一二次融合柱上开关技术研究

李志清，樊 锐

（河南卓能电气有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

自从2010年一二次设备融合概念的提出，到2021年国网关于12 kV一二次融合柱上断路器及配电自动化终端标准化设计方案实施，一二次设备融合研究热度也大幅提升。无论资金还是技术投入都在不断快速增长，以解决配电网规模化建设改造中一次柱上开关和二次智能馈线终端设备不匹配的问题，对线损的管理更加精益合理化，整体上提升了配电网智能建设水平和经营效益[1-3]。

1 改造目标

按照国家一二次融合柱上开关应用需求，对柱上开关进行自动化升级改造，改造完成后的开关本体、馈线终端、电压互感器直接采用航空接插件和户外型全绝缘电缆连接起来，最终使整套设备具有采集三相电流、三相电压、零序电流、零序电压的能力，满足计算有功功率、无功功率，功率因数、频率和计量电能量的功能以及相间故障处理和小电流接地系统单相接地故障处理功能，可以直接跳闸切除故障。

2 总体改造方案

改造新增设备主要包括电压电流互感器、信号汇集转换单元、标准化FTU以及配套航插电缆。电源互感器可根据实际情况选择，改造原理如图1所示。柱上开关自动化接口通过特殊定制的航插电缆与信号汇集转换单元连接，原有电流信号通过航插内部短接防止开路，其他信号在信号汇集转换单元侧变成标准的管脚电气定义。

图1 旧开关升级改造示意图

为实现更换升级的经济性和施工的方便快捷性，在保留柱上开关原有电流互感器的条件下，其二次回路通过柱上开关连接电缆的航插内部短接防止开路，然后把新的组合式电压电流互感器安装于一次开关本体高压出线端，通过高压接线板进行固定。为开关设备提供电压信号 Ua、Ub、Uc、U0和电流信号 Ia、Ib、Ic、I0，满足了柱上开关的故障检测、测量、计量等功能和计算线损的要求[4-6]。组合式电流电压互感器安装示意如图2所示。

图2 组合式电流电压互感器安装示意

信号汇集转换单元可以将电压电流互感器输出的信号和柱上开关的自动化接口信号统一转换为与标准化FTU相匹配的信号，通过控制电缆传给FTU，就近安装于组合互感器一侧的支架上。信号转换单元箱体的外壳与柱上开关外壳之间通过接地线连接。FTU固定在电线上恰当的位置，通过航空电缆与柱上开关、信号汇集转换单元以及电压电流互感器进行连接。电子式电压电流互感器的技术参数如表1和表2所示。

表1 电子式电流互感器技术参数

表2 电子式电压互感器技术参数表

为了拓展柱上开关各种信号的传输和采集，选择在柱上开关本体安装1只37芯的航空插座，用于实现开关储能电机、合分闸线圈以及控制回路等的各种类型信号和FTU之间的通信。在FTU上分别安装1个19芯航空插座、1个6芯防开路航空插座以及1个6芯电压航空插座。各个航空插座的定义如下，19芯航空插座用于传输开关的储能、合分闸控制、负荷开关状态信号和零序电压等信号；6芯防开路航空插座用于传输相电流、零序电流信号；6芯电压航空插座用于传输电压互感器的供电电源及线电压信号。根据标准化设计，开关设备更换方便，使产品具备互换性。

3 结 论

本文深入研究了一二次融合功能的柱上开关，现有存量开关通过加装电子式电压电流互感器、FTU和信号汇集转换单元，可实现柱上开关的一二次融合升级改造，有效促进配电网一二次设备一体化进程，提升电能质量和供电可靠性。