面向智能配電網(wǎng)新技術(shù)實(shí)證的真型試驗(yàn)平臺(tái)

張 弛，蘇毅方，李 鵬，孫 翔，周金輝，汪 科

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著我國加快推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，為滿足高供電可靠性和適應(yīng)分布式能源、電動(dòng)汽車等靈活資源接入，配電網(wǎng)形態(tài)正在發(fā)生快速演變［1］。一方面，以一二次融合智能開關(guān)、新一代配電自動(dòng)化為代表的智能設(shè)備及系統(tǒng)開始在配電網(wǎng)中大量應(yīng)用［2］；另一方面，新的保護(hù)、控制和信息技術(shù)開始以物理信息融合形態(tài)在配電網(wǎng)中應(yīng)用，例如基于低壓配電物聯(lián)網(wǎng)的臺(tái)區(qū)智能融合終端協(xié)調(diào)控制技術(shù)［3］等。由于新技術(shù)、新方法還處于發(fā)展階段，傳統(tǒng)設(shè)備檢測(cè)技術(shù)不能完全覆蓋新技術(shù)設(shè)備檢測(cè)實(shí)證需求，因此需要發(fā)展新型設(shè)備的檢測(cè)和實(shí)證方法。

傳統(tǒng)檢測(cè)手段主要有配電網(wǎng)動(dòng)模仿真和實(shí)時(shí)數(shù)字硬件在環(huán)仿真。配電網(wǎng)動(dòng)模仿真可以較為真實(shí)地反映配電網(wǎng)特征，但是真實(shí)故障特征較為復(fù)雜，很難在動(dòng)模系統(tǒng)中等效。實(shí)時(shí)數(shù)字仿真因其技術(shù)優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，有建模靈活、安全便捷高效等特點(diǎn)，可以對(duì)較大規(guī)模和復(fù)雜的電網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，特別是結(jié)合I/O 接口設(shè)備，通過硬件在環(huán)方法能夠很好地開展智能化設(shè)備檢測(cè)［4-5］。數(shù)字仿真可信性受制于建模準(zhǔn)確性，但是針對(duì)故障態(tài)場(chǎng)景和故障演進(jìn)過程，建模難度大；當(dāng)待測(cè)設(shè)備是一二次深度融合設(shè)備時(shí)，數(shù)字仿真方法難以對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)手段存在的局限性，特別是實(shí)現(xiàn)完整系統(tǒng)的真實(shí)場(chǎng)景考核，國內(nèi)外研究檢測(cè)機(jī)構(gòu)提出了真型試驗(yàn)方法。真型試驗(yàn)針對(duì)由一二次融合設(shè)備、多設(shè)備組成的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行真實(shí)運(yùn)行環(huán)境下的考核和實(shí)證具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 真型試驗(yàn)平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

歐洲最早開展真型試驗(yàn)平臺(tái)研究，英國通過PNDC（電力網(wǎng)絡(luò)示范中心）項(xiàng)目，接入電源容量5 MVA、部署了真實(shí)11 kV 和低壓配電網(wǎng)絡(luò)，通過線路阻抗模擬方式，可以等效模擬6 km電纜和70 km架空線路；同時(shí)，該項(xiàng)目電源具有靈活的調(diào)節(jié)能力，可在受控環(huán)境中模擬45～55 Hz 頻率變化、8～12 kV 電壓變化。該項(xiàng)目主要研究包括資產(chǎn)管理、保護(hù)與控制、電力電子與分布式能源等智能電網(wǎng)技術(shù)。

國網(wǎng)河南省電力公司在漯河建立了真型試驗(yàn)場(chǎng)，主要包括電源系統(tǒng)（10 kV、2.5 MVA）、電纜線路、架空線路、故障模擬系統(tǒng)等，該試驗(yàn)場(chǎng)主要開展標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)網(wǎng)柜等新設(shè)備真型試驗(yàn)［6］。

中國電科院在武漢建立了世界規(guī)模最大的真型試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多態(tài)重構(gòu)和接地方式靈活切換，真實(shí)復(fù)現(xiàn)248種配電網(wǎng)故障場(chǎng)景；利用試驗(yàn)平臺(tái)模擬配電網(wǎng)不同過渡電阻接地、間歇性弧光接地等接地故障。該試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)一二次融合開關(guān)接地故障處置能力提升和中性點(diǎn)柔性消弧裝置選線、選相和故障點(diǎn)熄弧功能驗(yàn)證開展了大量實(shí)證測(cè)試工作［7-8］。

總結(jié)國內(nèi)外配電網(wǎng)真型試驗(yàn)的工程實(shí)踐，已有配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)和主要工程特色包括以下3點(diǎn)。

1）搭建10 kV真型配電網(wǎng)，配置參數(shù)可調(diào)節(jié)的故障模擬設(shè)備，主要對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行功能和性能考核。

2）采用大容量試驗(yàn)電源，對(duì)開關(guān)設(shè)備的故障開斷能力進(jìn)行考核。

3）構(gòu)建靈活中性點(diǎn)消弧補(bǔ)償環(huán)境，驗(yàn)證中性點(diǎn)智能補(bǔ)償措施的有效性。

在借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，面向新型配電網(wǎng)交直流互聯(lián)靈活組網(wǎng)、跨設(shè)備間無線互動(dòng)性能和電纜環(huán)境實(shí)證試驗(yàn)等新需求，本文主要介紹了浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)異常及故障精準(zhǔn)研判、配電自動(dòng)化運(yùn)行與保護(hù)、配電網(wǎng)靈活組網(wǎng)及運(yùn)行等核心試驗(yàn)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法，以及故障精準(zhǔn)研判試驗(yàn)和5G配電自動(dòng)化實(shí)證試驗(yàn)流程和結(jié)果評(píng)判方法。

2 浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)具體實(shí)現(xiàn)方案

2.1 整體設(shè)計(jì)

浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)面對(duì)配電網(wǎng)交直流互聯(lián)、信息物理融合的發(fā)展需求，對(duì)真型試驗(yàn)平臺(tái)的試驗(yàn)?zāi)芰秃诵墓δ苓M(jìn)行了擴(kuò)展，主要特征包括以下3點(diǎn)。

1）構(gòu)建交直流混合試驗(yàn)網(wǎng)架，雙端直流可以混合電網(wǎng)橋接、跨接以及獨(dú)立組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了未來配電網(wǎng)靈活組網(wǎng)運(yùn)行性能驗(yàn)證。

2）面對(duì)智能終端跨設(shè)備無線組網(wǎng)測(cè)試需求，構(gòu)建了基于遠(yuǎn)程5G和本地微功率無線網(wǎng)的開放式通信基座，實(shí)現(xiàn)了多設(shè)備系統(tǒng)級(jí)業(yè)務(wù)流、信息流性能驗(yàn)證。

3）面對(duì)配電電纜運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜和故障難以定位的難題，建設(shè)了配電電纜環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)，具備復(fù)雜環(huán)境、極限運(yùn)行參數(shù)可測(cè)、可控、可調(diào)能力，可以實(shí)現(xiàn)配電電纜“全息感知-性能考核-裝備性能比對(duì)”多應(yīng)用需求同步驗(yàn)證。

浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)的主要目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)多試驗(yàn)系統(tǒng)集成，真型試驗(yàn)平臺(tái)包括電源及中性點(diǎn)、中壓交-直流網(wǎng)架、低壓交流智能臺(tái)區(qū)、配電物聯(lián)網(wǎng)、配電電纜、配電網(wǎng)防雷、5G及網(wǎng)絡(luò)安全7大試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)組成

在能量流集成上，浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)通過網(wǎng)架分支線接入雙端中壓直流背靠背系統(tǒng)和2個(gè)低壓臺(tái)區(qū)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了中-低壓、交-直流之間能量流的貫通；在試驗(yàn)線路上，配電電纜的2條試驗(yàn)線路通過復(fù)用（可切換嵌入）中壓網(wǎng)架的電纜線路，可以實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)架的大電流貫通，電纜網(wǎng)架長線路可以掛接各類電纜在線監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)高密度同源對(duì)比；在通信信道融合方面，平臺(tái)搭建了低壓臺(tái)區(qū)的微功率無線本地網(wǎng)和4G/5G 遠(yuǎn)程通信局域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)多類型無線智能終端的開放式接入。

2.2 試驗(yàn)電源及中性點(diǎn)系統(tǒng)

浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)配置了2回不同電源的10 kV 電源進(jìn)線，每回進(jìn)線額定容量2 MVA。雙電源設(shè)計(jì)提升了試驗(yàn)靈活分區(qū)，可以為配電網(wǎng)供區(qū)互聯(lián)技術(shù)及設(shè)備驗(yàn)證提供基礎(chǔ)試驗(yàn)環(huán)境；另一方面雙試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)掛網(wǎng)實(shí)證區(qū)和故障試驗(yàn)區(qū)的隔離。

為降低短路故障試驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室周邊用戶電能質(zhì)量的影響，系統(tǒng)配置了2 臺(tái)隔離變壓器（S11-2000/10.5）和2 臺(tái)干式限流電抗器（XKGKL-10-160-10），在進(jìn)行故障試驗(yàn)時(shí)，可有效抑制故障電流，如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)電源和中性點(diǎn)設(shè)備

隨著配電網(wǎng)發(fā)展，為適應(yīng)城市電網(wǎng)電纜化率高，提高小電流接地系統(tǒng)故障檢測(cè)靈敏度，配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地技術(shù)正在向多樣化、智能化方向發(fā)展。浙江部分供電公司開始試點(diǎn)預(yù)調(diào)式相控消弧接地技術(shù)。為此浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)配置了2套中性點(diǎn)接地成套裝置（如圖3所示），可以模擬站內(nèi)中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地、經(jīng)消弧線圈并聯(lián)可調(diào)電阻接地，也預(yù)留了自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置測(cè)試間隔，接地方式及參數(shù)能夠遠(yuǎn)程設(shè)定。

圖3 配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地成套設(shè)備

2.3 中壓交-直流混合網(wǎng)架

浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)配置了1個(gè)10 kV開關(guān)站，站內(nèi)設(shè)置內(nèi)2段母線和16條饋線，包括8回核心網(wǎng)架（5～12 號(hào)）以及8 回設(shè)備長期掛網(wǎng)考核線路。

浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)的中壓交流核心網(wǎng)架包括4條電纜線路、4條架空線路，構(gòu)建了一種可自由組態(tài)的中壓交-直流靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見圖4）。架空網(wǎng)架線路按照三分段三聯(lián)絡(luò)設(shè)計(jì)，通過中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)站后可以模擬多分段（最大6分段）適度聯(lián)絡(luò)、末端聯(lián)絡(luò)等架空接線；電纜線路可以模擬單環(huán)、雙環(huán)、雙射、對(duì)射型等電纜接線。核心網(wǎng)架靈活組網(wǎng)可覆蓋國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 10370—2016《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中的全類型典型接線［9］。

圖4 中壓交-直流混合網(wǎng)架

中壓網(wǎng)架設(shè)計(jì)了1座中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)站，構(gòu)成核心網(wǎng)架能量交換樞紐，通過4段聯(lián)絡(luò)母線將核心網(wǎng)架分為左右半?yún)^(qū)。中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)站可以實(shí)現(xiàn)線路延長、首末端互換、線路分支等復(fù)雜組網(wǎng)功能。通過中間開關(guān)站，真型平臺(tái)可以構(gòu)建架空電纜混合線路、花瓣接線、三雙接線等新型拓?fù)?，?shí)現(xiàn)配電網(wǎng)靈活組網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)研究及測(cè)試。

具備中壓交-直流混合運(yùn)行場(chǎng)景是浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)的一個(gè)重要特征。系統(tǒng)配置2端中壓柔性直流系統(tǒng)（2×1 MVA）。直流系統(tǒng)跨接在核心網(wǎng)架12 號(hào)架空線路中段和中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)站3 號(hào)聯(lián)絡(luò)母線。通過核心網(wǎng)架運(yùn)行方式調(diào)整，可以模擬交-直流混聯(lián)配電網(wǎng)的2 個(gè)獨(dú)立供電區(qū)域間的橋接、交直流同向潮流并列運(yùn)行下的跨接。當(dāng)其中任意1 端切換為構(gòu)網(wǎng)型電源模式（單極系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行模式）時(shí)，直流端連接的區(qū)域電網(wǎng)構(gòu)成微電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，微電網(wǎng)內(nèi)接入分布式電源、儲(chǔ)能和可控負(fù)載，可以構(gòu)建微電網(wǎng)內(nèi)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”自治運(yùn)行以及配-微協(xié)同試驗(yàn)環(huán)境。

故障模擬是真型試驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)功能，平臺(tái)在核心網(wǎng)架上“T 接”了5 個(gè)故障接入點(diǎn)、2 套故障模擬成套設(shè)備和真實(shí)接地試驗(yàn)區(qū)。5個(gè)故障點(diǎn)覆蓋了架空和電纜線路首/末端、中端、母線和分支線不同位置。故障模擬成套設(shè)備（如圖5所示）可設(shè)置短路（接地）相別以及過渡電阻，可以模擬7種接地電阻（50/100/200/500 Ω、1 kΩ/3 kΩ/10 kΩ）接地。為模擬現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)接地，平臺(tái)設(shè)計(jì)了草地、泥土、水泥、柏油、水池、地磚等6種真實(shí)接地區(qū)，可以復(fù)現(xiàn)弧光接地、高阻接地等多種復(fù)合故障類型。

圖5 接地故障模擬成套設(shè)備

2.4 低壓智能臺(tái)區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)

低壓配電網(wǎng)接入高滲透率分布式光伏、充電樁后，成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)重要發(fā)力點(diǎn)。低壓智能臺(tái)區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮滿足2個(gè)需求：一是建設(shè)能夠覆蓋新型電力系統(tǒng)下低壓臺(tái)區(qū)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”元素的低壓配電網(wǎng)物理系統(tǒng)，二是提供與物理系統(tǒng)鏡像部署的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)。

低壓臺(tái)區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)配置了“源”“網(wǎng)”“荷”“儲(chǔ)”等多臺(tái)區(qū)元素，“源”包括戶外歐式箱變壓器、臺(tái)架式柱上變壓器、電網(wǎng)模擬器、APF（有源濾波器）和15 套戶用光伏系統(tǒng)；“荷”配置了能饋式負(fù)載、可編程RLC 負(fù)載和交流充電樁等；“儲(chǔ)”包括臺(tái)區(qū)電化學(xué)儲(chǔ)能和戶用儲(chǔ)能；“網(wǎng)”配置了線路模擬器、故障模擬器，以及臺(tái)區(qū)變壓器JP 柜配置的SVG 和智能電容器等，低壓臺(tái)區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)采用組態(tài)屏接線方式可靈活組態(tài)臺(tái)區(qū)拓?fù)?，如圖6所示。

圖6 低壓智能臺(tái)區(qū)試驗(yàn)系統(tǒng)

低壓臺(tái)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)配置了完備的感知和接入設(shè)備設(shè)備，包括TTU（新型智能融合終端）、LTU（低壓監(jiān)測(cè)單元）、智能電表、Ⅱ型采集器和集中器。低壓物聯(lián)網(wǎng)通過多模通信方式（HPLC、RFMESH）接入全部智能終端，一個(gè)重要特征是本系統(tǒng)在通信通道中嵌入了無線通信信道儀，它可以模擬信道干擾、通信延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)攻擊等，因此可以開展低壓智能臺(tái)區(qū)通信測(cè)試、業(yè)務(wù)測(cè)試以及信道對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制性能影響的測(cè)試。

2.5 配電電纜試驗(yàn)系統(tǒng)

配電電纜大量應(yīng)用于城市配電網(wǎng)中，電纜故障修復(fù)時(shí)間長、定位難，因此電纜故障定位技術(shù)和狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前迫切需要開展研究的領(lǐng)域。真型基地設(shè)置了有無局放工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備區(qū)、電纜故障定位試驗(yàn)區(qū)、離線局放檢測(cè)區(qū)，配置了大電流電纜溫升試驗(yàn)設(shè)備（1 000 A/10 kV）、無局放直流高壓發(fā)生器（±60 kV）、無局放交流高壓發(fā)生器（60 kV）、交/直流兩用局放檢測(cè)儀、快速插拔式電纜故障模擬裝置等核心設(shè)備，如圖7所示。

圖7 電纜故障模擬及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

試驗(yàn)電纜環(huán)境模擬實(shí)際工作環(huán)境，電纜采用直埋、浸水、纜溝道密集敷設(shè)，在電纜不同敷設(shè)方式內(nèi)設(shè)置模擬故障點(diǎn)，模擬斷路、低阻短路、高阻短路、閃絡(luò)擊穿等故障類型。電纜環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)具備復(fù)雜環(huán)境、極限運(yùn)行參數(shù)可測(cè)、可控、可調(diào)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)配電電纜“全息感知-性能考核-研判裝備比對(duì)”的同步測(cè)試實(shí)證。

3 浙江配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 10 kV一二次融合斷路器接地功能實(shí)證

3.1.1 試驗(yàn)思路

10 kV 一二次融合智能斷路器［2］由開關(guān)本體、饋線終端（箱式或罩式）、互感器、連接電纜等構(gòu)成，開關(guān)本體結(jié)構(gòu)多樣，分三相共箱式和支柱式，三相共箱式可采用SF6或真空滅弧，支柱式采用真空滅弧。一二次融合斷路器具備三相電流、三相相電壓、零序電流和零序電壓的采集能力；具備短路故障和小電流接地系統(tǒng)單相接地故障研判功能，具備與配電自動(dòng)化配合實(shí)現(xiàn)集中FA（饋線自動(dòng)化）和就地智能FA 功能。但由于目前一二次融合斷路器尚處于發(fā)展階段，生產(chǎn)廠家眾多、性能差異多樣，需要對(duì)設(shè)備整體故障研判正確性和性能進(jìn)行檢測(cè)與實(shí)證。

10 kV一二次融合斷路器的單相接地故障處置實(shí)證試驗(yàn)，將故障模擬成套設(shè)備、中性點(diǎn)接地成套設(shè)備和配電網(wǎng)網(wǎng)架集成，采用一鍵組態(tài)和參數(shù)輪換技術(shù)，多輪次復(fù)現(xiàn)配電網(wǎng)不同過渡電阻接地和真實(shí)接地（水泥、瀝青、土地、砂石等）故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)一二次融合斷路器故障精準(zhǔn)研判驗(yàn)證［10］。

3.1.2 試驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置

接地故障判別功能試驗(yàn)包括試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置、試驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)束3個(gè)階段。試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置包括以下3點(diǎn)。

1）中性點(diǎn)接地設(shè)置：站內(nèi)中性點(diǎn)接地方式與故障研判功能密切相關(guān)，一方面要求故障研判功能在多種接地方式下適用，另一方面當(dāng)采用智能柔性中性點(diǎn)接地裝置場(chǎng)景時(shí)，柔性智能消弧技術(shù)會(huì)影響部分產(chǎn)品的研判準(zhǔn)確度。試驗(yàn)系統(tǒng)逐次調(diào)節(jié)開關(guān)站內(nèi)中性點(diǎn)接地成套設(shè)備的接地方式（不接地、消弧線圈接地、消弧線圈并聯(lián)可調(diào)電阻接地），在選擇消弧線圈接地時(shí)，根據(jù)不同的容性電流，設(shè)置自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈XHDCZ-1000/10.5 對(duì)接地容性電流進(jìn)行過補(bǔ)償。線路容性電流通過設(shè)置容流補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)，分別注入4 A、10 A和20 A容性電流。

2）接地故障設(shè)置：試驗(yàn)通過設(shè)置故障模擬成套設(shè)備，接地輸入選擇交流網(wǎng)架12 號(hào)饋線中端和末端，試驗(yàn)系統(tǒng)一次接線如圖8所示；接地輸出可以調(diào)節(jié)為金屬性接地（分別選擇500 Ω、1 kΩ、3 kΩ電阻金屬性接地）、真實(shí)接地（瀝青、水泥路面），為保證試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性，可以根據(jù)試驗(yàn)需要重復(fù)設(shè)置0～360°合閘角。

圖8 一二次融合斷路器接地研判試驗(yàn)接線

3）試驗(yàn)保護(hù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置：?jiǎn)蜗嘟拥毓收显谌萘鬏^大時(shí)具有故障擴(kuò)大演化為短路故障風(fēng)險(xiǎn)。為防止被試品開關(guān)拒動(dòng)，真型基地設(shè)置12號(hào)饋線10 kV 開關(guān)柜保護(hù)裝置NSR3611 作為后備保護(hù)，投入零序過流Ⅰ段并延時(shí)8 s出口，同時(shí)設(shè)置站內(nèi)故障錄波器零序啟動(dòng)錄波邏輯；在故障模擬成套接入第二套故障錄波；通過試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置12 號(hào)饋線出口斷路器合閘延時(shí)10 s 分閘作為試驗(yàn)總后備。

3.1.3 試驗(yàn)結(jié)果判定

接地故障精準(zhǔn)研判驗(yàn)證試驗(yàn)是一個(gè)多場(chǎng)景參數(shù)調(diào)節(jié)的重復(fù)試驗(yàn)過程，過程如圖9所示。

圖9 一二次融合斷路器接地研判試驗(yàn)流程

一二次融合斷路器接地故障精準(zhǔn)研判的主要考核指標(biāo)包括故障研判動(dòng)作合格率和動(dòng)作時(shí)間，每次試驗(yàn)結(jié)論應(yīng)同時(shí)分析故障發(fā)生前/后零序電壓、零序電流、故障相電壓和故障相電流4 個(gè)信號(hào)，需記錄故障時(shí)點(diǎn)、被試品開關(guān)檢出故障時(shí)點(diǎn)和開關(guān)跳閘時(shí)點(diǎn)。

3.2 全自動(dòng)智能型FA功能考核試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)思路

就地型FA［11-12］作為高供電可靠性區(qū)域配電自動(dòng)化的深化應(yīng)用，相比于集中式FA，具有快速故障定位和配電網(wǎng)重構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。5G 全自動(dòng)智能FA 利用5G 通信低時(shí)延特征，當(dāng)配電線路上發(fā)生故障時(shí)，可以在幾十毫秒內(nèi)自動(dòng)切除，理論上不受運(yùn)行方式、故障位置、故障類型、負(fù)荷電流等因素的影響。文獻(xiàn)［13］提出一種基于5G的全自動(dòng)智能分布式FA方案，文獻(xiàn)［14］提出一種不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線自動(dòng)化故障處理方案。

浙江在一些高供電可靠性區(qū)域開始試點(diǎn)5G全自動(dòng)智能分布式FA，該系統(tǒng)基于5G 智能一二次融合開關(guān)并配置就地自愈裝置，將5G網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸媒介快速切除故障并恢復(fù)非故障網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

由于5G 全自動(dòng)智能FA 功能驗(yàn)證涉及一二次融合斷路器故障研判、就地對(duì)等通信模塊、5G傳輸信道、與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的自愈邏輯設(shè)計(jì)等因素，因此真型基地依托基地部署的MEC 設(shè)備和5G 電力切片專網(wǎng)接入待測(cè)5G全自動(dòng)智能FA系統(tǒng)（一二次融合智能斷路器、交互終端和自愈終端），待試系統(tǒng)的5G開關(guān)接入真型基地架空線路網(wǎng)架，設(shè)置故障模擬環(huán)境和數(shù)據(jù)采集。

3.2.2 試驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置

真型試驗(yàn)平臺(tái)架空線路5G全自動(dòng)智能分布式FA驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置包括以下幾點(diǎn)。

構(gòu)建架空線路網(wǎng)架：試驗(yàn)選擇11 號(hào)架空饋線和12號(hào)架空饋線，設(shè)置三聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式，11號(hào)饋線首端供電，12 號(hào)饋線尾端供電（見圖10），紅色代表帶電狀態(tài)，綠色代表斷開狀態(tài)。待測(cè)系統(tǒng)一二次融合斷路器布置在饋線FD1—FD3、FD4—FD6分段開關(guān)和LW1—LW3聯(lián)絡(luò)開關(guān)上，開關(guān)通信模塊接入5G局域網(wǎng)內(nèi)，站內(nèi)自愈終端布置在站內(nèi)，也接入5G局域網(wǎng)。

圖10 架空線路故障過程及動(dòng)作邏輯

設(shè)置配電網(wǎng)接地故障：接地故障點(diǎn)選擇在FD4 和FD5 之間聯(lián)絡(luò)線上，故障參數(shù)設(shè)置方式同3.1.2節(jié)故障模擬成套設(shè)置方法。

試驗(yàn)過程分3個(gè)計(jì)時(shí)階段：

1）在FD4 和FD5 之間模擬單相接地故障，F(xiàn)D4 和FD5 智能開關(guān)檢測(cè)出故障，并通過對(duì)等通信交互故障信息后判斷區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)出口斷開開關(guān)，完成故障隔離。

2）故障隔離后，自愈終端根據(jù)預(yù)配置自愈邏輯表，申請(qǐng)啟動(dòng)自愈策略。

3）策略進(jìn)行故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段配電網(wǎng)重構(gòu)，自動(dòng)合閘LW1 聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)對(duì)FD4 和DL18區(qū)段供電。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果判定

全自動(dòng)智能型配電自動(dòng)化系統(tǒng)級(jí)功能驗(yàn)證試驗(yàn)，考核指標(biāo)包括配電自動(dòng)化故障動(dòng)作邏輯正確性和整個(gè)過程三階段的時(shí)間，通信信道儀記錄的通信延時(shí)也被納入試驗(yàn)有效判據(jù)。

通過試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)SOE 記錄，記錄FD4、FD5開關(guān)保護(hù)啟動(dòng)和出口時(shí)間，記錄LW1收到合閘指令和合閘時(shí)間，結(jié)合故障模擬成套記錄的試驗(yàn)過程波形，完成試驗(yàn)時(shí)標(biāo)同步；然后計(jì)算三階段的時(shí)間Δt1、Δt2、Δt3；最后根據(jù)開關(guān)動(dòng)作正確性、動(dòng)作順序以及各階段時(shí)間延時(shí)是否符合技術(shù)規(guī)范要求，判定系統(tǒng)功能和性能是否合格。

5G 差動(dòng)全自動(dòng)智能型分布式FA 功能驗(yàn)證應(yīng)覆蓋應(yīng)用場(chǎng)景下各種自愈方式，因此試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)設(shè)置時(shí)，還包括線路首端、線路末端等場(chǎng)景，本文不再累述。

3.3 低壓臺(tái)區(qū)故障研判試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)思路

低壓配電網(wǎng)故障數(shù)量多、自動(dòng)化手段缺乏［15］，因此導(dǎo)致的時(shí)戶數(shù)損失不容忽視。為減少基層供電所故障排查成本，配電網(wǎng)開始試點(diǎn)應(yīng)用基于配電物聯(lián)網(wǎng)［3，16］的故障感知及研判成套解決方案。

真型試驗(yàn)平臺(tái)針對(duì)低壓智能故障研判系統(tǒng)功能驗(yàn)證需求，依托可靈活組態(tài)的低壓臺(tái)區(qū)平臺(tái)，構(gòu)建覆蓋城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)低壓臺(tái)區(qū)典型試驗(yàn)拓?fù)?，可真?shí)復(fù)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，特別是負(fù)荷水平/潮流方向多變、存在諧波的問題。為此，試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置了配電網(wǎng)源網(wǎng)荷典型元素，復(fù)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)真實(shí)運(yùn)行環(huán)境。在故障模擬方面，真型試驗(yàn)平臺(tái)通過故障模擬設(shè)備，模擬單相接地短路故障、兩相相間短路故障、兩相接地短路故障、缺相故障、斷零線故障、漏電故障等，可反映各種故障位置，平臺(tái)的故障點(diǎn)設(shè)置在一級(jí)、二級(jí)分支。

3.3.2 試驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置

低壓智能故障研判系統(tǒng)功能驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)置包括以下幾點(diǎn)。

構(gòu)建典型臺(tái)區(qū)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)參數(shù)：真型低壓智能臺(tái)區(qū)通過自由組態(tài)屏，構(gòu)建模擬城市臺(tái)區(qū)、農(nóng)網(wǎng)臺(tái)區(qū)2 個(gè)典型拓?fù)洌ㄒ妶D11）。其中城市臺(tái)區(qū)拓?fù)洳捎脴錉罱泳€，低壓塑殼斷路器出線后，經(jīng)過兩級(jí)配電箱分支，接入負(fù)荷接入箱。配電箱與配電箱間聯(lián)絡(luò)線用線路阻抗模擬200 m 線路長度。模擬農(nóng)網(wǎng)臺(tái)區(qū)拓?fù)洳捎幂椛漭椛渚€路，每200 m線路掛接一個(gè)接戶箱。

圖11 低壓臺(tái)區(qū)電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

7 個(gè)接戶箱內(nèi)部接入RLC 模擬負(fù)載，總負(fù)荷可設(shè)置為50 kW、200 kW、100 kW；接戶箱接入戶用光伏，模擬臺(tái)區(qū)正向和反向潮流2 種運(yùn)行方式。臺(tái)區(qū)網(wǎng)絡(luò)中接入諧波源向試驗(yàn)臺(tái)區(qū)注入諧波電流，模擬低壓線路上真實(shí)電能質(zhì)量環(huán)境，考驗(yàn)被測(cè)系統(tǒng)電能質(zhì)量適應(yīng)性。

3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果判定

每次故障參數(shù)調(diào)整后，試驗(yàn)平臺(tái)記錄待測(cè)系統(tǒng)報(bào)送的故障信息和故障位置，完成全部試驗(yàn)項(xiàng)目后，分析計(jì)算待測(cè)系統(tǒng)上報(bào)的故障信息和故障定位準(zhǔn)確率，最終評(píng)價(jià)系統(tǒng)功能的合格性。

4 結(jié)語

新型電力系統(tǒng)下要求配電網(wǎng)做強(qiáng)設(shè)備基礎(chǔ)、運(yùn)維支撐、三區(qū)四層架構(gòu)和運(yùn)行控制大腦。但傳統(tǒng)單一的測(cè)試手段無法覆蓋設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需求。本文介紹了配電網(wǎng)真型試驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)其平臺(tái)設(shè)計(jì)目的、平臺(tái)試驗(yàn)方法進(jìn)行分析，通過真型試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備的實(shí)際性能和故障感知的準(zhǔn)確性，解決了配電網(wǎng)設(shè)備考核不足的難題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

下一步，真型試驗(yàn)平臺(tái)將結(jié)合浙江新技術(shù)設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)實(shí)證需求，制定標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)方法，加快推進(jìn)配電網(wǎng)新技術(shù)、新方法的快速應(yīng)用轉(zhuǎn)化。