配網(wǎng)發(fā)電機(jī)保電不停電作業(yè)的探索和應(yīng)用

國網(wǎng)浙江省電力有限公司建德市供電公司 謝 鋮 石廣森 王 森

隨著供電可靠性要求的不斷提升，應(yīng)用0.4kV 發(fā)電機(jī)進(jìn)行保供電已從向傳統(tǒng)的重要用戶的備用保電和電網(wǎng)停電后的應(yīng)急供電轉(zhuǎn)變?yōu)榕渚W(wǎng)可靠運(yùn)行、檢修的重要支撐手段，涵蓋配網(wǎng)用戶接入、缺陷處理、設(shè)備定期檢修、維護(hù)、事故處理，以及上級電網(wǎng)檢修等各個環(huán)節(jié)。

在新時期的供電可靠性要求下，保供電專業(yè)和配網(wǎng)不停電專業(yè)實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合已成必然趨勢，通過實現(xiàn)兩專業(yè)的高效聯(lián)動，將不停電作業(yè)的技術(shù)、方案運(yùn)用到低壓保供電中，滿足低壓用戶持續(xù)不間斷供電的需求。

1 配網(wǎng)發(fā)電機(jī)保電工作中實現(xiàn)不停電作業(yè)的難點(diǎn)和問題

目前低壓發(fā)電機(jī)（車）供電前，需先停止市電再投運(yùn)發(fā)電機(jī)，后續(xù)檢修完畢市電恢復(fù)供電前也需要停止發(fā)電機(jī)供電后再輸送市電。相當(dāng)于一次保供電服務(wù)，用戶側(cè)要有兩次停電，每次需要10～60min 的停電倒電時間，用戶有明顯的停電感知，易引發(fā)投訴[1]。

配網(wǎng)中應(yīng)用低壓發(fā)電機(jī)保供電，要實現(xiàn)全過程用戶不停電，現(xiàn)階段存在較多難點(diǎn)和困難。

第一，不停電作業(yè)的前提是發(fā)電機(jī)等設(shè)備在市電不停電的情況下接入。目前發(fā)電機(jī)采用最常規(guī)的銅鼻子連接，連接時需停電，連接所耗費(fèi)的時間長，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致可靠性和安全性較低。如改為大電流快速插拔頭連接方式，需安排停電施工，耗資大，時間長，大量的存量配電柜無法改造。

第二，發(fā)電機(jī)和市電同期并網(wǎng)，需滿足多個條件。一是同期前必須對市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)進(jìn)行核相；二是同期并網(wǎng)需同時滿足兩側(cè)電壓差、頻率差和相位角差等條件，方能實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng)；三是同期成功后要實現(xiàn)市電和發(fā)電機(jī)之間負(fù)荷轉(zhuǎn)移。這些都需要依靠控制器等智能控制設(shè)備實現(xiàn)，而目前使用的低壓發(fā)電機(jī)均為最簡單的型號，沒有上述功能。

第三，因保供電需要，現(xiàn)有低壓發(fā)電機(jī)使用頻率高，無法長時間停運(yùn)按常規(guī)技術(shù)思路做復(fù)雜改造。

第四，限于現(xiàn)場環(huán)境和人員專業(yè)程度，不易接受較復(fù)雜的操作流程。

2 配網(wǎng)保供電不停電作業(yè)基本原理研究

2.1 帶電作業(yè)技術(shù)研究

通過推廣帶電作業(yè)技術(shù)應(yīng)用來提高供電可靠性已得到普遍認(rèn)可。配電網(wǎng)帶電作業(yè)可以分成兩種方式：一是采用絕緣的方式進(jìn)行帶電操作；二是利用絕緣的工具進(jìn)行作業(yè)。

2.1.1 按絕緣的方式進(jìn)行帶電作業(yè)

該類作業(yè)可以分成直接法和間接法兩種。其中直接法是指作業(yè)人員利用高空作業(yè)車上面的絕緣斗臂直接與帶靜電體接近，工作人員穿戴好絕緣類的防護(hù)用品直接進(jìn)行作業(yè)。而間接法是指以絕緣器具為主，以絕緣穿戴用品為輔的作業(yè)方法。

2.1.2 按絕緣的工具進(jìn)行帶電作業(yè)

該類作業(yè)分成三類，主要有三種工具：絕緣桿、絕緣平臺和絕緣斗。其中絕緣桿作業(yè)較為普遍，在配網(wǎng)環(huán)境中，如需進(jìn)行帶電維修和生產(chǎn)，交通和地形等會對作業(yè)產(chǎn)生一定的障礙，利用絕緣桿等帶電搭接取電作業(yè)技術(shù)，可以解決這些問題，在提高新用戶設(shè)備接入和臨時電源搭建的可靠性、快速提供應(yīng)急搶險用電等方面發(fā)揮重要作用。

2.2 同期并網(wǎng)策略探索

2.2.1 并網(wǎng)類型

系統(tǒng)并網(wǎng)可分為差頻并網(wǎng)和同頻并網(wǎng)兩種模式。差頻并網(wǎng)要求兩側(cè)的壓差和頻差滿足整定值的情況下捕捉到第一次出現(xiàn)零相角差時完成并網(wǎng)。同頻并網(wǎng)是兩側(cè)為同一系統(tǒng)，具有相同的頻率，但存在壓差和相角差（即功角），檢測功角小于整定角度且壓差滿足要求時完成并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)保供電時，與市電并網(wǎng)屬于差頻并網(wǎng)。

2.2.2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的幾種方式

手動方式并網(wǎng)。手動方式是指手動調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和電壓，參數(shù)以同步表和電壓表為參考，在人工確認(rèn)后手動控制開關(guān)合分閘實現(xiàn)與市電同期并網(wǎng)，此方法的弊端是同期時點(diǎn)的準(zhǔn)確性較差，稍有不慎容易對發(fā)電機(jī)組造成沖擊，后續(xù)無法精準(zhǔn)的進(jìn)行負(fù)載分配，總體而言可靠性較差，有安全隱患風(fēng)險。

功能模塊組合并網(wǎng)。由多種功能模塊相結(jié)合，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高。此種方式主要是采用同步追蹤器、負(fù)載分配器和界面轉(zhuǎn)換實現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組與市電并網(wǎng)功能。并網(wǎng)控制器并網(wǎng)。采用先進(jìn)微型電腦處理器技術(shù)，集發(fā)電機(jī)組控制、保護(hù)和自動追蹤同期并網(wǎng)功能為一體，功能較全面。

2.3 低壓發(fā)電機(jī)保供電不停電作業(yè)智能控制方法

結(jié)合上述探索和研究，提出了一種低壓發(fā)電機(jī)保電不停電作業(yè)智能控制方法。本方法解決了現(xiàn)有配電柜的帶電接入問題，無須改造，能適用現(xiàn)有90%以上的柜體。用簡單可靠的方法實現(xiàn)市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相（VX1,VX2,VX3）。兩次同期并網(wǎng)（發(fā)電機(jī)投運(yùn)并網(wǎng)、市電復(fù)電并網(wǎng)）依靠控制器采樣和算法與低壓斷路器實現(xiàn)，無須人工干預(yù)。并網(wǎng)后能實現(xiàn)功率管理和負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使發(fā)電機(jī)和市電平穩(wěn)過渡[2]。

如圖1所示，首先采用帶電作業(yè)技術(shù)和工具將旁路電纜接入低壓總閘刀的上端和下端，實現(xiàn)市電的旁路連接和發(fā)電機(jī)的帶電連接。

圖1 作業(yè)方法設(shè)備連接示意圖

對市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相無誤后，觸發(fā)控制器發(fā)出合閘命令合上2DL 開關(guān)，導(dǎo)通市電旁路回路。再一次觸發(fā)控制器，自動檢測市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)參數(shù)（壓差、頻差、相位角差），控制器算法會精準(zhǔn)捕捉并網(wǎng)時機(jī)并向1DL 開關(guān)發(fā)出合閘命令，合閘成功后將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。

拉開低壓總閘刀，使市電主回路分?jǐn)啵|發(fā)控制器，控制器在確認(rèn)負(fù)荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)后，發(fā)出命令分?jǐn)?DL 開關(guān)，此時負(fù)載由發(fā)電機(jī)獨(dú)立供電。而后可拉開高壓側(cè)跌落式熔斷器，進(jìn)行電網(wǎng)側(cè)配電檢修工作。

檢修完畢高壓送電，對市電上下端和發(fā)電機(jī)三側(cè)核相無誤后，觸發(fā)控制器，自動檢測市電和發(fā)電機(jī)兩側(cè)參數(shù)（壓差、頻差、相位角差），控制器算法會精準(zhǔn)捕捉并網(wǎng)時機(jī)并向2DL 開關(guān)發(fā)出合閘命令，合閘成功后將市電和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

合上低壓總閘刀，使市電主回路導(dǎo)通。分?jǐn)?DL 開關(guān)和2DL 開關(guān)，退出市電旁路和發(fā)電機(jī)，此時負(fù)載由市電獨(dú)立供電。最后帶電退出低壓總閘上下端旁路電纜。根據(jù)以上方法，保供電兩次電源切換，用戶側(cè)均實現(xiàn)了停電零感知。

3 裝置設(shè)計

上述低壓發(fā)電機(jī)保電不停電作業(yè)智能控制方法，為實現(xiàn)配網(wǎng)保供電不停電作業(yè)提供了技術(shù)支撐，但要落地為保供電工作中實際應(yīng)用，須將方案轉(zhuǎn)化為一套智能控制裝置，該裝置具備以下特點(diǎn)。

集成化和小型化。發(fā)電機(jī)工作頻率高，無法長時間停運(yùn),做復(fù)雜改造，因此要求裝置模塊化，規(guī)格尺寸適合內(nèi)嵌至低壓發(fā)電機(jī)內(nèi)部，成為其配套設(shè)備，且只需簡單接線后即可隨發(fā)電機(jī)使用。如圖1所示，裝置將多種元件和功能設(shè)計在一起，高度集成。

操作直觀和簡便。配網(wǎng)保供電工作中，面臨環(huán)境多樣，情況較復(fù)雜。裝置操作應(yīng)簡單直觀，關(guān)鍵邏輯動作都應(yīng)自動化、智能化，避免人工過多操作和干預(yù)。

適用面廣。目前，電力公司配備多種低壓發(fā)電機(jī)和發(fā)電車，裝置的規(guī)格尺寸、接線要求和功能應(yīng)適配多型號多品牌發(fā)電機(jī)和發(fā)電車。

3.1 快速取電夾鉗設(shè)計

從采用絕緣桿作業(yè)法進(jìn)行間接作業(yè)思路出發(fā)，設(shè)計了一種快速取電夾鉗。該設(shè)備主要由銅夾頭和套管式絕緣螺桿組成。

銅夾頭上部設(shè)計有螺孔，壓接銅鼻子的電纜可通過螺絲和螺孔固定的方式與夾鉗一體化連接。銅夾頭鉗口夾住帶電的匯流母排后，絕緣螺桿兩段套管做旋轉(zhuǎn)式配合，內(nèi)部金屬頂桿推進(jìn)后將夾鉗固定在母排上實現(xiàn)帶電接入。在進(jìn)行帶電接入操作時，須采取絕緣隔離或遮蔽措施。

本方案產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品相比，操作簡單，符合電力公司操作習(xí)慣，成本具有明顯優(yōu)勢。

3.2 同期并網(wǎng)控制器策略制定

根據(jù)低壓發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)差頻并網(wǎng)的特性，筆者測試了多款同期并網(wǎng)控制器，如單對象微機(jī)同期裝置、發(fā)電機(jī)組并聯(lián)控制器等，經(jīng)過多次試驗和實地運(yùn)行，最終制定了符合保供電不停電實際需要的同期并網(wǎng)策略[3]，如圖2所示。

圖2 同期并網(wǎng)策略流程

3.3 快速插接設(shè)計

保電不停電作業(yè)需要2套電纜，使市電主回路低壓總閘刀上下端與裝置的銅排（電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)）帶電連接。考慮到裝置內(nèi)嵌至發(fā)電機(jī)使用，接線間距小，需有電氣安全距離和絕緣措施，所以電纜和裝置連接采用快速插拔頭和快速插座方式，達(dá)到“即插即用”的效果[4]。

插頭和插座之間連接有特殊的卡栓鎖緊結(jié)構(gòu)，能防止意外斷開。防護(hù)等級按IP67標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和制造。插頭上附屬的色帶環(huán)和插座保護(hù)蓋有相同的顏色來一一對應(yīng)，確保正確識別和連接。

3.4 核相操作設(shè)計

同期并網(wǎng)要求電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)相序保持一致，核相正確后方能進(jìn)行下一步操作，核相結(jié)果需向操作人員直觀展示。綜合考慮后選用三只三相相序表和轉(zhuǎn)換開關(guān)配套使用，采樣取自裝置內(nèi)部銅排，核相設(shè)備內(nèi)嵌至裝置正面，方便操作人員使用和觀察。

3.5 整體結(jié)構(gòu)和界面設(shè)計

將控制器、電纜帶電取電和快速連接、分合閘低壓斷路器、核相操作、電參數(shù)顯示和操作按鈕進(jìn)行了一體化設(shè)計，實現(xiàn)了集成化和小型化，人工操作步驟簡單，能和多種低壓發(fā)電機(jī)和發(fā)電車內(nèi)嵌式配套使用，如圖3所示。

圖3 裝置布局示意

4 實際應(yīng)用

根據(jù)本次研究原理和裝置設(shè)計方案，通過和杭州某高新技術(shù)企業(yè)的合作，順利完成了裝置樣機(jī)的設(shè)計和制造，并在配網(wǎng)保供電工作中應(yīng)用驗證。實踐證明現(xiàn)場帶電接入和操作簡單實用，發(fā)電機(jī)投運(yùn)并網(wǎng)和市電復(fù)電投運(yùn)并網(wǎng)的兩個過程都平穩(wěn)過渡，兩次電源的切換都實現(xiàn)了用戶側(cè)停電零感知，真正實現(xiàn)了配網(wǎng)保供電不停電作業(yè)。