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 一二次融合環(huán)網(wǎng)箱在配電自動(dòng)化的應(yīng)用價(jià)值

長期以來，配電設(shè)備生產(chǎn)廠家劃分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大陣營，電網(wǎng)公司采購過程中也經(jīng)常向不同的廠商分別采購一次設(shè)備和二次設(shè)備，然后在安裝環(huán)節(jié)中組合使用，但因此存在不少問題：如一二次設(shè)備接口不匹配，兼容性、擴(kuò)展性、互換性差，成套設(shè)備安裝繁瑣；缺乏一二次設(shè)備聯(lián)動(dòng)測試機(jī)制，發(fā)生遙信抖動(dòng)、設(shè)備凝露現(xiàn)象，無法滿足線損計(jì)算需求等；一二次設(shè)備廠商責(zé)任糾紛，出現(xiàn)故障互相推諉等。此外，在配電自動(dòng)化建設(shè)中，傳統(tǒng)成套設(shè)備較多采用了電磁式互感器用于測量和取電，但是電磁式互感器因其本身特性，易出現(xiàn)電壓/電流互感器二次側(cè)存在短路/開路安全隱患、取電PT鐵磁諧振和易被雷擊損壞等問題，對成套設(shè)備運(yùn)行壽命及穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。為了解決上述在配電網(wǎng)規(guī)?；ㄔO(shè)改造中增量設(shè)備配電自動(dòng)化覆蓋以及一二次設(shè)備不匹配等問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)同期線損管理目標(biāo)，國家電網(wǎng)于2016年提出《配電設(shè)備一二次融合環(huán)網(wǎng)箱方案》。一二次融合相關(guān)技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)化工作的推進(jìn)、交流傳感器的應(yīng)用，是配電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備小型化、裝置集成化與運(yùn)維智能化的必經(jīng)之路。

 一二次融合環(huán)網(wǎng)箱發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，配電網(wǎng)一二次融合智能柱上開關(guān)的相關(guān)技術(shù)已相對成熟，包括交流傳感器技術(shù)、固封極柱技術(shù)、控制終端技術(shù)等技術(shù)經(jīng)過數(shù)年來的研究與發(fā)展，在多個(gè)省、市和地區(qū)較大規(guī)模試點(diǎn)應(yīng)用已取得了顯著效果在應(yīng)用范圍內(nèi)，有效提升了配電自動(dòng)化效果，在保證短路故障研判準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，顯著提升單相接地故障研判的準(zhǔn)確率，并具備線損數(shù)據(jù)采集、故障錄波等功能，在支撐線損精益化管理、就地故障快速處置和智能化運(yùn)維等方面都取得了較明顯的成效。

在運(yùn)行數(shù)量方面，據(jù)EPTC配電網(wǎng)設(shè)備調(diào)研報(bào)告統(tǒng)計(jì)：2019年國網(wǎng)一二次融合斷路器的采購數(shù)量為8萬套以上，已超過了傳統(tǒng)柱上斷路器5萬余套的數(shù)量，一二次融合斷路器的采購數(shù)量正在穩(wěn)步提升。隨著一二次融合成套設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，將對于設(shè)備品質(zhì)、新技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)維管理方面的提升，提供有效的數(shù)據(jù)支持。

標(biāo)準(zhǔn)化方面，由行業(yè)內(nèi)資深專家和業(yè)內(nèi)較有影響力的廠家組成的專委會對此也十分重視，組織一二次融合環(huán)網(wǎng)箱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，并已取得一定成果。其中《配電網(wǎng)10kV及20kV交流傳感器技術(shù)條件》、《12kV智能配電柱上開關(guān)通用技術(shù)條件》、《12kV配電智能柱上開關(guān)試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布并開始實(shí)施，這些標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合一二次融合環(huán)網(wǎng)箱的現(xiàn)狀，對于成套設(shè)備采用的交流傳感器、整體的技術(shù)條件、試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范等做了規(guī)范要求，對一二次融合環(huán)網(wǎng)箱的標(biāo)準(zhǔn)化工作具有指導(dǎo)意義。一二次融合智能真空斷路器如圖1所示。

一二次融合環(huán)網(wǎng)箱發(fā)展的研究方向

通過對一二次融合極柱的研究，將成套設(shè)備的各個(gè)功能模塊的高度集成化，將高精度交流傳感器、取電模塊、真空滅弧室一體化固封在開關(guān)本體的極柱內(nèi)，集成滅弧、電壓電流信號采集、取電于一體，實(shí)現(xiàn)一二次深度融合。交流傳感器的選用，使成套設(shè)備具備更高的采樣精度和頻度，由此實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行狀況更多參數(shù)、更為精確的監(jiān)測，為設(shè)備的物聯(lián)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2配電物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

以一二次融智能柱上開關(guān)為例，開關(guān)本體在融合了傳感器后，成為“端層”的狀態(tài)感知和執(zhí)行控制主體的終端單元，在饋線終端側(cè)實(shí)現(xiàn)“邊層”的邊緣計(jì)算，完成數(shù)據(jù)的匯集、整理和計(jì)算，通過光纖或無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至平臺層，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行故障分析、設(shè)備運(yùn)維和管理的目標(biāo)。將感知能力和互聯(lián)、互通、互操作等功能賦予配電開關(guān)設(shè)備，建立分布式智能協(xié)作的配電物聯(lián)網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的全方位感知、數(shù)據(jù)融合計(jì)算和智能應(yīng)用。

在融合技術(shù)提升、傳感器性能提升、功能明顯增加的情況下，保證成套設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行也是一項(xiàng)重要工作。性能、功能的提升，也就意味著相對能耗的增加，所以還需要從取能技術(shù)和低功耗設(shè)計(jì)這兩方面研究，在供能與功耗之間達(dá)到平衡點(diǎn)。

隨著取能技術(shù)的發(fā)展，取能單元從原有的電磁式PT取電，逐漸向電容取電的方式改變。取能單元的集成方式也出現(xiàn)了從外置獨(dú)立安裝，到在本體外部固定，進(jìn)而向融合在本體極柱中的趨勢演變，但因此產(chǎn)生的局部放電尤其要重點(diǎn)關(guān)注，在對應(yīng)的試驗(yàn)電壓下確保局放值在限定范圍內(nèi)。目前針對一二次融合成套設(shè)備取電裝置的特殊性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作也正在穩(wěn)步開展中，將對其使用條件、技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)要求、試驗(yàn)檢測等方面進(jìn)行規(guī)范。

在低功耗技術(shù)方面，由于一次設(shè)備與二次設(shè)備的融合程度越來越高，因體積和空間的限制，取電功率一般只能在1W至15W左右，降低整機(jī)功耗將是一個(gè)提升運(yùn)行壽命的有效途徑，降低功耗的方法包括：采用低功耗系統(tǒng)的電源電路和低功耗微控制器電路設(shè)計(jì)及低功耗優(yōu)化算法。使用低功耗、高轉(zhuǎn)換效率的DC/DC升降壓穩(wěn)壓電路，通過將CPU實(shí)時(shí)調(diào)度方法與主流的節(jié)能技術(shù)手段相結(jié)合，進(jìn)行系統(tǒng)級的低功耗優(yōu)化，從而進(jìn)一步降低配電終端的功耗。

以前對于一二次融合智能柱上開關(guān)在試驗(yàn)方面的要求，一般都參考高壓開關(guān)及配電終端各自的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但沒有完善的成套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，給成套設(shè)備的檢驗(yàn)與整體的技術(shù)發(fā)展帶來局限性。在2019年，中國電工技術(shù)學(xué)會發(fā)布了《12kV配電智能柱上開關(guān)試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了這項(xiàng)空白。該試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范相比于傳統(tǒng)更加適應(yīng)配電一二次融合環(huán)網(wǎng)箱的發(fā)展和用戶的最新要求，對于確保和提升12kV配電智能柱上開關(guān)的技術(shù)性能、豐富和完善其功能具有指導(dǎo)意義。標(biāo)準(zhǔn)中對成套設(shè)備的功能及準(zhǔn)確度試驗(yàn)、單相接地故障試驗(yàn)等項(xiàng)目的監(jiān)測方法給出了參考意見，在實(shí)際試驗(yàn)應(yīng)用中，需要相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)、設(shè)備廠家對各項(xiàng)試驗(yàn)的檢測方法、技術(shù)要求進(jìn)行驗(yàn)證，在通過試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備性能和功能的同時(shí)，對試驗(yàn)方法、條件等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，使之更加完善。

為了適應(yīng)配電網(wǎng)“數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化”發(fā)展的需求，需以堅(jiān)強(qiáng)靈活的配電一次網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以一二次融合成套設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、智能化為手段，加強(qiáng)自動(dòng)化裝備的應(yīng)用，健全完善中低壓配電網(wǎng)的智能感知體系，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備狀態(tài)的全面感知、在線監(jiān)測、主動(dòng)預(yù)警和智能研判。

根據(jù)配電標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、智能化的發(fā)展趨勢，一二次融合成套設(shè)備在中壓配電網(wǎng)規(guī)模將逐漸提升，逐步全面啟用饋線自動(dòng)化功能，將饋線自動(dòng)化與配網(wǎng)分級保護(hù)相結(jié)合，最小化的快速隔離故障區(qū)。利用一二次深度融合技術(shù)發(fā)展，融合采集、通信、控制等功能，并結(jié)合智能型就地饋線自動(dòng)化技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)設(shè)備的廣泛互聯(lián)、狀態(tài)的全面感知、決策的快速智能、運(yùn)維的高效便捷。