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 一二次融合環網箱在配電自動化的應用價值

長期以來，配電設備生產廠家劃分為一次設備和二次設備兩大陣營，電網公司采購過程中也經常向不同的廠商分別采購一次設備和二次設備，然后在安裝環節中組合使用，但因此存在不少問題：如一二次設備接口不匹配，兼容性、擴展性、互換性差，成套設備安裝繁瑣；缺乏一二次設備聯動測試機制，發生遙信抖動、設備凝露現象，無法滿足線損計算需求等；一二次設備廠商責任糾紛，出現故障互相推諉等。此外，在配電自動化建設中，傳統成套設備較多采用了電磁式互感器用于測量和取電，但是電磁式互感器因其本身特性，易出現電壓/電流互感器二次側存在短路/開路安全隱患、取電PT鐵磁諧振和易被雷擊損壞等問題，對成套設備運行壽命及穩定性產生不利影響。為了解決上述在配電網規模化建設改造中增量設備配電自動化覆蓋以及一二次設備不匹配等問題，同時實現同期線損管理目標，國家電網于2016年提出《配電設備一二次融合環網箱方案》。一二次融合相關技術的研究、標準化工作的推進、交流傳感器的應用，是配電設備標準化、設備小型化、裝置集成化與運維智能化的必經之路。

 一二次融合環網箱發展現狀

近年來，配電網一二次融合智能柱上開關的相關技術已相對成熟，包括交流傳感器技術、固封極柱技術、控制終端技術等技術經過數年來的研究與發展，在多個省、市和地區較大規模試點應用已取得了顯著效果在應用范圍內，有效提升了配電自動化效果，在保證短路故障研判準確性的基礎上，顯著提升單相接地故障研判的準確率，并具備線損數據采集、故障錄波等功能，在支撐線損精益化管理、就地故障快速處置和智能化運維等方面都取得了較明顯的成效。

在運行數量方面，據EPTC配電網設備調研報告統計：2019年國網一二次融合斷路器的采購數量為8萬套以上，已超過了傳統柱上斷路器5萬余套的數量，一二次融合斷路器的采購數量正在穩步提升。隨著一二次融合成套設備運行經驗的積累，將對于設備品質、新技術應用、運維管理方面的提升，提供有效的數據支持。

標準化方面，由行業內資深專家和業內較有影響力的廠家組成的專委會對此也十分重視，組織一二次融合環網箱相關的標準的編制工作，并已取得一定成果。其中《配電網10kV及20kV交流傳感器技術條件》、《12kV智能配電柱上開關通用技術條件》、《12kV配電智能柱上開關試驗技術規范》等團體標準已發布并開始實施，這些標準結合一二次融合環網箱的現狀，對于成套設備采用的交流傳感器、整體的技術條件、試驗技術規范等做了規范要求，對一二次融合環網箱的標準化工作具有指導意義。一二次融合智能真空斷路器如圖1所示。

一二次融合環網箱發展的研究方向

通過對一二次融合極柱的研究，將成套設備的各個功能模塊的高度集成化，將高精度交流傳感器、取電模塊、真空滅弧室一體化固封在開關本體的極柱內，集成滅弧、電壓電流信號采集、取電于一體，實現一二次深度融合。交流傳感器的選用，使成套設備具備更高的采樣精度和頻度，由此實現對配電網運行狀況更多參數、更為精確的監測，為設備的物聯化打下堅實的基礎。配電物聯網架構如圖2所示。

圖2配電物聯網架構

以一二次融智能柱上開關為例，開關本體在融合了傳感器后，成為“端層”的狀態感知和執行控制主體的終端單元，在饋線終端側實現“邊層”的邊緣計算，完成數據的匯集、整理和計算，通過光纖或無線網絡發送至平臺層，實現配網運行故障分析、設備運維和管理的目標。將感知能力和互聯、互通、互操作等功能賦予配電開關設備，建立分布式智能協作的配電物聯網體系，實現對配電網的全方位感知、數據融合計算和智能應用。

在融合技術提升、傳感器性能提升、功能明顯增加的情況下，保證成套設備的穩定運行也是一項重要工作。性能、功能的提升，也就意味著相對能耗的增加，所以還需要從取能技術和低功耗設計這兩方面研究，在供能與功耗之間達到平衡點。

隨著取能技術的發展，取能單元從原有的電磁式PT取電，逐漸向電容取電的方式改變。取能單元的集成方式也出現了從外置獨立安裝，到在本體外部固定，進而向融合在本體極柱中的趨勢演變，但因此產生的局部放電尤其要重點關注，在對應的試驗電壓下確保局放值在限定范圍內。目前針對一二次融合成套設備取電裝置的特殊性，相關標準化工作也正在穩步開展中，將對其使用條件、技術要求、結構要求、試驗檢測等方面進行規范。

在低功耗技術方面，由于一次設備與二次設備的融合程度越來越高，因體積和空間的限制，取電功率一般只能在1W至15W左右，降低整機功耗將是一個提升運行壽命的有效途徑，降低功耗的方法包括：采用低功耗系統的電源電路和低功耗微控制器電路設計及低功耗優化算法。使用低功耗、高轉換效率的DC/DC升降壓穩壓電路，通過將CPU實時調度方法與主流的節能技術手段相結合，進行系統級的低功耗優化，從而進一步降低配電終端的功耗。

以前對于一二次融合智能柱上開關在試驗方面的要求，一般都參考高壓開關及配電終端各自的試驗標準，但沒有完善的成套設備標準，給成套設備的檢驗與整體的技術發展帶來局限性。在2019年，中國電工技術學會發布了《12kV配電智能柱上開關試驗技術規范》團體標準，填補了這項空白。該試驗技術規范相比于傳統更加適應配電一二次融合環網箱的發展和用戶的最新要求，對于確保和提升12kV配電智能柱上開關的技術性能、豐富和完善其功能具有指導意義。標準中對成套設備的功能及準確度試驗、單相接地故障試驗等項目的監測方法給出了參考意見，在實際試驗應用中，需要相關檢測機構、設備廠家對各項試驗的檢測方法、技術要求進行驗證，在通過試驗驗證設備性能和功能的同時，對試驗方法、條件等內容進行優化，使之更加完善。

為了適應配電網“數字化、智能化、網絡化”發展的需求，需以堅強靈活的配電一次網架為基礎，以一二次融合成套設備的標準化、精益化、智能化為手段，加強自動化裝備的應用，健全完善中低壓配電網的智能感知體系，實現配電設備狀態的全面感知、在線監測、主動預警和智能研判。

根據配電標準化、精益化、智能化的發展趨勢，一二次融合成套設備在中壓配電網規模將逐漸提升，逐步全面啟用饋線自動化功能，將饋線自動化與配網分級保護相結合，最小化的快速隔離故障區。利用一二次深度融合技術發展，融合采集、通信、控制等功能，并結合智能型就地饋線自動化技術，將實現設備的廣泛互聯、狀態的全面感知、決策的快速智能、運維的高效便捷。