配電自動(dòng)化柜及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電自動(dòng)化系統(tǒng)，更具體地，是涉及一種配電自動(dòng)化柜及其應(yīng)用，屬于電氣設(shè)備自動(dòng)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(gè)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(guó)，長(zhǎng)期以來(lái)形成了“重發(fā)、輕供、不管用”的局面，配電網(wǎng)系統(tǒng)嚴(yán)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(shí)，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(lái)，國(guó)家投入大量資金，經(jīng)過(guò)幾輪的城農(nóng)網(wǎng)改造，改造了大量的線路、開(kāi)關(guān)和變壓器等，進(jìn)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(wàn)戶的供電安全，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力市場(chǎng)化的進(jìn)程不斷深入，用戶對(duì)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(lái)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(dòng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，配電房自動(dòng)化套用功能單一的“三遙”監(jiān)控和饋線自動(dòng)化功能的建設(shè)模式，難以滿足智能配電網(wǎng)自動(dòng)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(duì)全球、全人類能源、環(huán)境、氣候、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的綜合解決方案，代表著未來(lái)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(dòng)化是指利用現(xiàn)代電子、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)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(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用，故障時(shí)能及時(shí)察覺(jué)，但是大多缺乏自動(dòng)控制功能。即使少數(shù)系統(tǒng)擁有自動(dòng)控制功能，也因?yàn)橄到y(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、冗余，使得成本高昂，不適合推廣應(yīng)用。
[0004]改革開(kāi)放以前，大多數(shù)城市還沒(méi)有形成大片的負(fù)荷特別密集區(qū)，故用戶電源大多是通過(guò)來(lái)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(shù)干式配合輻射式為主，系統(tǒng)連接簡(jiǎn)單。但是，近20年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(fù)荷猛漲，形成了負(fù)荷密集區(qū)，負(fù)荷密度從原來(lái)的數(shù)百kW/km2增長(zhǎng)到數(shù)萬(wàn)kW/km2，原有的供電方式明顯地暴露了許多弱點(diǎn):線路長(zhǎng)，線損大、電壓質(zhì)量差；故障處理情況復(fù)雜；線路設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理工作量大；新增用戶擴(kuò)容困難；由于城市規(guī)劃要求，線路架設(shè)走廊越來(lái)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(lái)提出一種新的供電方式——通過(guò)開(kāi)閉所向用戶供電，這些開(kāi)閉所與變電站的區(qū)別僅僅是無(wú)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(shì)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(kāi)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(kāi)環(huán)、閉環(huán)的區(qū)別。按照使用功能的不同，單環(huán)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行的配網(wǎng)系統(tǒng)一次部分可分為5個(gè)模塊；1)變電站出線斷路器；2)環(huán)網(wǎng)線路；3)環(huán)網(wǎng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(lái)，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(jiàn)不鮮。常見(jiàn)的環(huán)網(wǎng)柜故障包括開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、保護(hù)拒動(dòng)、外力破壞、開(kāi)關(guān)氣體泄漏、電纜頭發(fā)熱爆炸等等。現(xiàn)有解決這種問(wèn)題的有效方法是在環(huán)網(wǎng)柜中安裝配電自動(dòng)化遠(yuǎn)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(jī)保護(hù)及控制模塊實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)這些自動(dòng)化功能模塊分為分布式結(jié)構(gòu)和集中式結(jié)構(gòu)。對(duì)于分布式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)功能模塊的安裝分為兩種方式安裝:一種是將這類自動(dòng)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(yùn)行；另一類是將這類自動(dòng)化功能模塊附加到開(kāi)關(guān)柜外，而這類自動(dòng)化功能模塊的任意擺放，造成運(yùn)行設(shè)備擺放零亂，給運(yùn)維工作帶來(lái)一定影響。對(duì)于集中式結(jié)構(gòu)是將這類功能模塊獨(dú)立集中在一個(gè)保護(hù)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(guò)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(duì)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免或排除環(huán)網(wǎng)柜故障。然而，隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)網(wǎng)柜等一次設(shè)備的要求越來(lái)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(shí)，電纜走線距離過(guò)長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性較差；且當(dāng)一路出線發(fā)生故障時(shí)，會(huì)影響對(duì)其他所有出線的監(jiān)控，導(dǎo)致整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜無(wú)法正常工作。圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的戶外開(kāi)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(jī)保護(hù)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(hù)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?yàn)榘踩紤]，需要將整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜組斷電，更有甚者乃至整個(gè)開(kāi)閉所斷電，嚴(yán)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(fèi)，未能充分利用。
[0006]戶外開(kāi)閉所由于自身結(jié)構(gòu)原因、環(huán)境問(wèn)題、安裝問(wèn)題等都會(huì)影響二次設(shè)備的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致二次設(shè)備的誤動(dòng)作，增加了停電次數(shù)，擴(kuò)大了停電區(qū)域，加大了檢修工作量。當(dāng)需要檢修二次設(shè)備時(shí)，防誤操作一般會(huì)把一次單元停電或整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜停電。當(dāng)二次設(shè)備有故障要進(jìn)行大量的排故障檢修時(shí)，需要一一檢測(cè)，確定故障的位置，然后對(duì)產(chǎn)生該故障的元器件更換，并進(jìn)行的大量的二次接線工作和調(diào)式工作，這樣會(huì)大大擴(kuò)大停電的區(qū)域和延長(zhǎng)停電時(shí)間。并且由于廠家及配電方案不同，各種類型的戶外開(kāi)閉所中的配電自動(dòng)化柜選用的元器件往往不同，尺寸大小更無(wú)法統(tǒng)一，導(dǎo)致戶外開(kāi)閉所中配電自動(dòng)化柜的元器件不具有通用和互換性，這樣即使在檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)確定故障，也可能無(wú)法及時(shí)找到合適的配件更換，無(wú)法在短時(shí)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(dòng)化柜不可能不出現(xiàn)損壞、維修或更換情況，而供電運(yùn)營(yíng)單位不可能對(duì)所有廠家的環(huán)網(wǎng)柜和配電自動(dòng)化柜都全部了解和知悉，也無(wú)法對(duì)各種不同類型、不同廠家、不同配電方案的配電自動(dòng)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(kāi)閉出現(xiàn)故障時(shí)，不能及時(shí)找到相對(duì)應(yīng)的元件更換，導(dǎo)致不能高可靠連續(xù)供電。但是在當(dāng)今社會(huì)提倡提高配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)，高可靠連續(xù)供電也是配網(wǎng)自動(dòng)化的基本。停電時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響供電單位的直接經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于不斷提高電氣化的當(dāng)今社會(huì)，可靠連續(xù)供電尤其重要，用戶的損失有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電費(fèi)的損失，可靠連續(xù)供電將成為供電合同的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此只能提高標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)的歷史，一時(shí)無(wú)法達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)戶外開(kāi)閉所乃至配電自動(dòng)化柜進(jìn)行了一些改進(jìn):如CN202509989公開(kāi)了一種戶外開(kāi)閉所，僅針對(duì)其門進(jìn)行了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，把原來(lái)的折疊式門改為左右推拉門；如中國(guó)專利CN103715616公開(kāi)了一種環(huán)網(wǎng)柜，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化以簡(jiǎn)化內(nèi)部接線和減少安裝工作量，并未對(duì)置于環(huán)網(wǎng)柜頂端的微機(jī)保護(hù)及控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；如中國(guó)專利CN203367797公開(kāi)了一種智能配電自動(dòng)化終端箱，對(duì)自動(dòng)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(rèn)自動(dòng)化終端箱的故障，造成維修困難；如中國(guó)專利CN202997354公開(kāi)了一種配網(wǎng)自動(dòng)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(méi)有改進(jìn)；如中國(guó)專利CN103579946公開(kāi)了一種配網(wǎng)自動(dòng)化一體化環(huán)網(wǎng)柜，集配網(wǎng)自動(dòng)化智能終端和開(kāi)關(guān)設(shè)備于一體，但未對(duì)自動(dòng)化智能終端的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
[0007]綜上述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)戶外開(kāi)閉所，尤其是配電自動(dòng)化柜的改進(jìn)無(wú)非是只改進(jìn)了線路的連接方式，或僅改進(jìn)了某一部位進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并未在減小停電面積、減少停電時(shí)間上進(jìn)行根本上的改進(jìn)。
[0008]此外，隨著國(guó)家對(duì)電力事業(yè)的規(guī)范化，所有電力設(shè)備都需符合國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；但目前來(lái)說(shuō)，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(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已統(tǒng)一，故各生產(chǎn)廠家必須依照國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)已經(jīng)投入使用的各開(kāi)閉所進(jìn)行改造，即將戶外開(kāi)閉所中的所有設(shè)備的走線重新排布，相當(dāng)于將各設(shè)備拉回廠內(nèi)重新生產(chǎn)，給國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一帶來(lái)了一定的難度，并未從根本上解決國(guó)家電網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)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(dòng)化柜，是現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)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(dòng)化柜，該配電自動(dòng)化柜體積小，空間利用率高，各功能模塊活動(dòng)連接，易于更換，其功能模塊之間相對(duì)獨(dú)立互不影響，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)元器件故障時(shí)，斷電時(shí)間短或僅短暫停電以更換單元模塊便能