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2017年5月配电设备一二次融合技术方案1工作背景2总体思路和目标3柱上开关一二次成套方案目录4环网柜一二次成套方案5环网柜一二次融合方案工作背景为贯彻国家发改委和能源局相关文件精神，落实公司党组工作部署，解决配电网规模化建设改造中增量设备配电自动化覆盖以及一二次设备不匹配的问题，同时实现线损“四分”（分区、分压、分元件、分台区）同期管理目标，扎实推进10（20/6）千伏同期分线线损管理，不断提高线损管理精益化水平，提升公司经营效益，提出配电设备一二次融合技术方案。现存问题一、二次设备接口不匹配，兼容性、扩展性、互换性差；一、二次设备厂家责任纠纷；支撑线损计算、单相接地故障检测需求；遥信抖动、设备凝露现象；缺乏一、二次设备联动测试机制。工作内容编写柱上开关、环网柜一二次融合技术方案；编写成套化设备招标采购技术规范书；编写一二次融合检测规范。工作背景【产品设计及现场应用问题汇总】2016版《配电设备一二次融合技术方案》在应用过程中存在如下问题：电阻分压式电压传感器•存在感应高电压的隐患（分压电阻烧坏后二次会感应1100V以上高电压）。•大量使用降低线路对地绝缘电阻。•测量精度受电缆分布参数、接地、航插影响较大，角差难以校准。•带负载能力弱，抗干扰性差，二次侧需要负载阻抗匹配。•传输电缆参数的高温一致性差，各相一致性差电容分压式电压传感器（相电压测量）•参数一致性差，生成过程中需要挑选器件，存在生成效率低的问题。•普通电容温度稳定性差，难以满足全温度范围内精度要求；稳定性高的电容体积大；全温度范围内能满足精度要求的电容需要特制，成本高。1工作背景2总体思路和目标3柱上开关一二次成套方案目录4环网柜一二次成套方案5环网柜一二次融合方案总体思路和目标【总体思路】通过提高配电一二次设备的标准化、集成化水平，提升配电设备运行水平、运维质量与效率，满足线损管理的技术要求，服务配电网建设改造行动计划。为了稳妥推进一、二次融合技术，协调传统成熟技术的可靠性与新技术不确定性之间矛盾，本技术方案分两个阶段推进：第一阶段为配电设备的一二次成套阶段，主要工作为将常规电磁式互感器（零序电压除外）与一次本体设备组合，并采用标准化航空插接头与终端设备进行测量、计量、控制信息交互，实现一二次成套设备招标采购与检测。第二阶段为配电设备的一二次融合阶段，结合一次设备标准化设计工作同步开展，主要工作为将一次本体设备、高精度传感器与二次终端设备融合，实现“可靠性、小型化、平台化、通用性、经济性”目标。总体思路和目标【工作目标】一二次成套阶段方案（第一阶段）该阶段目标为实现一二次设备接口标准化和成套化招标采购与检测，满足线损采集、就地型馈线自动化、单相接地故障检测的要求。一二次融合阶段方案（第二阶段）该阶段与一次设备标准化工作同步推进，目标为实现一二次设备高度融合，满足分段线损管理、就地型馈线自动化、单相接地故障检测、装置级互换、工厂化维修、即插即用及自动化检测的要求，解决成套设备绝缘配合、电磁兼容、寿命匹配等问题。根据第一阶段的应用情况，配电一二次设备采用一体化设计理念，终端产品设计遵循小型化、标准化、即插即用的原则，满足不同厂家装置互换的要求。各阶段应提供相应的一二次融合成套化设备招标技术规范书和检测规范。1工作背景2总体思路和目标3柱上开关一二次成套方案目录4环网柜一二次成套方案5环网柜一二次融合方案柱上开关一二次成套方案【典型柱上开关的分类分析】开关典型分类操作机构类型适用自动化模式支柱式/共箱式三遥/二遥是否能集成零序电压传感器负荷开关弹簧分段/分支/联络共箱式可三遥是电磁分段/分支/联络共箱式可三遥是永磁分段/分支/联络共箱式可三遥是弹簧用户末端分界共箱式可三遥是永磁用户末端分界共箱式可三遥是断路器弹簧用户末端分界共箱式可三遥是永磁用户末端分界共箱式可三遥是弹簧分段/分支/联络共箱式可三遥是弹簧分段/分支/联络支柱式可三遥是永磁分段/分支/联络共箱式可三遥是永磁分段/分支/联络支柱式可三遥是柱上开关一二次成套方案【成套设备总体要求】柱上开关一二次融合按应用功能不同可分为：分段负荷开关成套、分段断路器成套、分界负荷开关成套、分界断路器成套设备四种。成套设备类型应用场景支撑线损计算成套设备组成分段/联络负荷开关成套设备主干线分段/联络位置；可就地自动隔离故障是开关本体（内置零序电压传感器）、控制单元、PT、连接电缆分段/联络断路器成套设备主干线、大分支环节；满足级差保护要求，直接切除故障；具备自动重合闸功能是分界断路器成套设备用户末端支线故障就地切除；具备3次重合闸功能否开关本体、控制单元、PT、连接电缆分界负荷开关成套设备用户末端支线故障就地隔离否开关本体、控制单元、PT（可内置）、连接电缆柱上开关一二次成套方案【成套设备总体要求】柱上开关成套设备具备自适应综合型就地馈线自动化功能，不依赖主站和通信,通过短路/接地故障检测技术、无压分闸、故障路径自适应延时来电合闸等控制逻辑，自适应多分支多联络配电网架，实现单相接地故障的就地选线、区段定位与隔离；配合变电站出线开关一次合闸，实现永久性短路故障的区段定位和瞬时性故障供电恢复；配合变电站出线开关二次合闸，实现永久性故障的就地自动隔离和故障上游区域供电恢复。成套设备满足国家电网公司《就地型馈线自动化实施应用技术方案》相关要求，支持自适应综合型、电压时间型、电压电流时间型馈线自动化逻辑。二遥动作型FTU在满足信息安全条件时，不改变硬件设备，可扩展远方控制功能。柱上开关一二次成套方案【互感器/传感器配置方案】成套设备类型PT/CT配置分段/联络断路器成套设备内置3个相CT和1个零序CT（提供Ia、Ib、Ic、I0）；内置1个零序电压传感器；外置2台电磁式单相PT（双绕组，提供电源、线电压信号）安装在开关两侧分段/联络负荷开关成套设备分界断路器成套设备2个相CT、1个零序CT、外置1台电磁式PT分界负荷开关成套设备2个相CT、1个零序CT、外置（或内置）1台电磁式PT柱上开关一二次成套方案在零序电压信号采集的应用方面，日本在20世纪80年代就开始使用电子式电压传感器，其原因是缺少合适的方式对小电流接地系统的零序电压进行采集，用来进行单相接地故障的检测和保护。日本不使用三相五柱式电压互感器采集零序电压的原因：1）不能通过测线路的绝缘电阻或者耐压试验，来进行一次侧线路的绝缘诊断和故障点查找；2）由于系统会产生杂散电流，当出现单相接地故障时，会引起接地故障保护的误动作或不动作。日本不使用电阻分压电压传感器的原因：1）会在系统中产生杂散电流，系统中使用多时，会引起接地故障保护的误判；2）内置于设备中时，会造成设备的对地绝缘阻抗降低；3）电阻是发热元件，容易热累积造成不可逆的时漂和温漂，长期使用可能造成包覆电阻的绝缘材料劣化；4）受外界影响大，精度难以保证。【零序电压传感器的技术特点】柱上开关一二次成套方案日本使用电容分压式传感器的原因：1）陶瓷电容技术相对成熟，自身出现故障的几率较小；2）即使出现故障，对系统及设备本身的影响程度相对较低；3）与线路对地本身的容性特性一致，不影响单相接地故障的判断。本方案使用基于电容分压的电子式电压传感器的原因如下：1）日本在1990年已经将电容分压式电压传感器列入国家标准（JISC4609），说明电容分压式传感器成熟可靠；2）原理上可以采用隔离的方式，将高压侧和低压侧隔离开来，避免故障时，高压窜入控制终端，造成终端故障；4）具体应用时，要求采取避免故障时造成高电压进入终端设备的措施；5）电容分压的传感器带负载能力、抗干扰能力比较强；6）国外（特别是日本）、国内已有大量应用（许继有1万余台，平高有5000余台）业绩，实际使用证明效果良好。【零序电压传感器的技术特点】柱上开关一二次成套方案【零序电压传感器的技术特点】基于电容分压原理的零序电压传感器结构图柱上开关一二次成套方案【传感器/互感器技术要求】零序电压传感器技术参数额定变比准确级（含15m电缆）零序电压：3P级实现方式电容分压局部放电10pC，14.4kV温度范围-40℃~+70℃与开关组合后绝缘电阻（开关相对地）1000MΩ柱上开关一二次成套方案【传感器/互感器技术要求】电流互感器技术参数额定电流比相：600A/1A或600A/5A零序：20A/1A准确级相：0.5级，5P10零序：5P10温度范围-40℃~70℃局部放电10pC，14.4kV负荷电流重叠特性零序：一次侧施加600A三相平衡负荷电流时，输出不大于5mA柱上开关一二次成套方案【传感器/互感器技术要求】电磁式电压互感器参数额定电压比线电压测量：10kV/0.1kV供电：10kV/0.22kV准确级线电压：0.5级实现方式双绕组电磁式PT测量绕组输出容量≥10VA供电绕组输出容量≥300VA，短时容量≥3000VA/1s局部放电pC≤10（1.2Um）温度范围-40℃~70℃柱上开关一二次成套方案【控制单元技术要求】线损采集功能（配套用户分界开关除外）：采用配电线损采集模块实现正反向有功电量（0.5S级）计算和四象限无功电量（2级）计算；功率因数计算（分辨率0.01）；具备电能量冻结功能。测量功能要求：采集电压、三相电流、频率、零序电流和零序电压。保护功能应满足Q/GDW-514《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。分段/联络断路器、分界断路器具备相间故障检测及跳闸功能、相间故障信息上传功能；分段/联络断路器、分界断路器、分界负荷开关具备进出线接地故障的检测及跳闸功能；具备故障录波与上传功能，接地故障录波每周波80点以上。柱上开关一二次成套方案【控制单元技术要求】接口要求1）柱上开关侧•采用1个26芯航空插头从开关本体引出零序电压、电流及控制信号，接入到FTU的航空插头。航空插头引脚定义见附表A.1。•采用2根电缆提供供电电源、线电压信号（采用电磁式PT取电）。2）FTU•FTU的航空插头接口包括：供电电源及线电压输入接口（6芯，1个）、电流输入接口（6芯防开路，1个）、控制信号与零序电压接口（14芯，1个）、以太网接口（1个，备用）。航空插头引脚定义见附录A。•与开关本体相连的电缆在FTU侧分别连接到电流输入、控制信号航空插头；与PT电源相连的电缆在FTU侧连接到供电电源和电压信号航空插头。柱上开关一二次融合方案【配电线损采集模块技术要求】配电线损采集模块内置于箱式FTU中，支持热插拔，可进行单独计量、校验，满足计量取证及型式实验的要求；采用RS232/RS485与FTU进行通讯，电源采用DC24V供电；采用电磁式电压互感器、电磁式电流互感器进行计量采样。遵循DL/T634.5101—2002协议及其备案文件。罩式FTU内置线损采集模块，提供检定接口。•尺寸：不大于130mm（长）×100mm（宽）×65mm（厚），卡轨安装；•电流电压连接器分别采用6芯、4芯7.62mm间距插拔式端子连接；通信/电源和脉冲接口均采用4芯5.08mm间距的插拔式端子。挂钩卡销1工作背景2总体思路和目标3柱上开关一二次成套方案目录4环网柜一二次成套方案5环网柜一二次融合方案环网柜一二次融合方案【环网柜典型分类】柜型单元典型分类操作机构用途适用自动化模式三遥/二遥ECT/电磁式CT电磁式PT全绝缘充气柜断路器单元弹操馈线故障跳闸可三遥可单元内置独立PT单元负荷开关单元弹操环进环出，馈线1.遮断电流闭锁2.单相接地跳闸可三遥可单元内置独立PT单元负荷开关-熔断器单元弹操变压器馈线无法与保护或FA配合可三遥可单元内置独立PT单元半绝缘充气柜断路器单元弹操馈线故障跳闸可三遥可单元内置独立PT单元负荷开关单元弹操环进环出，馈线1.遮断电流闭锁2.单相接地跳闸可三遥可单元内置独立PT单元负荷开关-熔断器单元弹操变压器馈线无法与保护或FA配合可三遥可单元内置独立PT单元固体绝缘柜断路器单元弹操馈线故障跳闸可三遥可单元内置独立PT单元负荷开关单元弹操环进环出，馈线1.遮断电流闭锁2