摘 要 本文阐述了一种电流互感器取电技术用于环网柜监测的装置，实现了对环网柜各单元的电流、开关状态、电缆头温度、电缆故障告警等遥测遥信量的监测和信息实时传输，满足智能配电网对环网柜设备的实时监控需要。
关键词 全绝缘环网柜；电流互感器供电；二次监控装置；电流与温度监测
中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0090-02
10 kV户外箱式环网柜，又称环网供电单元（简称环网柜），每个环网柜由3至6路开关共箱组成，接线方式灵活多样，可以满足不同配电网络节点的需求。由于开关装置和硬母线密闭在同一个不锈钢金属外壳内，采用SF6作为灭弧介质和绝缘介质，开关采用三相联动的三工位SF6负荷开关。环网柜采用全封闭全绝缘结构，体积小，技术指标先进，故障率低，因而完全可以取代常规的开关站，从而减少占地面积和缩短出线电缆长度，降低整体造价和维护费用，因而广泛应用于工业园区、街道、居民区、繁华商业中心等。
城市配电网络由于采用了小型环网柜供电，有效解决了变电站出线走廊有限的问题，使供电网络更加灵活，而且更容易形成多电源点拉手互供方式，提高了供电的可靠性和灵活性。但同时也使配电网的运行方式更加复杂，如果没有有效的监控系统来实现供电的实时监控，往往掌握不了负荷不均匀，方式不合理等电网中实际的运行状况，使环网供电的优势无从发挥。此外，环网柜等设备的运行状态，也还是只能通过人工巡检来实现，一些比较隐蔽的安装投运隐患，未必能及时发现。从城市配电网的环网柜和小型开闭所的运行实例来看，不少地区都发生过由于电缆头安装不到位，导致接头发热，以至于发展到电缆头烧毁造成接地，最终发展成短路故障的事故，引起较大范围的停电。因此，从提高配电网供电可靠率，提高配电运行管理水平来讲，实现环网柜自动化智能监控，有非常重要的意义，并且是建设智能电网的一个重要环节。
本文提出了一种采用电流互感器取电技术，实现环网柜监测的方案，并开发设计实际装置试点运行，对实际效果进行跟踪验证。
1 监测装置的构成
1.1 装置构成
二次装置分为三部分：1）开关间隔监测单元；2）管理通讯单元；3）电源供电单元。开关间隔监测单元通过内部通讯总线方式与管理通讯单元连接，通讯方式采用了光耦隔离的电流环方式。电源供电单元为整个系统供电，供电采用了电流互感器取电的技术，方便在全绝缘环网柜实现供电。此外，在运行单位安装远方监测中心软件系统。
开关间隔监测单元，安装在每个开关间隔的面板，它接入采样CT的二次输出，将输入电流进行AD转换，并根据采样数据进行负荷运行状态的判断，能识别线路发生的故障状况，指出故障发生的支路；同时，它采集安装在电缆头表面的温度探头的信号，获得电缆实时的温度数据，并对数据进行比较，对于异常状况能进行报警。
管理与通讯单元通过与各个采样模块的通讯，汇总各间隔的电流和温度数据，并对数据进行存贮分析，记录各个间隔的日、月最大负荷电流并形成负荷曲线，同样温度数据也同时存贮，形成曲线数据。另外，管理通讯单元通过内置的GPRS移动无线传输模块，和远方终端进行通讯，将数据传回到远方主控中心，在远方中心可监测到环网柜的实时数据和历史数据，实现环网柜数据的抄收和历史存贮，并实现数据的配置和管理功能。
以6单元环网柜为例，功能框图如图1。
本文的二次监测装置采用了节能化设计，配置大容量存贮器，点阵液晶屏幕，当地可显示装置的工作状况和电流、电缆头温度、电缆故障信息、开关状态等运行参数。整套装置的功耗小于5 VA。
1.2 电源系统设计
电源系统的框图如图2。
通过CT输入的电流，经整流电路，变换为系统需要的直流，经稳压电路初级稳压后，变换为18至32伏直流电压，经DCDC模块变换系统工作的稳定直流电压输出，在输入电流较小时，电池将为系统补充供电，当输入电流较大时，将为电池提供充电；电池充满或者，输入电流很大时，过剩的电流将被旁路，流经旁路电阻而消耗。备用电池组的电压为标称24伏。
由于供电系统采用电流互感器供电，不需要配置专用的电压互感器，因此不需要通过环网柜电缆T接或从母线引出PT引线，在一次系统上，对环网柜不需要做任何改变，同时结构上也不需要配置PT柜，不改变原有环网柜的结构和基础，同时施工的工作量和停电时间大大缩短，极大改善了对全绝缘环网柜实现自动化升级改造的难度。
2 监测装置的主要功能
2.1 电缆负荷监测
通过安装在电缆室内的电流互感器，监测电缆的负荷电流，实现了电缆负荷的实时监测。
2.2 电缆温度监测
通过安装在电缆表面的温度传感器，实时监测电缆接头的表面温度。
2.3 开关量监测
监测开关辅助触点的通断状态，实现开关量监测。
2.4 电流故障报警指示
可以实现电流故障的判断分析，判断的依据包括电流越限以及变电站出口开关动作导致线路停电状态，故障判断准确率大于90%。故障电流判断不需要设置阀值参数，具有抑制合闸涌流的功能。
2.5 温度异常报警
实现对电缆温度异常的报警，报警方式分为单相温度过高报警和三相温度差异报警。温度量是一个非突变的物理量。
2.6 显示功能
在间隔监测装置的面板可显示负荷电流，电缆温度，有报警时显示报警信息，显示内容上翻、下翻查询。
2.7 通讯功能
具有与远方通讯的能力，内置GPRS模块，并具有RS232，RS485接口连结光Modem等通讯装置。
2.8 数据存储功能
通讯管理装置以每15分钟一个点当地保存电流、温度等历史数据，可形成曲线，并统计数据的日、月最大值、最小值。 2.9 供电电源和备用电源管理
供电电源采用从专用CT供电的方式，并配有备用电池组，交流电源与备用电池组的切换应是无扰动切换。电源管理具有电池组的电压过高和过低保护。
3 电缆监测装置的应用效果
该环网柜电缆监测装置，在我公司裕华东路一环网柜进行了试运行，取得了良好的效果。
3.1 实时监测提高设备运行可靠性
实现了电缆负荷、温度的实时监测，并且在监控后台的计算机上，可监测到现场的数据。实时的温度采集，大大降低了原先人工对电缆温度的巡测的工作量，监测的效果比人工巡测大大提高。装置可对异常的温度数据进行报警，有效地防止了电缆故障隐患的发生。
3.2 历史数据为今后的电网运行管理提供依据
监测装置可记录保存设备运行的历史数据，这些历数据对配网线路的分析，运行方式管理，用户增容，线路改造等配网的运行管理工作，提供了科学的数据依据，对提高配电网的运行管理水平起到积极有利的帮助作用，是实现智能电网和信息化管理的前提和依据。
3.3 新的供电方式使设备升级改造简单，成本降低，经济效益明显
这种采用电流互感器供电的监测系统，在原有的手动操作全绝缘环网柜进行自动化监测升级改造时，比采用电压互感器供电的改造成本大大降低。前者只需在电缆室内增加供电用的电流互感器，不需要改变环网柜的一次运行方式，不需要增加PT柜，对原有的外箱体和基础都不需改动，不仅改造的设备成本低，而且施工工作量大大减少，原环网柜设备也不需转场和搬运，施工用停电时间大大缩短，经济性十分明显。
4 结束语
本项目利用现代电子技术实现了对全绝缘环网柜设备实现负荷电流和电缆温度的实时监测，提高了配网设备的运行管理水平，减少了人工巡视的工作量，提高了设备运行的安全性和可靠性，为智能电网建设在配电自动化领域的实现打下基础，采用电流互感器取电技术，也为传统配电设备实现自动化改造提供了一个新的方式，对设备运行管理以及配电网系统的运行分析和综合管理，起到非常好的作用。
参考文献
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