配电台区电气设备集成化浅析

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当前，在配电网配电台区建设上仍普遍存在台区控制柜设备老旧、计量装置功能单一、管理混乱、负荷不能有效控制等问题。在国家电网大力建设的背景下，骨干网架、各级电网已日渐完善，电网建设逐步向智能化方向发展，侧重于配电、用电侧的改进。作为电力系统与用户连接的最后一道关口，要想满足人们对电能越来越高的需求，就必须实现配电台区的智能化。目前国内已有一定数量的台区控制柜，但针对配电台区设备集成化、智能化，实现小体积、多功能自动控制的设备却很少。因此，应重视配电台区电气设备集成化与智能化的研究，研制新型智能配电设备，将配电柜内的隔离开关、互感器、空气断路器、接触器，以及仪表显示部分集成化，将微电子技术和目前的电能表无线抄收功能相结合，实现集自动控制、用电信息显示等功能于一体，提高低压电气设备的管控水平，实现低压配电设备全自动化。

1配电台区电气设备存在的问题

我国农村配电网大部分配电台区是500kVA以下的配电变压器。随着用电容量持续增长，一些低压电网的设备以及配电柜与经济社会发展不相适应的问题日渐突出。主要表现在以下几个方面。

1.1柜内设备

目前，我国的低压配电柜产品品种有十几种，有固定面板式、固定分隔式、抽出式、混装式、智能型等，配电柜型号众多而不统一。配电柜内的低压设备大都配置有空气断路器、接触器、继电器、仪表、按钮、互感器、母排、二次控制设备和导线等，柜内设备也存在种类多、型号多的情况，柜体较大。

1.2二次线槽

二次线槽在柜体内有多种多样的形式，但在质量方面，与国外先进产品相比还有很大的差距。

1.3整体盘、柜

（1）产品布局不够合理。成套设备应该具有多层次、多品种的特点。多层次是指同类产品在技术性能、参数、功能、结构、安装等方面应有高、中、低的区别，以满足不同的使用需要。多品种是指适应不同使用环境的需要。目前，具有高性能的固定间隔式产品，IP防护等级高以及自动化程度较高、具有多功能的产品基本处于空白。（2）产品没有形成品牌效应。新产品开发少，知名品牌较少，不同品牌的产品质量的差距较大。（3）设备本身存在问题。①在低压成套开关设备中使用的绝缘材料阻燃性能仍然不够好，绝缘材料制成的零部件绝缘性能差，用于防水、防尘提高外壳防护等级的密封条，由于容易老化，达不到长期使用的目的。作为低压成套开关设备主要导电体的铜排，由于加工能力弱、含铜量不足等原因，经常导致载流量低，易发热，降低了装置的实际载流量，出现不能满足设计要求的情况。②在低压成套开关设备中使用的辅件（主要指一、二次接插件及接线端子等）与国外先进技术有不小的差距。③部分国产元器件质量差，且存在假冒伪劣产品，影响我国低压成套开关设备的整体质量。

1.4自动化程度

存在自动化程度低，设备运行情况靠人工检查与巡视，维护工作量大；台区用电不平衡，负载系数低，变损过大，无法监测；保护功能单一，设备投切靠人工完成，不能有效控制等问题。整体缺陷表现为：配电柜内设备陈旧老化、功能单一、体积大；计量装置接线复杂，计量单一；自动化程度低，不能远程控制。

2改进方案

通过对配电网中应用较多的几家公司的配电产品深入研究，并参考一些前沿配电设备和配电台区自动控制柜，对配电设备提出以下改进方案。

2.1电气设备集成化（JTMLE断路器功能再扩展）

电气设备集成化就是把配电控制箱、柜中各设备功能集成到一个设备上，而不是传统意义上的一个设备对应一个功能。实现一次电气设备集成化，将电流电压互感器（或电子式取样）、接触器等内置在自动空气断路器中就可以获得用电信息，使低压断路器成为具有计量、保护、通信、负荷管理功能的智能断路器。这样就可以减少一次母排占用的空间，从而缩小控制箱、柜体积。并且，由于控制电气设备集成化，就可以取消二次连接线和二次线的导线槽。智能断路器的功能集成化后，就能对配电变压器信息进行采集、处理和实时监控，实现台区信息监测、微机保护、故障录波、远程遥控分合闸、电能分配、无功补偿、自动重合、漏电（剩余电流）值监测、电能质量监测、变压器负荷监测、台区异常报警等多种功能。通过智能断路器对配电系统和电气设备运行状态进行在线监测，提高配电设备的运行可靠性和自动化水平，确保负荷侧发生故障时，能在最短时间内切除故障，缩小停电范围，提高供电可靠性。而对于发生大电流永久性故障的出线，则能快速诊断故障性质，闭锁重合闸，防止故障扩大。

2.2配电自动化

配电自动化是集计算机技术、数据传输技术、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理。其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质电力服务，降低运行费用，降低运行人员的劳动强度，形成集电量自动采集分析、馈线分段断路器测控、电容器组自动调节投退、用户负荷控制和远方抄表等于一体的配电网管理系统，实现小型化、多功能、自动控制。另外，配电柜内计量装置除可以自配置外，还可以采用插入式接线柱连接电能表，适应目前国家对计量装置的要求，无须人工走线连接电能表。

2.3无功补偿集成化

控制无功补偿电容器的断路器、接触器、热继电器直接连接成整体组装式，电容三相一体多组可并式，使得一次、二次导线不可见。配置现有的自愈、复合式控制系统，取消JKLC控制器后，也可以实现取消二次控制线，实现集成化、自动化无功补偿，可以使体积缩小50%以上，器件减少80%以上，接线减少80%以上，材料节省50%以上，电能损失（导线、节点、器件等）降低50%以上。

2.4信息传输的网络化与智能化

配电控制柜采用光纤、专线、GPRS和Zigbee等网络及通信技术将用电数据采集到配电控制柜中，然后通过光纤、GPRS/CDMA等通信通道传送到配电自动化主站提供给运行人员进行分析决策，实现配电设备和居民用电信息的在线监测，提升运维人员的运维效率。当配电设备出现故障时，电力运维人员可以在办公室利用主站系统或者手持移动终端远程第一时间准确定位故障点，缩短巡线时间，从而缩短停电时间。另外，可以实现对电力用户的用电行为智能分析和预测，准确捕捉窃电行为，并为用户提供合理的用电咨询服务，提升供电企业的形象。

2.5缩小控制柜体积

由于电气设备由分立式改为集成化，一次母排和分线排就能够相应的减少，二次导线可以实现没有或减少，进而可以取消二次线槽，取消电流指示、电压指示、无功指示、操作手柄、转换开关等设备。一次线所需位置的减少，可以缩小控制柜的体积。控制柜中如果需要配置必需的母线排，可以利用隔板隔离分相，在考虑散热和防止相间短路的同时，尽可能实现配电控制柜的小型化。

2.6实现智能保护功能

由于智能断路器内集成有智能传感器，可以实时采集电流、电压等数据，并将数据实时显示在相应人机界面。同时，通过其中保护模块对上述电压、电流、断路器自身状态、电动底盘车、主回路温度等参数的实时分析，可以实现过流、过负荷、欠压、出线短路等故障的自动跳闸、保护动作后的复位与锁控和设备运行状态的在线监视。

2.7应用新技术

近年来，云计算、大数据、物联网技术发展迅速，可将这些新技术运用在配电系统的智能化中。智能电能表和传感器将实时获取用户的用电信息，对这些数据采用大数据分析方法进行分析并与历史数据对比，为智能配电系统提供决策支持，还可以通过云计算对平台上的数据进行扩展，以有效管理电力系统的信息。

3集成化、智能化后的优势分析

配电台区设备集成化、智能化后优势有：①优化配电箱、柜结构，缩小其体积；②集成于断路器内部取压和取流，实现电流值与电压值面板显示、电能计量；③取消了电压表、电流表等，取消了二次线；④解决智能终端装置连接方便性和可靠性；⑤电动操作驱动电路，由小型电动机控制分合闸，实现智能控制；⑥运行、维护、检修、试验、安装简便，负荷数据自动采集、存储、上报，可以对用电量监测、供电质量分析，实现报警、事件管理、远程控制与保护等。

4结语

配电台区电气设备集成化与智能化后，形成全面的软硬件一体化系统解决方案，实现可视化控制、信息化管理，保障安全管控、优化电能效能，可以提高电能质量，显著降低线损，提高供电可靠性，大幅提升用电管理水平，还可以全面解决配电台区存在的电压合格率低、供电可靠性低、损耗大和用电管理水平低、管理人员不足等问题，真正实现免维护、少检修或不检修，具有极佳的经济效益和社会效益。

作者:李芸 杨建伟 单位:太原工业学院 国网山西沁县供电公司