配電房高供電質(zhì)量控制方案研究

摘要：配電房是配電網(wǎng)供電末端環(huán)節(jié)，對(duì)供電質(zhì)量有重要影響，鑒于此，設(shè)計(jì)開發(fā)整體系統(tǒng)設(shè)備和控制方案，實(shí)現(xiàn)配電房低壓側(cè)備投、配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、低壓饋線負(fù)載管控和配電房信息整合等功能，從而提升配電房供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：配電房；供電可靠性；經(jīng)濟(jì)性；低壓側(cè)備投；配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；低壓饋線；負(fù)載管控

中圖分類號(hào)：TM762.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）08-0012-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.08.004

0" " 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也不斷提升，而配電網(wǎng)供電可靠性直接關(guān)系到用戶用電安全和經(jīng)濟(jì)效益。配電房是配電網(wǎng)供電末端環(huán)節(jié)，提升配電房末端供電可靠性對(duì)整體提升用戶供電質(zhì)量至關(guān)重要。國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)配電房也提出了新的要求，在滿足供電可靠性的基礎(chǔ)上需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行控制，以達(dá)到節(jié)能減排、低碳環(huán)保的要求。同時(shí)，充電樁等新型負(fù)荷的出現(xiàn)也給配電房運(yùn)行帶來了新的問題。

文獻(xiàn)[1]使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電房的全面監(jiān)視，但未能參與配電房運(yùn)行控制；文獻(xiàn)[2]針對(duì)居民配變進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行相關(guān)控制和效益分析，但未能處理故障情況供電恢復(fù)；文獻(xiàn)[3]對(duì)儲(chǔ)能和充電樁接入進(jìn)行運(yùn)行分析，提出了優(yōu)化運(yùn)行模型和策略；文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)分析了配網(wǎng)備自投功能和作用；文獻(xiàn)[5]介紹了高壓側(cè)備自投控制策略；文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]提出了多種變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略。

鑒于上述情況，本文提出了一種應(yīng)用于配電房場(chǎng)景，包含低壓側(cè)備投、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷管理、配電房信息整合等功能的系統(tǒng)解決方案，用于提高配電房供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1" " 設(shè)計(jì)方案

目前，新建住宅配電房主要采用的是雙臺(tái)區(qū)設(shè)計(jì)，即配電房配備兩臺(tái)變壓器，由兩條來自不同電源的10 kV線路供電，兩路電源分列運(yùn)行，各自帶低壓負(fù)載。圖1為主流的雙臺(tái)區(qū)典型設(shè)計(jì)架構(gòu)。

為提高配電房供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在配電房部署一套配變運(yùn)行控制器，控制器實(shí)時(shí)采集當(dāng)前兩個(gè)配變的電氣信息和各個(gè)開關(guān)電氣狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到一路電源失電后，自動(dòng)控制低壓母聯(lián)開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供。當(dāng)失電電源恢復(fù)正常時(shí)，控制器完成自恢復(fù)操作，切換成正常運(yùn)行模式。通過低壓備投功能，提高了配電房低壓供電可靠性。

控制器識(shí)別兩臺(tái)配變的實(shí)時(shí)負(fù)載和綜合負(fù)載率，判定當(dāng)前站所內(nèi)兩臺(tái)配電變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)方式進(jìn)行智能的變壓器投切，優(yōu)先使用并聯(lián)切換方式，實(shí)時(shí)判定兩臺(tái)配電變壓器低壓側(cè)電壓同期狀態(tài)，在合環(huán)時(shí)間不超過200 ms的情況下實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)負(fù)載無感知、不停電的運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換功能。在多種運(yùn)行工況下進(jìn)行兩臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制，不僅能降低配電房?jī)?nèi)變壓器的自身?yè)p耗，還能避免變壓器在運(yùn)行過程中過載、重載運(yùn)行，延長(zhǎng)變壓器使用壽命。

控制器能根據(jù)配變的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載特性，進(jìn)行負(fù)荷管理?？刂破骶邆涠噍嗀?fù)荷減載與負(fù)荷恢復(fù)功能，同時(shí)支持充電樁通信接入，實(shí)現(xiàn)群控充電樁、管理充電負(fù)荷的功能。

2" " 備用電源自投、自復(fù)功能

控制器內(nèi)集成了分段備自投、進(jìn)線備自投、主變備自投功能以及備自投自復(fù)功能。在多種運(yùn)行工況下發(fā)生上級(jí)電源失電或進(jìn)線電源、變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí)，能夠快速恢復(fù)失電區(qū)域供電。

2.1" " 母聯(lián)（分段）備自投功能

在低壓系統(tǒng)中配置母聯(lián)（分段）備自投功能，在雙變壓器處于分列運(yùn)行工作模式下，任一變壓器低壓側(cè)失電，則啟動(dòng)備自投功能，確保低壓側(cè)負(fù)載能在一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

2.1.1" " 充電條件

（1）1#變壓器低壓側(cè)開關(guān)、2#變壓器低壓側(cè)開關(guān)均在合位，低壓側(cè)分段開關(guān)在分位；

（2）1#變低壓側(cè)、2#變低壓側(cè)均有壓；

（3）軟壓板、控制字均投入；

（4）無放電條件。

上述項(xiàng)均滿足，延時(shí)15 s后充電完成。

2.1.2" " 動(dòng)作邏輯（以1#主變低壓側(cè)失電為例）

（1）在充電狀態(tài)下，當(dāng)1#主變低壓側(cè)三相無壓且無流，或1#主變低壓側(cè)缺相時(shí)，備自投啟動(dòng)；

（2）備自投啟動(dòng)后，經(jīng)過備自投跳閘延時(shí)后，跳開1#變低壓側(cè)開關(guān)；

（3）確認(rèn)1#變低壓側(cè)開關(guān)跳開后，經(jīng)過備自投合閘時(shí)間后，合低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)；

（4）低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)合閘后，備自投動(dòng)作完成。

2.2" " 進(jìn)線備自投功能

當(dāng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式時(shí)，若當(dāng)前工作電源故障，則進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，盡快保證低壓側(cè)負(fù)荷恢復(fù)供電。

2.2.1" " 充電條件

（1）任意變壓器處于工作狀態(tài)，高壓側(cè)開關(guān)、低壓側(cè)開關(guān)均在合位，另一臺(tái)變壓器處于冷備狀態(tài)；

（2）低壓分段開關(guān)在合位；

（3）變壓器低壓側(cè)電壓三相均大于有壓定值；

（4）軟壓板、控制字均投入；

（5）無放電條件。

上述項(xiàng)均滿足，延時(shí)15 s后充電完成。

2.2.2" " 動(dòng)作邏輯

（1）在充電狀態(tài)下，工作變壓器低壓側(cè)失壓，則啟動(dòng)切換；

（2）啟動(dòng)切換后，合冷備變壓器高壓側(cè)開關(guān)；

（3）冷備變壓器高壓側(cè)開關(guān)確認(rèn)合位且低壓側(cè)有壓，跳開當(dāng)前工作變壓器低壓側(cè)開關(guān)；

（4）工作變壓器低壓側(cè)開關(guān)確認(rèn)分位，合冷備變壓器低壓側(cè)開關(guān)；

（5）完成后原冷備變壓器轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，原工作變壓器轉(zhuǎn)為熱備狀態(tài)，動(dòng)作完成。

2.3" " 備自投動(dòng)作后自恢復(fù)功能

當(dāng)備自投動(dòng)作后，原失電變壓器恢復(fù)供電，在持續(xù)時(shí)間大于備自投自復(fù)時(shí)間后，返回原有分列運(yùn)行方式。在返回原有分列運(yùn)行方式的過程中，低壓側(cè)母線保持不失電。

2.3.1" " 充電條件

備自投動(dòng)作后，跳開失電變壓器低壓側(cè)開關(guān)，確認(rèn)失電變壓器低壓側(cè)開關(guān)跳開后，瞬時(shí)充電。

2.3.2" " 動(dòng)作邏輯

（1）在充電狀態(tài)下，失電變壓器低壓側(cè)恢復(fù)有壓，開始進(jìn)入備自投自復(fù)功能；

（2）進(jìn)入備自投自復(fù)功能，高壓側(cè)帶電指示持續(xù)有壓指示并經(jīng)過備自投自復(fù)時(shí)間后，啟動(dòng)備自投自復(fù)動(dòng)作；

（3）備自投自復(fù)完成。

當(dāng)進(jìn)入自復(fù)等待時(shí)間時(shí)發(fā)生當(dāng)前工作變壓器失電，且待恢復(fù)電源側(cè)有壓，則不經(jīng)等待直接跳開當(dāng)前工作變壓器低壓側(cè)后，合低壓側(cè)開關(guān)，保證供電連續(xù)性。

3" " 配電房?jī)?nèi)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制功能

3.1" " 分列運(yùn)行轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)判定兩臺(tái)配變綜合負(fù)載率，并進(jìn)行疊加計(jì)算。當(dāng)兩臺(tái)變壓器疊加負(fù)載率在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)小于變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)載率時(shí)，滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行切換條件，啟動(dòng)變壓器分列運(yùn)行轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能，如圖2所示。在切換過程中，為保證低壓側(cè)母線不失電，使用并聯(lián)切換方式，保證合環(huán)運(yùn)行時(shí)間小于200 ms，避免兩臺(tái)變壓器長(zhǎng)時(shí)間合環(huán)運(yùn)行造成其他不良影響。

動(dòng)作過程如下：在系統(tǒng)充電狀態(tài)下，當(dāng)兩臺(tái)變壓器疊加負(fù)載小于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載，持續(xù)時(shí)間大于啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間后，啟動(dòng)變壓器分列運(yùn)行轉(zhuǎn)至經(jīng)濟(jì)運(yùn)行動(dòng)作。具體動(dòng)作流程如圖3所示。

3.2" " 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式中輪流切換功能

在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)判定工作主變低壓側(cè)負(fù)載。當(dāng)負(fù)載在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)小于變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)載占比時(shí)，啟動(dòng)變壓器輪流切換功能，如圖4所示。在切換過程中，保證低壓側(cè)母線不失電，同時(shí)保證合環(huán)運(yùn)行時(shí)間小于200 ms，避免兩臺(tái)變壓器長(zhǎng)時(shí)間合環(huán)運(yùn)行造成其他不良影響。

動(dòng)作過程如下：在充電狀態(tài)下，當(dāng)工作變壓器持續(xù)工作滿足變壓器輪換時(shí)間，并且工作變壓器負(fù)載始終小于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載后，啟動(dòng)變壓器輪流運(yùn)行。具體動(dòng)作流程如圖5所示。

3.3" " 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行轉(zhuǎn)分列運(yùn)行

在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)判定工作主變低壓側(cè)負(fù)載。當(dāng)負(fù)載在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)大于變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)載時(shí)，啟動(dòng)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行轉(zhuǎn)分列運(yùn)行功能，如圖6所示。在切換過程中，保證低壓側(cè)母線不失電，同時(shí)保證合環(huán)運(yùn)行時(shí)間小于200 ms。

動(dòng)作過程如下：在充電狀態(tài)下，當(dāng)工作變壓器持續(xù)工作負(fù)載大于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載，持續(xù)時(shí)間大于返回分列運(yùn)行時(shí)間后，啟動(dòng)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行轉(zhuǎn)至分列運(yùn)行動(dòng)作。具體動(dòng)作流程如圖7所示。

當(dāng)正常運(yùn)行過程中發(fā)生工作變壓器過載時(shí)，經(jīng)短時(shí)設(shè)定時(shí)間后仍持續(xù)過載，則立即開始進(jìn)行切換動(dòng)作。切換過程優(yōu)先遵循并聯(lián)切換方式，當(dāng)同期條件不滿足時(shí)，經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后仍持續(xù)過載，為了保證變壓器運(yùn)行安全，則啟動(dòng)串聯(lián)切換功能，先跳開低壓側(cè)分段開關(guān)，此時(shí)會(huì)發(fā)生無源側(cè)母線（低壓側(cè)Ⅱ母）短暫失電，確認(rèn)分段開關(guān)跳開后合備用變壓器低壓側(cè)開關(guān)，使Ⅱ母重新帶電，完成切換動(dòng)作。

4" " 負(fù)荷智能管理功能

在運(yùn)行過程中，控制設(shè)備和充電樁等可切換負(fù)荷建立通信，控制器實(shí)時(shí)采集配變電氣信息，根據(jù)實(shí)時(shí)變壓器負(fù)載率情況，對(duì)可控制負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)和智能投切操作，保證配電運(yùn)行在安全負(fù)載率下。

控制器監(jiān)測(cè)到分列運(yùn)行情況負(fù)載率超過安全負(fù)載值，則啟動(dòng)負(fù)荷遙調(diào)，下調(diào)可控負(fù)荷負(fù)載值。如超過遙調(diào)控制延時(shí)，或配變負(fù)載率持續(xù)超過安全值，則控制啟動(dòng)智能投切功能，每臺(tái)變壓器均有兩輪負(fù)荷減載與負(fù)荷恢復(fù)功能。

4.1" " 第一輪負(fù)荷減載

當(dāng)變壓器負(fù)載大于安全值并達(dá)到延時(shí)條件，開始啟動(dòng)第一輪負(fù)荷減載，跳開第一輪負(fù)荷減載間隔，確認(rèn)第一輪減載間隔為分位，第一輪減載完成；繼續(xù)對(duì)當(dāng)前負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

當(dāng)?shù)谝惠啘p載完成后，監(jiān)測(cè)到負(fù)載小于負(fù)載安全值，則不再進(jìn)行減載，在滿足條件后開始負(fù)荷恢復(fù)。

4.2" " 第二輪負(fù)荷減載

當(dāng)?shù)谝惠啘p載完成后，監(jiān)測(cè)到負(fù)載率大于負(fù)載安全值，則進(jìn)行第二輪負(fù)荷減載，跳開第二輪負(fù)荷減載間隔，確認(rèn)第二輪減載間隔為分位，第二輪減載完成；繼續(xù)對(duì)當(dāng)前負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.3" " 負(fù)荷恢復(fù)

當(dāng)?shù)谝惠啘p載完成后，在輕載判定周期內(nèi)，負(fù)載率小于加載負(fù)荷安全值，開始進(jìn)行負(fù)荷恢復(fù)；將之前的第一輪減載的間隔進(jìn)行恢復(fù)，合第一輪減載間隔開關(guān)，動(dòng)作完成。

5" " 主站綜合監(jiān)控和管理

控制器具備基礎(chǔ)測(cè)控功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)配變低壓側(cè)的三相電流、三相電壓（或低壓母線電壓）以及各主變的實(shí)時(shí)負(fù)載、綜合電量、同期相角、頻率功能，并具備就地一鍵順控、就地切換主變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式、就地手動(dòng)復(fù)歸以及常規(guī)的開關(guān)遙控分合閘功能。控制器能夠彌補(bǔ)常規(guī)的臺(tái)區(qū)融合終端無法系統(tǒng)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)主變和對(duì)應(yīng)低壓側(cè)臺(tái)區(qū)整體運(yùn)行工況的缺點(diǎn)，能夠?qū)Φ蛪号_(tái)區(qū)互聯(lián)時(shí)每臺(tái)主變的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，能夠更好地反映出配電室內(nèi)變壓器與低壓側(cè)臺(tái)區(qū)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

控制器內(nèi)集成了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及上送功能，設(shè)備所采集信息可通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或4G/5G無線通信模塊直接上送至對(duì)應(yīng)調(diào)度主站，無須通過融合終端、站內(nèi)DTU設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換或二次上送，支持市面上絕大部分規(guī)約，對(duì)主站系統(tǒng)具備極大的兼容性。

6" " 結(jié)語(yǔ)

配電房處于電網(wǎng)最末端，是與用戶直接聯(lián)系部分，其數(shù)量大，自動(dòng)化程度較低，節(jié)能空間大。本文主要針對(duì)提高配電房供電可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求，提出了一套完整控制方案和具體控制策略，具體介紹了低壓備投、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷管理、配電房信息整合等功能。

本文將備自投功能延伸到配電房低壓側(cè)，同時(shí)支持負(fù)荷管理、配電房信息整合功能，提高了供電末端可靠性，在比較少的投資下，提高了整體供電質(zhì)量。本文同時(shí)結(jié)合變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求，有效統(tǒng)一經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可靠性要求，在滿足供電質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)配電房變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有良好的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2023-01-05

作者簡(jiǎn)介：李可雨（2002—），女，江蘇連云港人，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。