配電一二次融合成套設(shè)備FTU設(shè)計(jì)方案

鄧吉祥

(南京大全電氣研究院有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引 言

由于我國(guó)電力工業(yè)及電網(wǎng)建設(shè)的歷史發(fā)展等各種原因，配電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展明顯要滯后于發(fā)電、輸電，目前用戶停電95%以上是由配電網(wǎng)系統(tǒng)原因引起的，電網(wǎng)有一半的損耗發(fā)生在配電網(wǎng)，我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化、智能化程度較低。配電網(wǎng)已經(jīng)成為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。

電氣一次與二次電氣設(shè)備是保證電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵性技術(shù)。隨著國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)以及地方電網(wǎng)公司對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)規(guī)劃的逐步實(shí)施，要求電網(wǎng)企業(yè)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行全壽命周期管理。促使電網(wǎng)企業(yè)需要將一次設(shè)備提升為智能電氣設(shè)備，要求二次設(shè)備向智能控制單元升級(jí)，使得電力一二次設(shè)備之間沒(méi)有明顯的界限。

現(xiàn)階段，電網(wǎng)的一二次設(shè)備基本是相對(duì)獨(dú)立的，將一次智能電氣設(shè)備與二次智能控制單元設(shè)備成套融合安裝在一起，將改變現(xiàn)有一二次電力設(shè)備生產(chǎn)廠家的市場(chǎng)格局與模式。對(duì)傳統(tǒng)二次電力設(shè)備企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是個(gè)新的市場(chǎng)機(jī)遇。通過(guò)融合，才能夠?yàn)榭蛻籼峁┱w的解決方案。

1 現(xiàn)階段配電網(wǎng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

隨著國(guó)家電改政策的逐步推進(jìn)，新的售電公司的出現(xiàn)形成新的競(jìng)爭(zhēng)格局，配網(wǎng)的運(yùn)行效率和效益將成為電網(wǎng)公司需要面對(duì)的實(shí)際關(guān)鍵問(wèn)題。

(1)提高配網(wǎng)故障搶修效率，減少停電時(shí)間(這依賴于短路和接地故障的自動(dòng)隔離水平)。通過(guò)精益化線損管理，降低配網(wǎng)的線損率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

(2)配電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)階段存在的以下問(wèn)題：

問(wèn)題一：加快配電網(wǎng)建設(shè)升級(jí)改造的過(guò)程中，配電自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及的一二次設(shè)備的連接接口不相互匹配，兼容性、互換性、擴(kuò)展性差，電氣設(shè)備部件較多，安裝難度較大的問(wèn)題；

問(wèn)題二：隨著配電網(wǎng)對(duì)線損計(jì)量、選擇性保護(hù)等功能的要求越來(lái)越高，導(dǎo)致需求設(shè)備種類繁多；電氣設(shè)備需要支持線損計(jì)算統(tǒng)計(jì)要求。

問(wèn)題三：目前一二次設(shè)備都是遵循分開檢測(cè)，分別供貨的模式。缺少配電一二次設(shè)備整體測(cè)試機(jī)制和規(guī)范，一二次設(shè)備廠家責(zé)任不分明，容易在供貨時(shí)產(chǎn)生糾紛和分歧。

綜上所述，為了解決以上幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，提出了配電網(wǎng)設(shè)備一二次融合成套技術(shù)方案。

2 一二次融合方案分兩個(gè)階段推進(jìn)

2017年7月，國(guó)網(wǎng)公司在北京召開了“國(guó)家電網(wǎng)公司配電一二次成套化設(shè)備、線損模塊技術(shù)方案”相關(guān)宣貫會(huì)，明確了一二次成套設(shè)備的技術(shù)趨勢(shì)、發(fā)展方向。

技術(shù)方案分以下兩個(gè)階段過(guò)渡進(jìn)行：

(1)第一階段(配電設(shè)備的一二次成套階段)

柱上開關(guān)的一次與二次的成套設(shè)備由柱上開關(guān)、饋線終端FTU、電源PT、航空插頭及預(yù)制電纜等組成。柱上開關(guān)的本體部分內(nèi)置電磁式電流互感器和零序電壓傳感器。柱開本體、FTU、電源PT之間采用軍品級(jí)的航空接插件，通過(guò)高防護(hù)等級(jí)預(yù)制電纜連接起來(lái)。戶外的航空插頭及插座可使用密封材對(duì)航插的金屬部分進(jìn)行密封，提高設(shè)備的防凝露性能等級(jí)。

(2)第二階段(配電設(shè)備的一二次融合階段)

柱上開關(guān)一二次融合設(shè)備由開關(guān)本體部分、FTU、航空插頭及預(yù)制電纜等構(gòu)成。開關(guān)本體一體化澆注，開關(guān)本體部分內(nèi)置電子式電流傳感器ECT、電壓傳感器EVT，終端遵循小型化、低功耗。終端的取電方式調(diào)整為電容取電模式，避免了電磁式PT二次側(cè)短路產(chǎn)生過(guò)電流以及電磁諧振等安全問(wèn)題。大大降低了產(chǎn)品的體積和重量，提高了整體的可靠性，一二次設(shè)備部件具備相同的生命周期。

3 柱上開關(guān)一二次成套設(shè)備總體方案

(1)一二次成套柱上開關(guān)設(shè)備總體要求

要求一：推廣應(yīng)用不依賴配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)、不依賴光纖通信的就地饋線自動(dòng)化FA功能，由配電終端FTU裝置協(xié)同實(shí)現(xiàn)故障定位、故障區(qū)域隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電；柱上斷路器，具備保護(hù)功能，可以直接跳閘切除短路故障，具有自動(dòng)重合閘功能；柱上負(fù)荷開關(guān)可支持短路/接地故障事件上送。成套柱上斷路器應(yīng)能快速切除故障，故障切除時(shí)間≤100 ms。可配置運(yùn)行參數(shù)及控制邏輯，具備自動(dòng)重合閘功能，重合次數(shù)及時(shí)間可調(diào)。具備非遮斷保護(hù)功能，負(fù)荷開關(guān)不分?jǐn)啻箅娏?。?yīng)能檢測(cè)到不同接地故障類型、不同接地方式的單相接地故障, 可實(shí)現(xiàn)單相接地故障處理。

要求二：一二次成套設(shè)備滿足國(guó)家電網(wǎng)公司《就地型饋線自動(dòng)化實(shí)施應(yīng)用技術(shù)方案》相關(guān)要求，支持自適應(yīng)綜合型、電壓時(shí)間型、電壓電流時(shí)間型饋線自動(dòng)化邏輯[2]。

(2)一二次成套柱上開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品概述

柱上開關(guān)成套設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的功能可分為兩大類，包括柱上斷路器和柱上負(fù)荷開關(guān)。其中斷路器成套設(shè)備包括分段、聯(lián)絡(luò)及分界斷路器，負(fù)荷開關(guān)成套設(shè)備包括分段、聯(lián)絡(luò)及分界負(fù)荷開關(guān)。

饋線終端FTU按結(jié)構(gòu)可分為箱式FTU和罩式FTU兩種，如表1所示。

表1 柱上開關(guān)一二次成套設(shè)備分類表

(3)一二次成套柱上開關(guān)設(shè)備總體配置方案(表2)

表2 柱上開關(guān)一二次成套設(shè)備配置明細(xì)表

差異化部署，不同供電可靠性要求需采用不同的實(shí)現(xiàn)方案。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，最大限度利用現(xiàn)有相關(guān)資源。根據(jù)自身采集的信息，通過(guò)可靠邏輯判斷，對(duì)配電開關(guān)進(jìn)行分、合操作，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等自動(dòng)化功能。

4 一二次成套FTU與常規(guī)FTU主要差異

差異一：線電壓、零序電壓采樣。

差異二：一二次接口。如表3所示。

柱上開關(guān)成套設(shè)備的開關(guān)和FTU的連接電纜雙端預(yù)制，全部采用航空插頭形式；開關(guān)本體和FTU安裝插座，連接電纜安裝插頭。

開關(guān)本體配置26芯航空插座1只。

FTU配置14芯航空插座、6芯防開路航空插座、6芯航空插座和以太網(wǎng)航空接插件各1只。罩式FTU配置外接式后備電源時(shí)，配置5芯航空插座1只。

14芯航空插座用于傳輸儲(chǔ)能、分合閘控制、斷路器狀態(tài)信號(hào)和零序電壓信號(hào)；

6芯防開路航空插座用于傳輸電流、零序電流信號(hào)；

6芯航空插座用于傳輸電壓互感器的供電電源及線電壓信號(hào)。

表3 一二次成套FTU與常規(guī)FTU差異表

5 一二次成套FTU的組成和核心功能

(1)FTU主要組成部分

核心單元(箱式)或功能插板(罩式)；電源管理模塊和后備電源(免維護(hù)閥控鉛 酸蓄電池或超級(jí)電容)，滿足FTU、通信設(shè)備及配套操作機(jī)構(gòu)電源要求；無(wú)線通信模塊，支持4G/3G/2G五模自適應(yīng)(選配)；

電磁式配電線損模塊(分界除外)；航空接插件,304不銹鋼機(jī)箱(IP55)或玻璃鋼材質(zhì)罩式機(jī)殼(IP66)。

(2)FTU核心功能

支持軟件加密與硬件加密功能，基于內(nèi)嵌安全芯片實(shí)現(xiàn)的信息安全防護(hù)功能，支持SM1加密和解密，算法的簽名和鑒簽功能， 滿足滿足電力二次安防有關(guān)規(guī)定及國(guó)網(wǎng)信息安全監(jiān)測(cè)要求。

與配電主站實(shí)現(xiàn)雙向身份認(rèn)證、參數(shù)配置等的簽名驗(yàn)證、數(shù)據(jù)的加解密與完整性保護(hù)。除具備常規(guī)“三遙”功能，還具有相間短路、單相接地等故障處理能力，滿足就地FA功能(自適應(yīng)綜合型、電壓時(shí)間型、電壓電流時(shí)間型)。

保護(hù)功能滿足《配電自動(dòng)化終端子站功能規(guī)范》及《配電自動(dòng)化終端技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求。具備短路故障判別功能，配合負(fù)荷開關(guān)使用時(shí)結(jié)合變電站出線開關(guān)的動(dòng)作邏輯實(shí)現(xiàn)故障的有效隔離。配合柱上斷路器，具備故障直接切除功能并可選配三次自動(dòng)重合閘功能，支持重合閘后加速。具有來(lái)電延時(shí)合閘功能、自適應(yīng)延時(shí)合閘和單側(cè)失電延時(shí)投入功能[3]。

就地型饋線自動(dòng)化功能：分段的功能包括殘壓脈沖閉鎖合閘，單側(cè)得電延時(shí)合閘，合到零壓告警或分閘并閉鎖合閘，合閘后Y時(shí)限內(nèi)失壓正向閉鎖合閘等功能。聯(lián)絡(luò)的功能包括開關(guān)處于分位時(shí)，雙側(cè)有壓禁止自動(dòng)合閘，雙側(cè)有壓超過(guò)設(shè)定時(shí)間，當(dāng)單側(cè)失壓延時(shí)合閘，手動(dòng)分閘閉鎖合閘功能。

具備配合重合閘方式的就地型饋線自動(dòng)化功能，滿足電壓時(shí)間型、電壓電流時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型饋線自動(dòng)化邏輯，實(shí)現(xiàn)短路故障、不同中性點(diǎn)接地方式下接地故障的定位與隔離功能。

內(nèi)部測(cè)溫、蓄電池管理等功能。

通信功能：支持串口(RS232RS485)與10M/100M網(wǎng)口，可選配光纖接口。

支持?jǐn)?shù)據(jù)集中與轉(zhuǎn)發(fā)。滿足國(guó)網(wǎng)最新的配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用DL/T634.5101-2002、DL/T634.5104-2009實(shí)施細(xì)則；滿足國(guó)網(wǎng)最新的配電自動(dòng)化終端參數(shù)配置規(guī)范。

故障錄波文件格式遵循 Comtrade格式。支持錄波數(shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)至少64組，并支持上傳至主站，錄波內(nèi)容應(yīng)包含故障發(fā)生時(shí)刻前不少于4個(gè)周波和故障發(fā)生時(shí)刻后不少于8個(gè)周波的波形數(shù)據(jù)，錄波點(diǎn)數(shù)為128點(diǎn)/周波，錄波數(shù)據(jù)應(yīng)包含電壓、電流、開關(guān)位置等。

線損采集功能(配套用戶分界開關(guān)除外)：箱體內(nèi)置獨(dú)立線損模塊，通過(guò)串口與其通信。

具備專用的終端維護(hù)調(diào)試軟件，可靈活配置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)、控制邏輯及狀態(tài)值查看。

6 結(jié)束語(yǔ)

推動(dòng)智能化配電網(wǎng)電氣設(shè)備一二次深度融合，推動(dòng)裝備提升與科技創(chuàng)新。在統(tǒng)一配電自動(dòng)化主站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，配電終端終端采用高端、常規(guī)、 簡(jiǎn)易三種配電自動(dòng)化建設(shè)模式，滿足不同類型供電區(qū)域建設(shè)需要。配電網(wǎng)智能化建設(shè)和應(yīng)用水平將大幅提高。

隨著現(xiàn)代配電網(wǎng)建設(shè)步伐不斷加快，配電自動(dòng)化迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。配電一次設(shè)備與自動(dòng)化終端FTU采用成套化設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化安裝調(diào)試，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量。我國(guó)智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)已經(jīng)制定，明確要建成高效、靈活、合理的配電網(wǎng)絡(luò)，完成實(shí)用性配電自動(dòng)化系統(tǒng)的全面建設(shè)，促進(jìn)配電網(wǎng)新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和實(shí)施，引領(lǐng)配電技術(shù)發(fā)展方向。