胡冉，吴夕发

（1.深圳供电局有限公司；2.深圳新能电力开发设计院有限公司，广东 深圳 518001）

一二次设备最重要的步骤就是在一次设备的基础上结合二次设备，二次设备并不作为主动设备，也就是说，二次设备是用来辅助一次设备的，两者搭配使用的目的是为了提高配电网的稳定性。

1 配电开关一二次融合设备运行环境

现在我国社会经济发展的速度很快，科技实力也有了很大的进步，不过，电力工程和电网建设在发展过程中存在较多问题，配电网工程的发展一直落后于发电和输电行业，通常情况下，停电的原因都是配电网故障造成的，而且配电网的自动化和智能化还没有完善，这已经成为我国电力行业发展的阻碍。要想提高配电网的自动化和智能化水平，首先应该了解影响设备运行的干扰条件是什么，现在我们对温度、海拔、强电磁、风俗、太阳辐射、防污等级和箱体机械防护能力进行了分析，在实际运行过程中，很多地方的温度和太阳辐射都是季节决定的，这是一种周期性的影响，不能作为关键性的影响因素。对防污水平和箱体机械强度进行了分析后发现，制造设备的材料和成分比例存在一定影响，对温度和压力的研究还需进一步加强，并且最难研究的就是强电磁干扰的影响，下面是本文主要的分析内容。

2 配电开关一二次融合影响因素分析

2.1 温度影响

通常情况下，设备都是在户外工作的，很难准确地感应工作环境温度的变化，在温度过低的情况下，部分瓷柱式断路器内部SF6灭弧介质会发生液化，不过，对一次设备的影响并不是很大。在一次设备的基础上加入了二次设备后，二次设备和一次设备的距离很近，温度的影响就体现出来了，设备的内部元件的温度和耗能都会增加，可以从下面几个方面看出。

（1）温度变化对二次设备内部电子元件的影响。高压开关开断强电流、高电压都会使触头两边的燃弧发出能量，这个过程并不会持续很长时间，不过，二次设备贴片电阻、电容以及其他温度敏感元件有很高的温度敏捷度，要分析温度对它们带来的影响。通过研究后发现，半导体器件温度每增加10℃，设备的可靠性大约会降低一半，元件温度持续升高的过程中还会出现零漂和非线性变化，信号往往不能稳定输出。温度的影响是导致电子元件故障、效率降低的主要原因，并且会减少设备的使用寿命，如果温度很高，设备不能及时地散热，就会发生电路击穿和短路等问题，是没有办法修复的，导致一二次设备的精确度和工作稳定性。

（2）温度变化对二次设备内部采集单元的影响。图1是二次设备采集单元结构的图示，在电压互感器的作用下，交流电压保持在100V，采集单元可以调节输入电压，信号调理单位为了处理模块、滤波模块、差分放大模块以及其他模块，分压模块把输入信号变成最大的2.5V的交流信号，滤波处理模块的作用就是避免信号受到影响，信号通过差分放大模块后，会被输入转换芯片中，本次使用的AD转换芯片信号是AD7606。隔离电源把输入电源变成DCSV，是整个内部采集单元的电力来源，ADR421主要负责AD转换芯片的电源。整个单元结构在温度的作用下都会受到影响，直接影响电阻、滤波模块和差分放大模块以及其他原件的稳定性，测量的准确率也会有所下降。

图1 二次设备内部采集单元结构示意图

2.2 压力影响

压力对一二次融合开关的运行也有一定干扰，压力是从两个方面干扰设备的。因为海拔高度不同，所以压力大小也不一样，海拔高度和压力大小之间是反比例关系，也就是说，海拔增加压力减少。设备开关、母线、互感器、电缆线和其他内部元件在开关柜中的压力是保持在0.13～0.145MPa。

表1是海拔高度和大气气压之间的关系，在标准海拔1000m以下的时候，通常使用IEC62271、GB3906规格的开关设备，现在还没有达到标准条件的设备。为了达到设备终端对强度的要求，一般都会增加电气缝隙、增加爬电距离、使用复合材料的办法，不过，对设备的使用寿命会有一定的影响，设备的工作稳定性和准确性也会有所降低。

表1 不同海拔条件下的相应大气气压

通过实验发现，当平均气压降低7.7～10.5kPa的时候，外绝缘强度会慢慢地降低，降低的幅度保持在8%～13%，空气密度和压力降低也会影响开关设备的运行效率，空气密度越低设备的散热效果越差。当气体压力不断地降低，电晕电压就会持续地降低，此时，绝缘会慢慢地老化，设备的使用寿命会有所降低，运行的稳定性会变差。

一次设备和二次设备的融合程度提高的同时，大多数测控器件都应该安装在开关里，长时间处于高压环境中，测控单元的使用年限会有所减少，而且二次设备运行的稳定性也会降低。如果相对空气减少到12%的时候，空气密度会变成10%，绝对湿度和空气压力、空气密度之间是正比例关系，后两者越小前者越大，温度差增加的同时终端更容易发生放电，一二次融合开关工作的稳定性会降低。

2.3 电磁干扰影响

通常情况下，系统在震荡的时候，磁场能量和电场能量可以发生转换，磁场能量会变成电场能量，设备收到电磁能量后会产生巨大的电流和电压，造成电路的击穿和短路等故障，元器件会发生损坏不能正常使用。有的设备虽然可以屏蔽金属，电磁能量无法随意进入设备中，不过，壳体上感应脉冲大电流对电路的威胁是巨大的，只要进入电路中就会破坏内部敏感器件，整个电路的运行都会受到影响。配电开关是整个电路的核心保护设备，主要通过二次设备来控制，设备开关过程中触头间电弧燃烧、重燃巨大的电磁场作用于母线，在空间辐射和电缆的作用下，设备内部元器件会相互影响，二次设备无法正常运行。

外部过电压也会影响电磁，在空间辐射的作用下传导到控制器造成设备故障，设备开关无法正常使用。从图2中可以了解雷击杆塔的整个过程，传输线的雷电波频率很高，一旦进入母线中，就会迅速地传输到控制电缆，剩下的部分将至二次电缆屏蔽层产生感应过电压。

图2 雷电干扰传播路径示意图

图3 高频传导干扰等效电路图

从图3中可以了解高频干扰电压经PT传入二次回路的等效电路图，UB代表母线暂态电压，CT代表感器套管电容，LG代表引线电感，ZG代表地阻抗，C1N、C2N代表互感器一次侧、二次侧与屏蔽层之间的寄生电容，ZO代表二次回路电缆波阻抗，ZL代表二次回路电缆负载阻抗。如果母线暂态电压UB对电压互感产生影响，干扰电压就会作用在二次设备上，影响二次设备的正常运行，电压的强度决定了干扰的程度。

3 结语

总的来说，二次设备内部信号采集单元结构在温度的作用下稳定性会受到不同程度的影响，当电子元器件发生故障后，电阻和电路就会影响二次设备的正常运行。长时间处于高压的环境会导致测控单元寿命减少，而且设备的散热性能一旦变差，就会出现凝露，这些凝露作用在设备表面会发生放电。在雷电的作用下，强电磁干扰对终端电子元件的破坏是不可逆的，电路的故障时无法修复的，常见的故障有设备误动、拒动等，在电路搭建好后需要对其进行测试。