智能電網是一個完整的信息架構和基礎設施體系,它能實現對電力系統中運行的電力設備進行持續監測和控制,提高電網運營部門對電網管理的工作效率和管理水平,提高電網運行的可靠性。低壓臺區綜合配電箱是實現智能電網基礎設施的一個組成部分,它通常安裝在戶外配電變壓器臺區具有電能分配、控制、保護、監測功能以及對電網進行低壓無功功率補償功能。低壓臺區綜合配電箱運行可靠性直接影響到智能電網的可靠性和安全性。 

  1 農網低壓綜合配電箱運行現狀 

  通過湖北省6個地市供電部門對農網低壓臺區綜合配電箱的運行狀況進行調研,發現普遍存在以下幾個方面的問題。 

  (1)有些箱體表面的油漆脫落,銹蝕嚴重,箱體箱門關不嚴,對箱內電器元件起不到應有的保護;  
  (2)低壓無功功率補償單元控制電器元件老化、損壞較多;  
  (3)因箱體散熱不良,刀開關、斷路器等電器元件在夏季高溫氣候以及重負荷情況下故障較多;  
  (4)剩余電流動作保護器的安裝率不高、投運率較低、帶重合閘功能的保護器較少,達不到農電配網運行的要求;  
  (5)綜合配電箱的方案復雜,有部分方案設計不合理;  
  (6)自動化程度較低,監控方式落后或者根本沒有監控配置。 

  因此在農網綜合配電箱的設計和配置等方面進行研究,提出幾點要求和意見,供相關部門在改造設計和配置農網配電箱時參考。 

  2 綜合配電箱箱體的結構設計 

  2. 1 綜合配電箱箱體高溫的原因 

  綜合配電箱在運行中由于高溫的原因產生較多故障,造成箱體內高溫的主要因素有: 

  (1)低壓臺區的綜合配電箱在戶外運行受到陽光直射產生高溫,特別在盛夏高溫季節,箱體內的空氣溫度達到50℃以上;  
  (2)隨著用電負荷的持續增長,相當一部分配電變壓器及其綜合配電箱重載甚至過載運行,造成電器元器件嚴重發熱。 

  2. 2 抑制箱體高溫以及過熱電器元件損壞的對策 

  (1)改善箱體結構,增強散熱效果:在不降低箱體防護等級的前提下,加大散熱開口進風面積和出風面積。在箱體的側面用于散熱的百葉窗開口一般小于2 mm,通風的效果不好。將其開口加大到4～5 mm,散熱效果會有顯著的提高。為避免因加大開口造成防護等級下降,在箱體內側再焊接小擋板,用于防止雨水直接侵入箱體,擋板的上方用1. 0 mm的不銹鋼紗網覆蓋,箱體頂部的通風截面也應適當加大,并在內面裝網孔直徑≤2. 0 mm不銹鋼紗網防止昆蟲等進入。 

  (2)電器元件降低容量使用。箱體在戶外使用,箱體內產生的高溫會大大超過電器元件的正常工作環境溫度,電器元件應降低容量使用,箱內的導流銅排截面也相應加大。 

  (3)優化電器元件布置。試驗證明熔斷器式隔離開關、斷路器等發熱元件的上部端子接頭的溫升比下部端子接頭的溫升要高近20 K,因此應盡可能為其提供好的散熱條件,在安裝時盡可能使其離箱體頂部距離大一些。 

  2. 3 功能擴展的箱體方案選擇 

  綜合配電箱擴展無功功率補償功能有兩種方案:一種為大箱體方案,即箱體先只安裝配電和計量、監控部分,預留無功功率補償部分的元件安裝位量和相應的安裝孔洞等,在需要的時候再在箱體內加裝無功功率補償部分的電器;另一種為拼裝式方案,即將配電部分和計量監控部分安裝在一個箱體內,當需要增加無功功率補償部分功能時,將該部分做成獨立的箱體,并和原來的配電和監控部分的箱體拼裝成一個整體。兩種方案的比較見表1。 

  3 配電部分電器元件的選擇 

  3. 1 選用電器元件的原則 

  電器元件的選用主要考慮以下幾點: ( 1)由線路額定容量計算出線路電流來確定斷路器額定電流; (2)斷路器過流整定值應躲過線路的正常工作啟動電流; ( 3)按線路最大短路電流來配置具有相應分斷能力的低壓斷路器; ( 4)按線路最小短路電流來校驗斷路器動作的靈敏性,即線路最小短路電流應不小于斷路器短路整定電流的1. 3倍; ( 5)按照線路上的短路沖擊電流(即短路全電流最大瞬時值)來校驗斷路器的額定短路接通能力(最大電流預期峰值) ,即后者應大于前者; ( 6)當電器元件安裝在不利于散熱的條件(外殼或環境)下,應注意制造廠提供的約定封閉發熱電流或降低容量系數。 

  3. 2 進線開關的選擇 

  主進線開關電器主要在斷路器和熔斷器式隔離開關等幾種電器之間選擇。其使用要求必須滿足: 

  (1)有短路保護和過載保護功能,用于保護配電變壓器; (2)有明顯斷開點和隔離功能,用于低壓電器設備和線路檢修安全的需求。 

  當選擇熔斷器式隔離開關作為進線開關時,其限流特性明顯,選擇性好,與保護線路能達到最優化的保護特性匹配。選用熔斷器式隔離開關時,根據實際使用條件選擇相應型號的開關外,還應確定熔斷器的類型,包括類別和分斷范圍,在保證熔斷器的最大分斷電流大于線路中可能出現的有效值和峰值短路電流的前提下,選定熔體的額定電流。 

  使用中,熔斷器式隔離開關存在溫升偏高、熔芯發熱較嚴重、熔芯熔斷電流分散性較大的現象。因此應選擇質量較穩定的熔斷器式隔離開關及熔芯。 

[$page]  3. 3 出線開關的選擇 

  出線開關應滿足: ( 1)有短路保護和過載保護功能; (2)有剩余電流動作保護功能,以適應農村配網的運行管理要求。 

  出線開關可選擇剩余電流動作斷路器或斷路器加剩余電流動作保護器組合等。根據具體使用條件選擇使用類別,選擇額定工作電壓、額定電流、過流、分勵、欠電壓脫扣器參數等。還應參照產品樣本提供的保護特性曲線選用保護特性,并對短路特性進行校驗。 

  出線開關考慮3路的安裝位置,實際安裝數量根據用戶的要求為2～3路。 

  通過在湖北省6個地市供電公司調研發現,大部分綜合配電箱只有2路出線,當配電變壓器安裝在負荷中心也會出現一定比例的3 回路出線。但是,有的用戶出于以后維修更換備件的費用問題考慮,訂貨時把備用開關直接安裝在配電箱內,這樣不僅造成較大浪費,而且長時間的惡劣環境可能造成其絕緣下降,一旦投入使用,可能帶來安全隱患。 

  4 無功功率補償部分電器元件的選擇 

  4. 1 農網無功功率的特點 

  據大量調查統計分析,一般農網的總無功消耗中,中壓配電變壓器約占41. 4% ,低壓用戶的感性負荷約占43. 4%。可見,配電變壓器和用戶的無功消耗約占84. 8%,應作為農電配網無功補償的重點。 

  在低壓母線上裝設自動投切的并聯電容器成套裝置,主要補償變壓器本身空載無功功率以及輸電線路上的無功功率損耗。農網配變輕載或空載時,無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功,這時投入的無功補償容量不要超過配變的空載無功功率。 

  4. 2 補償電容器組的容量選擇 

  農網具有分布范圍廣、節點多、負荷特性不一、負荷變化大等特點,以往僅僅根據人工短時測量的方法對配電網進行監視,可靠性與準確度均較低,無法了解三相有功、無功負荷的變化情況。 

  目前農網配電臺區的測量儀表,記錄的參數不完整及測量的不同時性等對配網的潮流計算和無功優化計算帶來很大困難,因此普遍采用按變壓器容量的一定比例( 10% ～40% )配備無功功率補償容量。具體應該配備多少,沒有更多的運行參數供參考,這也是影響低壓無功補償應用效果的重要原因。 

  由于配網負荷普遍存在三相負荷不平衡情況,在配變臺區安裝具有分相投切的無功功率補償器，根據“取平補齊”原則,以共補3 ～4 組、分補1組為宜。其中1組共補專門補償變壓器的空載消耗的無功功率, 2～3組共補用于補償用戶所消耗的無功功率。分補在三相負荷不平衡時進行分相補償以及在三相負荷平衡且重載時也投入補償。 

  4. 3 電容器投切開關選擇 

  低壓無功功率補償電容器的投切開關主要有投切電容器組專用接觸器、復合開關、晶閘管等,其性能、壽命和造價也相差很大,表3中分別加以說明。 

  5 結語 

  按照上述配置方案試制的樣機已經在湖北省多個農網配電臺區運行,經過了寒冬酷暑,至今運行良好、穩定。 

  后臺主站通過對安裝在綜合配電箱中的配電監控終端的各種運行數據進行統計與分析,為管理部門全面及時掌握配電網運行情況提供了強大的技術支撐。這是實現農電配網可靠、安全、經濟運行的基本措施,是建設環境友好、使用安全的智能電網的重要步驟。

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