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    智能电网是一个完整的信息架构和基础设施体系,它能实现对电力系统中运行的电力设备进行持续监测和控制,提高电网运营部门对电网管理的工作效率和管理水平,提高电网运行的可靠性。低压台区综合配电箱是实现智能电网基础设施的一个组成部分,它通常安装在户外配电变压器台区具有电能分配、控制、保护、监测功能以及对电网进行低压无功功率补偿功能。低压台区综合配电箱运行可靠性直接影响到智能电网的可靠性和安全性。 

  1 农网低压综合配电箱运行现状 

  通过湖北省6个地市供电部门对农网低压台区综合配电箱的运行状况进行调研,发现普遍存在以下几个方面的问题。 

  (1)有些箱体表面的油漆脱落,锈蚀严重,箱体箱门关不严,对箱内电器元件起不到应有的保护;  
  (2)低压无功功率补偿单元控制电器元件老化、损坏较多;  
  (3)因箱体散热不良,刀开关、断路器等电器元件在夏季高温气候以及重负荷情况下故障较多;  
  (4)剩余电流动作保护器的安装率不高、投运率较低、带重合闸功能的保护器较少,达不到农电配网运行的要求;  
  (5)综合配电箱的方案复杂,有部分方案设计不合理;  
  (6)自动化程度较低,监控方式落后或者根本没有监控配置。 

  因此在农网综合配电箱的设计和配置等方面进行研究,提出几点要求和意见,供相关部门在改造设计和配置农网配电箱时参考。 

  2 综合配电箱箱体的结构设计 

  2. 1 综合配电箱箱体高温的原因 

  综合配电箱在运行中由于高温的原因产生较多故障,造成箱体内高温的主要因素有: 

  (1)低压台区的综合配电箱在户外运行受到阳光直射产生高温,特别在盛夏高温季节,箱体内的空气温度达到50℃以上;  
  (2)随着用电负荷的持续增长,相当一部分配电变压器及其综合配电箱重载甚至过载运行,造成电器元器件严重发热。 

  2. 2 抑制箱体高温以及过热电器元件损坏的对策 

  (1)改善箱体结构,增强散热效果:在不降低箱体防护等级的前提下,加大散热开口进风面积和出风面积。在箱体的侧面用于散热的百叶窗开口一般小于2 mm,通风的效果不好。将其开口加大到4～5 mm,散热效果会有显著的提高。为避免因加大开口造成防护等级下降,在箱体内侧再焊接小挡板,用于防止雨水直接侵入箱体,挡板的上方用1. 0 mm的不锈钢纱网覆盖,箱体顶部的通风截面也应适当加大,并在内面装网孔直径≤2. 0 mm不锈钢纱网防止昆虫等进入。 

  (2)电器元件降低容量使用。箱体在户外使用,箱体内产生的高温会大大超过电器元件的正常工作环境温度,电器元件应降低容量使用,箱内的导流铜排截面也相应加大。 

  (3)优化电器元件布置。试验证明熔断器式隔离开关、断路器等发热元件的上部端子接头的温升比下部端子接头的温升要高近20 K,因此应尽可能为其提供好的散热条件,在安装时尽可能使其离箱体顶部距离大一些。 

  2. 3 功能扩展的箱体方案选择 

  综合配电箱扩展无功功率补偿功能有两种方案:一种为大箱体方案,即箱体先只安装配电和计量、监控部分,预留无功功率补偿部分的元件安装位量和相应的安装孔洞等,在需要的时候再在箱体内加装无功功率补偿部分的电器;另一种为拼装式方案,即将配电部分和计量监控部分安装在一个箱体内,当需要增加无功功率补偿部分功能时,将该部分做成独立的箱体,并和原来的配电和监控部分的箱体拼装成一个整体。两种方案的比较见表1。 

  3 配电部分电器元件的选择 

  3. 1 选用电器元件的原则 

  电器元件的选用主要考虑以下几点: ( 1)由线路额定容量计算出线路电流来确定断路器额定电流; (2)断路器过流整定值应躲过线路的正常工作启动电流; ( 3)按线路最大短路电流来配置具有相应分断能力的低压断路器; ( 4)按线路最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性,即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的1. 3倍; ( 5)按照线路上的短路冲击电流(即短路全电流最大瞬时值)来校验断路器的额定短路接通能力(最大电流预期峰值) ,即后者应大于前者; ( 6)当电器元件安装在不利于散热的条件(外壳或环境)下,应注意制造厂提供的约定封闭发热电流或降低容量系数。 

  3. 2 进线开关的选择 

  主进线开关电器主要在断路器和熔断器式隔离开关等几种电器之间选择。其使用要求必须满足: 

  (1)有短路保护和过载保护功能,用于保护配电变压器; (2)有明显断开点和隔离功能,用于低压电器设备和线路检修安全的需求。 

  当选择熔断器式隔离开关作为进线开关时,其限流特性明显,选择性好,与保护线路能达到最优化的保护特性匹配。选用熔断器式隔离开关时,根据实际使用条件选择相应型号的开关外,还应确定熔断器的类型,包括类别和分断范围,在保证熔断器的最大分断电流大于线路中可能出现的有效值和峰值短路电流的前提下,选定熔体的额定电流。 

  使用中,熔断器式隔离开关存在温升偏高、熔芯发热较严重、熔芯熔断电流分散性较大的现象。因此应选择质量较稳定的熔断器式隔离开关及熔芯。 

[$page]  3. 3 出线开关的选择 

  出线开关应满足: ( 1)有短路保护和过载保护功能; (2)有剩余电流动作保护功能,以适应农村配网的运行管理要求。 

  出线开关可选择剩余电流动作断路器或断路器加剩余电流动作保护器组合等。根据具体使用条件选择使用类别,选择额定工作电压、额定电流、过流、分励、欠电压脱扣器参数等。还应参照产品样本提供的保护特性曲线选用保护特性,并对短路特性进行校验。 

  出线开关考虑3路的安装位置,实际安装数量根据用户的要求为2～3路。 

  通过在湖北省6个地市供电公司调研发现,大部分综合配电箱只有2路出线,当配电变压器安装在负荷中心也会出现一定比例的3 回路出线。但是,有的用户出于以后维修更换备件的费用问题考虑,订货时把备用开关直接安装在配电箱内,这样不仅造成较大浪费,而且长时间的恶劣环境可能造成其绝缘下降,一旦投入使用,可能带来安全隐患。 

  4 无功功率补偿部分电器元件的选择 

  4. 1 农网无功功率的特点 

  据大量调查统计分析,一般农网的总无功消耗中,中压配电变压器约占41. 4% ,低压用户的感性负荷约占43. 4%。可见,配电变压器和用户的无功消耗约占84. 8%,应作为农电配网无功补偿的重点。 

  在低压母线上装设自动投切的并联电容器成套装置,主要补偿变压器本身空载无功功率以及输电线路上的无功功率损耗。农网配变轻载或空载时,无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,这时投入的无功补偿容量不要超过配变的空载无功功率。 

  4. 2 补偿电容器组的容量选择 

  农网具有分布范围广、节点多、负荷特性不一、负荷变化大等特点,以往仅仅根据人工短时测量的方法对配电网进行监视,可靠性与准确度均较低,无法了解三相有功、无功负荷的变化情况。 

  目前农网配电台区的测量仪表,记录的参数不完整及测量的不同时性等对配网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难,因此普遍采用按变压器容量的一定比例( 10% ～40% )配备无功功率补偿容量。具体应该配备多少,没有更多的运行参数供参考,这也是影响低压无功补偿应用效果的重要原因。 

  由于配网负荷普遍存在三相负荷不平衡情况,在配变台区安装具有分相投切的无功功率补偿器，根据“取平补齐”原则,以共补3 ～4 组、分补1组为宜。其中1组共补专门补偿变压器的空载消耗的无功功率, 2～3组共补用于补偿用户所消耗的无功功率。分补在三相负荷不平衡时进行分相补偿以及在三相负荷平衡且重载时也投入补偿。 

  4. 3 电容器投切开关选择 

  低压无功功率补偿电容器的投切开关主要有投切电容器组专用接触器、复合开关、晶闸管等,其性能、寿命和造价也相差很大,表3中分别加以说明。 

  5 结语 

  按照上述配置方案试制的样机已经在湖北省多个农网配电台区运行,经过了寒冬酷暑,至今运行良好、稳定。 

  后台主站通过对安装在综合配电箱中的配电监控终端的各种运行数据进行统计与分析,为管理部门全面及时掌握配电网运行情况提供了强大的技术支撑。这是实现农电配网可靠、安全、经济运行的基本措施,是建设环境友好、使用安全的智能电网的重要步骤。

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