陳 雯

(國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司)

0 引言

在當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程逐漸深入的背景下, 我國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量得到了極大提高, 有效提升了廣大群眾對(duì)于供電企業(yè)高質(zhì)量服務(wù)的滿意度。一二次融合技術(shù)的發(fā)展, 推動(dòng)了現(xiàn)有供電設(shè)備的研發(fā)升級(jí),提高了整個(gè)配電網(wǎng)的智能化、信息化水準(zhǔn), 實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行能力的全面提升。由此, 就需要相關(guān)人員積極對(duì)配電網(wǎng)一二次融合技術(shù)進(jìn)行深入探究, 為后續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 一二次融合關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

1.1 一體化檢測(cè)技術(shù)

如圖1 所示, 一二次融合技術(shù)中的一體化檢測(cè)主要是以信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ), 創(chuàng)建了綜合檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái), 主要由錄波儀、檢測(cè)軟件、開(kāi)入開(kāi)出通道、綜合切換裝置、一次信號(hào)驅(qū)動(dòng)器、二次電壓電流源、一次電壓電流功率源、多通道高精度標(biāo)準(zhǔn)表等模塊構(gòu)成, 實(shí)際使用期間可同時(shí)針對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備開(kāi)展網(wǎng)架級(jí)檢驗(yàn), 同時(shí)利用多通道精度檢測(cè)、HIL 一次側(cè)注入FA 檢測(cè)、高精度故障反演、自動(dòng)化流程控制等模塊, 實(shí)現(xiàn)設(shè)備核心部件的精準(zhǔn)檢測(cè), 有效提升設(shè)備運(yùn)行效率及安全性。在創(chuàng)新組態(tài)式動(dòng)模平臺(tái)期間,可引進(jìn)合閘角故障仿真及可視化組態(tài)建模兩類先進(jìn)技術(shù), 為后續(xù)一二次融合設(shè)備的研發(fā)提供技術(shù)支撐。

圖1 一二次融合綜合測(cè)試系統(tǒng)示意圖

在開(kāi)展單臺(tái)設(shè)備的一體化檢測(cè)期間, 其具體工作原理如下: 若是電壓電流功率源在經(jīng)過(guò)一次信號(hào)驅(qū)動(dòng)器升壓升流后可得到相幅值為11kV 的一次模擬電壓及720A 穩(wěn)態(tài)電流、1000A 暫態(tài)電流, 則該電壓及電流在可沿著高壓電纜進(jìn)入智能開(kāi)關(guān), 并經(jīng)過(guò)CT、PT 一次航插接口實(shí)現(xiàn)與綜合切換裝置的有效連接, 然后通過(guò)相應(yīng)的切換裝置, 由二次航插接口實(shí)現(xiàn)與智能開(kāi)關(guān)控制端子的有效連接, 再利用切換裝置與相進(jìn)行有效連接,最后開(kāi)入開(kāi)出通道、多通道高精度表、二次電壓電流功率源等可通過(guò)已有的信號(hào)輸出線與切換裝置相連。

在開(kāi)展多臺(tái)設(shè)備的網(wǎng)架級(jí)檢測(cè)期間, 其具體工作原理如下: 一側(cè)測(cè)試系統(tǒng)主要以HIL 一次側(cè)注入FA組態(tài)式動(dòng)模檢測(cè)為基礎(chǔ), 綜合參考多樣化負(fù)載率、負(fù)載類型、故障場(chǎng)景、容流規(guī)模、中性點(diǎn)接地方式等內(nèi)容, 利用檢測(cè)接口接入待測(cè)配電終端, 此時(shí)可對(duì)FA系統(tǒng)開(kāi)展功能測(cè)試。在此期間, 相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)提前制作網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D, 并依據(jù)給定的組態(tài)導(dǎo)引流程完成一次網(wǎng)絡(luò)接線作業(yè), 此時(shí)可針對(duì)各實(shí)驗(yàn)情境落實(shí)全方位部署。利用系統(tǒng)已有軟件, 可依次完成實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。當(dāng)全部檢測(cè)結(jié)束后, 該系統(tǒng)可自行制作相應(yīng)報(bào)告, 為后續(xù)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作提供有效參考。

從實(shí)際情況來(lái)看, 一體化檢測(cè)具有便捷、靈活的優(yōu)點(diǎn), 一方面可判斷FA 組態(tài)式動(dòng)模檢測(cè)系統(tǒng)的邏輯故障、通信故障、開(kāi)關(guān)故障, 另一方面也可在面對(duì)變壓器空投、大負(fù)荷投切等條件時(shí)利用FA 邏輯進(jìn)行合理檢測(cè), 此時(shí)FA 組態(tài)式動(dòng)模檢測(cè)系統(tǒng)可有效提高配電網(wǎng)檢測(cè)的精確性及可靠性, 進(jìn)一步帶動(dòng)整個(gè)配電網(wǎng)領(lǐng)域的有序發(fā)展。

1.2 故障隔離與自愈技術(shù)

一二次融合設(shè)備主要利用了遍歷算法智能識(shí)別配電網(wǎng)拓?fù)鋱D形, 具有擴(kuò)展性強(qiáng)、配置簡(jiǎn)單、輻射范圍廣、可視化高的特點(diǎn), 可滿足花瓣型環(huán)網(wǎng)、鏈?zhǔn)诫p環(huán)網(wǎng)、輻射型網(wǎng)絡(luò)、鏈?zhǔn)絾苇h(huán)網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò), 同時(shí)也可應(yīng)用于多聯(lián)絡(luò)、多T 節(jié)、多電源的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。對(duì)于區(qū)域型終端, 可與該區(qū)域內(nèi)的所有單元配電終端開(kāi)展GOOSE 信息交互, 再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皶r(shí)獲取的相應(yīng)故障信息, 有針對(duì)性提出非故障區(qū)域的供電恢復(fù)方法。對(duì)于單元型終端, 可實(shí)時(shí)收集相關(guān)開(kāi)關(guān)信息, 同時(shí)也具有故障定位、隔離的作用, 能夠以GOOSE 報(bào)文的方式將信息傳遞至區(qū)域型終端, 在該區(qū)域部件接受到相應(yīng)控制指令后可開(kāi)展自愈分合閘動(dòng)作[1]。

1.3 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)

相較于以往的彈簧機(jī)構(gòu), 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)主要利用了縱向前后對(duì)稱的分布方式, 其中使用的三相為相對(duì)獨(dú)立的模塊, 整體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 所需零器件較少, 僅由七個(gè)零器件構(gòu)成, 可獨(dú)立完成直線運(yùn)行, 無(wú)需額外加入機(jī)械鎖扣連桿、儲(chǔ)能電機(jī)、分閘線圈等部件, 使用壽命長(zhǎng)達(dá)10 萬(wàn)次。綜上, 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)的使用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為以下三點(diǎn): 第一操作結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單, 第二設(shè)備免維護(hù)且使用時(shí)限長(zhǎng), 第三機(jī)構(gòu)可靠有保障。

單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)大多采用了雙斷口磁路結(jié)構(gòu), 具有反映速度快、分閘時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)。一般來(lái)說(shuō), 其分閘時(shí)間不大于15ms, 合閘時(shí)間不大于25ms。若是在相同的合閘電流影響下, 合閘狀態(tài)下產(chǎn)生的維持力更大。另外, 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)也具有體積小、能耗小、可滿足獨(dú)立安裝的使用要求。該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊則主要利用了IGBT 控制技術(shù), 整體驅(qū)動(dòng)力得到了有效加強(qiáng), 可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷并處理已有故障。此外, 該機(jī)構(gòu)自身也具有一定的防抖性能, 可極大限度避免外界環(huán)境變動(dòng)對(duì)其正常運(yùn)行造成干擾或誤動(dòng), 有效提高機(jī)構(gòu)使用可靠性, 同時(shí)單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)中自帶的監(jiān)測(cè)回路, 也可對(duì)線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢修, 及時(shí)排除故障風(fēng)險(xiǎn), 同時(shí)該機(jī)構(gòu)的控制器自身也加配了后備電源, 可極大降低運(yùn)營(yíng)成本, 避免出現(xiàn)不必要的成本浪費(fèi)。

1.4 WebServer 運(yùn)維技術(shù)

從現(xiàn)階段的實(shí)際情況進(jìn)行分析, 配電網(wǎng)的運(yùn)維及終端業(yè)務(wù)軟件已基本形成了獨(dú)立狀態(tài)。從硬件角度來(lái)看, WebServer 運(yùn)維技術(shù)的引進(jìn)使得不同的硬件均具備了單獨(dú)的物理連接端口, 由此可實(shí)現(xiàn)核心業(yè)務(wù)、維護(hù)保障等工作環(huán)節(jié)的彼此分離。在使用WebServer 運(yùn)維技術(shù)落實(shí)運(yùn)維端口管理作業(yè)期間, 常默認(rèn)TFTP-69、HTTPS-443 等端口處于關(guān)閉狀態(tài), 僅在特定的運(yùn)維狀態(tài)下方可開(kāi)放使用。WebServer 的運(yùn)維技術(shù)除了需同時(shí)滿足南網(wǎng)數(shù)字證書(shū)、國(guó)網(wǎng)數(shù)字證書(shū)的雙向身份認(rèn)證, 也需要具備加密芯片、保護(hù)信息安全的重要作用, 具體的運(yùn)維系統(tǒng)示意圖如圖2[2]。

圖2 WebServer 的運(yùn)維示意圖

1.5 接口匹配與防護(hù)

為確保各電力應(yīng)用單位可貫徹落實(shí)一二級(jí)接口匹配與防護(hù)工作, 相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件對(duì)各接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與標(biāo)注, 并針對(duì)不同地域的配電市場(chǎng)需求開(kāi)展深入的分析歸類,找到其異同點(diǎn), 并綜合考慮后續(xù)的更新升級(jí)需要, 確保設(shè)備具有良好的擴(kuò)展性及兼容性, 貼合不同地域、時(shí)期的群眾用電需求。在落實(shí)一二次設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)期間, 應(yīng)當(dāng)注意全面考慮控制接口、擴(kuò)展接口、測(cè)量接口、通信接口的使用功能, 落實(shí)參數(shù)保護(hù)、通信約束等標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容。參數(shù)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)應(yīng)引進(jìn)電流保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則及小電流接地保護(hù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì), 同時(shí)也應(yīng)建立FA 保護(hù)標(biāo)準(zhǔn); 拓展接口則需要相關(guān)技術(shù)人員綜合地域拓展功能開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì);通信約束標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求各技術(shù)人員嚴(yán)格遵循國(guó)際級(jí)別的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約, 并響應(yīng)當(dāng)?shù)氐臄U(kuò)展規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則; 接口功能標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)主要需對(duì)接口尺寸定義、接口電平匹配及接口容量開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì), 保證最終得到的設(shè)計(jì)結(jié)果滿足實(shí)際的配電網(wǎng)使用發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。

若是在施工期間應(yīng)用了全密封式的共箱式開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu), 需充分突出其良好的絕緣性及密封性, 若是想要保證各控制單元可滿足戶外防范需要, 如在設(shè)計(jì)柱上FTU 時(shí), 可利用防護(hù)等級(jí)為IP67 的特殊架構(gòu), 常見(jiàn)為非金屬全密封罩式結(jié)構(gòu), 可起到防潮、防霜、防露、防凍等要求。在設(shè)計(jì)電纜等設(shè)備控制模塊時(shí), 則可依據(jù)實(shí)際使用需要靈活選擇分布式結(jié)構(gòu)或開(kāi)關(guān)柜一體化兩種設(shè)計(jì)方式, 由設(shè)備供應(yīng)商直接在生產(chǎn)加工期間直接完成一二次聯(lián)調(diào)作業(yè), 進(jìn)而有效避免施工現(xiàn)場(chǎng)完成接線、配線、調(diào)試作業(yè), 降低工作量及工作難度, 提高作業(yè)安全性及可靠性。

1.6 設(shè)備聯(lián)動(dòng)測(cè)試機(jī)制

在設(shè)備層設(shè)計(jì)一二次融合設(shè)備期間, 需完成三種不同類型的檢測(cè), 具體有一、二次設(shè)備風(fēng)別檢測(cè)及設(shè)備的整體檢測(cè)實(shí)驗(yàn), 此時(shí)相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)注意嚴(yán)格遵循已有的測(cè)試要求, 規(guī)范技術(shù)人員的檢測(cè)行為, 同時(shí)也需要依據(jù)實(shí)際市場(chǎng)需求對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行豐富、升級(jí)、創(chuàng)新, 并通過(guò)大量的測(cè)試為設(shè)備及技術(shù)研發(fā)積累大量的數(shù)據(jù)資源。需注意, 相關(guān)技術(shù)人員需將檢測(cè)重點(diǎn)放在判斷設(shè)備的適應(yīng)力、精確性、可靠性上, 同時(shí)也需著重判斷該設(shè)備是否滿足用戶的實(shí)際用電訴求[3]。

2 幾種分壓方式比較及取能方案

2.1 電阻式分壓器

該分壓器主要以串聯(lián)電阻的方式進(jìn)行作業(yè), 內(nèi)部為純電阻結(jié)構(gòu), 具體分壓計(jì)算方式如下:

U2=R2/(R1+R2)×U1

使用該分壓方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)便、測(cè)量精確且具有一定的穩(wěn)定性, 但其不足在于極易受到外界環(huán)境的影響出現(xiàn)發(fā)熱情況, 以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的電阻式互感器將存在絕緣性、抗干擾能力差等問(wèn)題。

2.2 阻容式分壓器

該分壓器主要由電容及電阻器件構(gòu)成, 具體的分壓計(jì)算方式如下:

β=U2/U1= (R1(1+jωR2C2)+R2(1+jωR1C1))/(R2(1+jωR1C1))

該分壓器也稱阻尼電容分壓器, 其使用優(yōu)勢(shì)在于低頻及高頻性能較為突出, 精確度高、能耗低且絕緣性強(qiáng),但不足之處在于高阻阻值不高, 電容網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜,且在接入電阻后將在一定程度上影響其響應(yīng)時(shí)間。

2.3 純電容分壓器

該分壓器的計(jì)算公式如下:

低壓側(cè)輸入電壓=C1/(C1+C2)×高壓側(cè)輸入電壓

由于該分壓器使用了高低壓側(cè)容抗值進(jìn)行作業(yè),因此可避免出現(xiàn)電氣隔離問(wèn)題, 耐壓性較強(qiáng), 不易被擊穿。通過(guò)深入分析可知, 以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的電子式互感器能耗低、體積小、絕緣性能較高, 加之由于使用了同一元件, 因此在選擇低壓側(cè)分壓時(shí)不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)或鐵磁諧振問(wèn)題。

2.4 一二次融合斷路器取能計(jì)算

以10kV 一二次融合斷路器取能方式為例, 若是以純?nèi)莘謮浩髯鳛榉謮涸? 假設(shè)負(fù)載R為所求支路, 設(shè)計(jì)取能電路如圖3 (a)。

圖3 取能原理示意圖

依據(jù)相關(guān)公式可計(jì)算具體的開(kāi)路電壓:

Uab=?U1C?1/(C1+C2)

此時(shí),Uab即為C2兩側(cè)電壓, 若是此時(shí)將C1、C2的大小分別設(shè)計(jì)為20nF 及1μF, 且電壓源電路可完全抵消C1、C2, 則此時(shí)可獲取電源等效阻抗RL, 假設(shè)RL+R為待計(jì)算支路, 則開(kāi)路電壓為Uab, 若等效阻抗可忽略不計(jì), 可將電路簡(jiǎn)化為圖3 (b)。若電感L與C1、C2的并聯(lián)值相同, 則此時(shí)RL+R為理想電壓源, 若是假設(shè)P=U2/R, 則公式可得到公式

UR= (RUab)/(RL+R)

P= ((RUab)/(RL+R))^2/R

= (R?Uab?^2)/(RL+R)^2

若是想要獲取最大取能值, 則需保證下式分母取最小值

1/(?RL?^2/R+R+2RL)

最終可得到下式

1/(22500/R+R+300°)

若此時(shí)(22500/R) +R≥2√(22500), 則此時(shí)P取最大值, 解得R=150Ω,P=20.16W, 即該取能方式可獲取的最大取能值為20.16W[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上而言, 一二次融合技術(shù)在一定程度上起到了維持配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行的作用, 相關(guān)技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行深入分析, 從一體化檢測(cè)技術(shù)、故障隔離與自愈技術(shù)、單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機(jī)構(gòu)、WebServer 的運(yùn)維技術(shù)、接口匹配與防護(hù)、設(shè)備聯(lián)動(dòng)測(cè)試機(jī)制等方面入手, 保障供電質(zhì)量的顯著提高, 從被動(dòng)管理到主動(dòng)管理, 集保護(hù)、管控、監(jiān)測(cè)于一體, 為后續(xù)電力系統(tǒng)供電安全創(chuàng)造有利條件, 推動(dòng)配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的智能化、規(guī)范化發(fā)展。