新型電力系統(tǒng)背景下配電臺(tái)區(qū)智能化分析研究

呂妤宸，龔利武，吳迪，顧強(qiáng)杰，徐克

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司平湖市供電公司，浙江 平湖 314200）

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要一步，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措，是以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)與多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)的基本特征。隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展，電力用戶對(duì)于可靠用電、電能質(zhì)量等多方面的用電需求也與日俱增。配電臺(tái)區(qū)作為電力系統(tǒng)與用戶之間的最后一道關(guān)口，也面臨著不斷提升智能化水平的轉(zhuǎn)型升級(jí)要求。

目前，配電臺(tái)區(qū)建設(shè)及運(yùn)行現(xiàn)狀仍存在以下3大問題，一是臺(tái)區(qū)設(shè)備多而凌亂，結(jié)構(gòu)型式不統(tǒng)一，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，智能化程度不高；二是臺(tái)區(qū)建設(shè)、搶修仍以停電作業(yè)為主，作業(yè)時(shí)間長，影響供電可靠性；三是臺(tái)區(qū)智能化運(yùn)行管理支撐不足，難以滿足現(xiàn)代配電臺(tái)區(qū)的運(yùn)行管理需求。

因此，討論分析切實(shí)可行的智能化配電臺(tái)區(qū)建設(shè)模式，提升配電臺(tái)區(qū)智能化水平，有助于提升配電臺(tái)區(qū)工程建設(shè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，滿足農(nóng)網(wǎng)智能化發(fā)展需要和用戶對(duì)供電能力、供電質(zhì)量和供電服務(wù)的新要求，提高供電能力和供電可靠性，提升運(yùn)行管理水平和服務(wù)能力，對(duì)推進(jìn)我國新型城鎮(zhèn)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐價(jià)值。同時(shí)，研究成果可在浙江省示范工程中開展應(yīng)用。

1 智能化配電臺(tái)區(qū)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，國內(nèi)智能配電臺(tái)區(qū)研究大多以智能配變終端為核心，從配電變壓器到用戶的供電區(qū)域，應(yīng)用智能配變終端、智能電能表、智能用電交互終端，配合雙向高效通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供用電的綜合監(jiān)控、管理和雙向互動(dòng)等功能。文獻(xiàn)[1]提出一種基于融合終端的配電臺(tái)區(qū)低壓柔性直流互聯(lián)系統(tǒng)，通過低壓柔性直流互聯(lián)并配置融合終端，加速臺(tái)區(qū)間信息交互，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、臺(tái)區(qū)間功率靈活互濟(jì)、故障快速轉(zhuǎn)供，以及分布式電源高效消納、沖擊性負(fù)荷穩(wěn)定供電、能量?jī)?yōu)化與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。劉浩等[2]在研制出一款既能實(shí)現(xiàn)低壓配電臺(tái)區(qū)原有所有運(yùn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)量設(shè)備功能，又能以配置擴(kuò)展模塊和對(duì)應(yīng)功能App的方式滿足終端對(duì)于不同低壓配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用需求的模組化智能融合終端的基礎(chǔ)上，提出了一種低壓配電臺(tái)區(qū)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)量設(shè)備整合優(yōu)化方案。智能配電臺(tái)區(qū)最大特征即具備“自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化”特征，實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)配置標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)規(guī)范化、功能智能化。

目前，根據(jù)不同負(fù)荷特征與需求，我國采用簡(jiǎn)潔型、標(biāo)準(zhǔn)型、擴(kuò)展型智能配變終端形成3類智能配電臺(tái)區(qū)典型建設(shè)模式，各類典型建設(shè)模式的電氣設(shè)備和智能配變終端配置互不相同。簡(jiǎn)潔型建設(shè)模式適用于100 kVA以下容量較小、負(fù)荷水平較低或者負(fù)荷分散的城郊和鄉(xiāng)村的農(nóng)村智能配電臺(tái)區(qū)；標(biāo)準(zhǔn)型智能配電臺(tái)區(qū)適用于100 kVA及以上、負(fù)荷水平中等或較高的農(nóng)村智能配電臺(tái)區(qū)；拓展型智能配電臺(tái)區(qū)適用于負(fù)荷水平高、對(duì)電能質(zhì)量有要求或?qū)﹄娔苜|(zhì)量有較大影響的農(nóng)網(wǎng)智能配電臺(tái)區(qū)。

國家電網(wǎng)公司制定并發(fā)布了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 614—2011《農(nóng)網(wǎng)智能型低壓配電箱功能規(guī)范和技術(shù)條件》、Q/GDW 615—2011《農(nóng)網(wǎng)智能配變終端功能規(guī)范和技術(shù)條件》、Q/GDW 699—2011《農(nóng)網(wǎng)智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)規(guī)范》，指導(dǎo)智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)。

綜上，目前尚未形成基于配電臺(tái)區(qū)模塊化定制的不停電檢修相關(guān)方案，同時(shí)缺乏設(shè)備狀態(tài)傳感器與配電箱一體化融合設(shè)計(jì)制造理論及實(shí)踐。

2 智能化配電臺(tái)區(qū)關(guān)鍵技術(shù)研究

在智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)模式方面，我國進(jìn)行了“新農(nóng)村電氣化村典型供電模式”和“國家電網(wǎng)公司小城鎮(zhèn)典型供電模式”研究。同時(shí)，國家電網(wǎng)公司制定并發(fā)布了《新農(nóng)村電氣化村典型供電模式（試行）》（國家電網(wǎng)農(nóng)技〔2007〕35號(hào)）和《國家電網(wǎng)公司小城鎮(zhèn)典型供電模式》（國家電網(wǎng)農(nóng)技〔2010〕1591號(hào)）2個(gè)技術(shù)規(guī)范，用于指導(dǎo)和規(guī)范新農(nóng)村電氣化村及小城鎮(zhèn)電網(wǎng)建設(shè)。

農(nóng)網(wǎng)智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)是國家電網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，自農(nóng)網(wǎng)智能化試點(diǎn)工程建設(shè)以來，先后在浙江、安徽等10個(gè)地區(qū)累計(jì)建設(shè)智能配電臺(tái)區(qū)617座。試點(diǎn)工程中的智能臺(tái)區(qū)，主要是增加了由進(jìn)出線開關(guān)、無功補(bǔ)償裝置、計(jì)量裝置、農(nóng)網(wǎng)智能終端組成的農(nóng)網(wǎng)綜合智能配電箱和統(tǒng)一采集與集中監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠滿足用戶對(duì)供電能力、供電質(zhì)量和供電服務(wù)的新要求，提升農(nóng)網(wǎng)運(yùn)行控制的自動(dòng)化和信息化水平；提高“兩率”水平，有效提高供電可靠性和受電端電壓合格率；線路總平均線損率和運(yùn)行成本顯著降低。但在實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用中，存在現(xiàn)有智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)費(fèi)用較高，一體化設(shè)計(jì)、功能集成、三相不平衡治理以及互動(dòng)化等功能上有待進(jìn)一步完善等問題，需要進(jìn)一步研究分析。因此，以配電智能臺(tái)區(qū)關(guān)鍵技術(shù)研究為基礎(chǔ)，討論一種基于發(fā)電車“零”停電智能感知接入裝置的智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)方案。

表1 各類不停電裝置對(duì)比情況表

2.1 發(fā)電車“零”停電智能感知接入裝置

發(fā)電車“零”停電智能感知接入裝置以切換開關(guān)快速勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過DSP高速采樣精準(zhǔn)預(yù)判并網(wǎng)轉(zhuǎn)換動(dòng)作時(shí)機(jī)，并網(wǎng)后通過并網(wǎng)時(shí)刻瞬時(shí)檢測(cè)及瞬時(shí)解列技術(shù)，保證負(fù)荷在不停電的情況下實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)供電與發(fā)電車供電之間平穩(wěn)過渡[3]。

目前該裝置已實(shí)現(xiàn)用戶停電“零”感知，在電網(wǎng)檢修時(shí)用戶依然可以使用電腦、空調(diào)等設(shè)備，真正做到了不停電就是最好的服務(wù)。平湖市供電公司每年需要計(jì)劃檢修而引起的低壓用戶停電207起，按每次停電8 h，預(yù)計(jì)損失時(shí)戶數(shù)1656個(gè)。

2.2 一體化智能綜合配電箱

國內(nèi)目前的配電臺(tái)區(qū)主要由10 kV跌落式熔斷器、10 kV避雷器、10 kV配電變壓器、接地裝置、普通低壓配電箱構(gòu)成（有些臺(tái)區(qū)無配電箱）；大多數(shù)臺(tái)區(qū)沒有監(jiān)控和補(bǔ)償設(shè)備；臺(tái)區(qū)設(shè)備一般采用雙桿方式上下分層安裝。跌落式熔斷器的觸頭裸露在大氣中，常常由于觸頭銹蝕和彈簧疲勞，形成接觸不良，致使導(dǎo)電回路發(fā)熱甚至燒蝕，造成設(shè)備故障。

近年來，國內(nèi)固體絕緣技術(shù)得到快速發(fā)展，已在一次配電設(shè)備和二次配電設(shè)備中得到大量應(yīng)用，為配電設(shè)備的集成型、小型化奠定了基礎(chǔ)。研發(fā)結(jié)構(gòu)一體化、功能模塊化的智能配電臺(tái)區(qū)產(chǎn)品，考慮采用全封閉、全絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隱藏金屬帶電部分,解決絕緣問題；整體設(shè)計(jì)采用一體化結(jié)構(gòu)，從方便接線連接、后期運(yùn)維管理、擴(kuò)容等角度出發(fā)，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝；內(nèi)部設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)、功能模塊化方案，采用模塊化元件序列和標(biāo)準(zhǔn)化元件接口，以解決元件之間的互聯(lián)互換問題，同時(shí)，需要關(guān)鍵研發(fā)低壓配電開關(guān)熱插拔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不斷電情況下靈活插接，改變系統(tǒng)方式，具有防誤操作保護(hù)；通過對(duì)無功補(bǔ)償裝置、計(jì)量保護(hù)裝置、智能終端模塊化的設(shè)計(jì)，研制基于熱插拔的綜合智能配電箱，簡(jiǎn)化運(yùn)維流程，減少運(yùn)維時(shí)間，實(shí)現(xiàn)“一次需求一次滿足”的配電臺(tái)區(qū)建設(shè)新模式。

2.3 智能配電臺(tái)區(qū)自感知機(jī)制

為構(gòu)建安全可控、智能友好的新型電力系統(tǒng)，配電臺(tái)區(qū)需要不斷提升自動(dòng)化程度及自愈能力，愈功能同時(shí)也是智能電網(wǎng)的主要功能之一，其重點(diǎn)在于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的采集，如何提升電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)備狀態(tài)一體化采集技術(shù)，怎樣綜合考慮變電站環(huán)境等信息的采集和處理，是提升配電臺(tái)區(qū)智能化亟待解決的問題。

為提升綜合智能配電臺(tái)區(qū)自感知能力，考慮以設(shè)備狀態(tài)傳感器與配電箱一體化融合設(shè)計(jì)制造技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞提升設(shè)備自感知、自診斷能力，實(shí)現(xiàn)配電箱內(nèi)設(shè)備狀態(tài)全面可知、可控。基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)警技術(shù)研究，以及臺(tái)區(qū)低壓關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合故障診斷專家?guī)熘R(shí)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過開發(fā)配電臺(tái)區(qū)低壓關(guān)鍵設(shè)備檢修移動(dòng)助手軟件實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)設(shè)備故障預(yù)警。

3 結(jié)束語

發(fā)電車“零”停電智能感知接入裝置可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)檢修用電用戶停電“零”感知；一體化智能綜合配電箱需要配合發(fā)電車“零”停電智能感知接入裝置實(shí)現(xiàn)不斷電情況下靈活插接，改變系統(tǒng)方式的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)，方便接線連接、后期運(yùn)維管理、擴(kuò)容等；以配電臺(tái)區(qū)低壓關(guān)鍵設(shè)備檢修移動(dòng)助手軟件為基礎(chǔ)的智能配電臺(tái)區(qū)自感知機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)、檢測(cè)檢修等環(huán)節(jié)的軌跡化跟蹤，及關(guān)鍵設(shè)備全過程安全監(jiān)督管控，全面掌控智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)及運(yùn)行狀態(tài)，提升電網(wǎng)公司運(yùn)營管理水平，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)添磚加瓦。