陳元招，詹曉華，方金順

（1.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與制造學(xué)院，福建 龍巖 364021；2.龍巖暢豐專用汽車有限公司，福建 龍巖 364021）

近年來(lái)，隨著人民生活水平的不斷提高和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在低壓配網(wǎng)的改造過(guò)程中，用戶對(duì)持續(xù)不間斷供電有了更為剛性的需求。同時(shí)，社會(huì)上各種大型活動(dòng)、重要會(huì)議和大型商場(chǎng)超市也越來(lái)越多，為了保障這些重點(diǎn)區(qū)域的正常供電，避免停電帶來(lái)的一些不利影響，供電部門需專門配備高低壓電源車，確保在緊急突發(fā)情況下保供電。因此，低壓電源車的快速并網(wǎng)操作在低壓配電網(wǎng)作業(yè)中就顯得尤為重要。

1 現(xiàn)有低壓電源車保電過(guò)程存在的不足

目前，低壓電源車在保供電時(shí)，低壓配電網(wǎng)需先停電，即斷開(kāi)低壓用戶負(fù)荷開(kāi)關(guān)，再接入低壓電源車，由低壓電源車承擔(dān)用戶供電；當(dāng)市電恢復(fù)正?；虻蛪号潆娋W(wǎng)線路檢修完成后，先斷開(kāi)低壓電源車，再合閘低壓用戶負(fù)荷開(kāi)關(guān)?？梢?jiàn)，在保電過(guò)程中低壓用戶會(huì)出現(xiàn)兩次短暫停電，勢(shì)必給用戶造成一些影響[1]。由于低壓電源車和用戶側(cè)缺乏與低壓線路同期并列裝置，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)不停電臨時(shí)保供電工作；而且低壓電源車電源側(cè)和用戶側(cè)也缺乏低壓電源車快速接口和低壓旁路裝置，低壓電源車電纜僅能通過(guò)常規(guī)螺栓連接，連接電纜距離較長(zhǎng)，進(jìn)而影響快速?gòu)?fù)電，降低了保電效率。同時(shí)，低壓用戶開(kāi)關(guān)柜體積大，而電房空間有限，低壓出線長(zhǎng)度有限、數(shù)量多，受現(xiàn)場(chǎng)制約，低壓電源車存在無(wú)法接入的風(fēng)險(xiǎn)。另外，低壓電源車在保供電過(guò)程中，由于機(jī)組發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障等信息無(wú)法遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)警，因此低壓電源車的工作保障存在一定難度[2]。

為了解決低壓電源車保供電過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，提高保電效率，利用不停電作業(yè)并網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)一臺(tái)400 kW的低壓電源車進(jìn)行升級(jí)改造，以實(shí)現(xiàn)低壓電源車與市電自動(dòng)并網(wǎng)；改變當(dāng)前先停電后低壓電源車供電的模式，實(shí)現(xiàn)保電過(guò)程用戶不停電作業(yè)和對(duì)低壓電源車的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警[3]。

2 低壓電源車并網(wǎng)硬件系統(tǒng)改造

為了提升作業(yè)效率和降低設(shè)備改造成本，對(duì)不停電作業(yè)低壓電源車并網(wǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，增加可移動(dòng)式旁路裝置、快速接入裝置和智能健康服務(wù)系統(tǒng)[4-5]。其并網(wǎng)控制系統(tǒng)如圖1所示，由發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜、可移動(dòng)式市電旁路柜、用戶低壓柜等組成。當(dāng)市電正常時(shí)，通過(guò)用戶低壓柜對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；當(dāng)市電故障或低壓配電網(wǎng)計(jì)劃?rùn)z修時(shí)，由并網(wǎng)控制系統(tǒng)控制，接通可移動(dòng)式市電旁路柜，通過(guò)判斷同期并網(wǎng)條件，自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，由發(fā)電機(jī)組對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

圖1基于不停電作業(yè)的400 kW低壓電源車并網(wǎng)控制系統(tǒng)圖

2.1 增加可移動(dòng)式市電旁路低壓柜

在低壓配電網(wǎng)保供電過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)用戶低壓柜更換的不停電作業(yè)，增加一個(gè)可移動(dòng)式市電旁路柜，與用戶低壓柜并聯(lián)，兩柜體之間采用柔性單相低壓電纜連接；考慮到可移動(dòng)式市電旁路柜為臨時(shí)供電裝置，因此省略補(bǔ)償柜部分，將進(jìn)線柜、出線柜拼接；同時(shí)，根據(jù)可移動(dòng)式市電旁路柜結(jié)構(gòu)、大小，重新布置母排，使其能夠與各部元器件配合?？梢苿?dòng)式市電旁路柜絕緣設(shè)計(jì)采用空氣絕緣與介質(zhì)絕緣相配合的方式，盡可能縮小裝置體積，保證其工作的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 改造低壓電源車和用戶側(cè)的快速接入裝置

在低壓電源車保電過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)變壓器至低壓開(kāi)關(guān)柜之間設(shè)備更換的不停電作業(yè)，需要對(duì)400 kW低壓電源車和用戶側(cè)配電柜設(shè)備的接入裝置進(jìn)行改造。首先，將低壓電源車的原線耳接入裝置改造成全絕緣可插拔的快速接入裝置。該裝置由匯流排夾鉗、面板插座、公耦合器、母耦合器四種快速連接接頭組成，同時(shí)要注意接頭額定容量和低壓電源車功率之間的匹配。其次，為了滿足快速接入和統(tǒng)一配置的需要，用戶側(cè)的低壓快速接入裝置輸出端通過(guò)電源電纜與用戶側(cè)供電系統(tǒng)固定連接，輸入端采用快速插拔式的連接器，在復(fù)電時(shí)，將低壓電源車電源輸出端的電源電纜直接插入連接器，實(shí)現(xiàn)“即插即用”功能。

2.3 增加并網(wǎng)控制器

并網(wǎng)控制器及外圍控制框圖如圖2所示，當(dāng)?shù)蛪号潆娋W(wǎng)計(jì)劃?rùn)z修或檢修完成時(shí)，對(duì)市電電壓、相序和相位進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至并網(wǎng)控制器（IG-NT控制器），再與發(fā)電機(jī)檢測(cè)值進(jìn)行一致性對(duì)比；通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）接口模塊，調(diào)整機(jī)組電壓、頻率及同步相位角后，自動(dòng)分合閘發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜斷路器和市電旁路柜斷路器，完成正反向并網(wǎng)。同時(shí)，IG-NT控制器通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU通訊，來(lái)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油壓力、水溫、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并與內(nèi)部保護(hù)設(shè)定的極限值進(jìn)行比較，對(duì)超限的參數(shù)作出預(yù)警和報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī) 機(jī)組的自動(dòng)保護(hù)。

圖2 并網(wǎng)控制器及外圍控制框圖

2.4 增加智能健康服務(wù)系統(tǒng)裝置

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓電源車的發(fā)動(dòng)機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、位置、軌跡等信息，在低壓電源車內(nèi)安裝智能健康服務(wù)系統(tǒng)裝置。該裝置硬件主要由GPS定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集-傳輸終端、服務(wù)器、系統(tǒng)雙電切換模塊、溫濕度傳感器等部件構(gòu)成；軟件部分主要由設(shè)備層、傳輸層、協(xié)議層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層、管理層構(gòu)成。在4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，該裝置下位機(jī)端通過(guò)RS485、GPS定位、溫濕度傳感器、計(jì)量表等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；再根據(jù)GPS數(shù)據(jù)的采集及上報(bào)結(jié)果，通過(guò)TCP協(xié)議與云端服務(wù)進(jìn)行通訊連接與數(shù)據(jù)傳輸；云端采取消息隊(duì)列服務(wù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析、故障預(yù)警和數(shù)據(jù)服務(wù)。在PC客戶端、手機(jī)端，可結(jié)合地圖服務(wù)和可視化工具，實(shí)時(shí)顯示低壓電源車發(fā)動(dòng)機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、故障預(yù)警、位置、軌跡等信息。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)為低壓電源車提供完善的運(yùn)行記錄與數(shù)據(jù)分析，服務(wù)于該車的故障報(bào)修、維護(hù)及售后，實(shí)現(xiàn)對(duì)其全壽命周期管理。

3 低壓電源車并網(wǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

并網(wǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示，400 kW低壓電源車并網(wǎng)作業(yè)采用同期并列的方式，即通過(guò)同期裝置判斷同期條件，投入發(fā)電機(jī)與市電網(wǎng)并列運(yùn)行，待穩(wěn)定后切除市電網(wǎng)，由低壓電源車對(duì)非檢修段負(fù)荷供電[6-7]。當(dāng)檢修段工作完畢后，投入市電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，再切除低壓電源車，保證在低壓電源車投入和切除過(guò)程中對(duì)非檢修段用戶的連續(xù)供電。

3.1 正向并網(wǎng)

（1）采用帶電作業(yè)，將市電旁路斷路器和機(jī)組并網(wǎng)斷路器的輸入輸出端用電纜連接并入系統(tǒng)；安裝并機(jī)/自啟動(dòng)通信線，連接完畢后，在發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)控制面板上遙控合上市電旁路斷路器，讓市電形成旁路。（2）操作將用戶低壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)分閘，市電通過(guò)市電旁路斷路器向負(fù)載側(cè)供電。（3）啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)檢測(cè)到市電旁路斷路器上端電網(wǎng)的電壓、頻率、相位，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)控制同期合上機(jī)組并網(wǎng)斷路器，發(fā)電機(jī)組和市電網(wǎng)并網(wǎng)供電。（4）發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，待發(fā)電機(jī)輸出與市電同期后，自動(dòng)控制斷開(kāi)市電旁路斷路器，發(fā)電機(jī)組向負(fù)載側(cè)供電，低壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)前端線路可停電轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)。

圖3 并網(wǎng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.2 反向并網(wǎng)

（1）待用戶低壓開(kāi)關(guān)前端線路檢修完畢或市電正常后，發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)市電旁路斷路器上端電網(wǎng)的電壓、頻率、相位，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)控制同期合上市電旁路斷路器，發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)并網(wǎng)供電。（2）待市電旁路斷路器合閘正常后，發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)控制器自動(dòng)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)斷路器，使發(fā)電機(jī)退出系統(tǒng)供電，負(fù)荷通過(guò)市電旁路斷路器控制供電。（3）操作合上用戶低壓開(kāi)關(guān)，使市電旁路斷路器與低壓開(kāi)關(guān)并聯(lián)對(duì)負(fù)荷供電。（4）在發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)控制面板上遙控?cái)嚅_(kāi)市電旁路斷路器，負(fù)荷通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)供電。（5）將市電旁路斷路器和機(jī)組并網(wǎng)斷路器的輸入輸出端用電纜拆除，使發(fā)電機(jī)完全退出系統(tǒng)，完成反向并網(wǎng)工作。

4 改造效果

基于不停電作業(yè)的400 kW低壓電源車改造完成后，在廣東省某供電局試運(yùn)行。選取基準(zhǔn)A相，測(cè)得合閘和分閘瞬間負(fù)載數(shù)據(jù)，如表1所示；突加電壓、電流和頻率波形如圖4、圖6、圖8所示；突卸電壓、電流和頻率波形如圖5、圖7、圖9所示。通過(guò)測(cè)試的波形和參數(shù)表明，基于不停電作業(yè)的400 kW低壓電源車在并網(wǎng)過(guò)程中，電壓、頻率變化在允許的范圍內(nèi)，沖擊電流較小，恢復(fù)時(shí)間短，不會(huì)對(duì)移動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械和電氣損傷。同時(shí)，智能健康服務(wù)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及外聯(lián)供電信息進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視（監(jiān)視界面如圖10所示），對(duì)各運(yùn)行設(shè)備的參數(shù)實(shí)時(shí)采集、上報(bào)和判斷，保證了低壓電源車的穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 合閘和分閘瞬間負(fù)載數(shù)據(jù)

圖4 突加電壓波形圖

圖5 突卸電壓波形

圖6 突加電流波形

圖7 突卸電流波形

圖8 突加頻率波形

圖9 突卸頻率波形

圖10 智能健康服務(wù)系統(tǒng)監(jiān)視界面

5 結(jié)語(yǔ)

400 kW低壓電源車完成不停電作業(yè)的升級(jí)改造后，能實(shí)現(xiàn)市電與低壓電源車的不停電正反向并網(wǎng)作業(yè)，保證了用戶的正常用電；運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，確保了設(shè)備運(yùn)行安全可靠。同時(shí)，改造花費(fèi)較少，功能及效果提升明顯，具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。