配電一二次融合成套設備FTU設計方案

鄧吉祥

(南京大全電氣研究院有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引 言

由于我國電力工業(yè)及電網建設的歷史發(fā)展等各種原因，配電網的建設與發(fā)展明顯要滯后于發(fā)電、輸電，目前用戶停電95%以上是由配電網系統(tǒng)原因引起的，電網有一半的損耗發(fā)生在配電網，我國配電網自動化、智能化程度較低。配電網已經成為我國電網發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。

電氣一次與二次電氣設備是保證電網正常運行的關鍵性技術。隨著國網、南網以及地方電網公司對建設堅強智能電網規(guī)劃的逐步實施，要求電網企業(yè)對電氣設備進行全壽命周期管理。促使電網企業(yè)需要將一次設備提升為智能電氣設備，要求二次設備向智能控制單元升級，使得電力一二次設備之間沒有明顯的界限。

現階段，電網的一二次設備基本是相對獨立的，將一次智能電氣設備與二次智能控制單元設備成套融合安裝在一起，將改變現有一二次電力設備生產廠家的市場格局與模式。對傳統(tǒng)二次電力設備企業(yè)來說，也是個新的市場機遇。通過融合，才能夠為客戶提供整體的解決方案。

1 現階段配電網需要解決的關鍵問題

隨著國家電改政策的逐步推進，新的售電公司的出現形成新的競爭格局，配網的運行效率和效益將成為電網公司需要面對的實際關鍵問題。

(1)提高配網故障搶修效率，減少停電時間(這依賴于短路和接地故障的自動隔離水平)。通過精益化線損管理，降低配網的線損率，提高經濟效益。

(2)配電網設備現階段存在的以下問題：

問題一：加快配電網建設升級改造的過程中，配電自動化系統(tǒng)所涉及的一二次設備的連接接口不相互匹配，兼容性、互換性、擴展性差，電氣設備部件較多，安裝難度較大的問題；

問題二：隨著配電網對線損計量、選擇性保護等功能的要求越來越高，導致需求設備種類繁多；電氣設備需要支持線損計算統(tǒng)計要求。

問題三：目前一二次設備都是遵循分開檢測，分別供貨的模式。缺少配電一二次設備整體測試機制和規(guī)范，一二次設備廠家責任不分明，容易在供貨時產生糾紛和分歧。

綜上所述，為了解決以上幾個關鍵問題，提出了配電網設備一二次融合成套技術方案。

2 一二次融合方案分兩個階段推進

2017年7月，國網公司在北京召開了“國家電網公司配電一二次成套化設備、線損模塊技術方案”相關宣貫會，明確了一二次成套設備的技術趨勢、發(fā)展方向。

技術方案分以下兩個階段過渡進行：

(1)第一階段(配電設備的一二次成套階段)

柱上開關的一次與二次的成套設備由柱上開關、饋線終端FTU、電源PT、航空插頭及預制電纜等組成。柱上開關的本體部分內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之間采用軍品級的航空接插件，通過高防護等級預制電纜連接起來。戶外的航空插頭及插座可使用密封材對航插的金屬部分進行密封，提高設備的防凝露性能等級。

(2)第二階段(配電設備的一二次融合階段)

柱上開關一二次融合設備由開關本體部分、FTU、航空插頭及預制電纜等構成。開關本體一體化澆注，開關本體部分內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。終端的取電方式調整為電容取電模式，避免了電磁式PT二次側短路產生過電流以及電磁諧振等安全問題。大大降低了產品的體積和重量，提高了整體的可靠性，一二次設備部件具備相同的生命周期。

3 柱上開關一二次成套設備總體方案

(1)一二次成套柱上開關設備總體要求

要求一：推廣應用不依賴配電自動化主站系統(tǒng)、不依賴光纖通信的就地饋線自動化FA功能，由配電終端FTU裝置協同實現故障定位、故障區(qū)域隔離及非故障區(qū)域的恢復供電；柱上斷路器，具備保護功能，可以直接跳閘切除短路故障，具有自動重合閘功能；柱上負荷開關可支持短路/接地故障事件上送。成套柱上斷路器應能快速切除故障，故障切除時間≤100 ms。可配置運行參數及控制邏輯，具備自動重合閘功能，重合次數及時間可調。具備非遮斷保護功能，負荷開關不分斷大電流。應能檢測到不同接地故障類型、不同接地方式的單相接地故障, 可實現單相接地故障處理。

要求二：一二次成套設備滿足國家電網公司《就地型饋線自動化實施應用技術方案》相關要求，支持自適應綜合型、電壓時間型、電壓電流時間型饋線自動化邏輯[2]。

(2)一二次成套柱上開關設備產品概述

柱上開關成套設備根據現場應用的功能可分為兩大類，包括柱上斷路器和柱上負荷開關。其中斷路器成套設備包括分段、聯絡及分界斷路器，負荷開關成套設備包括分段、聯絡及分界負荷開關。

饋線終端FTU按結構可分為箱式FTU和罩式FTU兩種，如表1所示。

表1 柱上開關一二次成套設備分類表

(3)一二次成套柱上開關設備總體配置方案(表2)

表2 柱上開關一二次成套設備配置明細表

差異化部署，不同供電可靠性要求需采用不同的實現方案。標準化設計，最大限度利用現有相關資源。根據自身采集的信息，通過可靠邏輯判斷，對配電開關進行分、合操作，實現配電網故障檢測、故障定位、故障隔離和網絡重構等自動化功能。

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。

柱上開關成套設備的開關和FTU的連接電纜雙端預制，全部采用航空插頭形式；開關本體和FTU安裝插座，連接電纜安裝插頭。

開關本體配置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航空接插件各1只。罩式FTU配置外接式后備電源時，配置5芯航空插座1只。

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

6芯防開路航空插座用于傳輸電流、零序電流信號；

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。

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(免維護閥控鉛 酸蓄電池或超級電容)，滿足FTU、通信設備及配套操作機構電源要求；無線通信模塊，支持4G/3G/2G五模自適應(選配)；

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

(2)FTU核心功能

支持軟件加密與硬件加密功能，基于內嵌安全芯片實現的信息安全防護功能，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規(guī)定及國網信息安全監(jiān)測要求。

與配電主站實現雙向身份認證、參數配置等的簽名驗證、數據的加解密與完整性保護。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(自適應綜合型、電壓時間型、電壓電流時間型)。

保護功能滿足《配電自動化終端子站功能規(guī)范》及《配電自動化終端技術規(guī)范》相關要求。具備短路故障判別功能，配合負荷開關使用時結合變電站出線開關的動作邏輯實現故障的有效隔離。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重合閘功能，支持重合閘后加速。具有來電延時合閘功能、自適應延時合閘和單側失電延時投入功能[3]。

就地型饋線自動化功能：分段的功能包括殘壓脈沖閉鎖合閘，單側得電延時合閘，合到零壓告警或分閘并閉鎖合閘，合閘后Y時限內失壓正向閉鎖合閘等功能。聯絡的功能包括開關處于分位時，雙側有壓禁止自動合閘，雙側有壓超過設定時間，當單側失壓延時合閘，手動分閘閉鎖合閘功能。

具備配合重合閘方式的就地型饋線自動化功能，滿足電壓時間型、電壓電流時間型、自適應綜合型饋線自動化邏輯，實現短路故障、不同中性點接地方式下接地故障的定位與隔離功能。

內部測溫、蓄電池管理等功能。

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

支持數據集中與轉發(fā)。滿足國網最新的配電自動化系統(tǒng)應用DL/T634.5101-2002、DL/T634.5104-2009實施細則；滿足國網最新的配電自動化終端參數配置規(guī)范。

故障錄波文件格式遵循 Comtrade格式。支持錄波數據循環(huán)存儲至少64組，并支持上傳至主站，錄波內容應包含故障發(fā)生時刻前不少于4個周波和故障發(fā)生時刻后不少于8個周波的波形數據，錄波點數為128點/周波，錄波數據應包含電壓、電流、開關位置等。

線損采集功能(配套用戶分界開關除外)：箱體內置獨立線損模塊，通過串口與其通信。

具備專用的終端維護調試軟件，可靈活配置各項運行參數、控制邏輯及狀態(tài)值查看。

6 結束語

推動智能化配電網電氣設備一二次深度融合，推動裝備提升與科技創(chuàng)新。在統(tǒng)一配電自動化主站建設標準的基礎上，配電終端終端采用高端、常規(guī)、 簡易三種配電自動化建設模式，滿足不同類型供電區(qū)域建設需要。配電網智能化建設和應用水平將大幅提高。

隨著現代配電網建設步伐不斷加快，配電自動化迎來了新的發(fā)展機遇。配電一次設備與自動化終端FTU采用成套化設計制造，實現專業(yè)化安裝調試，減少現場工作量。我國智能配電網的發(fā)展目標已經制定，明確要建成高效、靈活、合理的配電網絡，完成實用性配電自動化系統(tǒng)的全面建設，促進配電網新技術成果轉化和實施，引領配電技術發(fā)展方向。