居民配电工程移动试验平台研究

刘 全，吴木木，袁 超，陈 迟

（江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 211100）

居配工程即新建居住区配电工程，它属于配电网工程的一个分支，主要内容是对居民小区供配电设施的新建、后期运行与维护、抢修与更新改造等。其中的供配电设施是指从公共电网的电源点起至居民以及低压公用电气设施的产权分界处止的所有电气设施。随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，房地产行业的规模呈现出爆发式的增长，大规模的居民小区相继落成。居住区电力建设质量不仅影响房产的售价，更是关系到居民的人身安全[1-2]。住宅小区10 kV供配电系统作为住宅小区主要供电系统，是确保住宅小区供电稳定性的关键[3-5]。近年来，新建居民供配电设施建设维护管理也成为社会关注热点、国家监管重点[6]。

居民小区供配电设施是配电网的重要组成部分，担负着居民生活安全、可靠、持续供电任务。合理的供配电设计，能够有效保证居民用电的经济型、安全性、可靠性，但是由于各种因素的相互作用、共同影响，实际的住宅供配电设计仍然存在很多缺陷，这给居民配电系统的常规及故障试验也带来一定挑战[7-9]。另外，随着社会经济建设快速发展，小区配套的供配电设施产权归属与运行维护间的矛盾越来越突出。当前，居民小区供配电设施无偿移交给供电企业成为当前较为通用的做法，但是后续的设备维护、改造升级给供电企业带来了一定的安全风险和资金压力[10]。

一般来讲，居民配电设备建设完成后需要进行一系列的交接试验项目，对一些重要的电气设备如变压器、互感器等需要进行预防性试验，而电气设备在运行中为判断其是否存在缺陷或潜伏性故障还需要进行必要的检查试验，这些电气试验是保证配电系统正常运行的重要环节。近年来，居民小区配电室的数量增长快且设备情况复杂，以致出现巡视效果不理想、缺陷和事故处理不及时等问题[11]。而居民小区建成初期变压器投运之后，除发生停电事故外，供电部门不再进行管理，无论小区配电变压器的负载率多少，一律将配电变压器全部投入运行。这往往会出现变压器轻、空载运行现象，部分变压器也会出现重、过载运行。变压器的各种不经济运行状态，不仅造成能源的极大浪费，而且还会缩短变压器的寿命[12]。配电变压器是配电网电能运输的核心设备，若发生故障而不及时进行维修会引起大面积停电，从而严重影响居民的生活，因此对配电变压器进行实时监测与故障定位是保障配电网安全稳定运行的关键性步骤[13]。

传统的电气试验一般都是由试验人员携带专用成套试验仪器和设备到现场开展测试、记录等，这一方面耗时耗力，另一方面也存在一些潜在的安全隐患及无法保证数据真实反映设备的运行状况的问题[14-19]。

近年来，国内外一些厂家研发的各类综合试验车，将试验所需专用仪器设备集成在一辆车上，形成一个集成的移动试验平台。电力综合试验车具有高可靠性、高准确性、高稳定性、高集成性、高适应性等特点，它不仅免除了人工搬运设备、人工接线拆线等环节，还可以对试验设备、试验过程及数据记录分析等进行规范化管理，可以大大提高现场试验的效率，提高居民小区供配电的可靠性[20]。

国内的此类电气试验车的设计和生产主要有苏州华电电气技术有限公司、上海思源电气股份有限公司等厂家和西南交通大学等高校，目前针对高压电气试验车的总体设计和软件设计方面有较多的研究[21-23]。如文献[24]介绍了用Delphi为动态报表随机填写备注的基本思路和在电气试验车上的实现方法；文献[21]采用数据库和专家系统技术，开发了电气试验系统软件；文献[25]在电气试验车研发中心采用了全新的虚拟现场总线Modbus协议技术，使电气试验车测控软件可以用统一的方式控制各个检测设备，提高了电气试验车的系统集成度和设备兼容性。然而，目前专门用于居配工程的电气试验车的研究并不多见。

本文设计了一种带试验平台的居配试验车来取代传统的“搬来搬去、接来接去”的繁杂的人工高强度低效率的现场检修试验工作，可以真正实现配网电气设备的自动换线检测，对多种类型的高低压电气试验接线进行简化，将传统的由人工进行不同试验接线的切换转变为装置的内部切换。另外，采用现场试验中控管理平台，可以做到检测过程“一键完成”、避免检测数据受人为干扰，实现检测任务、检测状态、检测数据远程信息互联。本文研究的居配工程试验车可以大大降低配电网电气设备试验对人工的依赖，提高试验效率和可靠性。

1 居配试验车结构

本文设计的居配试验车以蓝牌中型客车载体为改装主体，车长不超过6 m、车高不超过2.6 m、车宽不超过2.1 m、整备质量不大于4 250 kg；驾乘人员不少于5人，具备驾乘办公区、设备区和升降区，如图1所示。本文设计的居配试验车采用新时代全顺 JX6601TA-N6中型客车改装。为了保证轴荷分配以及行驶稳定性，整车采用了U形对称布置。新时代全顺 JX6601TA-N6中型客车参数：最大允许总质量4 250 kg；前轴允许最大载质量1 450 g；后轴允许最大载质量2 800 kg；前桥中心至后桥中心轴距3 750 mm；轮距1 642 mm；车体质量2 710 kg。根据《机动车运行安全技术条件》（GB 7258—2012）要求以及《汽车质量（重量）参数测定方法》（GB/T 12674—1990）对车体自重、改装增重、自制件以及上装设备的质量分析计算，估算出居配试验车的质心位置、轴荷分配、行驶稳定性，以求与整车系统和谐适配，从而保证整车系统符合原车的性能要求。居配试验车在空载、静载状态下最大左侧倾稳定角 41.8°，最大右侧倾稳定角 41.7°，满足GB 7258—2012中“总质量为车辆整备质量的 1.2 倍以下的车辆类别，最大侧倾稳定角不得小于30°”的要求。

2 居配试验车电气试验装置

本文研究的居配工程试验车可以实现配网电气设备的自动换线检测，将多种类型的电气试验接线进行简化，将传统的由人工进行不同试验接线的切换转变为装置的内部切换，可以降低配电网电气设备试验对人工的依赖，提高试验效率和可靠性。

居配工程试验车的电气试验部分的原理如图2所示。该试验车可实现居民小区配电工程的多设备和多参数测量，以配电变压器和电磁互感器为例，可以进行变压器绕组直流绝缘电阻及吸收比测量、绕组连同套管的直流电阻测量、电压比测量和连接组标点检测、外置耐压试验、绕组电容及介质损耗因数测量等试验。由图2可知，本试验车的试验项目不仅包含电压的绝缘试验，还包含大电流的材料特性试验，并且每项试验的接线都不同。为了满足自动换线的要求，本文设计了一种对设备只需要一次接线，由设备内部进行换线的总集成设备，可以同时满足电气试验中绝缘测量、特性试验的要求和不同试验项目接线的要求，设备外观如图3所示。

在配网设备电气试验的过程中，由于同一设备的不同试验项目，所需测试数据的特征相差很大，因此无论是不同试验的接线方法还是测量对象所需要的连接材料性能均存在较大的要求差异。目前，国内同类测试设备仅仅可实现对绝缘等级相同、被试设备上接线方式相似的试验进行集成，但并未从根本上解决试验换线的问题。

图2 变压器及互感器模块投切原理Fig.2 Transformer and transformer module switching principle

图3 高低压电气试验装置外观Fig.3 Appearance of high and low voltage electrical test device

本文中的电气试验装置彻底解决了高低压共存下设备多种试验的仪器集成。该装置将被试设备上的连接方式固定，通过测试设备的后置开关内部切线进行不同试验件的倒换，在选择接线材料时同时满足了不同绝缘、热量的要求。电气试验装置采用专用的高低压试验换线开关装置，采取全绝缘设计，将被试设备的高压端采用三相高压绝缘出线与开关通过快速插拔终端进行连接，将测试设备的出线通过相应电压等级的电缆直接连接至开关内，定接触环的内电极上，不同连接方式的转换通过直流电机驱动转枢轴改变接点位置完成，从而实现自动换线。

以配电变压器为例，简单介绍其电气试验方法，接线方式如图4所示。

图4 配电变压器试验接线Fig.4 Wiring diagram of distribution transformer testing

（1）绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量，吸收比测量（AI-6000AX）。①高对低及地：高压侧ABC短接，低压侧abc短接接地，高压输出HV接高压侧；②低对高及地：高压侧ABC短接接地，低压侧abc短接，高压输出HV接低压侧；③绕组对地：高压侧ABC与低压侧abc短接，高压输出HV接ABC。

（2）绝缘系统电容的介质损耗因数（tanδ）测量（AI-6000AX）。①高对低及地：高压侧ABC短接，低压侧abc短接接地，高压输出HV接高压侧；②低对高及地：高压侧ABC短接接地，低压侧abc短接，高压输出HV接低压侧。

（3） 绕组直流电组电阻测量。把被测试品通过专用电缆与本机的测试接线柱连接，连接牢固，同时把地线接好，如图5所示。

图5 直流电阻测量接线Fig.5 DC resistance measures wiring

（4）变压器变比测量。单相变比接线如图6所示（不使用的测试线悬空即可）。三相变比接线如图7所示。①配变变比高压侧试线接变压器A、B、C端子，低压测试线接a、b、c；②互感器变比同单相变比接线，高压侧试线接黄绿夹子对应接A、N；③低压测试线黄绿夹子对应接IaIn。

图6 单相变比接线Fig.6 Single-phase ratio wiring

图7 三相变比接线Fig.7 Three-phase ratio wiring

（5）空载损耗测量。试验接线如图8所示。

图8 空载损耗试验接线Fig.8 No-load loss test wiring

将三相电源的Ua、Ub、Uc分别接入仪器输入端子的IA、IB、IC，将仪器的输出端子Ia、Ib、Ic及Ua、Ub、Uc分别接到变压器的低压侧，如变压器有中性点，将中性点接到仪器的Uo接线端子，变压器的高压侧开路。

（6）负载损耗测量试验。试验接线图如图9所示。将三相电源的Ua、Ub、Uc分别接入仪器输入端子的IA、IB、IC，将仪器的输出端子Ia、IbIc及Ua、Ub、Uc分别接到变压器的高压侧，如变压器有中性点，将中性点接到仪器的Uo接线端子，变压器的低压侧用铜牌短接。

（7）交流耐压试验。变频电源输出A、C至干式变压器输入端，变压器测量端接表计，变压器高压输

图9 负载损耗试验接线Fig.9 Load loss test wiring

出至被试变压器，变压器高压侧ABC短接，低压侧abc短接接地。

3 居配试验车软件部分

3.1 软件系统总体架构

居配现场试验中控管理平台软件系统主要包括现场试验中控管理系统和移动检测平台软件系统两个部分。系统采用基于SQL2016+Server+Client的C/S（Client/Server客户端/服务器）数据库应用系统，平台软件系统如图10所示。

图10 居配试验车现场试验中控平台软件系统Fig.10 Software system of the central control platform

软件系统预置用于数据库管理及数据通信的常用接口，从而实现检测任务、检测状态、检测数据的远程信息互联。中控管理平台作为客户端，远程管理平台作为服务器端，支持C/S架构，使用请求（Request）、响应（Response）机制进行数据交互；同时支持B/S（Browser/Server）架构，使用HTTP请求，调用RESTFUL接口，利用JSON、XML数据进行交互。系统使用无线WiFi模块，将所有设备接口统一为WiFi接口，组建WiFi局域网，将移动检测平台与便携式只能试验模块连接在一个网络中。同时，系统还支持第三方检测模块以WiFi、蓝牙等物理接口，SQL数据接口等方式进行数据访问。

3.2 现场试验中控管理系统

现场试验中控管理系统运行于平台配置的特种加固计算机平台，通过该系统可以实现整个检测过程及检测数据的管控，软件系统的框架如图11所示。

图11 现场试验中控管理系统Fig.11 Central control management system

中控管理系统分为试验管理平台、移动试验平台、系统参数配置平台3个部分。试验管理平台主要包含测试人员管理、设备管理、物资档案信息管理、试验方案管理、试验任务管理5大模块；移动检测平台主要用于管控各个检测模块以及切换线装置等检测设备，移动试验平台在接收试验管理平台下发的任务单后，即按预定试验流程，全程管控整个测试流程。检测管控平台将检测任务下发至移动检测平台后，测试流程管控分为测试准备阶段、测试阶段以及测试完成阶段，实现检测过程“一键完成”、避免检测数据受人为干扰，并能对检测结果做出初步研判，并自动归集至试验管理平台，形成检测报告；系统设置平台主要包含用户及权限管理模块、网络管理模块以及系统所需基本参数的管理。

中控管理系统实现对配电设备全智能化检测流程控制，检测任务实时监控，对检测结果数据进行统一自动化归集。同时该系统还提供了针对第3方集成检测模块的通信接口，具备强大的扩展性。

3.2.1 试验管理平台

试验管理平台主要分为人员管理、设备管理、物资档案信息管理、试验方案管理和试验任务管理5个模块。人员管理主要是试验人员进行的台账管理，该数据主要用于在“测试流程管控中”测试准备阶段的人员分配管理以及数据溯源时对试验人员的查询，主要信息包括人员编号、姓名、职务、试验班组等。设备管理包含配电设备管理和检测模块管理，是针对居配检测的对象进行统一的管理，设备信息包含设备编号、设备类型、设备名称、生产单位、规格型号、生产日期、设备位置等。检测模块可实现移动试验车试验平台的7台便携式只能检测模块的统一管理，同时也为后续的试验任务查询提供数据支持。物资档案信息管理主要针对移动装载车辆和部分手持检测仪及辅助设施的信息台账管理。试验方案管理包括试验项目模板管理、报告模板管理和检测标准管理，如图12所示。可以实现检测能力的高效配置以及报告模板和检测标准的快速调用。

图12 试验报告界面Fig.12 Testing report interface

试验任务管理包含任务下单、任务查询、历史数据查询、试验数据分析、试验报告管理5个模块。可实现检测任务的“一键生成”、分析规划和分解下发，如图13所示。在试品任务下发前，还可实时查看所有任务的当前状态和试品的信息，而试验管理人员也可以修改制定试品的视频参数和试验项目，实时管控检测任务。任务下发后，试验管理人员还可以在试验管理平台实时查看所有任务的当前状态和试品信息，测试人员也可以在移动检测平台实时查看所有任务的当前状态和试品信息，但此时试品参数和试验项目均不可再修改，充分保证测试任务和测试过程的规范性和数据的有效性。另外还可按日期、地点、设备类型、试验项目等进行设备历史试验数据和结果的查询，以及试验数据的统计、分析、展示等功能和试验报告的管理功能。

3.2.2 移动试验平台

移动试验平台在接收试验管理平台下发的任务单后，即按预定试验流程，全程管控整个测试流程。试验界面如图14所示。

图13 任务下单框图Fig.13 Block diagram of the task ordering

在测试准备阶段为所选检测项目分配试验人员并指定试验负责人；检测人员接到检测任务后登陆检测模块配置平台，提取检测设备，搭建移动检测平台、视频监控设备，为分配的检测项目配置好检测模块；通过环境检测设备取得现场温湿度及天气信息。

图14 试验界面示例Fig.14 Testing interface example

在测试阶段，检测人员根据检测平台的操作提示进行接线，操作仪器进行测量；移动检测平台将实时获取测量数据，并对测试结果数据进行初步研判。移动检测平台根据检测任务要求的检测项目逐项完成试验，试验完成自动生成检测报告。同时，通过监测人员佩戴的视频系统管控人员的工位、工作状态等。移动检测平台还会实时监控本平台内所有检测模块的状态，继续实时显示环境检测设备取得的现场温湿度及天气信息。在测试完成阶段，保存所有测试的原始数据及结论，通过人员佩戴的视频系统管控试验人员的收尾工作。管控检测模块的位置，状态是否放置在指定位置以及继续实时显示环境检测设备取得的现场温湿度及天气信息。试验平台软件系统应用通用的 SQL 数据库和基于 C/S 结构的软件系统框架，系统的稳定性，和后期扩展性也大为提高，数据稳定，数据持久化保存到磁盘，一般没有丢失数据风险，支持海量数据存储；最常用的关系型数据库产品 MySql、Oracle 服务器性能卓越，服务稳定，通常很少出现宕机异常；一键化试验流程操作，最大化减轻软件操控的复杂度，提升工程使用过程中的操作难度。

综上，通过中控管理平台软件可以实现对配电设备全智能化检测流程控制，检测任务实时监控，并对检测结果数据进行统一自动化归集。

4 结论

（1）以新时代全顺 JX6601TA-N6 中型客车改装的居配工程车，轴荷分配以及行驶稳定性满足GB 7258—2012。

（2）本文研究的居配工程试验车可以真正实现配网电气设备的自动换线检测，对多种类型的高低压电气试验接线进行简化，将传统的由人工进行不同试验接线的切换转变为装置的内部切换，可以降低配电网电气设备试验对人工的依赖，大大提高试验效率和可靠性。

（3）居配现场试验中控管理平台软件系统可以实现对配电设备全智能化检测流程控制，检测任务实时监控，对检测结果数据进行统一自动化归集。同时，该系统还提供了针对第3方集成检测模块的通信接口，具备强大的扩展性。