國網(wǎng)浙江省電力有限公司建德市供電公司 謝 鋮 石廣森 王 森
隨著供電可靠性要求的不斷提升,應(yīng)用0.4kV 發(fā)電機(jī)進(jìn)行保供電已從向傳統(tǒng)的重要用戶的備用保電和電網(wǎng)停電后的應(yīng)急供電轉(zhuǎn)變?yōu)榕渚W(wǎng)可靠運(yùn)行、檢修的重要支撐手段,涵蓋配網(wǎng)用戶接入、缺陷處理、設(shè)備定期檢修、維護(hù)、事故處理,以及上級電網(wǎng)檢修等各個環(huán)節(jié)。
在新時期的供電可靠性要求下,保供電專業(yè)和配網(wǎng)不停電專業(yè)實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合已成必然趨勢,通過實現(xiàn)兩專業(yè)的高效聯(lián)動,將不停電作業(yè)的技術(shù)、方案運(yùn)用到低壓保供電中,滿足低壓用戶持續(xù)不間斷供電的需求。
目前低壓發(fā)電機(jī)(車)供電前,需先停止市電再投運(yùn)發(fā)電機(jī),后續(xù)檢修完畢市電恢復(fù)供電前也需要停止發(fā)電機(jī)供電后再輸送市電。相當(dāng)于一次保供電服務(wù),用戶側(cè)要有兩次停電,每次需要10~60min 的停電倒電時間,用戶有明顯的停電感知,易引發(fā)投訴[1]。
配網(wǎng)中應(yīng)用低壓發(fā)電機(jī)保供電,要實現(xiàn)全過程用戶不停電,現(xiàn)階段存在較多難點和困難。
第一,不停電作業(yè)的前提是發(fā)電機(jī)等設(shè)備在市電不停電的情況下接入。目前發(fā)電機(jī)采用最常規(guī)的銅鼻子連接,連接時需停電,連接所耗費(fèi)的時間長,現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致可靠性和安全性較低。如改為大電流快速插拔頭連接方式,需安排停電施工,耗資大,時間長,大量的存量配電柜無法改造。
第二,發(fā)電機(jī)和市電同期并網(wǎng),需滿足多個條件。一是同期前必須對市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)進(jìn)行核相;二是同期并網(wǎng)需同時滿足兩側(cè)電壓差、頻率差和相位角差等條件,方能實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng);三是同期成功后要實現(xiàn)市電和發(fā)電機(jī)之間負(fù)荷轉(zhuǎn)移。這些都需要依靠控制器等智能控制設(shè)備實現(xiàn),而目前使用的低壓發(fā)電機(jī)均為最簡單的型號,沒有上述功能。
第三,因保供電需要,現(xiàn)有低壓發(fā)電機(jī)使用頻率高,無法長時間停運(yùn)按常規(guī)技術(shù)思路做復(fù)雜改造。
第四,限于現(xiàn)場環(huán)境和人員專業(yè)程度,不易接受較復(fù)雜的操作流程。
通過推廣帶電作業(yè)技術(shù)應(yīng)用來提高供電可靠性已得到普遍認(rèn)可。配電網(wǎng)帶電作業(yè)可以分成兩種方式:一是采用絕緣的方式進(jìn)行帶電操作;二是利用絕緣的工具進(jìn)行作業(yè)。
2.1.1 按絕緣的方式進(jìn)行帶電作業(yè)
該類作業(yè)可以分成直接法和間接法兩種。其中直接法是指作業(yè)人員利用高空作業(yè)車上面的絕緣斗臂直接與帶靜電體接近,工作人員穿戴好絕緣類的防護(hù)用品直接進(jìn)行作業(yè)。而間接法是指以絕緣器具為主,以絕緣穿戴用品為輔的作業(yè)方法。
2.1.2 按絕緣的工具進(jìn)行帶電作業(yè)
該類作業(yè)分成三類,主要有三種工具:絕緣桿、絕緣平臺和絕緣斗。其中絕緣桿作業(yè)較為普遍,在配網(wǎng)環(huán)境中,如需進(jìn)行帶電維修和生產(chǎn),交通和地形等會對作業(yè)產(chǎn)生一定的障礙,利用絕緣桿等帶電搭接取電作業(yè)技術(shù),可以解決這些問題,在提高新用戶設(shè)備接入和臨時電源搭建的可靠性、快速提供應(yīng)急搶險用電等方面發(fā)揮重要作用。
2.2.1 并網(wǎng)類型
系統(tǒng)并網(wǎng)可分為差頻并網(wǎng)和同頻并網(wǎng)兩種模式。差頻并網(wǎng)要求兩側(cè)的壓差和頻差滿足整定值的情況下捕捉到第一次出現(xiàn)零相角差時完成并網(wǎng)。同頻并網(wǎng)是兩側(cè)為同一系統(tǒng),具有相同的頻率,但存在壓差和相角差(即功角),檢測功角小于整定角度且壓差滿足要求時完成并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)保供電時,與市電并網(wǎng)屬于差頻并網(wǎng)。
2.2.2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的幾種方式
手動方式并網(wǎng)。手動方式是指手動調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和電壓,參數(shù)以同步表和電壓表為參考,在人工確認(rèn)后手動控制開關(guān)合分閘實現(xiàn)與市電同期并網(wǎng),此方法的弊端是同期時點的準(zhǔn)確性較差,稍有不慎容易對發(fā)電機(jī)組造成沖擊,后續(xù)無法精準(zhǔn)的進(jìn)行負(fù)載分配,總體而言可靠性較差,有安全隱患風(fēng)險。
功能模塊組合并網(wǎng)。由多種功能模塊相結(jié)合,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率較高。此種方式主要是采用同步追蹤器、負(fù)載分配器和界面轉(zhuǎn)換實現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組與市電并網(wǎng)功能。并網(wǎng)控制器并網(wǎng)。采用先進(jìn)微型電腦處理器技術(shù),集發(fā)電機(jī)組控制、保護(hù)和自動追蹤同期并網(wǎng)功能為一體,功能較全面。
結(jié)合上述探索和研究,提出了一種低壓發(fā)電機(jī)保電不停電作業(yè)智能控制方法。本方法解決了現(xiàn)有配電柜的帶電接入問題,無須改造,能適用現(xiàn)有90%以上的柜體。用簡單可靠的方法實現(xiàn)市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相(VX1,VX2,VX3)。兩次同期并網(wǎng)(發(fā)電機(jī)投運(yùn)并網(wǎng)、市電復(fù)電并網(wǎng))依靠控制器采樣和算法與低壓斷路器實現(xiàn),無須人工干預(yù)。并網(wǎng)后能實現(xiàn)功率管理和負(fù)荷轉(zhuǎn)移,使發(fā)電機(jī)和市電平穩(wěn)過渡[2]。
如圖1所示,首先采用帶電作業(yè)技術(shù)和工具將旁路電纜接入低壓總閘刀的上端和下端,實現(xiàn)市電的旁路連接和發(fā)電機(jī)的帶電連接。
圖1 作業(yè)方法設(shè)備連接示意圖
對市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相無誤后,觸發(fā)控制器發(fā)出合閘命令合上2DL 開關(guān),導(dǎo)通市電旁路回路。再一次觸發(fā)控制器,自動檢測市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)參數(shù)(壓差、頻差、相位角差),控制器算法會精準(zhǔn)捕捉并網(wǎng)時機(jī)并向1DL 開關(guān)發(fā)出合閘命令,合閘成功后將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。
拉開低壓總閘刀,使市電主回路分?jǐn)啵|發(fā)控制器,控制器在確認(rèn)負(fù)荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)后,發(fā)出命令分?jǐn)?DL 開關(guān),此時負(fù)載由發(fā)電機(jī)獨(dú)立供電。而后可拉開高壓側(cè)跌落式熔斷器,進(jìn)行電網(wǎng)側(cè)配電檢修工作。
檢修完畢高壓送電,對市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相無誤后,觸發(fā)控制器,自動檢測市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)參數(shù)(壓差、頻差、相位角差),控制器算法會精準(zhǔn)捕捉并網(wǎng)時機(jī)并向2DL 開關(guān)發(fā)出合閘命令,合閘成功后將市電和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。
合上低壓總閘刀,使市電主回路導(dǎo)通。分?jǐn)?DL 開關(guān)和2DL 開關(guān),退出市電旁路和發(fā)電機(jī),此時負(fù)載由市電獨(dú)立供電。最后帶電退出低壓總閘上下端旁路電纜。根據(jù)以上方法,保供電兩次電源切換,用戶側(cè)均實現(xiàn)了停電零感知。
上述低壓發(fā)電機(jī)保電不停電作業(yè)智能控制方法,為實現(xiàn)配網(wǎng)保供電不停電作業(yè)提供了技術(shù)支撐,但要落地為保供電工作中實際應(yīng)用,須將方案轉(zhuǎn)化為一套智能控制裝置,該裝置具備以下特點。
集成化和小型化。發(fā)電機(jī)工作頻率高,無法長時間停運(yùn),做復(fù)雜改造,因此要求裝置模塊化,規(guī)格尺寸適合內(nèi)嵌至低壓發(fā)電機(jī)內(nèi)部,成為其配套設(shè)備,且只需簡單接線后即可隨發(fā)電機(jī)使用。如圖1所示,裝置將多種元件和功能設(shè)計在一起,高度集成。
操作直觀和簡便。配網(wǎng)保供電工作中,面臨環(huán)境多樣,情況較復(fù)雜。裝置操作應(yīng)簡單直觀,關(guān)鍵邏輯動作都應(yīng)自動化、智能化,避免人工過多操作和干預(yù)。
適用面廣。目前,電力公司配備多種低壓發(fā)電機(jī)和發(fā)電車,裝置的規(guī)格尺寸、接線要求和功能應(yīng)適配多型號多品牌發(fā)電機(jī)和發(fā)電車。
從采用絕緣桿作業(yè)法進(jìn)行間接作業(yè)思路出發(fā),設(shè)計了一種快速取電夾鉗。該設(shè)備主要由銅夾頭和套管式絕緣螺桿組成。
銅夾頭上部設(shè)計有螺孔,壓接銅鼻子的電纜可通過螺絲和螺孔固定的方式與夾鉗一體化連接。銅夾頭鉗口夾住帶電的匯流母排后,絕緣螺桿兩段套管做旋轉(zhuǎn)式配合,內(nèi)部金屬頂桿推進(jìn)后將夾鉗固定在母排上實現(xiàn)帶電接入。在進(jìn)行帶電接入操作時,須采取絕緣隔離或遮蔽措施。
本方案產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品相比,操作簡單,符合電力公司操作習(xí)慣,成本具有明顯優(yōu)勢。
根據(jù)低壓發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)差頻并網(wǎng)的特性,筆者測試了多款同期并網(wǎng)控制器,如單對象微機(jī)同期裝置、發(fā)電機(jī)組并聯(lián)控制器等,經(jīng)過多次試驗和實地運(yùn)行,最終制定了符合保供電不停電實際需要的同期并網(wǎng)策略[3],如圖2所示。
圖2 同期并網(wǎng)策略流程
保電不停電作業(yè)需要2套電纜,使市電主回路低壓總閘刀上下端與裝置的銅排(電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè))帶電連接。考慮到裝置內(nèi)嵌至發(fā)電機(jī)使用,接線間距小,需有電氣安全距離和絕緣措施,所以電纜和裝置連接采用快速插拔頭和快速插座方式,達(dá)到“即插即用”的效果[4]。
插頭和插座之間連接有特殊的卡栓鎖緊結(jié)構(gòu),能防止意外斷開。防護(hù)等級按IP67標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和制造。插頭上附屬的色帶環(huán)和插座保護(hù)蓋有相同的顏色來一一對應(yīng),確保正確識別和連接。
同期并網(wǎng)要求電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)相序保持一致,核相正確后方能進(jìn)行下一步操作,核相結(jié)果需向操作人員直觀展示。綜合考慮后選用三只三相相序表和轉(zhuǎn)換開關(guān)配套使用,采樣取自裝置內(nèi)部銅排,核相設(shè)備內(nèi)嵌至裝置正面,方便操作人員使用和觀察。
將控制器、電纜帶電取電和快速連接、分合閘低壓斷路器、核相操作、電參數(shù)顯示和操作按鈕進(jìn)行了一體化設(shè)計,實現(xiàn)了集成化和小型化,人工操作步驟簡單,能和多種低壓發(fā)電機(jī)和發(fā)電車內(nèi)嵌式配套使用,如圖3所示。
圖3 裝置布局示意
根據(jù)本次研究原理和裝置設(shè)計方案,通過和杭州某高新技術(shù)企業(yè)的合作,順利完成了裝置樣機(jī)的設(shè)計和制造,并在配網(wǎng)保供電工作中應(yīng)用驗證。實踐證明現(xiàn)場帶電接入和操作簡單實用,發(fā)電機(jī)投運(yùn)并網(wǎng)和市電復(fù)電投運(yùn)并網(wǎng)的兩個過程都平穩(wěn)過渡,兩次電源的切換都實現(xiàn)了用戶側(cè)停電零感知,真正實現(xiàn)了配網(wǎng)保供電不停電作業(yè)。