配電網(wǎng)一二次融合關(guān)鍵技術(shù)運用

陳 雯

(國網(wǎng)廈門供電公司)

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, 我國電網(wǎng)的實際運行質(zhì)量得到了極大提高, 有效提升了廣大群眾對于供電企業(yè)高質(zhì)量服務(wù)的滿意度。一二次融合技術(shù)的發(fā)展, 推動了現(xiàn)有供電設(shè)備的研發(fā)升級,提高了整個配電網(wǎng)的智能化、信息化水準(zhǔn), 實現(xiàn)了電力系統(tǒng)運行能力的全面提升。由此, 就需要相關(guān)人員積極對配電網(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)新打下堅實基礎(chǔ)。

1 一二次融合關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

1.1 一體化檢測技術(shù)

如圖1 所示, 一二次融合技術(shù)中的一體化檢測主要是以信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ), 創(chuàng)建了綜合檢測系統(tǒng)平臺, 主要由錄波儀、檢測軟件、開入開出通道、綜合切換裝置、一次信號驅(qū)動器、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, 實際使用期間可同時針對單臺或多臺設(shè)備開展網(wǎng)架級檢驗, 同時利用多通道精度檢測、HIL 一次側(cè)注入FA 檢測、高精度故障反演、自動化流程控制等模塊, 實現(xiàn)設(shè)備核心部件的精準(zhǔn)檢測, 有效提升設(shè)備運行效率及安全性。在創(chuàng)新組態(tài)式動模平臺期間,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 一二次融合綜合測試系統(tǒng)示意圖

在開展單臺設(shè)備的一體化檢測期間, 其具體工作原理如下: 若是電壓電流功率源在經(jīng)過一次信號驅(qū)動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)入智能開關(guān), 并經(jīng)過CT、PT 一次航插接口實現(xiàn)與綜合切換裝置的有效連接, 然后通過相應(yīng)的切換裝置, 由二次航插接口實現(xiàn)與智能開關(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,最后開入開出通道、多通道高精度表、二次電壓電流功率源等可通過已有的信號輸出線與切換裝置相連。

在開展多臺設(shè)備的網(wǎng)架級檢測期間, 其具體工作原理如下: 一側(cè)測試系統(tǒng)主要以HIL 一次側(cè)注入FA組態(tài)式動模檢測為基礎(chǔ), 綜合參考多樣化負(fù)載率、負(fù)載類型、故障場景、容流規(guī)模、中性點接地方式等內(nèi)容, 利用檢測接口接入待測配電終端, 此時可對FA系統(tǒng)開展功能測試。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), 此時可針對各實驗情境落實全方位部署。利用系統(tǒng)已有軟件, 可依次完成實驗檢測。當(dāng)全部檢測結(jié)束后, 該系統(tǒng)可自行制作相應(yīng)報告, 為后續(xù)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作提供有效參考。

從實際情況來看, 一體化檢測具有便捷、靈活的優(yōu)點, 一方面可判斷FA 組態(tài)式動模檢測系統(tǒng)的邏輯故障、通信故障、開關(guān)故障, 另一方面也可在面對變壓器空投、大負(fù)荷投切等條件時利用FA 邏輯進(jìn)行合理檢測, 此時FA 組態(tài)式動模檢測系統(tǒng)可有效提高配電網(wǎng)檢測的精確性及可靠性, 進(jìn)一步帶動整個配電網(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別配電網(wǎng)拓?fù)鋱D形, 具有擴展性強、配置簡單、輻射范圍廣、可視化高的特點, 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展GOOSE 信息交互, 再通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皶r獲取的相應(yīng)故障信息, 有針對性提出非故障區(qū)域的供電恢復(fù)方法。對于單元型終端, 可實時收集相關(guān)開關(guān)信息, 同時也具有故障定位、隔離的作用, 能夠以GOOSE 報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)控制指令后可開展自愈分合閘動作[1]。

1.3 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)

相較于以往的彈簧機構(gòu), 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)主要利用了縱向前后對稱的分布方式, 其中使用的三相為相對獨立的模塊, 整體傳動結(jié)構(gòu)簡單, 所需零器件較少, 僅由七個零器件構(gòu)成, 可獨立完成直線運行, 無需額外加入機械鎖扣連桿、儲能電機、分閘線圈等部件, 使用壽命長達(dá)10 萬次。綜上, 單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)的使用優(yōu)勢主要體現(xiàn)為以下三點: 第一操作結(jié)構(gòu)較為簡單, 第二設(shè)備免維護(hù)且使用時限長, 第三機構(gòu)可靠有保障。

單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)大多采用了雙斷口磁路結(jié)構(gòu), 具有反映速度快、分閘時間短的優(yōu)勢。一般來說, 其分閘時間不大于15ms, 合閘時間不大于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)分相直控永磁機構(gòu)也具有體積小、能耗小、可滿足獨立安裝的使用要求。該機構(gòu)的驅(qū)動模塊則主要利用了IGBT 控制技術(shù), 整體驅(qū)動力得到了有效加強, 可及時發(fā)現(xiàn)、診斷并處理已有故障。此外, 該機構(gòu)自身也具有一定的防抖性能, 可極大限度避免外界環(huán)境變動對其正常運行造成干擾或誤動, 有效提高機構(gòu)使用可靠性, 同時單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)中自帶的監(jiān)測回路, 也可對線路運行狀態(tài)進(jìn)行實時檢修, 及時排除故障風(fēng)險, 同時該機構(gòu)的控制器自身也加配了后備電源, 可極大降低運營成本, 避免出現(xiàn)不必要的成本浪費。

1.4 WebServer 運維技術(shù)

從現(xiàn)階段的實際情況進(jìn)行分析, 配電網(wǎng)的運維及終端業(yè)務(wù)軟件已基本形成了獨立狀態(tài)。從硬件角度來看, WebServer 運維技術(shù)的引進(jìn)使得不同的硬件均具備了單獨的物理連接端口, 由此可實現(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 運維技術(shù)落實運維端口管理作業(yè)期間, 常默認(rèn)TFTP-69、HTTPS-443 等端口處于關(guān)閉狀態(tài), 僅在特定的運維狀態(tài)下方可開放使用。WebServer 的運維技術(shù)除了需同時滿足南網(wǎng)數(shù)字證書、國網(wǎng)數(shù)字證書的雙向身份認(rèn)證, 也需要具備加密芯片、保護(hù)信息安全的重要作用, 具體的運維系統(tǒng)示意圖如圖2[2]。

圖2 WebServer 的運維示意圖

1.5 接口匹配與防護(hù)

為確保各電力應(yīng)用單位可貫徹落實一二級接口匹配與防護(hù)工作, 相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對現(xiàn)有設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計文件對各接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與標(biāo)注, 并針對不同地域的配電市場需求開展深入的分析歸類,找到其異同點, 并綜合考慮后續(xù)的更新升級需要, 確保設(shè)備具有良好的擴展性及兼容性, 貼合不同地域、時期的群眾用電需求。在落實一二次設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計期間, 應(yīng)當(dāng)注意全面考慮控制接口、擴展接口、測量接口、通信接口的使用功能, 落實參數(shù)保護(hù)、通信約束等標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計內(nèi)容。參數(shù)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計應(yīng)引進(jìn)電流保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計原則及小電流接地保護(hù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計, 同時也應(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展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計;通信約束標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計要求各技術(shù)人員嚴(yán)格遵循國際級別的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約, 并響應(yīng)當(dāng)?shù)氐臄U展規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計原則; 接口功能標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計主要需對接口尺寸定義、接口電平匹配及接口容量開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計, 保證最終得到的設(shè)計結(jié)果滿足實際的配電網(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)計柱上FTU 時, 可利用防護(hù)等級為IP67 的特殊架構(gòu), 常見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)計電纜等設(shè)備控制模塊時, 則可依據(jù)實際使用需要靈活選擇分布式結(jié)構(gòu)或開關(guān)柜一體化兩種設(shè)計方式, 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)動測試機制

在設(shè)備層設(shè)計一二次融合設(shè)備期間, 需完成三種不同類型的檢測, 具體有一、二次設(shè)備風(fēng)別檢測及設(shè)備的整體檢測實驗, 此時相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)注意嚴(yán)格遵循已有的測試要求, 規(guī)范技術(shù)人員的檢測行為, 同時也需要依據(jù)實際市場需求對產(chǎn)品功能進(jìn)行豐富、升級、創(chuàng)新, 并通過大量的測試為設(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)人員需將檢測重點放在判斷設(shè)備的適應(yīng)力、精確性、可靠性上, 同時也需著重判斷該設(shè)備是否滿足用戶的實際用電訴求[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), 具體分壓計算方式如下:

U2=R2/(R1+R2)×U1

使用該分壓方式的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、使用簡便、測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)計的電阻式互感器將存在絕緣性、抗干擾能力差等問題。

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,但不足之處在于高阻阻值不高, 電容網(wǎng)絡(luò)實驗較為復(fù)雜,且在接入電阻后將在一定程度上影響其響應(yīng)時間。

2.3 純電容分壓器

該分壓器的計算公式如下:

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)電氣隔離問題, 耐壓性較強, 不易被擊穿。通過深入分析可知, 以此為基礎(chǔ)設(shè)計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)分壓時不會出現(xiàn)較大波動或鐵磁諧振問題。

2.4 一二次融合斷路器取能計算

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)公式可計算具體的開路電壓:

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

此時,Uab即為C2兩側(cè)電壓, 若是此時將C1、C2的大小分別設(shè)計為20nF 及1μF, 且電壓源電路可完全抵消C1、C2, 則此時可獲取電源等效阻抗RL, 假設(shè)RL+R為待計算支路, 則開路電壓為Uab, 若等效阻抗可忽略不計, 可將電路簡化為圖3 (b)。若電感L與C1、C2的并聯(lián)值相同, 則此時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(22500/R) +R≥2√(22500), 則此時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

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)定運行的作用, 相關(guān)技術(shù)人員可對其進(jìn)行深入分析, 從一體化檢測技術(shù)、故障隔離與自愈技術(shù)、單穩(wěn)態(tài)分相直控永磁機構(gòu)、WebServer 的運維技術(shù)、接口匹配與防護(hù)、設(shè)備聯(lián)動測試機制等方面入手, 保障供電質(zhì)量的顯著提高, 從被動管理到主動管理, 集保護(hù)、管控、監(jiān)測于一體, 為后續(xù)電力系統(tǒng)供電安全創(chuàng)造有利條件, 推動配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的智能化、規(guī)范化發(fā)展。