配电网一二次融合关键技术运用

陈 雯

(国网厦门供电公司)

0 引言

在当前智能电网建设进程逐渐深入的背景下, 我国电网的实际运行质量得到了极大提高, 有效提升了广大群众对于供电企业高质量服务的满意度。一二次融合技术的发展, 推动了现有供电设备的研发升级,提高了整个配电网的智能化、信息化水准, 实现了电力系统运行能力的全面提升。由此, 就需要相关人员积极对配电网一二次融合技术进行深入探究, 为后续的技术创新打下坚实基础。

1 一二次融合关键技术内容

1.1 一体化检测技术

如图1 所示, 一二次融合技术中的一体化检测主要是以信息技术与物联网技术为基础, 创建了综合检测系统平台, 主要由录波仪、检测软件、开入开出通道、综合切换装置、一次信号驱动器、二次电压电流源、一次电压电流功率源、多通道高精度标准表等模块构成, 实际使用期间可同时针对单台或多台设备开展网架级检验, 同时利用多通道精度检测、HIL 一次侧注入FA 检测、高精度故障反演、自动化流程控制等模块, 实现设备核心部件的精准检测, 有效提升设备运行效率及安全性。在创新组态式动模平台期间,可引进合闸角故障仿真及可视化组态建模两类先进技术, 为后续一二次融合设备的研发提供技术支撑。

图1 一二次融合综合测试系统示意图

在开展单台设备的一体化检测期间, 其具体工作原理如下: 若是电压电流功率源在经过一次信号驱动器升压升流后可得到相幅值为11kV 的一次模拟电压及720A 稳态电流、1000A 暂态电流, 则该电压及电流在可沿着高压电缆进入智能开关, 并经过CT、PT 一次航插接口实现与综合切换装置的有效连接, 然后通过相应的切换装置, 由二次航插接口实现与智能开关控制端子的有效连接, 再利用切换装置与相进行有效连接,最后开入开出通道、多通道高精度表、二次电压电流功率源等可通过已有的信号输出线与切换装置相连。

在开展多台设备的网架级检测期间, 其具体工作原理如下: 一侧测试系统主要以HIL 一次侧注入FA组态式动模检测为基础, 综合参考多样化负载率、负载类型、故障场景、容流规模、中性点接地方式等内容, 利用检测接口接入待测配电终端, 此时可对FA系统开展功能测试。在此期间, 相关技术人员应提前制作网络拓扑图, 并依据给定的组态导引流程完成一次网络接线作业, 此时可针对各实验情境落实全方位部署。利用系统已有软件, 可依次完成实验检测。当全部检测结束后, 该系统可自行制作相应报告, 为后续的设备养护工作提供有效参考。

从实际情况来看, 一体化检测具有便捷、灵活的优点, 一方面可判断FA 组态式动模检测系统的逻辑故障、通信故障、开关故障, 另一方面也可在面对变压器空投、大负荷投切等条件时利用FA 逻辑进行合理检测, 此时FA 组态式动模检测系统可有效提高配电网检测的精确性及可靠性, 进一步带动整个配电网领域的有序发展。

1.2 故障隔离与自愈技术

一二次融合设备主要利用了遍历算法智能识别配电网拓扑图形, 具有扩展性强、配置简单、辐射范围广、可视化高的特点, 可满足花瓣型环网、链式双环网、辐射型网络、链式单环网等标准拓扑网络, 同时也可应用于多联络、多T 节、多电源的复杂结构。对于区域型终端, 可与该区域内的所有单元配电终端开展GOOSE 信息交互, 再通过网络拓扑及时获取的相应故障信息, 有针对性提出非故障区域的供电恢复方法。对于单元型终端, 可实时收集相关开关信息, 同时也具有故障定位、隔离的作用, 能够以GOOSE 报文的方式将信息传递至区域型终端, 在该区域部件接受到相应控制指令后可开展自愈分合闸动作[1]。

1.3 单稳态分相直控永磁机构

相较于以往的弹簧机构, 单稳态分相直控永磁机构主要利用了纵向前后对称的分布方式, 其中使用的三相为相对独立的模块, 整体传动结构简单, 所需零器件较少, 仅由七个零器件构成, 可独立完成直线运行, 无需额外加入机械锁扣连杆、储能电机、分闸线圈等部件, 使用寿命长达10 万次。综上, 单稳态分相直控永磁机构的使用优势主要体现为以下三点: 第一操作结构较为简单, 第二设备免维护且使用时限长, 第三机构可靠有保障。

单稳态分相直控永磁机构大多采用了双断口磁路结构, 具有反映速度快、分闸时间短的优势。一般来说, 其分闸时间不大于15ms, 合闸时间不大于25ms。若是在相同的合闸电流影响下, 合闸状态下产生的维持力更大。另外, 单稳态分相直控永磁机构也具有体积小、能耗小、可满足独立安装的使用要求。该机构的驱动模块则主要利用了IGBT 控制技术, 整体驱动力得到了有效加强, 可及时发现、诊断并处理已有故障。此外, 该机构自身也具有一定的防抖性能, 可极大限度避免外界环境变动对其正常运行造成干扰或误动, 有效提高机构使用可靠性, 同时单稳态分相直控永磁机构中自带的监测回路, 也可对线路运行状态进行实时检修, 及时排除故障风险, 同时该机构的控制器自身也加配了后备电源, 可极大降低运营成本, 避免出现不必要的成本浪费。

1.4 WebServer 运维技术

从现阶段的实际情况进行分析, 配电网的运维及终端业务软件已基本形成了独立状态。从硬件角度来看, WebServer 运维技术的引进使得不同的硬件均具备了单独的物理连接端口, 由此可实现核心业务、维护保障等工作环节的彼此分离。在使用WebServer 运维技术落实运维端口管理作业期间, 常默认TFTP-69、HTTPS-443 等端口处于关闭状态, 仅在特定的运维状态下方可开放使用。WebServer 的运维技术除了需同时满足南网数字证书、国网数字证书的双向身份认证, 也需要具备加密芯片、保护信息安全的重要作用, 具体的运维系统示意图如图2[2]。

图2 WebServer 的运维示意图

1.5 接口匹配与防护

为确保各电力应用单位可贯彻落实一二级接口匹配与防护工作, 相关技术人员应当针对现有设备管理标准及设计文件对各接口进行标准化设计与标注, 并针对不同地域的配电市场需求开展深入的分析归类,找到其异同点, 并综合考虑后续的更新升级需要, 确保设备具有良好的扩展性及兼容性, 贴合不同地域、时期的群众用电需求。在落实一二次设备接口标准化设计期间, 应当注意全面考虑控制接口、扩展接口、测量接口、通信接口的使用功能, 落实参数保护、通信约束等标准化设计内容。参数保护标准化设计应引进电流保护标准化设计原则及小电流接地保护参数标准化设计, 同时也应建立FA 保护标准; 拓展接口则需要相关技术人员综合地域拓展功能开展标准化设计;通信约束标准化设计要求各技术人员严格遵循国际级别的通信标准规约, 并响应当地的扩展规约标准化设计原则; 接口功能标准化设计主要需对接口尺寸定义、接口电平匹配及接口容量开展标准化设计, 保证最终得到的设计结果满足实际的配电网使用发展标准。

若是在施工期间应用了全密封式的共箱式开关结构, 需充分突出其良好的绝缘性及密封性, 若是想要保证各控制单元可满足户外防范需要, 如在设计柱上FTU 时, 可利用防护等级为IP67 的特殊架构, 常见为非金属全密封罩式结构, 可起到防潮、防霜、防露、防冻等要求。在设计电缆等设备控制模块时, 则可依据实际使用需要灵活选择分布式结构或开关柜一体化两种设计方式, 由设备供应商直接在生产加工期间直接完成一二次联调作业, 进而有效避免施工现场完成接线、配线、调试作业, 降低工作量及工作难度, 提高作业安全性及可靠性。

1.6 设备联动测试机制

在设备层设计一二次融合设备期间, 需完成三种不同类型的检测, 具体有一、二次设备风别检测及设备的整体检测实验, 此时相关技术人员应注意严格遵循已有的测试要求, 规范技术人员的检测行为, 同时也需要依据实际市场需求对产品功能进行丰富、升级、创新, 并通过大量的测试为设备及技术研发积累大量的数据资源。需注意, 相关技术人员需将检测重点放在判断设备的适应力、精确性、可靠性上, 同时也需着重判断该设备是否满足用户的实际用电诉求[3]。

2 几种分压方式比较及取能方案

2.1 电阻式分压器

该分压器主要以串联电阻的方式进行作业, 内部为纯电阻结构, 具体分压计算方式如下:

U2=R2/(R1+R2)×U1

使用该分压方式的优点在于结构简单、使用简便、测量精确且具有一定的稳定性, 但其不足在于极易受到外界环境的影响出现发热情况, 以此为基础设计的电阻式互感器将存在绝缘性、抗干扰能力差等问题。

2.2 阻容式分压器

该分压器主要由电容及电阻器件构成, 具体的分压计算方式如下:

β=U2/U1= (R1(1+jωR2C2)+R2(1+jωR1C1))/(R2(1+jωR1C1))

该分压器也称阻尼电容分压器, 其使用优势在于低频及高频性能较为突出, 精确度高、能耗低且绝缘性强,但不足之处在于高阻阻值不高, 电容网络实验较为复杂,且在接入电阻后将在一定程度上影响其响应时间。

2.3 纯电容分压器

该分压器的计算公式如下:

低压侧输入电压=C1/(C1+C2)×高压侧输入电压

由于该分压器使用了高低压侧容抗值进行作业,因此可避免出现电气隔离问题, 耐压性较强, 不易被击穿。通过深入分析可知, 以此为基础设计的电子式互感器能耗低、体积小、绝缘性能较高, 加之由于使用了同一元件, 因此在选择低压侧分压时不会出现较大波动或铁磁谐振问题。

2.4 一二次融合断路器取能计算

以10kV 一二次融合断路器取能方式为例, 若是以纯容分压器作为分压元件, 假设负载R为所求支路, 设计取能电路如图3 (a)。

图3 取能原理示意图

依据相关公式可计算具体的开路电压:

Uab=〚U1C〛1/(C1+C2)

此时,Uab即为C2两侧电压, 若是此时将C1、C2的大小分别设计为20nF 及1μF, 且电压源电路可完全抵消C1、C2, 则此时可获取电源等效阻抗RL, 假设RL+R为待计算支路, 则开路电压为Uab, 若等效阻抗可忽略不计, 可将电路简化为图3 (b)。若电感L与C1、C2的并联值相同, 则此时RL+R为理想电压源, 若是假设P=U2/R, 则公式可得到公式

UR= (RUab)/(RL+R)

P= ((RUab)/(RL+R))^2/R

= (R〚Uab〛^2)/(RL+R)^2

若是想要获取最大取能值, 则需保证下式分母取最小值

1/(〚RL〛^2/R+R+2RL)

最终可得到下式

1/(22500/R+R+300°)

若此时(22500/R) +R≥2√(22500), 则此时P取最大值, 解得R=150Ω,P=20.16W, 即该取能方式可获取的最大取能值为20.16W[4]。

3 结束语

综上而言, 一二次融合技术在一定程度上起到了维持配电网的稳定运行的作用, 相关技术人员可对其进行深入分析, 从一体化检测技术、故障隔离与自愈技术、单稳态分相直控永磁机构、WebServer 的运维技术、接口匹配与防护、设备联动测试机制等方面入手, 保障供电质量的显著提高, 从被动管理到主动管理, 集保护、管控、监测于一体, 为后续电力系统供电安全创造有利条件, 推动配电网基础设施建设的智能化、规范化发展。