引言
智能電網(wǎng)（smart power grids），就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。
我國(guó)的智能電網(wǎng)的基本特征就是在技術(shù)上要實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。其最基礎(chǔ)的工作就是電力系統(tǒng)運(yùn)行中各種參數(shù)的收集體系的建立，如負(fù)荷電能在線監(jiān)測(cè)、變壓器運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)、GIS室SF6氣體在線監(jiān)測(cè)等。然而，目前在線監(jiān)測(cè)工作才剛起步，很多工作都亟待開展。
0.4KV環(huán)網(wǎng)供電，是電力系統(tǒng)一個(gè)最基礎(chǔ)、最廣泛的供電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其重要性不言而喻。0.4KV環(huán)網(wǎng)供電品質(zhì)的好壞，直接影響到供電行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。但是，應(yīng)該看到，由于使用廣泛，該基礎(chǔ)系統(tǒng)由于各種原因，在運(yùn)行過程中常常會(huì)發(fā)生相序接反、相位接錯(cuò)、接線不緊或漏電燒保險(xiǎn)絲造成的缺相等異�，F(xiàn)象，對(duì)于此類缺陷，頻繁發(fā)生，但往往由于環(huán)境的分散、用戶不夠?qū)I(yè)等各種情況，耽誤了發(fā)現(xiàn)的時(shí)間，影響了供電質(zhì)量、延誤了正常用電。對(duì)電力系統(tǒng)和用戶來說都產(chǎn)生了負(fù)面的影響。
PT二次計(jì)量電壓回路，牽涉到電度表的計(jì)費(fèi)問題，因使用直徑過細(xì)的電纜，導(dǎo)致計(jì)量電壓下降，直接影響到計(jì)費(fèi)。更何況，計(jì)量回路相序接反、缺相等異常情況，更會(huì)導(dǎo)致電度表轉(zhuǎn)速減慢甚至不轉(zhuǎn)，導(dǎo)致供電公司的營(yíng)收大量減少。
在電力系統(tǒng)和一些用電大戶，對(duì)于以上兩種情況，目前并沒有比較好的自動(dòng)檢測(cè)手段，主要是派專人進(jìn)行巡檢，效率低，成本高。當(dāng)然，對(duì)于涉及收電費(fèi)的計(jì)量系統(tǒng)，針對(duì)某些重要用戶，系統(tǒng)中加裝了負(fù)荷電能監(jiān)測(cè)儀，進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是由于成本昂貴，不能大范圍推廣。
針對(duì)上述情況，在目前電力系統(tǒng)以及未來的智能電網(wǎng)中都希望一種能對(duì)0.4KV環(huán)網(wǎng)供電及計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行電壓相序分布式在線監(jiān)測(cè)手段，成本不高，無監(jiān)測(cè)盲區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)中電壓回路接線異常可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其異常信號(hào)可瞬時(shí)發(fā)送到相關(guān)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)快速進(jìn)行判斷并給出處理指令，將處理任務(wù)和異常發(fā)生點(diǎn)通知相關(guān)班組和人員進(jìn)行處理。此類異常的快速處理，對(duì)提高電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)和服務(wù)質(zhì)量，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1．分布式電壓接線異常在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理和特點(diǎn)
分布式電壓接線異常在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)手段，也是一種管理手段，通過建立分布式在促使電壓接線異常這個(gè)長(zhǎng)期困擾電力系統(tǒng)管理部門的頑癥得到有效解決。
當(dāng)然對(duì)于0.4KV環(huán)網(wǎng)供電回路和PT二次計(jì)量回路，建立分布式在線監(jiān)測(cè)，難度是不小的，因?yàn)闋可娴脑O(shè)備眾多，只要有接線連接的地方就有可能發(fā)生相序異常或缺相的情況，如果采用過多的在線相序在線監(jiān)測(cè)元件，其成本是不小的負(fù)擔(dān)。即使針對(duì)一個(gè)35KV變電站系統(tǒng)，應(yīng)用在線相序異常檢測(cè)元件，估計(jì)也要幾十甚至上百個(gè)。也就是說，如果要有實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)的效果，必須采用大量的在線相序監(jiān)測(cè)元件。那么，相序監(jiān)測(cè)元件的開發(fā)成本，是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。經(jīng)過認(rèn)真分析，不難發(fā)現(xiàn)，要想讓在線相序監(jiān)測(cè)技術(shù)廣泛使用，所研制的監(jiān)測(cè)元件一定要符合以下標(biāo)準(zhǔn)：1、成本低廉、2、安裝簡(jiǎn)便（不停電即可安裝）、3、免維護(hù)、4、不影響所監(jiān)測(cè)回路、5、報(bào)警信號(hào)可收集、可遠(yuǎn)傳等。
監(jiān)測(cè)電壓回路接線異常，有現(xiàn)成的成熟技術(shù)，應(yīng)用負(fù)序過濾器原理，即可達(dá)到相應(yīng)目的。原理實(shí)現(xiàn)上也很簡(jiǎn)單。為了讓所開發(fā)的元件既適用于400V環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的要求，又能夠正確反映PT二次計(jì)量回路的電壓接線異常情況，）所以在負(fù)序過濾器電路中除了選用各合適的參數(shù)，還增加了自適應(yīng)電路。并且，由于400V環(huán)網(wǎng)供電中，由于負(fù)載的不對(duì)稱，常常使得電源不平衡造成負(fù)序過濾器的誤動(dòng)，造成誤報(bào)警。為了躲避此現(xiàn)象，應(yīng)增設(shè)浮動(dòng)門檻，以躲過三相不平衡電壓造成的影響。在原理實(shí)現(xiàn)上，我們可用向量圖進(jìn)行詳細(xì)分析。
圖1 三相 負(fù)序電壓濾過器
根據(jù)上述向量圖，分析發(fā)生各類電壓接線異常情況時(shí)的mn間的電壓幅值，可得出以下結(jié)論：
所開發(fā)的在線相序監(jiān)測(cè)元件，為能夠既可對(duì)380V環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)電壓回路異常進(jìn)行檢測(cè)，又能同時(shí)適用于PT二次計(jì)量電壓回路（相間電壓為100V）的在線檢測(cè)工作，有必要對(duì)這兩種情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。
按負(fù)序過濾器的工作原理，從上述公式中，可得出，在標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入下，可以計(jì)算出相關(guān)輸出電壓Umn值，見表1
從表中可發(fā)現(xiàn)，380V電壓回路發(fā)生反相序接線時(shí)，Umn輸出電壓量最大；PT二次計(jì)量電壓回路發(fā)生B相缺相時(shí)，Umn輸出電壓最小。
所開發(fā)的在線相序監(jiān)測(cè)元件必須能夠?qū)ι鲜?種情況均能做出報(bào)警，而且最大能穩(wěn)定承受700V以下的高壓。這主要是考慮當(dāng)發(fā)生雷電瞬時(shí)過電壓和操作過電壓等系統(tǒng)異常情況，該相序監(jiān)測(cè)元件，不應(yīng)損壞。待系統(tǒng)正常后，該相序監(jiān)測(cè)元件可回復(fù)正常工作。
在線相序監(jiān)測(cè)元件的設(shè)計(jì)，應(yīng)能夠躲過三相電壓不平衡造成的Umn輸出，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，400V環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，其不平衡電壓輸出估計(jì)在15~20V左右。再考慮裕量，乘上可靠系數(shù)K，一般取1.5倍，也就是說，在線相序監(jiān)測(cè)元件在工作時(shí)應(yīng)能躲過30V以下的不平衡輸出電壓�？紤]因負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱引起的三相不平衡，，在線相序監(jiān)測(cè)元件需采用浮動(dòng)門檻保證不誤發(fā)信。
考慮到環(huán)網(wǎng)供電回路及計(jì)量回路的重要性，在線相序監(jiān)測(cè)元件，如本身元件發(fā)生異常，不應(yīng)影響到主回路，必須有相關(guān)保護(hù)措施。影響主回路有兩種情況：1、由于在線相序監(jiān)測(cè)元件出現(xiàn)故障，引起主回路短路接地；2、由于在線相序監(jiān)測(cè)元件，內(nèi)部芯片選擇上，選用了較大功率的芯片，結(jié)果影響到計(jì)量電壓的幅值，造成少計(jì)量，電能計(jì)費(fèi)上有所損失。
所以，在線相序監(jiān)測(cè)元件必須杜絕上述兩種情況的出現(xiàn)。
2．分布式在線相序監(jiān)測(cè)元件電路構(gòu)成和實(shí)際應(yīng)用
圖2 在線相序監(jiān)測(cè)元件功能框圖
在線相序監(jiān)測(cè)元件電路組成中，最關(guān)鍵的是電源輸入（采樣）回路和報(bào)警輸出回路。由于當(dāng)?shù)貓?bào)警，并不能滿足自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中收集、分類處理，及時(shí)傳送和處理的要求，所以同樣提供了干接點(diǎn)輸出，以滿足各類自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需要。
在線相序監(jiān)測(cè)元件的安裝技術(shù)，也是需要重點(diǎn)考慮的，一般的繼電器安裝，要么需要螺絲固定、要么需要專門的槽鋼固定，很不方便。如果在線相序監(jiān)測(cè)元件，也采用上述安裝結(jié)構(gòu)，在對(duì)安全要求極高的電氣柜屏內(nèi)安裝，沒有可行性。，有必要采用一種新型結(jié)構(gòu)和安裝工藝，來解決這個(gè)問題。由于在線相序監(jiān)測(cè)元件，電子電路簡(jiǎn)單，利用芯片貼片技術(shù)，可以做得很小很輕，所以完全可以利用一種粘結(jié)技術(shù)，將在線相序監(jiān)測(cè)元件粘結(jié)在需監(jiān)測(cè)點(diǎn)旁鐵板上、繼電器外殼上或電度表的表殼上，安裝非常方便，而且不用維護(hù)，如果不用直接扯下來，無任何安全問題。這也保證了在線相序監(jiān)測(cè)元件可以很大膽放心地使用。
在線相序監(jiān)測(cè)元件可廣泛應(yīng)用在0.4KV各個(gè)電源支路和PT二次計(jì)量支路上，使得電壓接線異常缺陷能得到有效監(jiān)測(cè)，其現(xiàn)實(shí)意義遠(yuǎn)比變電站直流監(jiān)測(cè)更為重大。畢竟0.4KV交流電路更為廣泛可見，該項(xiàng)技術(shù)也為我們的用戶在自己管轄區(qū)域處理相關(guān)電壓接線異常提供了更為有效和便捷的手段。
同樣，對(duì)于系統(tǒng)變電站或者某些大用戶（具備比較復(fù)雜的0.4KV環(huán)網(wǎng)接線），如果能將相序貼監(jiān)測(cè)到的相位異常信號(hào)，通過電纜或通訊方式進(jìn)入后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)直接管理，那么對(duì)于處理所發(fā)生電壓異常的響應(yīng)時(shí)間會(huì)大大加快，處理缺陷人員的效率也會(huì)明顯提高，將有效縮短因電壓異常引起的各類停電時(shí)間。
3．總結(jié)
分布式電壓異常在線檢測(cè)技術(shù)不僅是一項(xiàng)技術(shù)上的革新，而且是一種管理理念的創(chuàng)新，它使得我們對(duì)0.4KV環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)和PT二次計(jì)量回路的電壓接線異常缺陷，有了可靠有效的手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，對(duì)優(yōu)化電網(wǎng)管理工作，提高服務(wù)質(zhì)量，有著不可忽視的作用。
