摘要： 针对配电自动化改造过程中设备无供电电源、环网柜一二次改造复杂和停电时间过长等实际问题，提出了增加更换电动操作机构、 增加除湿装置等解决方案。
钟伟东，刘继文，李仕杰（国网浙江海宁市供电公司，浙江 海宁 314400）
我国配电自动化起步较晚,至 2014 年,国家电网公司配电自动化总覆盖率为 12.6% [1]。 2015 年,国家能源局和发改委发布了关于加快配电网建设的指导意见和计划,要求到 2020 年配电自动化覆盖率达到 90% [2]。要达到90% 覆盖率就需要对原有配电网进线全面的升级和改造。
根据浙江省电力公司发展部要求,海宁地区将全面启动配电自动化改造工程, 2017 年完成首批 120 个节点的改造。配电自动化是以网架和设备为基础,综合利用计算机技术、信息及通信等技术,实现对配电网的监测、控制和管理 [3]。本次改造工程主要涉及海宁地区的 85 座环网箱和35 座环网室,主要工作有增加站所终端 DTU（DistributionTerminal Unit）与电压互感器（TV）柜,对原有环网柜进行一、二次改造,为设备寻找 AC 220 V 电源和相应通信工程改造等通过前期现场勘查和调研,海宁配电自动化改造主要问题和难点有:部分环网箱和环网室无法增加 TV 柜,导
致无配电自动化电源；原环网柜厂家各不相同,一、二次设备改造工作复杂；因改造工作量较大,造成停电时间较长,特别是单电源区域。
1 配电自动化电源问题
1.1 现状和存在问题分析
根据《国家电网公司配电网工程典型设计 - 10 kV配电站房分册》 2016 年版要求,在环网箱内,所用电源一般由 TV 柜提供,其原理为在 TV 柜副边侧增加一个出口电压为 220 V 的线圈,容量一般为 1 kVA ；在环网室内,电源一般由所用变柜提供,其容量一般为15 ～ 30 kVA [4]。但原有部分环网室未预留所用变位置和出线柜,在本次改造中 DTU 部分电源也由 TV 柜提供。
由于年代原因,较早环网柜大部分不考虑预留配电自动化空间,导致很多运行环网柜无 TV 柜,并且不可扩展 TV柜,这给配电自动化改造带来了难题。
根据前期现场勘查和调研,海宁市供电公司本次配电自动化改造各节点根据形式是否有 TV 柜和是否可扩展 TV 分类,主要统计结果如表 1 所示。其中已有 TV 柜有 13 个,占比 10.8% ；无 TV 柜但可扩展有 20 个,占比16.7% ；无 TV 柜且不可扩展有 87 个,占比 72.5%。从统计中可以看出无 TV 柜且不可扩展 TV 柜占比最高,是本次配电自动化改造的重点要解决的问题。
1.2 解决方案
1.2.1 加装母线TV柜供电
可采用加装母线 TV 柜的方式供电。但新增加的 TV
柜应与原环网柜品牌和型号一致,新上的 TV 柜要符合配
电自动化设计要求。
1.2.2 加装线路TV柜供电
针对无 TV 柜且不可扩展 TV 柜情况主要有 3 种供电方案,分别为环网柜内加装线路 TV 柜、 DTU 内加装线路 TV 柜和独立外置式线路 TV 柜, 3 种均适合于环网箱和环网室。但单线路 TV 柜存在两个缺点,即所测电压为线路电压,无法准确反应母线电压情况；线路侧停电时,TV 柜也停电,供电可靠性下降。解决方法为:可以通过双线路 TV 柜方案,即在环网柜环进环出处各连接一个线路 TV 柜来提高供电可靠性,并结合开关分合状态来判断进线侧线路电压是否等效于母线电压。
线路 TV 柜与环网柜采用电缆连接,原进线柜电缆头改为双出电缆头,其中 1 头连接线路 TV 柜。同时为了提高安全性,线路 TV 柜采用全绝缘型式,电缆头采用预制全绝缘材料包裹电缆头。
1.2.3 加装电流互感器TA取电
采用 TA 柜取电容易实现,但容量较小,且和一次回路电流大小有关,一般一次电流要达到 30 A 以上才能保证“二遥”型站点供电 [5]。但可通过并联 TA 柜增大容量,或者作为备用电源时考虑。
1.2.4 加装所用变压器
在环网室内预留有所用变位置的,可以通过加装所用变压器供电,但该方案需占用 1 个出线回路,且不适用于环网箱或无空间预留的环网室。
1.2.5 寻找外部电源供电
根据现场实地勘察,环网箱和环网室周边有电源点的共有 29 个,占比 24.2%。周边电源点取电类型主要有:低压公用架空线路取电、小区公变低压柜取电、路灯变取电和杆上公变 JP 柜取电等。外部电源供电可以省去所用变或 TV 柜,适合于无法加装 TV 柜且公变电源点较近的情况,低压线路一般采用电缆直埋或穿管方式敷设,个别地区也可采用低压架空杆形式。但线路过长会导致造价过高,且线路通道政策处理较为繁琐。
1.2.6 利用离网光伏电站供电
在既无所用电源预留位置又无附件外部电源的情况下,可考虑利用离网光伏电站供电模式,如图 1 所示,为某厂家 10 kWp 离网光伏系统配置示意图,主要有光伏板、离网逆变器、电池和负荷组成,并可实现远程监控和市电备用功能。环网室可配置三相 AC 380 V 离网光伏电站系统,环网箱可配置单相 AC 220 V 离网光伏电站系统。
环网室按照一般屋顶面积 80 m2 计算,可装光伏容量约为 10 kWp,已基本能满足环网室平时照明、风机和配电自动化用电要求。环网箱按一般箱顶面积 8 m2 计算,可装光伏容量约为 1 kWp,很难维持环网箱配电自动化长期稳定工作要求,需额外增加光伏电池板数量。
2 环网柜一二次改造难点
2.1 环网柜一次改造难点
原先很多环网柜未考虑配电自动化预留要求,操作机构为手动,无电动操作机构。因海宁地区有较长时间湿度大于 80% 以上,原有电动操作机构 10 年以上的有部分出现生锈腐蚀现象。现场勘查时,无法判断电动操作机构是否完好。
2.2 环网柜二次改造难点
根据《国家电网公司配电网工程典型设计 -10 kV 配电站房分册》 2016 年版要求, DTU 采集电流互感器测量精度要求为 0.5S,同时满足故障电流测量精度 [4]。原环网柜内电流互感器一般为穿心式电流互感器,测量精度为0.5 S,无测量故障电流能力。即当线路故障电流较大时,配电自动化主站无法准确测量故障电流。
原户外式环网箱大部分未安装除湿装置,潮湿环境对现有环网柜二次部分和今后 DTU 等二次设备及电池都会产生腐蚀、损坏,甚至造成保护误动或拒动等问题。根据《DL/T 5500—2015 配电自动化系统信息采集及分类技术规范》要求, SF6 压力报警信号为必采信号 [6]。但原环网柜气体压力表计大部分无报警触点,在气体压力低时,无法上送报警信号和闭锁就地和远方操作,存在安全隐患。
因环网柜厂家和投产时间各不相同,原环网柜存在二次接线全部或部分未引出至端子排和二次端子布置各不相同等问题,改造施工和今后维护工作难度较大。
2.3 解决方案
2.3.1 增加、更换电动操作机构
现场勘查环网柜无电动操作机构的可根据厂家说明书或由厂家技术人员到现场确定是否可增加电动操作机构。已有电动操作机构的可在厂家人员的指导下打开操作机构封板查看机构是否完好,并可在备用间隔上操作测试机构是否可正常动作。腐蚀严重或不能正常工作的电动操作机构在改造工程中同步更换,并在数量统计上留有一定冗余。2.3.2 增加除湿装置
海宁地处亚热带季风气候区（浙江省第二气象区）,雨量充沛,累年平均相对湿度 80%。为防止环网柜电动操作机构、二次设备和 DTU 内部元器件生锈、腐蚀和损坏,可在环网箱和户外立式 DTU 柜内增加壁挂式除湿装置,保证内部湿度不大于 80%。
2.3.3 更换双特性TA
配电自动化因采集通道限值,一般每个环网间隔只采集 1 组电流量,但配电自动化主站不但需要测量每个间隔的正常工作电流,还需在线路故障时准确地测量故障电流。本次改造工程将全部 TA 更换为测量保护双特性互感器,配电网环网柜内 TA 变比一般为 300/5 ～ 600/5,根据海宁地区 10 kV 最大短路电流一般为 6 ～ 15 kA 估算,TA 至少应满足 10P10 保护精度要求。
2.3.4 更换带报警触点的气体压力表计
因原环网柜一般只考虑就地操作,操作前要求先核对环网柜 SF6 气体压力表计是否正常,才能进行操作,所以原大部分气体压力表计未带报警触点。配电自动化“三遥”功能要求远方操作环网柜。但在气体压力低于正常值时,负荷可能无法开断正常工作电流,而发生爆炸危险。本次改造将气体压力表计更换为带至少—常开—常闭无源接点压力表计,常开接点接入 DTU 遥信回路,常闭接点就地接入环网柜操作闭锁回路。
2.3.5 标准化二次端子排
为规范化设计、施工和今后运行维护方便,将二次端子排分为通用端子排和专有端子排,通用端子排为配电自动化相关端子排,专有端子排为厂家内部接线。通用端子排要求各厂家统一按设计要求排布,专有端子排可根据厂家各自特点排布。
DTU 接线可分为端子排和航空插针 2 种形式,当采用端子排形式时,也采用通用设计。
3 停电时间问题
3.1 停电时间分析
配电自动化改造的原则为不影响配电网的正常运行,这就要求配电自动化改造的停电时间要尽可能短,特别是在单电源供电的区域,配电自动化改造将对用户造成长时间停电。
对停电时间有影响的改造工作主要有:环网柜本体改造（包括加装电动操作机构、更换气体压力表计和二次改接线等）、 DTU 和环网柜之间的二次接线和与主站的传动试验等。且由于部分环网箱和环网室空间狭小,环网柜改造厂家和 DTU 接线人员可能无法同时施工作业。特别是整个配电自动化改造工程站点众多,环网柜本体改造时,DTU 可能无法及时到货就位。在单电源供电的区域内,这些都会造成改造环网箱或环网室供电区域的长时间停电。
3.2 解决方案
3.2.1 采用航空插针
采用航空插针可以将环网柜改造和 DTU 接线有机的分割开来,具体方案是在环网柜和 DTU 二次连接中间加入航空插针公插和母插,或者直接将母插做在 DTU 柜体内。在环网柜改造时,将带航空插针的电缆连接到环网柜端子排上,在 DTU 接线施工人员或 DTU 没有到位之前,环网柜改造完后可先恢复供电,减少停电时间。国网2016 年典型设计对航空插针主要分为 4 针、 6 针和 10 针
三类,其中电压遥测和“二遥”遥信采用 4 针；电流遥测采用 6 针；“三遥”遥信遥控合用,采用 10 针。
3.2.2 整组轮换方案
对于无法改造或改造困难,造成长时间停电的环网箱,采取整套轮换的方式,可选择原址更换或附近新建土建基础,更换后改接一次电缆,以减少停电时间。同时换下来的环网箱可返厂完成配电自动化改造,完成后再替换其他环网柜。
3.2.3 规范化模拟调试
传统调试方法是在设备安装完成后进行调试,在配电自动化改造中增加了停电时间。针对这个问题,可采取规范化的配电自动化改造模拟调试,搭建模拟调试平台,购置专用调试设备,如通信规约一致性测试系统等 [7]。
4 结束语
最近几年,随着国家电网公司配电自动化改造和建设的全面展开,原有环网箱和环网室将通过改造全面实现配电自动化,对配电自动化改造中设备无供电电源、环网柜一、二次改造复杂和停电时间过长等问题基本得到了解决。各类解决方案将对今后的改造工程具有积极指导意义。
参考文献
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