摘要：隨著當(dāng)前對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性提升的要求越來越高，自動(dòng)化設(shè)備的建設(shè)應(yīng)用成為配電網(wǎng)發(fā)展的必然方向，然而老城區(qū)中電力通道資源有限，在10 kV架空線路上安裝、更換含饋線自動(dòng)化終端（FTU）的柱上開關(guān)常常因桿上空間不足無法實(shí)施，為此提出一種FTU電源管理裝置，能有效減少柱開開關(guān)安裝、更換所需空間，為老城區(qū)的配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備建設(shè)應(yīng)用和運(yùn)維提供了一種典型的解決方案。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;供電可靠性;城市配電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-0797（2024）18-0005-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.002

0 引言

電網(wǎng)系統(tǒng)中，超過85%的故障停電是由配電網(wǎng)故障引起的[1]，根據(jù)2024年3月國家能源局發(fā)布的《關(guān)于新形勢(shì)下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源〔2024〕187號(hào)），配電網(wǎng)作為重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，其供電可靠性關(guān)乎電力可靠供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和服務(wù)改善民生。而配電自動(dòng)化設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作[2]，對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的提升起到至關(guān)重要的作用。城區(qū)配電網(wǎng)，特別是老城區(qū)，10 kV線路多以架空線為主，更換、新裝含饋線自動(dòng)化終端（FTU）的柱上開關(guān)是提升老城區(qū)配電自動(dòng)化覆蓋率最直接有效的方案。

1 當(dāng)前FTU取電模式

目前，成套一二次融合配電自動(dòng)化柱上開關(guān)進(jìn)行安裝時(shí)，其饋線自動(dòng)化終端（FTU）通常采取的取電方法為安裝戶外型電壓互感器（PT），由電壓互感器的二次回路為FTU控制箱供電，如圖1和圖2所示。

當(dāng)前的FTU控制箱取電模式下，由于需要安裝PT和配套的隔離跌落式熔斷器，柱開安裝時(shí)需要保證3 m左右的垂直空間，而老城區(qū)大量存在高低壓同桿架設(shè)的情況，桿上縱向空間不足，有的桿塔縱向空間甚至不足2 m。同時(shí)，桿塔下方通信線、公安監(jiān)控探頭、交通標(biāo)示牌等物侵占下方空間。經(jīng)過設(shè)計(jì)測(cè)算，常規(guī)柱開安裝方式，柱開、熔斷器、PT自上到下依次排列，整體所占縱向空間約2.85 m。這樣會(huì)造成老城區(qū)不滿足空間條件的電桿無法安裝一二次融合柱開，制約了老城區(qū)供電可靠性的提升，發(fā)生電力故障無法通過自動(dòng)研判和遠(yuǎn)程投切迅速隔離故障點(diǎn)，造成額外的電量損失，無法滿足人民日益增長的用電需求。

根據(jù)實(shí)際要求，需要通過一種能不依賴PT取電的FTU控制箱，來降低一二次融合柱開的安裝門檻，提升線路的自動(dòng)化水平。

表1為合肥市廬陽區(qū)10 kV線路實(shí)現(xiàn)配自全覆蓋所需新裝、更換配自柱開情況，因PT空間不足造成一二次融合柱開無法新增或者更換，占總數(shù)的71.12%;全量實(shí)現(xiàn)此類柱開安裝更換，可以使配自柱開覆蓋率超過80%，為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路配自全覆蓋，乃至全自愈打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

梳理配自柱開FTU繼電保護(hù)功能，目前常用動(dòng)作類型及關(guān)聯(lián)的電氣值如表2所示?？梢?，按照目前配網(wǎng)常用保護(hù)配置，PT的主要使用功能是作為各類自動(dòng)化設(shè)備的電源，因此取消PT的核心對(duì)策即采用新電源進(jìn)行替換。

除了新裝配自柱開縱向空間不足，部分存量老舊柱開還存在PT故障消缺難的問題。根據(jù)Q/GDW 10799.8—2023《國家電網(wǎng)有限公司電力安全工作規(guī)程 第8部分：配電部分》第11.3.3條規(guī)定“帶電斷、接空載線路前，應(yīng)確認(rèn)后端所有斷路器（開關(guān)）、隔離開關(guān)（刀閘）已斷開，變壓器、電壓互感器已退出運(yùn)行”，未安裝跌落式熔斷器等開關(guān)的PT無法退出運(yùn)行，不能通過帶電作業(yè)隔離PT，一旦此柱開PT故障，消缺工作難以開展，導(dǎo)致部分FTU長期失電掉線。故可嘗試取消PT及跌落式熔斷器，從而有效縮短配自柱開的垂直安裝距離，降低安裝門檻。

2 PT功能置換

結(jié)合空間受限的電桿均存在同桿220 V市電線路的情況，制定將PT功能置換的思路，即改造現(xiàn)用的配自柱開控制箱，加裝降壓模塊，將控制電源和操作電源改接至同桿的市電線路。

傳統(tǒng)配自柱開FTU取電如圖3所示，柱開PT提供兩路電壓，其中220 V作為控制器電源，100 V作為測(cè)量電壓，如果從下盤低壓線路取220 V電源并加裝220 V轉(zhuǎn)100 V的變壓器取代柱開PT，僅安裝柱開本體部分，桿上縱向空間僅需1.35 m，可以節(jié)省桿上空間0.7 m，滿足老城區(qū)柱開安裝條件。因此，可以制作含變壓器的FTU電源管理裝置，從柱開兩側(cè)變壓器臺(tái)區(qū)低壓電源取電，經(jīng)空開、保險(xiǎn)和變壓器后，向柱開控制器提供兩路220 V和兩路100 V電壓，實(shí)現(xiàn)雙PT的功能。

FTU電源管理裝置的原理為將兩路低壓電源接入饋線測(cè)控終端FTU電源管理裝置，通過預(yù)留電源接入點(diǎn)，經(jīng)過開關(guān)和保險(xiǎn)，通過變壓器變換輸出電壓等級(jí)，再通過輸出接口向柱開控制器提供兩路220 V和兩路100 V電壓，實(shí)現(xiàn)雙PT的功能，其原理示意圖如圖4所示。

3 FTU電源管理裝置的設(shè)計(jì)

FTU電源管理裝置主要包含變壓器、電源開關(guān)、保險(xiǎn)、電源輸出接口及箱體外殼等，對(duì)比各項(xiàng)設(shè)備功能需求，最終選定使用自耦變壓器、空氣開關(guān)、熔斷型保險(xiǎn)絲、航空插頭及不銹鋼殼體，具體如下。

3.1 箱體材質(zhì)的選擇

箱體材質(zhì)應(yīng)滿足：1）裝置安裝在戶外桿塔，結(jié)實(shí)耐用;2）箱體尺寸合適，確保元器件安裝空間充裕;3）可以可靠接地，保證安全。對(duì)比不銹鋼和ABS工程塑料材質(zhì)，不銹鋼制作箱體強(qiáng)度高、使用壽命長，可以可靠接地，成本相比ABS工程塑料只高約10%，故使用不銹鋼制作箱體。

3.2 電源開關(guān)的選擇

電源開關(guān)應(yīng)滿足：1）可以可靠斷開電源電路;2）使用壽命長。對(duì)比旋鈕開關(guān)和空氣開關(guān)，因空氣開關(guān)可以可靠斷開電源電路、分合閘指示明顯、使用壽命長，故使用空氣開關(guān)作為開斷電源的開關(guān)。

3.3 保險(xiǎn)絲的選擇

保險(xiǎn)絲在整個(gè)裝置出現(xiàn)短路等異常時(shí)能可靠切斷電源，對(duì)比熔斷型保險(xiǎn)絲和自恢復(fù)型保險(xiǎn)絲，因熔斷型保險(xiǎn)絲敏感性更高，響應(yīng)速度更快，安全性更高，故使用熔斷型保險(xiǎn)絲作為隔離故障的保險(xiǎn)絲。

3.4 變壓器的選擇

裝置中變壓器的作用是將220 V交流電轉(zhuǎn)化為100 V交流電用作測(cè)量電壓，對(duì)比直插式轉(zhuǎn)換器和自耦變壓器，因自耦變壓器成本較低、散熱能力強(qiáng)且接線簡單，更適合24 h不間斷運(yùn)行的柱開FTU使用，故使用自耦變壓器作為電壓轉(zhuǎn)換的變壓器。

3.5 電壓輸出接口的選擇

電壓輸出接口要求安全可靠地實(shí)現(xiàn)電壓輸出，與目前廣泛使用的FTU電源標(biāo)準(zhǔn)接口相匹配，安裝時(shí)不需要變更FTU接線。對(duì)比端子排直接接線輸出方式和航空插頭輸出方式，因使用統(tǒng)一規(guī)范的航空插頭連接可靠性高，密封性好且現(xiàn)場(chǎng)安裝簡單，不存在誤接線的風(fēng)險(xiǎn)，且與目前廣泛使用的FTU電源接口相匹配，故使用統(tǒng)一規(guī)范的航空插頭輸出。

組裝完成后的FTU電源管理裝置實(shí)物如圖5所示。

4 FTU電源管理裝置運(yùn)行效果實(shí)測(cè)

以合肥市廬陽區(qū)一臺(tái)新裝柱開和一臺(tái)存量柱開為例，測(cè)試研制的FTU電源管理裝置的運(yùn)行效果。

4.1 新裝#71柱開

#71柱開為2023年4月27日柱開改造項(xiàng)目更換的柱開，因桿上空間不足，僅安裝了柱開本體，導(dǎo)致FTU長期離線，從附近配變?nèi)‰姡惭bFTU電源管理裝置后，重新給#71柱開FTU供電，于2024年1月2日重新調(diào)試上線，圖6為查詢配自主站D5200系統(tǒng)驗(yàn)證的截圖，目前#71柱開運(yùn)行正常，未發(fā)生退出現(xiàn)象。

4.2 存量#2505柱開

#2505柱開為2016年投運(yùn)配自柱開，因PT故障導(dǎo)致FTU一直離線，且#2505柱開后端為單電源支線，停電消缺難度大。安裝FTU電源管理裝置后，從后端配變?nèi)‰娊尤腚娫聪?，然后接入FTU，于2024年1月4日重新聯(lián)調(diào)上線，圖7為查詢配自主站D5200系統(tǒng)驗(yàn)證的截圖，目前#2505柱開運(yùn)行正常，未發(fā)生退出現(xiàn)象。

5 結(jié)論

饋線自動(dòng)化終端FTU電源管理裝置的研制，可以有效解決10 kV架空線桿上縱向空間不足及PT故障無法帶電消缺的問題，有效幫助增加老城區(qū)配自設(shè)備覆蓋率，減少老城區(qū)停電時(shí)間，并且填補(bǔ)了當(dāng)前行業(yè)內(nèi)無法在桿上縱向空間不足時(shí)安裝配自柱開的空白。同時(shí)該成果研究的技術(shù)不僅局限于柱開更換工作中，還可用于解決其他桿上柱開PT故障難以帶電消缺的問題，為存量老舊配自柱開消缺提供一種安全可靠的解決方案。經(jīng)長期實(shí)測(cè)觀察，此裝置能夠可靠運(yùn)行，但可能存在以下幾點(diǎn)待提升的地方：

1）高壓功率采集不準(zhǔn)確。外加變壓器箱輸出的100 V測(cè)量電壓，受取電變壓器高低壓繞組相角差影響，會(huì)導(dǎo)致高壓功率采集不準(zhǔn)確。

2）電纜和架空線連接處的柱開，僅能取到架空線側(cè)的低壓電源，不能實(shí)現(xiàn)雙PT雙電源的功能。然而電纜和架空線連接處的柱開多為變電站或是開閉所環(huán)網(wǎng)柜的出口柱開，目前其FTU繼電保護(hù)功能僅投告警信號(hào)，不投跳閘功能，F(xiàn)TU單電源供電不影響配電自動(dòng)化功能。

3）柱開控制器常年運(yùn)行，影響低壓臺(tái)區(qū)線損。經(jīng)測(cè)算，控制器普通運(yùn)行情況下功率約為30 W，柱開彈簧儲(chǔ)能時(shí)功率較大，達(dá)到100 W以上，略微增加臺(tái)區(qū)線損，但與原安裝PT方案相比，因原PT功率較大，總體線損是降低的。

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[2] 滿博宇，李千葉.配電自動(dòng)化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].模具制造，2023，23（9）：229-231.

收稿日期：2024-05-16

作者簡介：張文杰（1991—），男，安徽宿州人，碩士研究生，工程師，研究方向：配電網(wǎng)運(yùn)維檢修。