配電自動化柜及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電自動化系統(tǒng)，更具體地，是涉及一種配電自動化柜及其應(yīng)用，屬于電氣設(shè)備自動化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)包括發(fā)電、輸電、變電、配電幾個主要環(huán)節(jié)，其中配電是直接面向電力用戶的功能。在我國，長期以來形成了“重發(fā)、輕供、不管用”的局面，配電網(wǎng)系統(tǒng)嚴重落后，致使居民用電線損高、電壓低、供電不可靠，成為電力系統(tǒng)供用電的瓶頸。在早期電網(wǎng)建設(shè)時，更加重視發(fā)電和輸電，而配電和用電環(huán)節(jié)往往被輕視。因此，近幾年來，國家投入大量資金，經(jīng)過幾輪的城農(nóng)網(wǎng)改造，改造了大量的線路、開關(guān)和變壓器等，進行配網(wǎng)建設(shè)。配網(wǎng)作為城市和農(nóng)村供電的載體，配網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，直接關(guān)系到千家萬戶的供電安全，具有重要的經(jīng)濟價值和社會意義。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電力市場化的進程不斷深入，用戶對電能可靠性和質(zhì)量的要求也在不斷提升，城市電網(wǎng)供電半徑越來越短，配電網(wǎng)配電房得到廣泛應(yīng)用。配電網(wǎng)配電房是配電網(wǎng)的自愈和互動的關(guān)鍵節(jié)點，配電房自動化套用功能單一的“三遙”監(jiān)控和饋線自動化功能的建設(shè)模式，難以滿足智能配電網(wǎng)自動化的發(fā)展要求。而智能電網(wǎng)是電力工業(yè)的又一次革命，是應(yīng)對全球、全人類能源、環(huán)境、氣候、經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的綜合解決方案，代表著未來電網(wǎng)研究和發(fā)展的方向。配電網(wǎng)是電能應(yīng)用、面向用戶的窗口，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是電網(wǎng)智能化的重要突破口。
[0003]配電自動化是指利用現(xiàn)代電子、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負責的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟性最好。目前，大多是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)的配電自動化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運行時也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用，故障時能及時察覺，但是大多缺乏自動控制功能。即使少數(shù)系統(tǒng)擁有自動控制功能，也因為系統(tǒng)過于復(fù)雜、冗余，使得成本高昂，不適合推廣應(yīng)用。
[0004]改革開放以前，大多數(shù)城市還沒有形成大片的負荷特別密集區(qū)，故用戶電源大多是通過來自變電站的1KV線路直接或間接送到用戶變壓器，配電方式主要以樹干式配合輻射式為主，系統(tǒng)連接簡單。但是，近20年來，國民經(jīng)濟發(fā)生了飛速的變化，城市趨于密集化、都市化，城市電網(wǎng)用電負荷猛漲，形成了負荷密集區(qū)，負荷密度從原來的數(shù)百kW/km2增長到數(shù)萬kW/km2，原有的供電方式明顯地暴露了許多弱點:線路長，線損大、電壓質(zhì)量差；故障處理情況復(fù)雜；線路設(shè)備運行維護管理工作量大；新增用戶擴容困難；由于城市規(guī)劃要求，線路架設(shè)走廊越來越困難。變電站線路直接到用戶這種方式難以滿足城市發(fā)展需求，因而近幾年來提出一種新的供電方式——通過開閉所向用戶供電，這些開閉所與變電站的區(qū)別僅僅是無主變壓器和斷路器。在配電網(wǎng)絡(luò)接線結(jié)構(gòu)上，發(fā)展趨勢是采用環(huán)網(wǎng)形式供電，環(huán)網(wǎng)供電模式可以提高供電的可靠性，用戶可以從開閉所環(huán)網(wǎng)單元端獲取電源，減少事故的停電面積。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)有單環(huán)、多環(huán)之分，還有開環(huán)、閉環(huán)的區(qū)別。按照使用功能的不同，單環(huán)、開環(huán)運行的配網(wǎng)系統(tǒng)一次部分可分為5個模塊；1)變電站出線斷路器；2)環(huán)網(wǎng)線路；3)環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜；4)用戶1KV配電裝置；5)用戶變壓器。根據(jù)環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、用戶1KV配電裝置和用戶變壓器的不同組合，可以組成環(huán)網(wǎng)開關(guān)站、用戶變電站和環(huán)網(wǎng)用戶變電站三種不同模式，在這些模式中，作為環(huán)網(wǎng)供電的主設(shè)備——環(huán)網(wǎng)柜，則越來越受到供電部門和用戶的重視。
[0005]環(huán)網(wǎng)柜是一組高壓開關(guān)設(shè)備裝在金屬或非金屬絕緣柜體內(nèi)或做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元的電器設(shè)備，其作為城市配網(wǎng)的基礎(chǔ)組成部分，環(huán)網(wǎng)柜的安全性是配網(wǎng)饋線安全性的重要保障。近年來，在城市電網(wǎng)中，由于環(huán)網(wǎng)柜故障發(fā)生的供電事故屢見不鮮。常見的環(huán)網(wǎng)柜故障包括開關(guān)誤動、保護拒動、外力破壞、開關(guān)氣體泄漏、電纜頭發(fā)熱爆炸等等?，F(xiàn)有解決這種問題的有效方法是在環(huán)網(wǎng)柜中安裝配電自動化遠方終端DTU、相應(yīng)的通訊終端ONU以及設(shè)置在環(huán)網(wǎng)柜組頂部的微機保護及控制模塊實現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中對這些自動化功能模塊分為分布式結(jié)構(gòu)和集中式結(jié)構(gòu)。對于分布式結(jié)構(gòu)的自動功能模塊的安裝分為兩種方式安裝:一種是將這類自動化功能模塊設(shè)置到環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部，但是環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部具有10000V的高壓設(shè)備，DTU及ONU的空間安排困難，即使可以安裝，也難以保證完全穩(wěn)定的運行；另一類是將這類自動化功能模塊附加到開關(guān)柜外，而這類自動化功能模塊的任意擺放，造成運行設(shè)備擺放零亂，給運維工作帶來一定影響。對于集中式結(jié)構(gòu)是將這類功能模塊獨立集中在一個保護裝置柜中，例如現(xiàn)有的一種柜式的DTU封閉式設(shè)備，DTU的柜身內(nèi)設(shè)置有主控芯片以及與環(huán)網(wǎng)柜中各路出線相連的接口，通過將環(huán)網(wǎng)柜的各路出線分別連接至DTU及0NU，以利用DTU及ONU對環(huán)網(wǎng)柜進行監(jiān)測，避免或排除環(huán)網(wǎng)柜故障。然而，隨著城市經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)網(wǎng)柜等一次設(shè)備的要求越來越高，現(xiàn)有技術(shù)的不足之處也愈加明顯，例如，環(huán)網(wǎng)柜通常具有多路出線，而DTU及ONU只能固定在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)某一位置，則利用電纜將環(huán)網(wǎng)柜的各路出線連接至DTU及ONU時，電纜走線距離過長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性較差；且當一路出線發(fā)生故障時，會影響對其他所有出線的監(jiān)控，導(dǎo)致整個環(huán)網(wǎng)柜無法正常工作。圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的戶外開閉所的主視圖和剖視圖，如圖1和圖2所示:置于環(huán)網(wǎng)柜頂端的微機保護及控制模塊由于是固定連接在環(huán)網(wǎng)柜組上，內(nèi)部走線混亂；且該功能模塊因其保護作用極易故障，需更換該功能模塊，但因其設(shè)置的缺陷，往往因為安全考慮，需要將整個環(huán)網(wǎng)柜組斷電，更有甚者乃至整個開閉所斷電，嚴重影響了配電網(wǎng)的供電連續(xù)性及安全性；此外，如圖2所示，該功能模塊的后側(cè)有大量空間浪費，未能充分利用。
[0006]戶外開閉所由于自身結(jié)構(gòu)原因、環(huán)境問題、安裝問題等都會影響二次設(shè)備的準確性，導(dǎo)致二次設(shè)備的誤動作，增加了停電次數(shù)，擴大了停電區(qū)域，加大了檢修工作量。當需要檢修二次設(shè)備時，防誤操作一般會把一次單元停電或整個環(huán)網(wǎng)柜停電。當二次設(shè)備有故障要進行大量的排故障檢修時，需要一一檢測，確定故障的位置，然后對產(chǎn)生該故障的元器件更換，并進行的大量的二次接線工作和調(diào)式工作，這樣會大大擴大停電的區(qū)域和延長停電時間。并且由于廠家及配電方案不同，各種類型的戶外開閉所中的配電自動化柜選用的元器件往往不同，尺寸大小更無法統(tǒng)一，導(dǎo)致戶外開閉所中配電自動化柜的元器件不具有通用和互換性，這樣即使在檢修時，現(xiàn)場確定故障，也可能無法及時找到合適的配件更換，無法在短時間內(nèi)恢復(fù)供電，不能滿足現(xiàn)代供電要求。所有在使用中的環(huán)網(wǎng)柜和配電自動化柜不可能不出現(xiàn)損壞、維修或更換情況，而供電運營單位不可能對所有廠家的環(huán)網(wǎng)柜和配電自動化柜都全部了解和知悉，也無法對各種不同類型、不同廠家、不同配電方案的配電自動化柜和環(huán)網(wǎng)柜中的元器件都有備份，這樣在環(huán)網(wǎng)柜和戶外開閉出現(xiàn)故障時，不能及時找到相對應(yīng)的元件更換，導(dǎo)致不能高可靠連續(xù)供電。但是在當今社會提倡提高配網(wǎng)自動化建設(shè)，高可靠連續(xù)供電也是配網(wǎng)自動化的基本。停電時間的長短直接影響供電單位的直接經(jīng)濟損失，對于不斷提高電氣化的當今社會，可靠連續(xù)供電尤其重要，用戶的損失有可能遠遠超出電費的損失，可靠連續(xù)供電將成為供電合同的重要衡量標準。因此只能提高標準化、模塊化設(shè)備才能提高通用和互換率，然而這些廠家和在使用中設(shè)備已有很長的歷史，一時無法達到高標準化和模塊化?，F(xiàn)有技術(shù)中對戶外開閉所乃至配電自動化柜進行了一些改進:如CN202509989公開了一種戶外開閉所，僅針對其門進行了簡單的結(jié)構(gòu)改進，把原來的折疊式門改為左右推拉門；如中國專利CN103715616公開了一種環(huán)網(wǎng)柜，對環(huán)網(wǎng)柜的整體設(shè)計簡化以簡化內(nèi)部接線和減少安裝工作量，并未對置于環(huán)網(wǎng)柜頂端的微機保護及控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行改進；如中國專利CN203367797公開了一種智能配電自動化終端箱，對自動化終端箱分為一次室和二次室上下結(jié)構(gòu)，仍然難以確認自動化終端箱的故障，造成維修困難；如中國專利CN202997354公開了一種配網(wǎng)自動化環(huán)網(wǎng)柜，該環(huán)網(wǎng)柜中包括若干環(huán)網(wǎng)柜、DTU柜和通訊柜，但DTU柜和通訊柜柜內(nèi)的結(jié)構(gòu)沒有改進；如中國專利CN103579946公開了一種配網(wǎng)自動化一體化環(huán)網(wǎng)柜，集配網(wǎng)自動化智能終端和開關(guān)設(shè)備于一體，但未對自動化智能終端的結(jié)構(gòu)改進。
[0007]綜上述，現(xiàn)有技術(shù)中對戶外開閉所，尤其是配電自動化柜的改進無非是只改進了線路的連接方式，或僅改進了某一部位進行簡單的結(jié)構(gòu)改進，并未在減小停電面積、減少停電時間上進行根本上的改進。
[0008]此外，隨著國家對電力事業(yè)的規(guī)范化，所有電力設(shè)備都需符合國家電網(wǎng)標準；但目前來說，由于電力設(shè)備的生產(chǎn)廠家各不相同，生產(chǎn)出的電力設(shè)備也不同，造成了隨著電力事業(yè)的發(fā)展，國家電網(wǎng)標準現(xiàn)已統(tǒng)一，故各生產(chǎn)廠家必須依照國家電網(wǎng)標準對已經(jīng)投入使用的各開閉所進行改造，即將戶外開閉所中的所有設(shè)備的走線重新排布，相當于將各設(shè)備拉回廠內(nèi)重新生產(chǎn)，給國家電網(wǎng)標準的統(tǒng)一帶來了一定的難度，并未從根本上解決國家電網(wǎng)對配網(wǎng)自動化的改造要求。
[0009]所以，提供一種供電連續(xù)性及安全性均佳的配電自動化柜，是現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的一目的是提供一種供電連續(xù)性和安全性極佳的配電自動化柜，該配電自動化柜體積小，空間利用率高，各功能模塊活動連接，易于更換，其功能模塊之間相對獨立互不影響，通過改進結(jié)構(gòu)實現(xiàn)元器件故障時，斷電時間短或僅短暫停電以更換單元模塊便能