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 一二次融合環(huán)網(wǎng)箱在配電自動化的應用價值

長期以來，配電設備生產(chǎn)廠家劃分為一次設備和二次設備兩大陣營，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備和二次設備，然后在安裝環(huán)節(jié)中組合使用，但因此存在不少問題：如一二次設備接口不匹配，兼容性、擴展性、互換性差，成套設備安裝繁瑣；缺乏一二次設備聯(lián)動測試機制，發(fā)生遙信抖動、設備凝露現(xiàn)象，無法滿足線損計算需求等；一二次設備廠商責任糾紛，出現(xiàn)故障互相推諉等。此外，在配電自動化建設中，傳統(tǒng)成套設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，對成套設備運行壽命及穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。為了解決上述在配電網(wǎng)規(guī)?；ㄔO改造中增量設備配電自動化覆蓋以及一二次設備不匹配等問題，同時實現(xiàn)同期線損管理目標，國家電網(wǎng)于2016年提出《配電設備一二次融合環(huán)網(wǎng)箱方案》。一二次融合相關(guān)技術(shù)的研究、標準化工作的推進、交流傳感器的應用，是配電設備標準化、設備小型化、裝置集成化與運維智能化的必經(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，在多個省、市和地區(qū)較大規(guī)模試點應用已取得了顯著效果在應用范圍內(nèi)，有效提升了配電自動化效果，在保證短路故障研判準確性的基礎(chǔ)上，顯著提升單相接地故障研判的準確率，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維等方面都取得了較明顯的成效。

在運行數(shù)量方面，據(jù)EPTC配電網(wǎng)設備調(diào)研報告統(tǒng)計：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備運行經(jīng)驗的積累，將對于設備品質(zhì)、新技術(shù)應用、運維管理方面的提升，提供有效的數(shù)據(jù)支持。

標準化方面，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)的標準的編制工作，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)試驗技術(shù)規(guī)范》等團體標準已發(fā)布并開始實施，這些標準結(jié)合一二次融合環(huán)網(wǎng)箱的現(xiàn)狀，對于成套設備采用的交流傳感器、整體的技術(shù)條件、試驗技術(shù)規(guī)范等做了規(guī)范要求，對一二次融合環(huán)網(wǎng)箱的標準化工作具有指導意義。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，將成套設備的各個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，實現(xiàn)一二次深度融合。交流傳感器的選用，使成套設備具備更高的采樣精度和頻度，由此實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀況更多參數(shù)、更為精確的監(jiān)測，為設備的物聯(lián)化打下堅實的基礎(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)實現(xiàn)“邊層”的邊緣計算，完成數(shù)據(jù)的匯集、整理和計算，通過光纖或無線網(wǎng)絡發(fā)送至平臺層，實現(xiàn)配網(wǎng)運行故障分析、設備運維和管理的目標。將感知能力和互聯(lián)、互通、互操作等功能賦予配電開關(guān)設備，建立分布式智能協(xié)作的配電物聯(lián)網(wǎng)體系，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的全方位感知、數(shù)據(jù)融合計算和智能應用。

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，保證成套設備的穩(wěn)定運行也是一項重要工作。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)和低功耗設計這兩方面研究，在供能與功耗之間達到平衡點。

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)了從外置獨立安裝，到在本體外部固定，進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關(guān)注，在對應的試驗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備取電裝置的特殊性，相關(guān)標準化工作也正在穩(wěn)步開展中，將對其使用條件、技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)要求、試驗檢測等方面進行規(guī)范。

在低功耗技術(shù)方面，由于一次設備與二次設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，降低整機功耗將是一個提升運行壽命的有效途徑，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計及低功耗優(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實時調(diào)度方法與主流的節(jié)能技術(shù)手段相結(jié)合，進行系統(tǒng)級的低功耗優(yōu)化，從而進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標準，但沒有完善的成套設備標準，給成套設備的檢驗與整體的技術(shù)發(fā)展帶來局限性。在2019年，中國電工技術(shù)學會發(fā)布了《12kV配電智能柱上開關(guān)試驗技術(shù)規(guī)范》團體標準，填補了這項空白。該試驗技術(shù)規(guī)范相比于傳統(tǒng)更加適應配電一二次融合環(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意義。標準中對成套設備的功能及準確度試驗、單相接地故障試驗等項目的監(jiān)測方法給出了參考意見，在實際試驗應用中，需要相關(guān)檢測機構(gòu)、設備廠家對各項試驗的檢測方法、技術(shù)要求進行驗證，在通過試驗驗證設備性能和功能的同時，對試驗方法、條件等內(nèi)容進行優(yōu)化，使之更加完善。

為了適應配電網(wǎng)“數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化”發(fā)展的需求，需以堅強靈活的配電一次網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以一二次融合成套設備的標準化、精益化、智能化為手段，加強自動化裝備的應用，健全完善中低壓配電網(wǎng)的智能感知體系，實現(xiàn)配電設備狀態(tài)的全面感知、在線監(jiān)測、主動預警和智能研判。

根據(jù)配電標準化、精益化、智能化的發(fā)展趨勢，一二次融合成套設備在中壓配電網(wǎng)規(guī)模將逐漸提升，逐步全面啟用饋線自動化功能，將饋線自動化與配網(wǎng)分級保護相結(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化技術(shù)，將實現(xiàn)設備的廣泛互聯(lián)、狀態(tài)的全面感知、決策的快速智能、運維的高效便捷。