吳亞盆 穆 宜 郭子強(qiáng)

基于0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車應(yīng)用新方式

吳亞盆 穆 宜 郭子強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730000）

針對(duì)低壓應(yīng)急電源車在實(shí)際應(yīng)用中不具備并網(wǎng)功能，在接入及退出過程中很可能迫使用戶經(jīng)歷多次短時(shí)間停電的問題，本文研制一種0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置，可使應(yīng)急電源車實(shí)現(xiàn)不停電接入或退出用戶側(cè)母排，用于市電掉電或用戶變壓器等設(shè)備檢修時(shí)不停電帶接用戶等場(chǎng)景，從而提高市區(qū)配電網(wǎng)供電可靠性、增加供電量，進(jìn)一步提升公司經(jīng)營(yíng)效益及社會(huì)形象。

應(yīng)急電源車；短時(shí)停電；0.4kV并機(jī)并網(wǎng)裝置；不停電接入；新方式

0 引言

依照國(guó)家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)“能帶不?！钡囊?，配電網(wǎng)不停電作業(yè)、應(yīng)急電源車轉(zhuǎn)帶負(fù)荷的作業(yè)形式成為進(jìn)一步提升供電可靠性的重要舉措。對(duì)于供電保障專業(yè)，配備的應(yīng)急電源車確實(shí)提高了供電公司保障重要用戶及重要活動(dòng)備用供電的能力[1-4]。然而，在傳統(tǒng)應(yīng)用模式下，由于多數(shù)0.4kV應(yīng)急電源車并不具備并機(jī)并網(wǎng)功能[5-7]，所以在應(yīng)用中會(huì)面對(duì)以下幾種情況：①應(yīng)急電源車在接入及退出用戶側(cè)母排時(shí)很可能迫使用戶經(jīng)歷多次短時(shí)停電；②應(yīng)急電源車的接入只能縮短市電突然掉電期間的用戶停電時(shí)間；③在開展不停電更換用戶變壓器等復(fù)雜項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)急電源車使用受限。由此可見，整體應(yīng)用過程呈現(xiàn)出一種“后知后覺、被動(dòng)局限”的特性。而這一特性在實(shí)際工作中的體現(xiàn)更為明顯，例如，600kW應(yīng)急電源車為某公司重要視頻會(huì)議提供臨時(shí)電源，在電源車接入到退出用戶側(cè)的過程中迫使該公司經(jīng)歷了多次短時(shí)間停電，對(duì)員工的正常辦公、使用電梯、用水等造成了影響。然而，如果用戶為大型會(huì)場(chǎng)、生產(chǎn)車間、負(fù)壓病房等要求供電不可間斷的用戶，則傳統(tǒng)供電保障模式“無(wú)法實(shí)現(xiàn)市電與應(yīng)急電源車的無(wú)間歇切換”的缺陷更為凸顯，即使數(shù)十秒內(nèi)起動(dòng)應(yīng)急電源車進(jìn)行供電，也無(wú)法消除停電造成的嚴(yán)重不良影響，甚至導(dǎo)致重大的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

因此，研發(fā)一套低壓同期并網(wǎng)裝置十分必要。文獻(xiàn)[8]將單機(jī)型電源車革新為并聯(lián)型機(jī)組控制器并應(yīng)用在不停電檢修作業(yè)中。文獻(xiàn)[9]研發(fā)一套應(yīng)急電源車自動(dòng)投退系統(tǒng)，利用檢測(cè)高低電平變化控制應(yīng)急電源車在市電故障時(shí)自動(dòng)起動(dòng)，在市電恢復(fù)時(shí)通過同期并網(wǎng)裝置切換至市電。文獻(xiàn)[10]提出一種基于差頻并網(wǎng)的同期檢測(cè)方法及并網(wǎng)保護(hù)策略，能夠保證在不停電狀態(tài)下完成主、備供電源的平滑投切。文獻(xiàn)[11-12]研制了一種應(yīng)急發(fā)電車快速接入用戶側(cè)的裝置。上述文獻(xiàn)所述方法均著眼于對(duì)控制系統(tǒng)及電纜接入型式的改進(jìn)，整體兼容性和可操作性不強(qiáng)。本文研發(fā)一套0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置，易于操控，能夠搭配各型應(yīng)急電源車，實(shí)現(xiàn)不停電接入和退出用戶母排，在市電掉電或?qū)τ脩糇儔浩?、斷路器等更換、消缺時(shí)無(wú)間隙切換帶接用戶。

1 傳統(tǒng)供電保障模式分析

目前，應(yīng)急電源車主要用于為重要用戶或者重要活動(dòng)提供應(yīng)急保障、發(fā)電服務(wù)[13-15]，其工作模式主要有短時(shí)間停電模式和不停電模式兩種。

1.1 短時(shí)間停電模式

1）固定供電保障點(diǎn)

通過分析任務(wù)量的頻次，篩選出需要經(jīng)常執(zhí)行供電保障任務(wù)的用戶，例如寧臥莊賓館、甘肅大劇院、省培訓(xùn)中心等。針對(duì)這些用戶，相關(guān)人員編制包括用戶概況、用戶電源及接線情況、保障方案等在內(nèi)的“一戶一冊(cè)”，并及時(shí)與用戶協(xié)商后外置固定的帶有斷路器的插接箱，正常情況下該斷路器是分閘狀態(tài)，其上樁頭接至用戶配電室的母排。固定式插接箱如圖1所示。

圖1 固定式插接箱

2）臨時(shí)確定供電保障接入點(diǎn)

對(duì)于臨時(shí)申請(qǐng)供電保障的用戶，如露天演唱會(huì)、變電站的站用變消缺、技能競(jìng)賽等，現(xiàn)場(chǎng)工作人員必須掌握用戶電源及運(yùn)行方式、最大負(fù)荷、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、應(yīng)急電源車停放位置、電纜線徑長(zhǎng)度及接入點(diǎn)、保電時(shí)長(zhǎng)等信息。其工作開展模式可簡(jiǎn)述為：當(dāng)接到供電保障任務(wù)時(shí)，先由工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，再通知工作人員準(zhǔn)備工器具及應(yīng)急電源車，車輛停至現(xiàn)場(chǎng)后，由工作人員完成接線、機(jī)組試起動(dòng)操作、安全措施布置及現(xiàn)場(chǎng)值守工作。與固定供電保障接入點(diǎn)方式相比，這種方式在電源車輸出端接入及退出用戶母排前必須先斷開用戶母排總開關(guān)。此外，在現(xiàn)場(chǎng)也能夠見到移動(dòng)式插接箱，主要起中間轉(zhuǎn)接作用，適用于應(yīng)急電源車無(wú)法靠近供電保障接入點(diǎn)或是整根電纜長(zhǎng)度不夠的情況。

3）轉(zhuǎn)帶低壓用戶

不停電更換用戶變壓器是配電網(wǎng)不停電作業(yè)中的第四類復(fù)雜項(xiàng)目。實(shí)施方案一般有兩個(gè)，一是利用移動(dòng)箱變車帶電搭接旁路，二是利用應(yīng)急電源車轉(zhuǎn)帶低壓用戶。由于應(yīng)急電源車不具備并網(wǎng)功能，作業(yè)流程局限為先向配電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)拉開用戶變壓器低壓側(cè)零克、高壓側(cè)跌落式熔斷器，再在用戶側(cè)接入應(yīng)急電源車并起動(dòng)發(fā)電，待新的用戶變壓器安裝完成后，退出應(yīng)急電源車，然后向配電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)合上高壓側(cè)跌落式熔斷器、低壓側(cè)零克，恢復(fù)對(duì)用戶供電。整個(gè)作業(yè)過程中，雖然減少了用戶停電時(shí)間，增加了供電量，但實(shí)質(zhì)上仍然屬于停電更換用戶變壓器的類別。

1.2 不停電模式

對(duì)于一些特殊用戶，如電視轉(zhuǎn)播、視頻會(huì)議等，要求保證中途不停電，在線式不間斷電源（uninter- ruptible power supply, UPS）車能夠?qū)崿F(xiàn)市電與蓄電池組的無(wú)間隙切換。當(dāng)其接入供電保障點(diǎn)時(shí)，必須有一路市電接至UPS車市電輸入端。正常運(yùn)行時(shí)，用戶負(fù)載由市電經(jīng)UPS的整流逆變單元的輸出供電。在市電異?；蛑袛鄷r(shí)，蓄電池組經(jīng)逆變器輸出穩(wěn)定交流電壓，為用戶供電，300kV·A UPS可保障滿載0.5h供電[16-17]。

這種模式雖然能夠極大地提高供電可靠性，但卻難以廣泛應(yīng)用。一方面單輛UPS車的造價(jià)接近同容量應(yīng)急發(fā)電車的2倍，各個(gè)地市公司的保有量很小。另一方面UPS車的使用條件較為苛刻，必須要先接入市電才能正常運(yùn)行，且不能帶電進(jìn)行接線操作。因此，在一些特殊的供電保障現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)0.4kV應(yīng)急電源車配合UPS車使用的情況，大大增加了保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、安全風(fēng)險(xiǎn)及精神壓力。

綜合以上分析可知，傳統(tǒng)供電保障模式對(duì)于允許短時(shí)間停電的用戶具有普遍適用性，能夠增強(qiáng)用戶的可靠用電信心。然而，目前應(yīng)急電源車作業(yè)裝置以開關(guān)插接箱為主，功能單一，安全性、實(shí)用性及便攜性差，在實(shí)際操作中給用戶帶來(lái)多次短時(shí)間停電的事實(shí)與配電網(wǎng)“能帶不?！币蟛环Ｒ虼?，依托成熟的并機(jī)并網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)一套通用性強(qiáng)、操作便捷的0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置成為供電保障專業(yè)中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

2 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置

2.1 設(shè)計(jì)原理說(shuō)明

依據(jù)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行條件，當(dāng)檢測(cè)到待并網(wǎng)機(jī)組的電壓、相位及頻率與公網(wǎng)的一致或者在允許范圍內(nèi)變化時(shí)，此時(shí)合并網(wǎng)開關(guān)，發(fā)電機(jī)組能夠并入公網(wǎng)運(yùn)行，這種合閘方式為同期合閘或準(zhǔn)同期合閘?；谠撛?，研發(fā)一種脫離應(yīng)急電源車原有控制系統(tǒng)的獨(dú)立控制器，在輸出端能夠采集市電的電壓、相位、頻率等作為基準(zhǔn)參數(shù)，并經(jīng)RS 485通信線向發(fā)電機(jī)組控制接口發(fā)送指令。當(dāng)發(fā)電機(jī)組需要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，在輸入端實(shí)時(shí)檢測(cè)比對(duì)機(jī)組輸出電壓、相位、頻率等參數(shù)是否與基準(zhǔn)一致，若偏差較大時(shí)，則通過通信線調(diào)控機(jī)組調(diào)速、調(diào)壓模塊的直流電壓；若一致或者接近時(shí)，則自動(dòng)合并網(wǎng)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)市電與發(fā)電機(jī)組共同輸出為用戶供電。0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的工作原理如圖2所示。

圖2 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置工作原理

由圖2可知，該裝置通過信號(hào)線夾采集市電參數(shù)，發(fā)電機(jī)組輸出主回路經(jīng)匯流夾鉗接至用戶母排?，F(xiàn)有的應(yīng)急電源車控制板處都預(yù)留有控制接口，只需簡(jiǎn)單改造，便可形成機(jī)組參數(shù)調(diào)節(jié)的反饋機(jī)制。與自帶同期并網(wǎng)功能的發(fā)電車控制系統(tǒng)相比，研發(fā)人員將并網(wǎng)-脫網(wǎng)控制器獨(dú)立成產(chǎn)品，不僅減弱了整車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，而且一臺(tái)裝置能夠適配多輛應(yīng)急電源車使用，降低了設(shè)備購(gòu)置和運(yùn)維成本。裝置本身具備短路、過電流、接地等多種保護(hù)和參數(shù)監(jiān)測(cè)功能，發(fā)生故障時(shí)能夠保護(hù)用戶設(shè)備、發(fā)電設(shè)備不受損壞。此外，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾性強(qiáng)，配有獨(dú)立的人機(jī)界面和功能手冊(cè)，并網(wǎng)操作簡(jiǎn)單直觀，具有良好的通用性、兼容性。

2.2 工作流程說(shuō)明

在現(xiàn)場(chǎng)中該裝置的工作過程如圖3所示。

圖3 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置工作流程

當(dāng)0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置配合應(yīng)急電源車使用時(shí)，應(yīng)急電源車與市電能夠疊加輸出，不會(huì)再造成用戶短時(shí)間停電。

2.3 產(chǎn)品介紹

成型的0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置外觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。整體采用不銹鋼材質(zhì)的籠型結(jié)構(gòu)，尺寸1 000mm×950mm×900mm，質(zhì)量70kg，底盤帶有承重輪。進(jìn)出線每相雙進(jìn)雙出，均有相色標(biāo)，并自帶核相功能。內(nèi)部主回路和控制部分做封閉處理，外部具有信息顯示屏和控制屏，可供操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類運(yùn)行信息，操作方式有全自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式可供選擇[18]。

圖4 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置外觀結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)急電源車應(yīng)用新方式

與傳統(tǒng)供電保障模式相比，配備0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車主動(dòng)性更高，實(shí)用性更強(qiáng)，使實(shí)際工作方式產(chǎn)生了新的變化。

3.1 應(yīng)急電源車不停電接入、退出

不論是經(jīng)常性保電用戶還是臨時(shí)申請(qǐng)供電保障用戶，配置0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車可直接帶電接入、退出用戶母排，完全可以實(shí)現(xiàn)全過程不間斷供電。圖5為某供電保障現(xiàn)場(chǎng)接線圖。

圖5 某供電保障現(xiàn)場(chǎng)接線圖

由圖5可知，當(dāng)接到為某單位的大禮堂進(jìn)行保電的任務(wù)時(shí)，供電保障人員嚴(yán)格按照“先電源側(cè)，后負(fù)荷側(cè)”的接線順序，將市電參數(shù)檢測(cè)線接至低壓用戶總開關(guān)上樁頭處，將匯流夾鉗直接牢固卡至用戶母排。在保電時(shí)段，起動(dòng)應(yīng)急電源車輸出電壓，經(jīng)并網(wǎng)裝置檢測(cè)符合并網(wǎng)條件時(shí)自動(dòng)合并網(wǎng)開關(guān)，此時(shí)市電與機(jī)組疊加輸出電能。一旦市電突然異?；蚬收鲜щ姡瑒t斷開低壓用戶總開關(guān)，由應(yīng)急電源車單獨(dú)為用戶負(fù)載供電。當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，并網(wǎng)裝置一旦檢測(cè)到符合并網(wǎng)條件的情況，就會(huì)提示現(xiàn)場(chǎng)人員，此時(shí)手動(dòng)合上用戶總開關(guān)。保電工作結(jié)束后，關(guān)停發(fā)電機(jī)組并斷開并網(wǎng)開關(guān)，然后帶電拆除檢測(cè)線和匯流夾鉗。整個(gè)供電保障全過程中，實(shí)現(xiàn)了用戶無(wú)感知用電。

當(dāng)然，考慮到柴油發(fā)電機(jī)組噪聲大、耗油、連續(xù)供電時(shí)間短等因素，在實(shí)際保電工作中應(yīng)急電源車只接入用戶母排而不起動(dòng)，處于冷備用狀態(tài)。一旦市電失電，在斷開低壓用戶總開關(guān)后立即起動(dòng)應(yīng)急電源車，能夠在2、3min內(nèi)為用戶供電。此種情況下，用戶雖然會(huì)經(jīng)歷短時(shí)間停電，但明顯優(yōu)于之前的作業(yè)方式。

3.2 應(yīng)急電源車不停電轉(zhuǎn)帶用戶

在開展更換用戶變壓器、檢修柱上開關(guān)、帶電立桿等復(fù)雜綜合不停電作業(yè)項(xiàng)目時(shí)，對(duì)人員規(guī)模、工器具及設(shè)備投入、現(xiàn)場(chǎng)管控等要求較高[19]。如果應(yīng)急電源車能夠不停電轉(zhuǎn)帶用戶負(fù)荷，則作業(yè)點(diǎn)即可轉(zhuǎn)為停電作業(yè)方式，可以大大減輕現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。圖6為某不停電更換用戶變壓器的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接線圖。

圖6 某不停電更換用戶變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線圖

由圖6可見，只需將應(yīng)急電源車輸出端經(jīng)并網(wǎng)裝置接入用戶負(fù)載母排處，然后起動(dòng)發(fā)電機(jī)組，待該裝置檢測(cè)到滿足并網(wǎng)條件時(shí)自動(dòng)合并網(wǎng)開關(guān)。此時(shí)，可先后拉開低壓用戶總開關(guān)和分支線跌落式熔斷器，用戶負(fù)載已完全由應(yīng)急電源車轉(zhuǎn)帶成功。而待更換S11—400kV·A用戶變壓器兩側(cè)無(wú)電，屬于停電檢修現(xiàn)場(chǎng)。更換完畢后，嚴(yán)格依照倒閘操作順序，申請(qǐng)先合上分支線跌落式熔斷器，待并網(wǎng)裝置檢測(cè)到符合并網(wǎng)條件時(shí)，再合上低壓用戶總開關(guān)。然后斷開并網(wǎng)開關(guān)，關(guān)停發(fā)電機(jī)組，拆除接線，用戶負(fù)載恢復(fù)市電供電。顯然，這是一種不同于利用移動(dòng)箱變車帶電搭接旁路的作業(yè)方式，而且極大地簡(jiǎn)化了操作過程，實(shí)現(xiàn)了用戶不停電及停電更換變壓器的雙重目的。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景分析

在經(jīng)濟(jì)效益上，該并網(wǎng)裝置不僅能夠提高工作效率，還能節(jié)約成本、增收電量。僅從購(gòu)置成本分析，配置該并網(wǎng)裝置的0.4kV應(yīng)急電源車能夠起到UPS車的作用。購(gòu)置一輛UPS車成本約300萬(wàn)，同容量0.4kV應(yīng)急電源車約150萬(wàn)，并網(wǎng)裝置約20萬(wàn)，綜合節(jié)約購(gòu)買成本約130萬(wàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，僅2019年蘭州公司轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行停電更換的用戶變壓器約200臺(tái)，平均停電8h。若利用該裝置配合應(yīng)急電源車轉(zhuǎn)帶用戶后，按更換變壓器平均容量300kV·A的60%計(jì)算，則至少多供電量17萬(wàn)kW·h。

在行業(yè)地位及應(yīng)用前景上，國(guó)網(wǎng)蘭州供電公司僅2020年度就執(zhí)行供電保障任務(wù)82項(xiàng)，派出應(yīng)急電源車輛330臺(tái)次，其中特級(jí)、一級(jí)保電任務(wù)占比達(dá)到一半以上，而且任務(wù)量有明顯的逐年遞增趨勢(shì)。一旦出現(xiàn)短時(shí)間停電情況，造成的不良影響將難以估量。因此，從技術(shù)上消除短時(shí)間停電風(fēng)險(xiǎn)十分必要。通過中國(guó)專利信息查詢平臺(tái)、知網(wǎng)等官方網(wǎng)站檢索關(guān)鍵詞“0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置”及市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，尚無(wú)此類裝置，市場(chǎng)拓展力強(qiáng)，競(jìng)爭(zhēng)壓力小，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)供電保障模式下應(yīng)急電源車并網(wǎng)能力不足的問題，研發(fā)了一種0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，只需對(duì)已有的應(yīng)急電源車輛進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可。具備并網(wǎng)功能的應(yīng)急電源車在現(xiàn)場(chǎng)中有了新的應(yīng)用方式，能夠不停電接入、退出用戶母排，實(shí)現(xiàn)了無(wú)間隙轉(zhuǎn)帶用戶，在技術(shù)上打通了供電保障全過程不停電的“最后一公里”，UPS不再是要求不間斷供電的重點(diǎn)行業(yè)單位的惟一選擇，在項(xiàng)目拓展上促進(jìn)了帶電、保電專業(yè)融合。

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New applications of emergency electric vehicle based on 0.4kV removable synchronization paralleling device

WU Yapen MU Yi GUO Ziqiang

(Lanzhou Power Supply Company, State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou 730000)

In order to resolve the problem of inability to synchronization and possibility of forcing users to experience short-term power outages for low-voltage emergency electric vehicles in practical work, a 0.4kV removable synchronization paralleling device is developed, which makes the emergency electric vehicle access to and exit from the user side bus without short-time power outage. In the new application, it makes the emergency electric vehicle provide power to users directly during outage or maintenance, improves the power supply reliability of urban distribution network, increases the power supply and helps the company improve power supply reliability and corporate image.

emergency electric vehicle; short-time power interruption; 0.4kV synchronization paralleling device; uninterrupted access; new applications

2021-07-06

2021-08-11

吳亞盆（1990—），男，甘肅省蘭州市人，碩士，主要從事配電運(yùn)檢相關(guān)工作。