孟敬淞

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司桂林供電局，廣西 桂林 541004）

0 引 言

自取電裝置是一種在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)設(shè)備旁路為使用者提供電源的電能指示裝置。主電源主要滿(mǎn)足應(yīng)急用電需求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，方便快捷。備用電源也叫后備電源，它是一組小型鋰離子電池，一般采用三相四線(xiàn)供電方式，線(xiàn)路上每一相位都有一個(gè)電容為其充電。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，用大電容切斷電源。雖然電池容量大，但是充電時(shí)間長(zhǎng)、電池不穩(wěn)定，如果不能及時(shí)解決，那么會(huì)造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題。目前，很多地區(qū)的配網(wǎng)線(xiàn)路都沒(méi)有安裝自取電裝置，這主要是因?yàn)榕潆娋W(wǎng)自接電源引起的斷電、線(xiàn)路短路等問(wèn)題[1]。不加以妥善處置，將對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成極大威脅，嚴(yán)重的可能會(huì)威脅到使用者的生命。配網(wǎng)線(xiàn)路自取電裝置方便用戶(hù)使用，當(dāng)無(wú)電力供應(yīng)或負(fù)載很大時(shí)，可以通過(guò)自取電方式來(lái)解決問(wèn)題。因此，應(yīng)用一種配網(wǎng)線(xiàn)路自取電低功耗防外破智能指示裝置，通過(guò)該裝置在發(fā)生線(xiàn)路故障時(shí)對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警，以降低因線(xiàn)路故障引起的斷電事故。

1 配網(wǎng)線(xiàn)路自取電低功耗防外破智能指示裝置設(shè)計(jì)原則

配網(wǎng)線(xiàn)路自取電低功耗防外破智能指示裝置主要用于低電流供電，以最大功率輸出，用于聲光報(bào)警。專(zhuān)用光源需要高亮度、低功率、高效能，適用于小電流電源。當(dāng)線(xiàn)路負(fù)載變化較大時(shí)，會(huì)對(duì)照明系統(tǒng)的亮度產(chǎn)生一定的影響，能夠經(jīng)受線(xiàn)路失效時(shí)產(chǎn)生的大電流沖擊，同時(shí)能夠在低負(fù)荷、低電流的情況下發(fā)光，具有低功耗、高可靠性、長(zhǎng)壽命以及免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)[2]。該裝置在低磁場(chǎng)條件下的磁導(dǎo)率很高，通常為0.6～1.0 T。采用高品質(zhì)的電磁材料，以滿(mǎn)足低電流，獲取足夠的能量，使發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）燈泡等聲光元件工作正常，并采用能量緩沖器及控制回路進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。選擇電流互感器作為小電流取電裝置，測(cè)量用電流變壓器的準(zhǔn)確度不能小于0.5級(jí)；監(jiān)控各輸電線(xiàn)上負(fù)載電流的安培計(jì)必須是1.0～3.0級(jí)的電流互感器。通常采用二次加載（伏安）檢驗(yàn)電流變壓器的電壓，以確保測(cè)量精度不會(huì)超出規(guī)定的范圍。二次負(fù)載不超過(guò)額定負(fù)載，可以確保選型的準(zhǔn)確性[3]。電流二次回路負(fù)載由二次環(huán)路阻抗大小決定，其計(jì)算公式為

式中：q表示額定負(fù)荷；L1表示線(xiàn)圈阻抗；R1、R2分別表示二次回路接觸電阻和回路導(dǎo)線(xiàn)電阻。對(duì)于回路導(dǎo)線(xiàn)電阻，計(jì)算公式為

式中：l表示導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度；r表示導(dǎo)線(xiàn)電導(dǎo)率；s表示導(dǎo)線(xiàn)截面積。

2 智能指示裝置應(yīng)用過(guò)程

2.1 整流與發(fā)光顯示裝置應(yīng)用

為解決配網(wǎng)線(xiàn)路的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種低功耗防外破的整流與發(fā)光裝置。其特點(diǎn)是使用開(kāi)關(guān)二極管，在有大功率設(shè)備需要接地的情況下，只需要電線(xiàn)的一端接地，便可使獲得的電力耗盡，而不需要切斷電力，也不會(huì)產(chǎn)生電力損耗[4]。此外，開(kāi)關(guān)柜所產(chǎn)生的電荷能被貯存，并可以在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)使用，使設(shè)備具有自給能力。

采用合適的連接方式，可以使高亮度、高散熱、高集中度的特殊LED與超級(jí)電容在低壓下進(jìn)行合理匹配，使得向下照明形成燈管[5]。燈管高度和電線(xiàn)高度一致，具有270°可視特點(diǎn)。LED燈組的設(shè)計(jì)采用混聯(lián)模式，通過(guò)篩選、數(shù)目平分、分組并聯(lián)以及組間串聯(lián)，組成多個(gè)循環(huán)的混聯(lián)模式，為配網(wǎng)線(xiàn)路出現(xiàn)異常情況提供指示標(biāo)識(shí)。

2.2 過(guò)電流安全保護(hù)裝置應(yīng)用

在電力保護(hù)線(xiàn)負(fù)荷（線(xiàn)電流）中，因線(xiàn)路失效引起的大電流對(duì)照明設(shè)備和控制電路的影響最為嚴(yán)重。如果不能很好控制LED的供電電壓和電流，則會(huì)導(dǎo)致LED使用壽命縮短，為此設(shè)計(jì)了過(guò)電流安全保護(hù)裝置。當(dāng)電源線(xiàn)路失效時(shí)，會(huì)造成LED過(guò)流，進(jìn)而造成LED過(guò)壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)并聯(lián)的超級(jí)電容器產(chǎn)生過(guò)電壓影響。為了研究LED的保護(hù)電路，對(duì)其進(jìn)行等電勢(shì)處理，并對(duì)其進(jìn)行分析，以確保各個(gè)LED不發(fā)生過(guò)電流[6]。

為避免因超限后的導(dǎo)線(xiàn)電阻增加而造成線(xiàn)路和設(shè)備的安全事故發(fā)生，過(guò)流值與保護(hù)目標(biāo)自身存在某種關(guān)聯(lián)。電流互感器保護(hù)動(dòng)作電流的計(jì)算公式為

式中：α表示保護(hù)裝置系數(shù)；φ表示接線(xiàn)系數(shù)；Imax表示三相金屬接地穩(wěn)定最大電流；λ表示電流互感器變比。

當(dāng)保護(hù)目標(biāo)的過(guò)電流幅度較大，而過(guò)電壓幅度超出了保護(hù)目標(biāo)自身的承受能力，則會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓保護(hù)失效[7]。所以在進(jìn)行保護(hù)時(shí)，需對(duì)電流做出必要的調(diào)整。同時(shí)，由于信號(hào)較易發(fā)生畸變，會(huì)對(duì)保護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性造成一定的影響[8]。因此，采用差分過(guò)載保護(hù)裝置進(jìn)行過(guò)電流安全保護(hù)。在負(fù)載正常情況下，電路中僅包含交流電源，不包含直流電源，當(dāng)電路中的電流過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的電流差值，由差分電流信號(hào)來(lái)判斷，這時(shí)差分電路就能自動(dòng)跳閘。

2.3 高透光性防雨水防紫外線(xiàn)防曬機(jī)械裝置應(yīng)用

高透光性防雨水、防紫外線(xiàn)、防曬機(jī)械裝置可在各種極端惡劣環(huán)境下工作，如高壓、高海拔、變負(fù)荷、干擾等，全年24 h不間斷地在室外工作，并保證線(xiàn)路3年不出故障。在這種嚴(yán)酷的環(huán)境下，須有一個(gè)穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)構(gòu)。該設(shè)備是在一根暴露的帶電線(xiàn)路上運(yùn)轉(zhuǎn)的，設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、安裝方法、防電暈處理以及抗干擾處理（暴露線(xiàn)徑、磨損等）是影響設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。所使用的防紫外線(xiàn)材料及獨(dú)特的構(gòu)造使得此裝置具有輕便、抗紫外線(xiàn)、透光率高、機(jī)械強(qiáng)度高、重量輕以及安裝方便等特點(diǎn)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 電力概況

站內(nèi)檢查處理：2020年10月21日15:00，檢修人員對(duì)10 kV二線(xiàn)、一線(xiàn)保護(hù)及斷路器機(jī)構(gòu)進(jìn)行了檢查，保護(hù)裝置正確動(dòng)作，斷路器機(jī)構(gòu)分合閘正常，后臺(tái)監(jiān)控及信息上送正常；2020年10月21日16:00，調(diào)度控制中心嘗試與10 kV雙線(xiàn)制遙控器連接，在機(jī)械關(guān)閉后，開(kāi)關(guān)跳閘，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢修發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)柜五防手柄已斷鎖（此設(shè)備為開(kāi)關(guān)柜的機(jī)械五防保護(hù)裝置，可在關(guān)閉狀態(tài)下切斷刀片的開(kāi)關(guān)），五防鎖止機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)械聯(lián)鎖的作用使斷路器合閘開(kāi)關(guān)不能保持；2020年10月21號(hào)17:00，維修人員對(duì)兩個(gè)斷路器機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全面檢查和測(cè)試，對(duì)10 kV一線(xiàn)2、3號(hào)線(xiàn)間的A相斷股懸吊鋼絲進(jìn)行了消缺，在絕緣斗臂車(chē)內(nèi)部進(jìn)行帶電消缺時(shí)，發(fā)現(xiàn)10 kV線(xiàn)路上存在明顯放電點(diǎn)。

放電點(diǎn)處經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)明顯過(guò)電流，過(guò)電流即為超過(guò)額定電流50 A的電流，設(shè)置2種環(huán)境，分別是正常環(huán)境和惡劣環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)人工統(tǒng)計(jì)這兩種環(huán)境下的電流變化情況，如表1所示。

表1 正常環(huán)境和惡劣環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)人工統(tǒng)計(jì)電流結(jié)果

由表1可知：在正常環(huán)境下經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員排查，17:00時(shí)出現(xiàn)了過(guò)電流，且17:00-18:00時(shí)依然沒(méi)有處理好過(guò)電流問(wèn)題，直到18:30電流才恢復(fù)正常，在該期間可能會(huì)出現(xiàn)損壞電路問(wèn)題；在惡劣環(huán)境下經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員排查，17:30時(shí)出現(xiàn)了過(guò)電流，且17:30-18:30時(shí)依然沒(méi)有處理好過(guò)電流問(wèn)題，直到19:00電流才恢復(fù)正常。

3.2 過(guò)電流檢測(cè)

線(xiàn)路中過(guò)電流沖擊對(duì)電路的影響最大，如果不能很好控制線(xiàn)路過(guò)電流，必然會(huì)燒毀燈組壽命，為此檢測(cè)應(yīng)用所研究裝置能否對(duì)過(guò)電流現(xiàn)象及時(shí)指示。設(shè)置2種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分別是正常環(huán)境和惡劣環(huán)境，檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 應(yīng)用指示裝置過(guò)電流檢測(cè)結(jié)果

由圖1（a）可知，使用所應(yīng)用裝置能夠在16:50時(shí)準(zhǔn)確指示出過(guò)電流數(shù)值，且發(fā)現(xiàn)過(guò)電流的時(shí)間比現(xiàn)場(chǎng)人工排查時(shí)間要早10 min，并且使用應(yīng)用裝置進(jìn)行維修的時(shí)間比現(xiàn)場(chǎng)人工排查后維修時(shí)間提前30 min，能夠有效保護(hù)配電線(xiàn)路。由圖1（b）可知，使用所應(yīng)用裝置在17:00時(shí)指示出過(guò)電流數(shù)值，通過(guò)應(yīng)用高透光性防雨水、防紫外線(xiàn)、防曬機(jī)械裝置發(fā)現(xiàn)過(guò)電流的時(shí)間比現(xiàn)場(chǎng)人工排查時(shí)間早30 min，經(jīng)過(guò)快速維修后使得電流在18:30就恢復(fù)了正常，由此能夠有效保護(hù)配電線(xiàn)路。

4 結(jié) 論

配網(wǎng)線(xiàn)路自取電低功耗防外破智能指示裝置能夠發(fā)出強(qiáng)光、高音告警。正常運(yùn)行情況下，在夜間會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的光線(xiàn)，視天氣狀況而定，能見(jiàn)度可以達(dá)到100～500 m。在裝有雷達(dá)的設(shè)備上，可以檢測(cè)到靠近導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械和交通工具，并根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)的工作電壓水平設(shè)定不同的報(bào)警距離。物體靠近電線(xiàn)時(shí)會(huì)發(fā)出頻率閃爍，并發(fā)出警報(bào)，以警示司機(jī)或機(jī)械操作人員，減少因外力損壞而導(dǎo)致的短路。