● 國(guó)網(wǎng)山東省電力有限公司電力科學(xué)研究院 梁 波

北京國(guó)旺盛源智能終端科技有限公司 李啟冉 劉東旭

為了更好地促進(jìn)營(yíng)配貫通和臺(tái)區(qū)線(xiàn)損治理工作，低壓計(jì)量表箱內(nèi)一般裝有用于計(jì)量采集的集中器（采集器）和調(diào)節(jié)三相平衡的換相開(kāi)關(guān)，以及為了實(shí)現(xiàn)戶(hù)表識(shí)別的智能識(shí)別終端等設(shè)備。眾多終端設(shè)備的加入，雖然對(duì)營(yíng)配貫通的治理起到了明顯促進(jìn)作用，但也增加了低壓配網(wǎng)的建設(shè)成本，不利于后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)管理。

基于以上問(wèn)題，國(guó)網(wǎng)山東省電力有限公司電力科學(xué)研究院與北京盛源科技公司共同設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型智能多功能換相開(kāi)關(guān)，該產(chǎn)品在原有空氣開(kāi)關(guān)功能基礎(chǔ)上，不新增設(shè)備，通過(guò)集成功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量采集、戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)識(shí)別、三相不平衡動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)換相調(diào)節(jié)等功能，其應(yīng)用可大幅度降低設(shè)備建設(shè)與運(yùn)維成本，豐富現(xiàn)有空氣開(kāi)關(guān)的功能，有效節(jié)省計(jì)量箱的內(nèi)部空間，提高工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，滿(mǎn)足營(yíng)配貫通、線(xiàn)損治理等多功能需求，有力提升配網(wǎng)精益化管理成效。

1 主要功能

1.1 用電信息采集

智能多功能換相開(kāi)關(guān)內(nèi)置采集模塊，可通過(guò)載波通訊方式實(shí)現(xiàn)表箱內(nèi)計(jì)量表計(jì)的用電信息實(shí)時(shí)采集。

1.2 開(kāi)關(guān)分合閘

在線(xiàn)檢查表箱內(nèi)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉合狀態(tài)，遠(yuǎn)程下發(fā)停復(fù)電指令，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的智能分?jǐn)唷?/p>

1.3 三相負(fù)荷調(diào)整

能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)表箱三相負(fù)荷的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)內(nèi)置算法，對(duì)于三相負(fù)荷不平衡率大于20%(閾值可自行設(shè)置)的進(jìn)行智能調(diào)整。

1.4 戶(hù)表關(guān)系識(shí)別

智能多功能換相開(kāi)關(guān)內(nèi)置臺(tái)區(qū)識(shí)別儀模塊，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)電能表檔案精準(zhǔn)歸納，準(zhǔn)確率100%。

1.5 停電報(bào)警

通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)表箱總進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、各分路開(kāi)關(guān)及用戶(hù)表計(jì)的狀態(tài)，自動(dòng)區(qū)分供電方故障與用戶(hù)方故障，同時(shí)進(jìn)行停電事件的自動(dòng)上報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)人員主動(dòng)搶修。

1.6 線(xiàn)損治理

通過(guò)結(jié)合用電信息采集與臺(tái)區(qū)戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)識(shí)別功能，可對(duì)表箱進(jìn)線(xiàn)側(cè)進(jìn)行精確計(jì)量，實(shí)現(xiàn)二級(jí)線(xiàn)損分級(jí)計(jì)算，精準(zhǔn)、快速確定線(xiàn)損異常點(diǎn)。

2 實(shí)現(xiàn)原理

2.1 信息智能采集

智能多功能換相開(kāi)關(guān)內(nèi)置高精度的用電信息采集模塊，依托載波通訊技術(shù)，替代采集器功能，與上層的集中器進(jìn)行通訊，能全面實(shí)現(xiàn)電壓、電流以及電量參數(shù)等表計(jì)用電信息的采集與上下行通信傳輸。

2.2 遠(yuǎn)程智能分合閘

依托于用電信息采集功能，對(duì)開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)時(shí)判斷開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)狀態(tài)。檢查表箱內(nèi)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉合狀態(tài)，可遠(yuǎn)程下發(fā)停復(fù)電指令，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)智能分?jǐn)唷?/p>

2.3 三相負(fù)荷智能調(diào)整

臺(tái)區(qū)配電變壓器室內(nèi)安裝控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器A、B、C三相及中性線(xiàn)電流、電壓。臺(tái)區(qū)控制器與智能多功能換相開(kāi)關(guān)以無(wú)線(xiàn)方式通訊，并可通過(guò)用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。臺(tái)區(qū)控制器完成三相負(fù)荷數(shù)據(jù)分析，合理分配動(dòng)作指令并下發(fā)到智能換相開(kāi)關(guān)，由智能換相開(kāi)關(guān)自動(dòng)完成相間切換，從而使負(fù)荷趨于平衡。

智能多功能換相開(kāi)關(guān)換相及供電過(guò)程采用晶閘管控制，當(dāng)需要換相時(shí)，當(dāng)前相晶閘管電流過(guò)零自然關(guān)斷，然后目標(biāo)相晶閘管導(dǎo)通，整個(gè)切換過(guò)程負(fù)載無(wú)供電中斷，實(shí)現(xiàn)0ms換相。

2.4 戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)識(shí)別

控制器與智能多功能換相開(kāi)關(guān)內(nèi)置臺(tái)區(qū)識(shí)別儀模塊，采用電流脈沖法原理（工頻畸變技術(shù)）實(shí)現(xiàn)，確保臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)不跨臺(tái)區(qū)，臺(tái)區(qū)內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信無(wú)死角，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)電表檔案精準(zhǔn)歸納，保證臺(tái)區(qū)識(shí)別準(zhǔn)確率高于99%。

2.5 表箱及用戶(hù)停電主動(dòng)報(bào)警

智能多功能換相開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶(hù)側(cè)用電狀態(tài)，通過(guò)后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。同時(shí)，多功能換相開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)表箱開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)，綜合判斷停電原因，確定是表箱停電還是用戶(hù)停電，并能區(qū)分停電原因（費(fèi)控停電或內(nèi)部原因停電），為運(yùn)維人員提供完整的故障信息，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)搶修。

2.6 線(xiàn)損精益治理

智能多功能換相開(kāi)關(guān)的戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)識(shí)別功能，能夠避免串戶(hù)、保證數(shù)據(jù)真實(shí)性，為線(xiàn)損治理奠定基礎(chǔ)；對(duì)三相不平衡負(fù)荷的及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少了因三相不平衡導(dǎo)致的線(xiàn)損增高情況；表箱內(nèi)進(jìn)線(xiàn)側(cè)與表箱內(nèi)戶(hù)表之間的二級(jí)線(xiàn)損計(jì)算分析，能夠深入發(fā)掘線(xiàn)損異常點(diǎn)，最終提高線(xiàn)損治理精益化水平。

3 換裝方式與成本分析

3.1 換裝方式

在臺(tái)區(qū)配電變壓器室內(nèi)安裝控制器，將表箱內(nèi)原有空氣開(kāi)關(guān)替換為智能多功能換相開(kāi)關(guān)，省去了采集器，表計(jì)通過(guò)485數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到內(nèi)置采集模塊進(jìn)行通訊。設(shè)備接線(xiàn)示意圖如圖1所示。

圖1 換相開(kāi)關(guān)接線(xiàn)示意圖

3.2 成本分析

（1）設(shè)備造價(jià)方面：使用傳統(tǒng)方案時(shí)，每個(gè)表箱需要安裝一臺(tái)空氣開(kāi)關(guān)(200元/臺(tái))、一臺(tái)換相開(kāi)關(guān)(1500元/臺(tái))、采集器(150 元/臺(tái))、一臺(tái)戶(hù)表識(shí)別終端(350 元/臺(tái))，共計(jì)2200元；使用智能多功能換相開(kāi)關(guān)方案，每個(gè)表箱只需要安裝一臺(tái)智能多功能換相開(kāi)關(guān) （1600元/臺(tái)），共計(jì)1600元，單個(gè)表箱可節(jié)省600元。以500戶(hù)臺(tái)區(qū)為例， 80個(gè)表箱可降低設(shè)備成本48000元。同時(shí)通過(guò)載波通訊方式還省去了485連線(xiàn)的成本，未來(lái)可升級(jí)到寬帶載波，可接入更多設(shè)備；同時(shí)進(jìn)一步提高通訊及控制速率。

（2）運(yùn)行維護(hù)方面：以500戶(hù)臺(tái)區(qū)為例，現(xiàn)場(chǎng)約需要80個(gè)表箱，平均每季度人工巡檢6次以上，故障率平均每季度9次以上，出動(dòng)人工大約15次/每季度；換用智能多功能換相開(kāi)關(guān)后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)狀態(tài)巡檢，有效降低了巡檢次數(shù)，每季度巡檢3次即可，故障率降低至5次/每季度以下，出動(dòng)人工大約8次/每季度，有效節(jié)省了人力成本。

4 應(yīng)用效果

4.1 減少設(shè)備投入

通過(guò)智能多功能換相開(kāi)關(guān)方案，融合了用電信息采集、開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程分合閘、三相負(fù)荷智能調(diào)整、戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)識(shí)別、線(xiàn)損精益治理等功能，既減少了設(shè)備投入，也降低了安裝成本，較以往設(shè)備成本降低了27%以上。

4.2 降低運(yùn)維成本

智能多功能換相開(kāi)關(guān)通過(guò)對(duì)設(shè)備的功能融合，一是減少了表箱內(nèi)設(shè)備的安裝工作量，大幅縮減了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝調(diào)試成本，平均安裝成本降低50%以上；二是實(shí)現(xiàn)了設(shè)備在線(xiàn)巡檢，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)檢查及故障檢修次數(shù)，平均運(yùn)維成本降低40%以上。

4.3 線(xiàn)損精益化管理

一是該方案可實(shí)現(xiàn)戶(hù)表自動(dòng)識(shí)別和戶(hù)表關(guān)系自動(dòng)對(duì)應(yīng)，有效避免了線(xiàn)損計(jì)算錯(cuò)誤；二是實(shí)現(xiàn)三相動(dòng)態(tài)檢測(cè)，實(shí)時(shí)在線(xiàn)調(diào)整三相負(fù)荷，有效降低了因三相不平衡導(dǎo)致的線(xiàn)損損耗；三是實(shí)現(xiàn)表箱內(nèi)的二級(jí)線(xiàn)損計(jì)算，將線(xiàn)損分析管理末端下移到表箱，提升了中低壓線(xiàn)損精益化管理水平。

4.4 支撐主動(dòng)搶修

智能多功能換相開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表箱進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、出線(xiàn)開(kāi)關(guān)及用戶(hù)側(cè)故障的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)分析，通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)計(jì)算模型能夠自動(dòng)分析判斷是用戶(hù)故障還是電網(wǎng)設(shè)備故障，有效提高了故障分析診斷能力，為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)搶修提供有力支撐。

4.5 促進(jìn)設(shè)備功能融合

智能多功能換相開(kāi)關(guān)融合了開(kāi)關(guān)分?jǐn)?、?jì)量采集、戶(hù)表識(shí)別、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)多項(xiàng)功能，符合新興工業(yè)4.0時(shí)代下的設(shè)備智能化、小型化、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)要求，是對(duì)新型配網(wǎng)設(shè)備智能化的有益探索和實(shí)踐，為未來(lái)低壓配網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、集成化做出了示范和表率。