居民配電工程移動試驗平臺研究

劉 全，吳木木，袁 超，陳 遲

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211100）

居配工程即新建居住區(qū)配電工程，它屬于配電網(wǎng)工程的一個分支，主要內(nèi)容是對居民小區(qū)供配電設施的新建、后期運行與維護、搶修與更新改造等。其中的供配電設施是指從公共電網(wǎng)的電源點起至居民以及低壓公用電氣設施的產(chǎn)權分界處止的所有電氣設施。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，房地產(chǎn)行業(yè)的規(guī)模呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，大規(guī)模的居民小區(qū)相繼落成。居住區(qū)電力建設質(zhì)量不僅影響房產(chǎn)的售價，更是關系到居民的人身安全[1-2]。住宅小區(qū)10 kV供配電系統(tǒng)作為住宅小區(qū)主要供電系統(tǒng)，是確保住宅小區(qū)供電穩(wěn)定性的關鍵[3-5]。近年來，新建居民供配電設施建設維護管理也成為社會關注熱點、國家監(jiān)管重點[6]。

居民小區(qū)供配電設施是配電網(wǎng)的重要組成部分，擔負著居民生活安全、可靠、持續(xù)供電任務。合理的供配電設計，能夠有效保證居民用電的經(jīng)濟型、安全性、可靠性，但是由于各種因素的相互作用、共同影響，實際的住宅供配電設計仍然存在很多缺陷，這給居民配電系統(tǒng)的常規(guī)及故障試驗也帶來一定挑戰(zhàn)[7-9]。另外，隨著社會經(jīng)濟建設快速發(fā)展，小區(qū)配套的供配電設施產(chǎn)權歸屬與運行維護間的矛盾越來越突出。當前，居民小區(qū)供配電設施無償移交給供電企業(yè)成為當前較為通用的做法，但是后續(xù)的設備維護、改造升級給供電企業(yè)帶來了一定的安全風險和資金壓力[10]。

一般來講，居民配電設備建設完成后需要進行一系列的交接試驗項目，對一些重要的電氣設備如變壓器、互感器等需要進行預防性試驗，而電氣設備在運行中為判斷其是否存在缺陷或潛伏性故障還需要進行必要的檢查試驗，這些電氣試驗是保證配電系統(tǒng)正常運行的重要環(huán)節(jié)。近年來，居民小區(qū)配電室的數(shù)量增長快且設備情況復雜，以致出現(xiàn)巡視效果不理想、缺陷和事故處理不及時等問題[11]。而居民小區(qū)建成初期變壓器投運之后，除發(fā)生停電事故外，供電部門不再進行管理，無論小區(qū)配電變壓器的負載率多少，一律將配電變壓器全部投入運行。這往往會出現(xiàn)變壓器輕、空載運行現(xiàn)象，部分變壓器也會出現(xiàn)重、過載運行。變壓器的各種不經(jīng)濟運行狀態(tài)，不僅造成能源的極大浪費，而且還會縮短變壓器的壽命[12]。配電變壓器是配電網(wǎng)電能運輸?shù)暮诵脑O備，若發(fā)生故障而不及時進行維修會引起大面積停電，從而嚴重影響居民的生活，因此對配電變壓器進行實時監(jiān)測與故障定位是保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關鍵性步驟[13]。

傳統(tǒng)的電氣試驗一般都是由試驗人員攜帶專用成套試驗儀器和設備到現(xiàn)場開展測試、記錄等，這一方面耗時耗力，另一方面也存在一些潛在的安全隱患及無法保證數(shù)據(jù)真實反映設備的運行狀況的問題[14-19]。

近年來，國內(nèi)外一些廠家研發(fā)的各類綜合試驗車，將試驗所需專用儀器設備集成在一輛車上，形成一個集成的移動試驗平臺。電力綜合試驗車具有高可靠性、高準確性、高穩(wěn)定性、高集成性、高適應性等特點，它不僅免除了人工搬運設備、人工接線拆線等環(huán)節(jié)，還可以對試驗設備、試驗過程及數(shù)據(jù)記錄分析等進行規(guī)范化管理，可以大大提高現(xiàn)場試驗的效率，提高居民小區(qū)供配電的可靠性[20]。

國內(nèi)的此類電氣試驗車的設計和生產(chǎn)主要有蘇州華電電氣技術有限公司、上海思源電氣股份有限公司等廠家和西南交通大學等高校，目前針對高壓電氣試驗車的總體設計和軟件設計方面有較多的研究[21-23]。如文獻[24]介紹了用Delphi為動態(tài)報表隨機填寫備注的基本思路和在電氣試驗車上的實現(xiàn)方法；文獻[21]采用數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)技術，開發(fā)了電氣試驗系統(tǒng)軟件；文獻[25]在電氣試驗車研發(fā)中心采用了全新的虛擬現(xiàn)場總線Modbus協(xié)議技術，使電氣試驗車測控軟件可以用統(tǒng)一的方式控制各個檢測設備，提高了電氣試驗車的系統(tǒng)集成度和設備兼容性。然而，目前專門用于居配工程的電氣試驗車的研究并不多見。

本文設計了一種帶試驗平臺的居配試驗車來取代傳統(tǒng)的“搬來搬去、接來接去”的繁雜的人工高強度低效率的現(xiàn)場檢修試驗工作，可以真正實現(xiàn)配網(wǎng)電氣設備的自動換線檢測，對多種類型的高低壓電氣試驗接線進行簡化，將傳統(tǒng)的由人工進行不同試驗接線的切換轉變?yōu)檠b置的內(nèi)部切換。另外，采用現(xiàn)場試驗中控管理平臺，可以做到檢測過程“一鍵完成”、避免檢測數(shù)據(jù)受人為干擾，實現(xiàn)檢測任務、檢測狀態(tài)、檢測數(shù)據(jù)遠程信息互聯(lián)。本文研究的居配工程試驗車可以大大降低配電網(wǎng)電氣設備試驗對人工的依賴，提高試驗效率和可靠性。

1 居配試驗車結構

本文設計的居配試驗車以藍牌中型客車載體為改裝主體，車長不超過6 m、車高不超過2.6 m、車寬不超過2.1 m、整備質(zhì)量不大于4 250 kg；駕乘人員不少于5人，具備駕乘辦公區(qū)、設備區(qū)和升降區(qū)，如圖1所示。本文設計的居配試驗車采用新時代全順 JX6601TA-N6中型客車改裝。為了保證軸荷分配以及行駛穩(wěn)定性，整車采用了U形對稱布置。新時代全順 JX6601TA-N6中型客車參數(shù)：最大允許總質(zhì)量4 250 kg；前軸允許最大載質(zhì)量1 450 g；后軸允許最大載質(zhì)量2 800 kg；前橋中心至后橋中心軸距3 750 mm；輪距1 642 mm；車體質(zhì)量2 710 kg。根據(jù)《機動車運行安全技術條件》（GB 7258—2012）要求以及《汽車質(zhì)量（重量）參數(shù)測定方法》（GB/T 12674—1990）對車體自重、改裝增重、自制件以及上裝設備的質(zhì)量分析計算，估算出居配試驗車的質(zhì)心位置、軸荷分配、行駛穩(wěn)定性，以求與整車系統(tǒng)和諧適配，從而保證整車系統(tǒng)符合原車的性能要求。居配試驗車在空載、靜載狀態(tài)下最大左側傾穩(wěn)定角 41.8°，最大右側傾穩(wěn)定角 41.7°，滿足GB 7258—2012中“總質(zhì)量為車輛整備質(zhì)量的 1.2 倍以下的車輛類別，最大側傾穩(wěn)定角不得小于30°”的要求。

2 居配試驗車電氣試驗裝置

本文研究的居配工程試驗車可以實現(xiàn)配網(wǎng)電氣設備的自動換線檢測，將多種類型的電氣試驗接線進行簡化，將傳統(tǒng)的由人工進行不同試驗接線的切換轉變?yōu)檠b置的內(nèi)部切換，可以降低配電網(wǎng)電氣設備試驗對人工的依賴，提高試驗效率和可靠性。

居配工程試驗車的電氣試驗部分的原理如圖2所示。該試驗車可實現(xiàn)居民小區(qū)配電工程的多設備和多參數(shù)測量，以配電變壓器和電磁互感器為例，可以進行變壓器繞組直流絕緣電阻及吸收比測量、繞組連同套管的直流電阻測量、電壓比測量和連接組標點檢測、外置耐壓試驗、繞組電容及介質(zhì)損耗因數(shù)測量等試驗。由圖2可知，本試驗車的試驗項目不僅包含電壓的絕緣試驗，還包含大電流的材料特性試驗，并且每項試驗的接線都不同。為了滿足自動換線的要求，本文設計了一種對設備只需要一次接線，由設備內(nèi)部進行換線的總集成設備，可以同時滿足電氣試驗中絕緣測量、特性試驗的要求和不同試驗項目接線的要求，設備外觀如圖3所示。

在配網(wǎng)設備電氣試驗的過程中，由于同一設備的不同試驗項目，所需測試數(shù)據(jù)的特征相差很大，因此無論是不同試驗的接線方法還是測量對象所需要的連接材料性能均存在較大的要求差異。目前，國內(nèi)同類測試設備僅僅可實現(xiàn)對絕緣等級相同、被試設備上接線方式相似的試驗進行集成，但并未從根本上解決試驗換線的問題。

圖2 變壓器及互感器模塊投切原理Fig.2 Transformer and transformer module switching principle

圖3 高低壓電氣試驗裝置外觀Fig.3 Appearance of high and low voltage electrical test device

本文中的電氣試驗裝置徹底解決了高低壓共存下設備多種試驗的儀器集成。該裝置將被試設備上的連接方式固定，通過測試設備的后置開關內(nèi)部切線進行不同試驗件的倒換，在選擇接線材料時同時滿足了不同絕緣、熱量的要求。電氣試驗裝置采用專用的高低壓試驗換線開關裝置，采取全絕緣設計，將被試設備的高壓端采用三相高壓絕緣出線與開關通過快速插拔終端進行連接，將測試設備的出線通過相應電壓等級的電纜直接連接至開關內(nèi)，定接觸環(huán)的內(nèi)電極上，不同連接方式的轉換通過直流電機驅動轉樞軸改變接點位置完成，從而實現(xiàn)自動換線。

以配電變壓器為例，簡單介紹其電氣試驗方法，接線方式如圖4所示。

圖4 配電變壓器試驗接線Fig.4 Wiring diagram of distribution transformer testing

（1）繞組對地及繞組間直流絕緣電阻測量，吸收比測量（AI-6000AX）。①高對低及地：高壓側ABC短接，低壓側abc短接接地，高壓輸出HV接高壓側；②低對高及地：高壓側ABC短接接地，低壓側abc短接，高壓輸出HV接低壓側；③繞組對地：高壓側ABC與低壓側abc短接，高壓輸出HV接ABC。

（2）絕緣系統(tǒng)電容的介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ）測量（AI-6000AX）。①高對低及地：高壓側ABC短接，低壓側abc短接接地，高壓輸出HV接高壓側；②低對高及地：高壓側ABC短接接地，低壓側abc短接，高壓輸出HV接低壓側。

（3） 繞組直流電組電阻測量。把被測試品通過專用電纜與本機的測試接線柱連接，連接牢固，同時把地線接好，如圖5所示。

圖5 直流電阻測量接線Fig.5 DC resistance measures wiring

（4）變壓器變比測量。單相變比接線如圖6所示（不使用的測試線懸空即可）。三相變比接線如圖7所示。①配變變比高壓側試線接變壓器A、B、C端子，低壓測試線接a、b、c；②互感器變比同單相變比接線，高壓側試線接黃綠夾子對應接A、N；③低壓測試線黃綠夾子對應接IaIn。

圖6 單相變比接線Fig.6 Single-phase ratio wiring

圖7 三相變比接線Fig.7 Three-phase ratio wiring

（5）空載損耗測量。試驗接線如圖8所示。

圖8 空載損耗試驗接線Fig.8 No-load loss test wiring

將三相電源的Ua、Ub、Uc分別接入儀器輸入端子的IA、IB、IC，將儀器的輸出端子Ia、Ib、Ic及Ua、Ub、Uc分別接到變壓器的低壓側，如變壓器有中性點，將中性點接到儀器的Uo接線端子，變壓器的高壓側開路。

（6）負載損耗測量試驗。試驗接線圖如圖9所示。將三相電源的Ua、Ub、Uc分別接入儀器輸入端子的IA、IB、IC，將儀器的輸出端子Ia、IbIc及Ua、Ub、Uc分別接到變壓器的高壓側，如變壓器有中性點，將中性點接到儀器的Uo接線端子，變壓器的低壓側用銅牌短接。

（7）交流耐壓試驗。變頻電源輸出A、C至干式變壓器輸入端，變壓器測量端接表計，變壓器高壓輸

圖9 負載損耗試驗接線Fig.9 Load loss test wiring

出至被試變壓器，變壓器高壓側ABC短接，低壓側abc短接接地。

3 居配試驗車軟件部分

3.1 軟件系統(tǒng)總體架構

居配現(xiàn)場試驗中控管理平臺軟件系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場試驗中控管理系統(tǒng)和移動檢測平臺軟件系統(tǒng)兩個部分。系統(tǒng)采用基于SQL2016+Server+Client的C/S（Client/Server客戶端/服務器）數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，平臺軟件系統(tǒng)如圖10所示。

圖10 居配試驗車現(xiàn)場試驗中控平臺軟件系統(tǒng)Fig.10 Software system of the central control platform

軟件系統(tǒng)預置用于數(shù)據(jù)庫管理及數(shù)據(jù)通信的常用接口，從而實現(xiàn)檢測任務、檢測狀態(tài)、檢測數(shù)據(jù)的遠程信息互聯(lián)。中控管理平臺作為客戶端，遠程管理平臺作為服務器端，支持C/S架構，使用請求（Request）、響應（Response）機制進行數(shù)據(jù)交互；同時支持B/S（Browser/Server）架構，使用HTTP請求，調(diào)用RESTFUL接口，利用JSON、XML數(shù)據(jù)進行交互。系統(tǒng)使用無線WiFi模塊，將所有設備接口統(tǒng)一為WiFi接口，組建WiFi局域網(wǎng)，將移動檢測平臺與便攜式只能試驗模塊連接在一個網(wǎng)絡中。同時，系統(tǒng)還支持第三方檢測模塊以WiFi、藍牙等物理接口，SQL數(shù)據(jù)接口等方式進行數(shù)據(jù)訪問。

3.2 現(xiàn)場試驗中控管理系統(tǒng)

現(xiàn)場試驗中控管理系統(tǒng)運行于平臺配置的特種加固計算機平臺，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)整個檢測過程及檢測數(shù)據(jù)的管控，軟件系統(tǒng)的框架如圖11所示。

圖11 現(xiàn)場試驗中控管理系統(tǒng)Fig.11 Central control management system

中控管理系統(tǒng)分為試驗管理平臺、移動試驗平臺、系統(tǒng)參數(shù)配置平臺3個部分。試驗管理平臺主要包含測試人員管理、設備管理、物資檔案信息管理、試驗方案管理、試驗任務管理5大模塊；移動檢測平臺主要用于管控各個檢測模塊以及切換線裝置等檢測設備，移動試驗平臺在接收試驗管理平臺下發(fā)的任務單后，即按預定試驗流程，全程管控整個測試流程。檢測管控平臺將檢測任務下發(fā)至移動檢測平臺后，測試流程管控分為測試準備階段、測試階段以及測試完成階段，實現(xiàn)檢測過程“一鍵完成”、避免檢測數(shù)據(jù)受人為干擾，并能對檢測結果做出初步研判，并自動歸集至試驗管理平臺，形成檢測報告；系統(tǒng)設置平臺主要包含用戶及權限管理模塊、網(wǎng)絡管理模塊以及系統(tǒng)所需基本參數(shù)的管理。

中控管理系統(tǒng)實現(xiàn)對配電設備全智能化檢測流程控制，檢測任務實時監(jiān)控，對檢測結果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一自動化歸集。同時該系統(tǒng)還提供了針對第3方集成檢測模塊的通信接口，具備強大的擴展性。

3.2.1 試驗管理平臺

試驗管理平臺主要分為人員管理、設備管理、物資檔案信息管理、試驗方案管理和試驗任務管理5個模塊。人員管理主要是試驗人員進行的臺賬管理，該數(shù)據(jù)主要用于在“測試流程管控中”測試準備階段的人員分配管理以及數(shù)據(jù)溯源時對試驗人員的查詢，主要信息包括人員編號、姓名、職務、試驗班組等。設備管理包含配電設備管理和檢測模塊管理，是針對居配檢測的對象進行統(tǒng)一的管理，設備信息包含設備編號、設備類型、設備名稱、生產(chǎn)單位、規(guī)格型號、生產(chǎn)日期、設備位置等。檢測模塊可實現(xiàn)移動試驗車試驗平臺的7臺便攜式只能檢測模塊的統(tǒng)一管理，同時也為后續(xù)的試驗任務查詢提供數(shù)據(jù)支持。物資檔案信息管理主要針對移動裝載車輛和部分手持檢測儀及輔助設施的信息臺賬管理。試驗方案管理包括試驗項目模板管理、報告模板管理和檢測標準管理，如圖12所示?？梢詫崿F(xiàn)檢測能力的高效配置以及報告模板和檢測標準的快速調(diào)用。

圖12 試驗報告界面Fig.12 Testing report interface

試驗任務管理包含任務下單、任務查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、試驗數(shù)據(jù)分析、試驗報告管理5個模塊?？蓪崿F(xiàn)檢測任務的“一鍵生成”、分析規(guī)劃和分解下發(fā)，如圖13所示。在試品任務下發(fā)前，還可實時查看所有任務的當前狀態(tài)和試品的信息，而試驗管理人員也可以修改制定試品的視頻參數(shù)和試驗項目，實時管控檢測任務。任務下發(fā)后，試驗管理人員還可以在試驗管理平臺實時查看所有任務的當前狀態(tài)和試品信息，測試人員也可以在移動檢測平臺實時查看所有任務的當前狀態(tài)和試品信息，但此時試品參數(shù)和試驗項目均不可再修改，充分保證測試任務和測試過程的規(guī)范性和數(shù)據(jù)的有效性。另外還可按日期、地點、設備類型、試驗項目等進行設備歷史試驗數(shù)據(jù)和結果的查詢，以及試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、展示等功能和試驗報告的管理功能。

3.2.2 移動試驗平臺

移動試驗平臺在接收試驗管理平臺下發(fā)的任務單后，即按預定試驗流程，全程管控整個測試流程。試驗界面如圖14所示。

圖13 任務下單框圖Fig.13 Block diagram of the task ordering

在測試準備階段為所選檢測項目分配試驗人員并指定試驗負責人；檢測人員接到檢測任務后登陸檢測模塊配置平臺，提取檢測設備，搭建移動檢測平臺、視頻監(jiān)控設備，為分配的檢測項目配置好檢測模塊；通過環(huán)境檢測設備取得現(xiàn)場溫濕度及天氣信息。

圖14 試驗界面示例Fig.14 Testing interface example

在測試階段，檢測人員根據(jù)檢測平臺的操作提示進行接線，操作儀器進行測量；移動檢測平臺將實時獲取測量數(shù)據(jù)，并對測試結果數(shù)據(jù)進行初步研判。移動檢測平臺根據(jù)檢測任務要求的檢測項目逐項完成試驗，試驗完成自動生成檢測報告。同時，通過監(jiān)測人員佩戴的視頻系統(tǒng)管控人員的工位、工作狀態(tài)等。移動檢測平臺還會實時監(jiān)控本平臺內(nèi)所有檢測模塊的狀態(tài)，繼續(xù)實時顯示環(huán)境檢測設備取得的現(xiàn)場溫濕度及天氣信息。在測試完成階段，保存所有測試的原始數(shù)據(jù)及結論，通過人員佩戴的視頻系統(tǒng)管控試驗人員的收尾工作。管控檢測模塊的位置，狀態(tài)是否放置在指定位置以及繼續(xù)實時顯示環(huán)境檢測設備取得的現(xiàn)場溫濕度及天氣信息。試驗平臺軟件系統(tǒng)應用通用的 SQL 數(shù)據(jù)庫和基于 C/S 結構的軟件系統(tǒng)框架，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，和后期擴展性也大為提高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)持久化保存到磁盤，一般沒有丟失數(shù)據(jù)風險，支持海量數(shù)據(jù)存儲；最常用的關系型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品 MySql、Oracle 服務器性能卓越，服務穩(wěn)定，通常很少出現(xiàn)宕機異常；一鍵化試驗流程操作，最大化減輕軟件操控的復雜度，提升工程使用過程中的操作難度。

綜上，通過中控管理平臺軟件可以實現(xiàn)對配電設備全智能化檢測流程控制，檢測任務實時監(jiān)控，并對檢測結果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一自動化歸集。

4 結論

（1）以新時代全順 JX6601TA-N6 中型客車改裝的居配工程車，軸荷分配以及行駛穩(wěn)定性滿足GB 7258—2012。

（2）本文研究的居配工程試驗車可以真正實現(xiàn)配網(wǎng)電氣設備的自動換線檢測，對多種類型的高低壓電氣試驗接線進行簡化，將傳統(tǒng)的由人工進行不同試驗接線的切換轉變?yōu)檠b置的內(nèi)部切換，可以降低配電網(wǎng)電氣設備試驗對人工的依賴，大大提高試驗效率和可靠性。

（3）居配現(xiàn)場試驗中控管理平臺軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)對配電設備全智能化檢測流程控制，檢測任務實時監(jiān)控，對檢測結果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一自動化歸集。同時，該系統(tǒng)還提供了針對第3方集成檢測模塊的通信接口，具備強大的擴展性。