【配电】农村剩余电流动作保护智能终端设计方案探讨

作者:admin日期:2015-12-11

 
 
0、引言
 
近几年,尽管供电可靠性不断提高,但农村地区故障停电现象仍有发生。通过对低压故障率的调查研究发现,农村配电变压器台区剩余电流动作总保护器(简称总保)跳闸是造成低压电网故障的主要原因。其频繁跳闸之后,故障查找难度大,运行维护工作量大,严重影响了低压配电网供电的可靠性和连续性。因此,研究降低总保跳闸频率的措施,对于提高供电可靠性和连续性有重要意义。
 
本文从分析400V线路总保跳闸原因入手,得出用户端设备故障是其主要原因。并提出了剩余电流动作保护智能终端(简称智能终端)的设计方案,该智能终端可实时监测剩余电流并且能够进行后备保护,同时将监控报警信息上传至远程监控中心,从而在用户端设备故障时进行保护和报警,避免总保越级跳闸,缩小停电范围,提高供电可靠性。
 
1、总保护器跳闸原因分析
 
总保对400V线路中的剩余电流进行监测,一旦线路发生接地、人身触电等引起线路中产生剩余电流的情况,并达到保护器设定门槛值(一般为300~500mA)时,保护器动作,该线路被切断电源,从而保护线路设备及人身安全。总保跳闸原因很多,主要原因可归纳为4点:线路设备故障、外力破坏、雷击等自然灾害、用户端设备故障等。
 
在以上4种原因中,由于农村低压绝缘化率逐年提高,加上配电设备完好率大大提升,因400V线路设备故障而引起的跳闸较少。另外,由于供电公司投入大量精力、资金进行电力设施保护宣传,电力设施保护意识日渐深入人心,外力破坏事件越来越少。同时,为了防止雷击产生的过电压烧坏用户设备,在配电线路和配电设备上都装有避雷器,因线路遭受雷击而造成的总保跳闸概率也较小。相对来说,由于用户端原因引起总保跳闸却成为主要原因。
 
用户家中都应装有家用剩余电流动作保护器(简称家保),家保作为总保的前级保护,其动作电流一般为20~40mA,动作时间不大于0.1s(总保动作时间为0.3~0.5s),当用户端出现接地故障时,一般家保先于总保动作,切断故障点,从而避免越级跳闸。然而家保位于表计出线侧,根据供用电合同属用户资产,由用户自行购买、安装及管理。部分用户安全用电意识不强,可能购买不合格产品、错误安装家保、私自拆除家保,或者家保年久失效,从而造成用户端故障引起总保越级跳闸。经不完全统计,此类原因占引起总保跳闸总数的80%以上。为此,本文提出了一种剩余电流动作保护智能终端的设计方案,可在家保未正确动作时,防止越级跳闸。
 
2、剩余电流动作保护智能终端架构及功能设计
 
2.1总体架构设计
 
智能终端应安装在用户电表进线侧,通过电力线取电,并有直流备用电源。主要由动作保护模块和监控报警模块、远程监控中心等构成。能够自动检测剩余电流,当家保不能准确动作时,可动作跳闸,并能将报警信息上传至远程监控中心。
 
2.2功能设计
 
智能终端可实时检测剩余电流,具有后备保护、监控报警功能和其他辅助功能。
 
1)后备保护功能。智能终端可实时检测剩余电流,当用户内部故障引起剩余电流超过家保动作值,但家保未动作时,智能终端能够动作跳闸,起到后备保护的作用。
 
2)监控报警功能。远程监控中心能够获悉用户端发送的异常报警信号,并自动显示故障信息、用户名称、地理位置等,便于快速提供服务。同时,当通信状态异常时,也能够监测并发出报警。
 
3)辅助功能。①能够通过RS485接口连接智能电表,获取数据并上传服务器,辅助实现无线信息采集功能。②可通过对运行积累的大数据进行分析,筛查出经常违规用电的用户进行重点监控,实现用户违规用电行为分析功能。③可对无线传输节点定期自检,将监控信息传送至电网监控中心,实现无线传输节点的监控功能。
 
3、剩余电流动作保护智能终端结构设计
 
3.1通信方式设计
 
目前主要的通信方式有光纤通信、卫星网络通信、近程无线通信、电力载波通信、移动互联网通信等。其中光纤通信和卫星网络通信建设成本较高,不适用于智能终端;近程无线通信(wirelessnetworksforindustrialautomation,WIA)是一种基于工业无线网络的通信技术,其可靠性较高、功耗较低,可以解决集中式用户的报警和通信要求;电力载波通信虽然抗干扰能力较弱、通信速率较低,但也能满足一般报警通信要求;GPRS/3G移动互联网络覆盖率高、通信可靠稳定,因需要获得移动通信运营商的许可并定期缴纳大量费用,不适合大规模铺设,但对于少数极偏远不适合无线近程通信和电力载波通信地区的用户来说,是一种很好的通信替代方式。
 
由于电力用户数量大、分布广,对智能终端的通信有多样性需求,可根据用户的集中程度以及距离总保的远近,将其分为近程用户、偏远集中用户、偏远分散用户、极偏远用户、通信障碍用户。对不同类型的用户,采用不同的通信方式,可增加智能终端的广泛适应性。因此,建议采取近程无线通信、电力载波通信、移动互联网通信三者相结合的通信方式。
 
 
3.2动作保护和监控报警模块设计
 
将智能终端的动作电流整定为普通家保的2~5倍,当家保故障而未正确动作,且剩余电流达到智能终端的限值时,动作保护模块可作为家保的后备保护自动跳闸,隔离故障,防止造成越级跳闸。监控报警模块由动作检测单元、微控制器(MCU)、电源、备用电池、存储单元、RS485接口模块以及其他相关电路组成。
 
动作检测单元对交流电压进行检测,当剩余电流动作保护模块自动跳闸保护时,动作检测单元就可以检测到跳闸信号,由微控制器处理这个信号,然后通过通信网络将数据和信号发送到远程监控中心,并触发报警,远程监控中心获取信号后采取相关措施进行处理。存储单元,可将事件进行本地存储,方便维护人员查看日志记录信息。
 
3.3远程监控中心软件设计
 
远程监控中心软件系统运行在电网管理端,其主要作用如下:
 
1)实时监控用户侧保护跳闸动作,获悉跳闸节点的用户地址、户主名、违规用电电量、跳闸时间等信息,并且快速做出响应。
 
2)在用电情况恶化之前,根据积累的大数据对某些地区和用户的违规用电行为进行预测。
 
3)监控无线传输节点的工作状况,当出现异常时,及时进行勘察检修。远程监控中心软件架构由4层组成。
 
 
1)数据库层。分为用电信息配置数据库、用电行为记录数据库和历史信息数据库。其中,用电信息配置数据库记录了用户侧无线数据传输节点的部署地点、设备型号、部署时间、维护记录、实施信息、用户侧联系人姓名和联系方式等基础数据;用电行为记录数据库记录了用户侧违规用电的时间、违规严重程度等信息;历史信息数据库是为了提高系统性能,将历史保留的海量数据信息分表分库保存起来,另外也方便非实时的异步统计查询使用,为系统智能学习和预测提供数据源。
 
2)基础数据服务层。主要将无线数据传输节点上传的用户侧违规用电信息进行解析、保存、查询,并为上层提供数据查询服务。此外,本层还提供对无线数据传输节点的工作状况的实时监控。
 
3)实时监控层。主要接收无线数据传输节点上传的用户侧违规用电信息,提供对跳闸用户的实施监控和报警服务。
 
4)统计分析层。主要根据用电行为记录数据库中的数据,对历史数据按小时、日、星期、季度、年、区片等不同的角度来进行统计、归纳和分析,以直观的图、表方式显示用户侧违规用电的时间和地点范围,并可提前在用户违规用电大概率时间段之前进行智能预警,提醒相关监控和检修人员做好预防工作。
 
5、结语
 
开展对农村剩余电流动作保护器智能化应用的研究,作为降低农村400V电网总保跳闸率的探索,是一个值得关注的问题。目前已经有了相关的理论和实践探索,本文的方案可供相关研究人员探讨,下一步将继续开展装置结构方面的优化和功能性完善,以使其更加适应农网安全运行的需要。
 

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