配网发电机保电不停电作业的探索和应用

国网浙江省电力有限公司建德市供电公司 谢 铖 石广森 王 森

随着供电可靠性要求的不断提升，应用0.4kV 发电机进行保供电已从向传统的重要用户的备用保电和电网停电后的应急供电转变为配网可靠运行、检修的重要支撑手段，涵盖配网用户接入、缺陷处理、设备定期检修、维护、事故处理，以及上级电网检修等各个环节。

在新时期的供电可靠性要求下，保供电专业和配网不停电专业实现有机结合已成必然趋势，通过实现两专业的高效联动，将不停电作业的技术、方案运用到低压保供电中，满足低压用户持续不间断供电的需求。

1 配网发电机保电工作中实现不停电作业的难点和问题

目前低压发电机（车）供电前，需先停止市电再投运发电机，后续检修完毕市电恢复供电前也需要停止发电机供电后再输送市电。相当于一次保供电服务，用户侧要有两次停电，每次需要10～60min 的停电倒电时间，用户有明显的停电感知，易引发投诉[1]。

配网中应用低压发电机保供电，要实现全过程用户不停电，现阶段存在较多难点和困难。

第一，不停电作业的前提是发电机等设备在市电不停电的情况下接入。目前发电机采用最常规的铜鼻子连接，连接时需停电，连接所耗费的时间长，现场环境复杂导致可靠性和安全性较低。如改为大电流快速插拔头连接方式，需安排停电施工，耗资大，时间长，大量的存量配电柜无法改造。

第二，发电机和市电同期并网，需满足多个条件。一是同期前必须对市电和发电机两侧进行核相；二是同期并网需同时满足两侧电压差、频率差和相位角差等条件，方能实现无冲击并网；三是同期成功后要实现市电和发电机之间负荷转移。这些都需要依靠控制器等智能控制设备实现，而目前使用的低压发电机均为最简单的型号，没有上述功能。

第三，因保供电需要，现有低压发电机使用频率高，无法长时间停运按常规技术思路做复杂改造。

第四，限于现场环境和人员专业程度，不易接受较复杂的操作流程。

2 配网保供电不停电作业基本原理研究

2.1 带电作业技术研究

通过推广带电作业技术应用来提高供电可靠性已得到普遍认可。配电网带电作业可以分成两种方式：一是采用绝缘的方式进行带电操作；二是利用绝缘的工具进行作业。

2.1.1 按绝缘的方式进行带电作业

该类作业可以分成直接法和间接法两种。其中直接法是指作业人员利用高空作业车上面的绝缘斗臂直接与带静电体接近，工作人员穿戴好绝缘类的防护用品直接进行作业。而间接法是指以绝缘器具为主，以绝缘穿戴用品为辅的作业方法。

2.1.2 按绝缘的工具进行带电作业

该类作业分成三类，主要有三种工具：绝缘杆、绝缘平台和绝缘斗。其中绝缘杆作业较为普遍，在配网环境中，如需进行带电维修和生产，交通和地形等会对作业产生一定的障碍，利用绝缘杆等带电搭接取电作业技术，可以解决这些问题，在提高新用户设备接入和临时电源搭建的可靠性、快速提供应急抢险用电等方面发挥重要作用。

2.2 同期并网策略探索

2.2.1 并网类型

系统并网可分为差频并网和同频并网两种模式。差频并网要求两侧的压差和频差满足整定值的情况下捕捉到第一次出现零相角差时完成并网。同频并网是两侧为同一系统，具有相同的频率，但存在压差和相角差（即功角），检测功角小于整定角度且压差满足要求时完成并网。发电机保供电时，与市电并网属于差频并网。

2.2.2 发电机并网的几种方式

手动方式并网。手动方式是指手动调整柴油发电机组转速和电压，参数以同步表和电压表为参考，在人工确认后手动控制开关合分闸实现与市电同期并网，此方法的弊端是同期时点的准确性较差，稍有不慎容易对发电机组造成冲击，后续无法精准的进行负载分配，总体而言可靠性较差，有安全隐患风险。

功能模块组合并网。由多种功能模块相结合，系统结构复杂，故障率较高。此种方式主要是采用同步追踪器、负载分配器和界面转换实现柴油发电机组与市电并网功能。并网控制器并网。采用先进微型电脑处理器技术，集发电机组控制、保护和自动追踪同期并网功能为一体，功能较全面。

2.3 低压发电机保供电不停电作业智能控制方法

结合上述探索和研究，提出了一种低压发电机保电不停电作业智能控制方法。本方法解决了现有配电柜的带电接入问题，无须改造，能适用现有90%以上的柜体。用简单可靠的方法实现市电上下端和发电机三侧核相（VX1,VX2,VX3）。两次同期并网（发电机投运并网、市电复电并网）依靠控制器采样和算法与低压断路器实现，无须人工干预。并网后能实现功率管理和负荷转移，使发电机和市电平稳过渡[2]。

如图1所示，首先采用带电作业技术和工具将旁路电缆接入低压总闸刀的上端和下端，实现市电的旁路连接和发电机的带电连接。

图1 作业方法设备连接示意图

对市电上下端和发电机三侧核相无误后，触发控制器发出合闸命令合上2DL 开关，导通市电旁路回路。再一次触发控制器，自动检测市电和发电机两侧参数（压差、频差、相位角差），控制器算法会精准捕捉并网时机并向1DL 开关发出合闸命令，合闸成功后将发电机并入电网。

拉开低压总闸刀，使市电主回路分断，触发控制器，控制器在确认负荷平稳转移至发电机后，发出命令分断2DL 开关，此时负载由发电机独立供电。而后可拉开高压侧跌落式熔断器，进行电网侧配电检修工作。

检修完毕高压送电，对市电上下端和发电机三侧核相无误后，触发控制器，自动检测市电和发电机两侧参数（压差、频差、相位角差），控制器算法会精准捕捉并网时机并向2DL 开关发出合闸命令，合闸成功后将市电和发电机并网。

合上低压总闸刀，使市电主回路导通。分断1DL 开关和2DL 开关，退出市电旁路和发电机，此时负载由市电独立供电。最后带电退出低压总闸上下端旁路电缆。根据以上方法，保供电两次电源切换，用户侧均实现了停电零感知。

3 装置设计

上述低压发电机保电不停电作业智能控制方法，为实现配网保供电不停电作业提供了技术支撑，但要落地为保供电工作中实际应用，须将方案转化为一套智能控制装置，该装置具备以下特点。

集成化和小型化。发电机工作频率高，无法长时间停运,做复杂改造，因此要求装置模块化，规格尺寸适合内嵌至低压发电机内部，成为其配套设备，且只需简单接线后即可随发电机使用。如图1所示，装置将多种元件和功能设计在一起，高度集成。

操作直观和简便。配网保供电工作中，面临环境多样，情况较复杂。装置操作应简单直观，关键逻辑动作都应自动化、智能化，避免人工过多操作和干预。

适用面广。目前，电力公司配备多种低压发电机和发电车，装置的规格尺寸、接线要求和功能应适配多型号多品牌发电机和发电车。

3.1 快速取电夹钳设计

从采用绝缘杆作业法进行间接作业思路出发，设计了一种快速取电夹钳。该设备主要由铜夹头和套管式绝缘螺杆组成。

铜夹头上部设计有螺孔，压接铜鼻子的电缆可通过螺丝和螺孔固定的方式与夹钳一体化连接。铜夹头钳口夹住带电的汇流母排后，绝缘螺杆两段套管做旋转式配合，内部金属顶杆推进后将夹钳固定在母排上实现带电接入。在进行带电接入操作时，须采取绝缘隔离或遮蔽措施。

本方案产品与国外同类产品相比，操作简单，符合电力公司操作习惯，成本具有明显优势。

3.2 同期并网控制器策略制定

根据低压发电机和电网差频并网的特性，笔者测试了多款同期并网控制器，如单对象微机同期装置、发电机组并联控制器等，经过多次试验和实地运行，最终制定了符合保供电不停电实际需要的同期并网策略[3]，如图2所示。

图2 同期并网策略流程

3.3 快速插接设计

保电不停电作业需要2套电缆，使市电主回路低压总闸刀上下端与装置的铜排（电网侧、负荷侧）带电连接。考虑到装置内嵌至发电机使用，接线间距小，需有电气安全距离和绝缘措施，所以电缆和装置连接采用快速插拔头和快速插座方式，达到“即插即用”的效果[4]。

插头和插座之间连接有特殊的卡栓锁紧结构，能防止意外断开。防护等级按IP67标准设计和制造。插头上附属的色带环和插座保护盖有相同的颜色来一一对应，确保正确识别和连接。

3.4 核相操作设计

同期并网要求电网侧和发电机侧相序保持一致，核相正确后方能进行下一步操作，核相结果需向操作人员直观展示。综合考虑后选用三只三相相序表和转换开关配套使用，采样取自装置内部铜排，核相设备内嵌至装置正面，方便操作人员使用和观察。

3.5 整体结构和界面设计

将控制器、电缆带电取电和快速连接、分合闸低压断路器、核相操作、电参数显示和操作按钮进行了一体化设计，实现了集成化和小型化，人工操作步骤简单，能和多种低压发电机和发电车内嵌式配套使用，如图3所示。

图3 装置布局示意

4 实际应用

根据本次研究原理和装置设计方案，通过和杭州某高新技术企业的合作，顺利完成了装置样机的设计和制造，并在配网保供电工作中应用验证。实践证明现场带电接入和操作简单实用，发电机投运并网和市电复电投运并网的两个过程都平稳过渡，两次电源的切换都实现了用户侧停电零感知，真正实现了配网保供电不停电作业。