设置的动作电流最小，延时时间最短，二级保护设置的动作电流和延时时间大小处于一级保护和三级保护之间。

由漏电、过载、短路等情况引起三级保护开关跳闸后，二级保护开关和一级保护开关均不再跳闸，以控制失电面积的扩大。当三级保护开关失灵时，二级保护开关跳闸，一级保护开关不再跳闸。采用低压智能开关管理系统后，二级保护开关跳闸信号无线上传至智能终端，智能终端立即下发指令，先将二级漏电保护开关及其所在支路的一级漏电保护开关的漏电保护功能退出；其后将该二级漏电保护开关恢复送电；再将其下的各用电客户入口处的三级开关断电；最后，再逐户送电。根据单相电网中漏电流叠加为向量和的原理，依据每户的编码，就能查悉每户的漏电流值，并从中找出漏电流最大的那户；再下指令将其它漏电流值小的用电户通过其上端的自复位开关恢复供电；最后再将该二级漏电保护器及一级漏电保护器的漏电保护功能恢复，漏电保护系统进入正常运行。三级保护相对于一级总保护的形式，解决了由漏电、短路、过载等原因造成的总保护开关跳闸而引起的大面积停电，同时排查故障变得更加容易，可以直接定位漏电用户，提高低压配网的复电效率。

2 状态监测

系统通过分布在各节点处的无线模块采集节点处的电网运行数据，实现对开关状态、三相电流、三相电压、漏电电流、通讯状态等各项数据的实时监测。将采集到的数据反馈给智能开关管理系统并以图形界面显示，在线监测异常数据的变化趋势，准确定位事故的发生位置。

（1）开关状态监测。在系统电网模型中，可通过点击智能开关测点，链接到此开关的实时监测页面，页面内显示开关台账信息，开合状态，同时可查看开关人为调整及自动跳闸的动作记录。

（2）电流监测。实时监测、记录电流数值并反馈到电流监测的页面中，鉴别突变漏电流大小的同时，鉴别负荷电流的变化，利用双鉴技术判断漏电属于人体触电还是设备投切等其他原因，如果属于人体触电则保护开关跳闸，如果由设备投切引起的漏电电流，则保护开关不跳闸，避免保护开关的误动作。

（3）电压监测。实时监测、记录线路电压数值并反馈到电压监测页面中，如果出现开关的上下端出现单相线路高压，判断是否发生了断零线故障，触发开关的保护跳闸动作。

（4）漏电电流监测。实时监测和记录线路的漏电电流变化，并反馈到监测页面中。

3 实时控制

对同台区下的智能开关，进行分组管理，建立开关之间的拓扑关系。智能控制器周期性对接入的开关进行状态巡检，保证重点设备持续正常运行。智能控制器接收开关对突发事件的告警，并对触发原因进行类型甄别和来源追踪，分析完成后，按预设的规则进行自动恢复，智能控制器通过APN将数据传至上位机管理平台，支持人工干预远程停复电的操作。

（1）自动控制。系统平台通过分析前端设备采集到的各项数据，综合判断开关及负荷实际的运行状态，智能控制终端根据各级开关的运行状态判断是否可自动控制开关的断开和闭合操作。控制终端内预设分闸条件，一旦实际运行时，开关反馈状态触发预设条件而没有分闸，控制终端分析故障来源和影响区域，从低级开关开始分闸，直至将故障隔离在正常运行的电网之外。在智能控制终端每次自动合闸策略执行操作前，需经过三级验证：分闸原因是否属于暂态影响类；预估的故障来源处开关是否处于分闸状态；是否有人员干预延迟送电。三级验证通过后，智能控制器控制智能开关从Ⅰ级开关向下至Ⅲ级开关进行试送电操作，试送电成功则向管理系统输出控制结论，如试送电失败，则向管理系统输出告警，提醒值班人员尽快处理，既能实现低压自适应快速远程复电，又能让值班人员及时发现故障，尽快消缺。

（2）手动控制。系统除自动控制设备外，还可进行手动调整，增加系统自动控制的容错性。每次人工干预的操作，系统都会进行模拟分析风险和影响的范围，并将模拟分析的结论实时输出给操作人员，既能增加系统自动控制的容错能力，又能为人工操作提供辅助决策的意见。

4 结语

本文主要研究了一种智能开关管理系统，内容包括：分级保护、状态监测及远程控制等。分级保护的形式可缩小电力故障引起的停电范围和减少停电次数；开关的实时监测，可实现对故障区域的直接定位，提高了故障排查效率；开关的远程控制实现了低压电网的快速复电。

低压智能开关管理系统的应用可大大提高供电的稳定性，提升客户的用电体验和供电企业的形象。

参考文献：

[1]李彩娟.剩余电流动作保护器的设置[J].硅谷,2014.