項(xiàng) 林

（福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)水平的不斷提升，很多供電設(shè)施都朝著智能化、自動(dòng)化、信息化的方向發(fā)展，不僅提高了配電網(wǎng)的運(yùn)行效率，保證其質(zhì)量，而且在很大程度上提高了供電服務(wù)質(zhì)量與客戶(hù)滿(mǎn)意度。在這種背景之下，誕生了一二次融合技術(shù)。而且隨著這項(xiàng)技術(shù)投入使用，供電設(shè)備更加完善，提高了其運(yùn)行質(zhì)量，配電網(wǎng)智能化水平也獲得顯著提升。鑒于此，有必要針對(duì)配電網(wǎng)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化研究，持續(xù)推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的健康發(fā)展。

1 一二次融合技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)供電模式下，一次設(shè)備與二次終端之間主要通過(guò)電纜進(jìn)行連接。但是，這種接線(xiàn)方式較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工量較大。另外，在其運(yùn)行過(guò)程中，還時(shí)常出現(xiàn)一、二次設(shè)備接口不匹配、二次設(shè)備端子標(biāo)準(zhǔn)化程度低等問(wèn)題，導(dǎo)致一二次設(shè)備兼容性、擴(kuò)展性、互換性均不夠理想。此外，對(duì)傳統(tǒng)一次設(shè)備而言，其IP防護(hù)以及EMC性能普遍偏低，時(shí)常在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)遙信抖動(dòng)、設(shè)備凝露等問(wèn)題；在應(yīng)用全間隔高速錄波功能時(shí)存在較大難度；由于單相接地故障監(jiān)測(cè)存在一定的困難，在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中非常容易出現(xiàn)單相接地故障，阻礙了配電質(zhì)量的提升[1]。

2 一二次融合技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)

在配電網(wǎng)中引進(jìn)一二次融合技術(shù)，主要有以下應(yīng)用目標(biāo)：第一，弱化一二次設(shè)備的分界。一二次融合技術(shù)需要以防塵、防雨、防腐蝕、防凝露為目標(biāo)進(jìn)行高防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除一、二次設(shè)備之間的界限，確保一二次融合設(shè)備及配電網(wǎng)在惡劣天氣環(huán)境下，依然可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，使供電質(zhì)量獲得保障；第二，提高整體設(shè)計(jì)的耐用性。一二次融合設(shè)備不僅自帶整體模塊化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化接口，各模塊還具有小型化、可靠性強(qiáng)、實(shí)用性高、即插即用等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足多種類(lèi)型配電網(wǎng)的使用需求；第三，提高設(shè)備智能分析處理能力。通過(guò)應(yīng)用一二次融合設(shè)備，可針對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行快速精準(zhǔn)定位，并且及時(shí)切除故障，盡快恢復(fù)供電；第四，獲得更加友好的運(yùn)維體驗(yàn)。一二次融合設(shè)備具有設(shè)備狀態(tài)集成化監(jiān)測(cè)功能，該功能可以在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖形化展示、智能化診斷以及科學(xué)化運(yùn)維指導(dǎo)，幫助工作人員更加精準(zhǔn)高效地開(kāi)展供電線(xiàn)路運(yùn)維工作，使運(yùn)維工作水平獲得顯著提升。

3 一二次融合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

第一，二次設(shè)備雖然是開(kāi)關(guān)柜自動(dòng)化成套設(shè)備中的1個(gè)核心部件，但其內(nèi)部電子控制器卻是1個(gè)新增部件。即使如此，該部件可以針對(duì)中壓系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行多功能控制與智能化控制；第二，一二次融合終端自帶信息采集DTU裝置，借助該裝置的信息技術(shù)可使傳統(tǒng)裝備得到智能化升級(jí)。升級(jí)之后的終端設(shè)備集成了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)以及嵌入式智能控制單元，外加多個(gè)新增元器件的聯(lián)合應(yīng)用，使開(kāi)關(guān)設(shè)備的電氣性能獲得顯著提；第三，通過(guò)運(yùn)用電子控制器，可以同時(shí)操控多種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)。對(duì)開(kāi)關(guān)柜而言，通過(guò)加裝電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使開(kāi)關(guān)柜操控方式從原有的手動(dòng)操控轉(zhuǎn)變成遠(yuǎn)程操控，傳統(tǒng)模式下的人工扳桿操作也轉(zhuǎn)換成按鈕操作，其操控過(guò)程更加高效、快捷、安全；第四，有利于制訂個(gè)性化方案[2]。

4 一二次融合融合關(guān)鍵技術(shù)原理

現(xiàn)如今，雖然一二次融合配電開(kāi)關(guān)的使用率越來(lái)越高。但是，對(duì)于該類(lèi)開(kāi)關(guān)的運(yùn)行質(zhì)量和整體性能而言，一二次設(shè)備融合程度是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。要想發(fā)揮出一二次融合配電開(kāi)關(guān)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，務(wù)必根據(jù)以下原理，針對(duì)一二次融合配電開(kāi)關(guān)設(shè)備融合方式進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計(jì)。首先，建議使用決策層融合方法，該方法可以對(duì)一二次融合配電開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)信息及設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行有效識(shí)別，進(jìn)而幫助工作人員在各種分類(lèi)器當(dāng)中做出合理選擇，以此來(lái)滿(mǎn)足一次次融合開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)采集需求；其次，在針對(duì)一二次融合配電開(kāi)關(guān)設(shè)備不同功能模塊進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，假設(shè)同時(shí)存在n個(gè)模塊，則需要以n個(gè)模塊作為輸出基礎(chǔ)。在該基礎(chǔ)上，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的接收，其模型結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖1。

圖1 決策層融合模式識(shí)別模型示意圖

5 一二次融合開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)原則

第一，可靠性。在終端整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，就要針對(duì)電氣接口、功能定義和設(shè)置配置以及運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行周全細(xì)致的考慮，確保所有運(yùn)行裝置的安全穩(wěn)定性，最大限度防止出現(xiàn)誤操作；第二，通用性。針對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、切換開(kāi)關(guān)、壓板等實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行合理配置。由于真空斷路器與負(fù)荷開(kāi)關(guān)的成本較為接近，為了提升便捷性，建議統(tǒng)一為斷路器。因?yàn)閿嗦菲骺赏瑫r(shí)支持電磁、電子和數(shù)字3種電氣量采集方式；還可以設(shè)置為集中型或者就地型饋線(xiàn)自動(dòng)化模式。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)集成開(kāi)關(guān)操作、隔離開(kāi)關(guān)操作、儲(chǔ)能回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，為一二次融合設(shè)計(jì)的通用性提供可靠保障；第三，小型化。在針對(duì)一二次融合開(kāi)頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要優(yōu)先滿(mǎn)足各項(xiàng)功能要求，在此基礎(chǔ)上，盡量采用小型化罩式結(jié)構(gòu)或箱式結(jié)構(gòu)。但是，需要統(tǒng)一安裝尺寸和電氣接口，以此來(lái)適應(yīng)批量制造和自動(dòng)檢測(cè)的相關(guān)要求；第四，還需要針對(duì)饋線(xiàn)終端產(chǎn)品類(lèi)別進(jìn)行精簡(jiǎn)，體現(xiàn)出設(shè)備小型化技術(shù)優(yōu)勢(shì)；第五，先進(jìn)性。一二次融合設(shè)備可以支持電子式傳感器及就地?cái)?shù)字化等新技術(shù)的應(yīng)用，內(nèi)部集成開(kāi)關(guān)還具備狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。鑒于一二次融合設(shè)備存在上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中遇到小電流接地選線(xiàn)準(zhǔn)確性問(wèn)題、縮短FTU+斷路器動(dòng)作時(shí)間問(wèn)題、無(wú)(電壓)源跳閘問(wèn)題、小電流(200A以下)計(jì)量等配電問(wèn)題時(shí)，都可以第一時(shí)間提出相應(yīng)的解決方案。這一特性決定了一二次融合開(kāi)關(guān)的先進(jìn)性，使其成為一項(xiàng)值得重點(diǎn)推廣的技術(shù)，也直接凸顯出一二次融合技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[3]。

6 配電網(wǎng)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

6.1 一體化檢測(cè)技術(shù)

如圖2所示，一二次融合設(shè)備一體化檢測(cè)技術(shù)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)構(gòu)建起的一個(gè)綜合檢測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由檢測(cè)軟件、一次電壓電流功率源、一次信號(hào)驅(qū)動(dòng)器、錄波儀、多通道高精度標(biāo)準(zhǔn)表、二次電壓電流源、開(kāi)入開(kāi)出通道以及綜合切換裝置共同構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，該平臺(tái)既可以針對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行一體化檢測(cè)，也可以針對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)架級(jí)檢測(cè)，而且憑借HIL的一次側(cè)注入FA檢測(cè)技術(shù)、多通道精度檢測(cè)、高精度故障反演和自動(dòng)化流程控制等眾多功能模塊，對(duì)一二次設(shè)備核心部件進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，為設(shè)備提供可靠保障，使其運(yùn)行質(zhì)量獲得大幅提升。在搭建組態(tài)式動(dòng)模平臺(tái)時(shí)，同時(shí)引進(jìn)了可視化組態(tài)建模技術(shù)和合閘角故障仿真技術(shù)，這2項(xiàng)技術(shù)為提高一二次融合設(shè)備的應(yīng)用水平提供了極大的技術(shù)支持。

圖2 一二次融合綜合測(cè)試系統(tǒng)示意圖

在單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行一體化檢測(cè)方面，其工作原理如下。當(dāng)一次電壓電流功率源所輸出的電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)一次信號(hào)驅(qū)動(dòng)器升壓升流之后，即可輸出1000A暫態(tài)電流、720A穩(wěn)態(tài)電流等模擬電流以及每相幅值11kV的一次模擬電壓，該電壓和電流經(jīng)高壓電纜流入智能開(kāi)關(guān)中；接著智能開(kāi)關(guān)的PT、CT通過(guò)一次航插接口與綜合切換裝置相連接；然后，綜合切換裝置再通過(guò)二次航插接口與智能開(kāi)關(guān)的控制終端端子相連接；最終，多通道高精度表、二次電壓電流功率源、開(kāi)入/開(kāi)出通道再通過(guò)各自相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線(xiàn)與綜合切換裝置相連接。在多臺(tái)設(shè)備網(wǎng)架級(jí)測(cè)試方面，其技術(shù)原理如下。一體測(cè)試系統(tǒng)以HIL一次側(cè)FA注入技術(shù)和組態(tài)式動(dòng)模FA測(cè)試技術(shù)為依托，同時(shí)兼容多種負(fù)載類(lèi)型、負(fù)載率、容流規(guī)模、中性點(diǎn)接地方式、故障場(chǎng)景等運(yùn)行工況，再通過(guò)檢測(cè)接口將待測(cè)配電終端接入一體化檢測(cè)系統(tǒng)中，可針對(duì)該配電終端FA系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測(cè)。在這個(gè)過(guò)程中，需要實(shí)驗(yàn)人員事先繪制好網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并且按照系統(tǒng)生成的組態(tài)導(dǎo)引流程逐步完成一次網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)，即可針對(duì)各種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行全面部署。借助系統(tǒng)中的軟件，依次執(zhí)行多種檢測(cè)案例。待檢測(cè)完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，為工作人員開(kāi)展設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)與參考。一體化檢測(cè)技術(shù)具有便捷、實(shí)用、靈活多樣等優(yōu)勢(shì)，它不僅可以檢驗(yàn)FA系統(tǒng)故障處理邏輯是否正確，還可以檢驗(yàn)FA系統(tǒng)通信故障、開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、開(kāi)關(guān)慢動(dòng)等多種故障；同時(shí)，針對(duì)大負(fù)荷投切、變壓器空投等多種復(fù)雜工況下FA動(dòng)作邏輯的可靠性進(jìn)行檢測(cè)與驗(yàn)證，在FA系統(tǒng)出廠(chǎng)檢測(cè)時(shí)，為其提供一種高效、可靠的檢測(cè)技術(shù)，從而推動(dòng)配電網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)程[4]。

6.2 故障隔離與自愈技術(shù)

一二次融合設(shè)備借助遍歷算法，可針對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)鋱D形化進(jìn)行智能識(shí)別。這對(duì)故障自動(dòng)隔離與自愈技術(shù)而言，屬于必要條件之一。故障隔離與自愈技術(shù)具有配置簡(jiǎn)單、可視性、擴(kuò)展性等特點(diǎn)，而且其輻射范圍非常廣。不僅適用于輻射型網(wǎng)絡(luò)、花瓣型環(huán)網(wǎng)、鏈?zhǔn)絾苇h(huán)網(wǎng)、鏈?zhǔn)诫p環(huán)網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)拓樸，還適用于多T節(jié)、多電源、多聯(lián)絡(luò)等更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在區(qū)域型終端方向，可與區(qū)域內(nèi)所有單元型配電終端之間進(jìn)行信息交互。之后，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约皺z測(cè)到的故障信息，針對(duì)非故障段有針對(duì)性地提出供電恢復(fù)方案。對(duì)單元型終端，可采集開(kāi)關(guān)信息，使故障得到精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)故障段自動(dòng)隔離，再以GOOSE報(bào)文形式將相關(guān)信息上傳至區(qū)域型終端的控制部件中[5]。當(dāng)該部件接收到控制命令以后，便開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行自愈分合閘命令。

6.3 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)

與傳統(tǒng)的彈簧機(jī)構(gòu)相比，單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)所采用的縱向?qū)ΨQ(chēng)前后布置方式；三相采用的是獨(dú)立機(jī)構(gòu)。因此，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，而且零部件數(shù)量較少，省去了傳統(tǒng)彈簧機(jī)構(gòu)中分閘線(xiàn)圈、儲(chǔ)能電機(jī)、機(jī)械鎖扣連桿等零件。單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)不僅可以獨(dú)立完成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其使用壽命較長(zhǎng)，可達(dá)到10萬(wàn)次以上。因此，該機(jī)構(gòu)具有操作簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。該機(jī)構(gòu)采用了雙斷口磁路結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度更快，分閘時(shí)間更短。通常情況下，分閘時(shí)間小于15ms，合閘時(shí)間小于25ms。在相同合閘電流情況下，合閘保持力更大，該機(jī)構(gòu)還具有尺寸小、功耗低、可獨(dú)立安裝等特性。其驅(qū)動(dòng)模塊采用的是IGBT控制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)。其自帶防抖處理功能，可有效避免由外界干擾所造成的誤動(dòng)；該機(jī)構(gòu)還自帶監(jiān)測(cè)回路，支持故障清除和狀態(tài)檢修功能，其控制器還配置了后備電源，可大幅降低設(shè)備運(yùn)維成本[6]。

6.4 Web Server運(yùn)維技術(shù)

現(xiàn)階段，運(yùn)維App與終端業(yè)務(wù)App已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全獨(dú)立，從各自的硬件設(shè)備上看，也各自具備獨(dú)立端口。因此，完全可以實(shí)現(xiàn)保障維護(hù)功能與核心業(yè)務(wù)的安全隔離。Web Server運(yùn)維技術(shù)支持運(yùn)維端口管理，通常情況下，HTTPS-443、TFTP-69等端口只有在特定運(yùn)維工況下，才予以啟動(dòng)。Web Server運(yùn)維技術(shù)除了可以同時(shí)兼容國(guó)網(wǎng)數(shù)字證書(shū)和南網(wǎng)數(shù)字證書(shū)的雙向認(rèn)證以外，還可以針對(duì)芯片進(jìn)行加密[7]。

6.5 接口匹配與防護(hù)

為了保證各個(gè)電力應(yīng)用單位的有效執(zhí)行，需要根據(jù)一二次設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)文件對(duì)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行清晰標(biāo)注，還需要針對(duì)不同地域的市場(chǎng)需求進(jìn)行歸類(lèi)與分析，找出其中的共同點(diǎn)與差異性，還要考慮到當(dāng)需求升級(jí)時(shí)，設(shè)備是否具備較強(qiáng)的兼容性與擴(kuò)展性，滿(mǎn)足不同地區(qū)、不同時(shí)期的供電需求。在針對(duì)一二次設(shè)備接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)滿(mǎn)足測(cè)量接口、控制接口、通信接口及擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)需求，并且落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。其中，主要涉及接口尺寸定義、接口容量及接口電平匹配的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；還要遵守國(guó)際通信規(guī)約、各地域擴(kuò)展規(guī)約開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；在保護(hù)參數(shù)方面，主要包括三段電流保護(hù)、就地FA保護(hù)及小電流接地保護(hù)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；還需要針對(duì)地域擴(kuò)展功能設(shè)備接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。如果采用的是全密封結(jié)構(gòu)共箱式開(kāi)關(guān)，則需要落實(shí)全絕緣、全密封的應(yīng)用原則；對(duì)各個(gè)控制單元而言，要盡量采用非金屬全密封罩式結(jié)構(gòu)，確保其防護(hù)等可滿(mǎn)足防潮、防凝露等相關(guān)要求。在設(shè)置電纜類(lèi)設(shè)備控制單元時(shí)，建議采用分布式結(jié)構(gòu)以及開(kāi)關(guān)柜一體化設(shè)計(jì)方式，直接由設(shè)備供應(yīng)商在生產(chǎn)加工過(guò)程中完成一二次聯(lián)調(diào)工作，從而大幅減少施工過(guò)程中的配線(xiàn)、接線(xiàn)以及調(diào)試工作[8]。

6.6 設(shè)備聯(lián)動(dòng)測(cè)試機(jī)制

對(duì)一二次融合設(shè)備而言，除了保留原有的各自測(cè)試要求外，還新增第三類(lèi)測(cè)試要求。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，雖然已針對(duì)現(xiàn)有的NB/T42044進(jìn)行規(guī)范，但仍然需要基于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和設(shè)備技術(shù)進(jìn)行完善，進(jìn)一步擴(kuò)充其測(cè)試內(nèi)容，提高測(cè)試參數(shù)的科學(xué)合理性。目前，一次設(shè)備仍是第三類(lèi)測(cè)試的主要載體。在進(jìn)行這類(lèi)測(cè)試之前，需要針對(duì)一二次設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性以及運(yùn)行可靠性進(jìn)行測(cè)試。只有這樣，才能確保融合之后的產(chǎn)品性能符合用戶(hù)需求[9]。

7 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)一二次融合設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)提高供電質(zhì)量，保障供電安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，相關(guān)技術(shù)人員有必要針對(duì)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)不斷地進(jìn)行研究。確保在供電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，用戶(hù)能夠快速獲取一二次融合設(shè)備對(duì)電網(wǎng)故障的感知力，精準(zhǔn)定位故障的時(shí)間和地點(diǎn)，并且具備自動(dòng)隔離故障、故障自愈的能力。從以往的人工“被動(dòng)”判斷過(guò)渡到更加先進(jìn)科學(xué)的“主動(dòng)”隔離操作，配電網(wǎng)的智能化控制與自動(dòng)化管理，為配電網(wǎng)的正常運(yùn)行提供技術(shù)支撐。