配网线路自取电低功耗防外破智能指示装置的应用

孟敬淞

（广西电网有限责任公司桂林供电局，广西 桂林 541004）

0 引 言

自取电装置是一种在设备出现故障时，通过设备旁路为使用者提供电源的电能指示装置。主电源主要满足应急用电需求，实现远程控制，方便快捷。备用电源也叫后备电源，它是一组小型锂离子电池，一般采用三相四线供电方式，线路上每一相位都有一个电容为其充电。当发生故障时，用大电容切断电源。虽然电池容量大，但是充电时间长、电池不稳定，如果不能及时解决，那么会造成严重的安全问题。目前，很多地区的配网线路都没有安装自取电装置，这主要是因为配电网自接电源引起的断电、线路短路等问题[1]。不加以妥善处置，将对电力系统的运行造成极大威胁，严重的可能会威胁到使用者的生命。配网线路自取电装置方便用户使用，当无电力供应或负载很大时，可以通过自取电方式来解决问题。因此，应用一种配网线路自取电低功耗防外破智能指示装置，通过该装置在发生线路故障时对故障进行预警，以降低因线路故障引起的断电事故。

1 配网线路自取电低功耗防外破智能指示装置设计原则

配网线路自取电低功耗防外破智能指示装置主要用于低电流供电，以最大功率输出，用于声光报警。专用光源需要高亮度、低功率、高效能，适用于小电流电源。当线路负载变化较大时，会对照明系统的亮度产生一定的影响，能够经受线路失效时产生的大电流冲击，同时能够在低负荷、低电流的情况下发光，具有低功耗、高可靠性、长寿命以及免维护的优点[2]。该装置在低磁场条件下的磁导率很高，通常为0.6～1.0 T。采用高品质的电磁材料，以满足低电流，获取足够的能量，使发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）灯泡等声光元件工作正常，并采用能量缓冲器及控制回路进行数据储存。选择电流互感器作为小电流取电装置，测量用电流变压器的准确度不能小于0.5级；监控各输电线上负载电流的安培计必须是1.0～3.0级的电流互感器。通常采用二次加载（伏安）检验电流变压器的电压，以确保测量精度不会超出规定的范围。二次负载不超过额定负载，可以确保选型的准确性[3]。电流二次回路负载由二次环路阻抗大小决定，其计算公式为

式中：q表示额定负荷；L1表示线圈阻抗；R1、R2分别表示二次回路接触电阻和回路导线电阻。对于回路导线电阻，计算公式为

式中：l表示导线长度；r表示导线电导率；s表示导线截面积。

2 智能指示装置应用过程

2.1 整流与发光显示装置应用

为解决配网线路的安全问题，设计了一种低功耗防外破的整流与发光装置。其特点是使用开关二极管，在有大功率设备需要接地的情况下，只需要电线的一端接地，便可使获得的电力耗尽，而不需要切断电力，也不会产生电力损耗[4]。此外，开关柜所产生的电荷能被贮存，并可以在未来很长时间内继续使用，使设备具有自给能力。

采用合适的连接方式，可以使高亮度、高散热、高集中度的特殊LED与超级电容在低压下进行合理匹配，使得向下照明形成灯管[5]。灯管高度和电线高度一致，具有270°可视特点。LED灯组的设计采用混联模式，通过筛选、数目平分、分组并联以及组间串联，组成多个循环的混联模式，为配网线路出现异常情况提供指示标识。

2.2 过电流安全保护装置应用

在电力保护线负荷（线电流）中，因线路失效引起的大电流对照明设备和控制电路的影响最为严重。如果不能很好控制LED的供电电压和电流，则会导致LED使用寿命缩短，为此设计了过电流安全保护装置。当电源线路失效时，会造成LED过流，进而造成LED过压，严重时会对并联的超级电容器产生过电压影响。为了研究LED的保护电路，对其进行等电势处理，并对其进行分析，以确保各个LED不发生过电流[6]。

为避免因超限后的导线电阻增加而造成线路和设备的安全事故发生，过流值与保护目标自身存在某种关联。电流互感器保护动作电流的计算公式为

式中：α表示保护装置系数；φ表示接线系数；Imax表示三相金属接地稳定最大电流；λ表示电流互感器变比。

当保护目标的过电流幅度较大，而过电压幅度超出了保护目标自身的承受能力，则会导致过电压保护失效[7]。所以在进行保护时，需对电流做出必要的调整。同时，由于信号较易发生畸变，会对保护的准确性和可靠性造成一定的影响[8]。因此，采用差分过载保护装置进行过电流安全保护。在负载正常情况下，电路中仅包含交流电源，不包含直流电源，当电路中的电流过大时，会产生很大的电流差值，由差分电流信号来判断，这时差分电路就能自动跳闸。

2.3 高透光性防雨水防紫外线防晒机械装置应用

高透光性防雨水、防紫外线、防晒机械装置可在各种极端恶劣环境下工作，如高压、高海拔、变负荷、干扰等，全年24 h不间断地在室外工作，并保证线路3年不出故障。在这种严酷的环境下，须有一个稳定的力学结构。该设备是在一根暴露的带电线路上运转的，设备的机械结构、安装方法、防电晕处理以及抗干扰处理（暴露线径、磨损等）是影响设备长期稳定运行的重要因素。所使用的防紫外线材料及独特的构造使得此装置具有轻便、抗紫外线、透光率高、机械强度高、重量轻以及安装方便等特点。

3 应用实例

3.1 电力概况

站内检查处理：2020年10月21日15:00，检修人员对10 kV二线、一线保护及断路器机构进行了检查，保护装置正确动作，断路器机构分合闸正常，后台监控及信息上送正常；2020年10月21日16:00，调度控制中心尝试与10 kV双线制遥控器连接，在机械关闭后，开关跳闸，经现场检修发现，开关柜五防手柄已断锁（此设备为开关柜的机械五防保护装置，可在关闭状态下切断刀片的开关），五防锁止机构根据机械联锁的作用使断路器合闸开关不能保持；2020年10月21号17:00，维修人员对两个断路器机构进行了全面检查和测试，对10 kV一线2、3号线间的A相断股悬吊钢丝进行了消缺，在绝缘斗臂车内部进行带电消缺时，发现10 kV线路上存在明显放电点。

放电点处经过检测发现明显过电流，过电流即为超过额定电流50 A的电流，设置2种环境，分别是正常环境和恶劣环境，现场人工统计这两种环境下的电流变化情况，如表1所示。

表1 正常环境和恶劣环境下现场人工统计电流结果

由表1可知：在正常环境下经过现场人员排查，17:00时出现了过电流，且17:00-18:00时依然没有处理好过电流问题，直到18:30电流才恢复正常，在该期间可能会出现损坏电路问题；在恶劣环境下经过现场人员排查，17:30时出现了过电流，且17:30-18:30时依然没有处理好过电流问题，直到19:00电流才恢复正常。

3.2 过电流检测

线路中过电流冲击对电路的影响最大，如果不能很好控制线路过电流，必然会烧毁灯组寿命，为此检测应用所研究装置能否对过电流现象及时指示。设置2种实验环境，分别是正常环境和恶劣环境，检测结果如图1所示。

图1 应用指示装置过电流检测结果

由图1（a）可知，使用所应用装置能够在16:50时准确指示出过电流数值，且发现过电流的时间比现场人工排查时间要早10 min，并且使用应用装置进行维修的时间比现场人工排查后维修时间提前30 min，能够有效保护配电线路。由图1（b）可知，使用所应用装置在17:00时指示出过电流数值，通过应用高透光性防雨水、防紫外线、防晒机械装置发现过电流的时间比现场人工排查时间早30 min，经过快速维修后使得电流在18:30就恢复了正常，由此能够有效保护配电线路。

4 结 论

配网线路自取电低功耗防外破智能指示装置能够发出强光、高音告警。正常运行情况下，在夜间会产生很强的光线，视天气状况而定，能见度可以达到100～500 m。在装有雷达的设备上，可以检测到靠近导线的机械和交通工具，并根据导线的工作电压水平设定不同的报警距离。物体靠近电线时会发出频率闪烁，并发出警报，以警示司机或机械操作人员，减少因外力损坏而导致的短路。