配电一二次设备融合不匹配问题解决方案

南方电网公司为解决配电网规模化建设改造中配电自动化设备提高普及率，提出了配电一二次设备融合的成套设备技术解决方案。随着配电自动化、智能电网建设不断推进，如何更好地推进、实现配电一二次设备融合已成为电力行业电气设备技术发展的焦点。

一、实现一二次设备融合

集成和融合是两个不同维度的认知，集成是可以把不同的功能模块安装工艺标准整合在一起，集成更多是装置间的整合。

融合是不同性质的模块在同一个装置里互相穿透，因此会出现设备之间不匹配问题

二、解决设备整体可靠性

提高配电一二次设备融合标准化、集成化的制造水平和运行水平及质量和提高配电一二次设备融合标准化、集成化水平，提升配电设备运行水平、运维质量与效率等的总体思路下，为稳妥推进配电一二次设备融合技术发展，协调传统成熟技术的可靠性与新技术不确定性之间的矛盾

三、设备融合技术标准制定

1、配电终端的标准化接口

配电一二次设备成套的常规电磁式互感器(零序电压互感器除外)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，实现配电设备与配电终端的标准化接口、配电一二次成套设备招标采购与检测。

解决设备接口匹配问题，研究信息数字接口定义标准化，包含测量接口、控制接口电压、通讯接口端口电压协议。接口功能标准化设计主要指的是接口尺寸定义、接口容量及接口电平匹配等标准化设计，通讯规约标准化设计。一二次设备融合制定接口定义、传感器变比、负载阻抗、操作功耗等相关标准，再进行产品实现，。

2、满足不同厂家装置互换的要求

结合一次设备标准化设计工作同步开展，主要是将一次本体设备、高精度传感器与二次终端设备深度融合，达到“高可靠性、小型化、平台化、通用性、经济性”目标。配电一二次设备融合应采用一体化设计理念，终端产品设计遵循小型化、标准化、即插即用原则，满足不同厂家装置互换的要求。

3、持续完善产品设计和应用

《配电设备一二次融合技术方案》进一步明确，在第一阶段，要重点实现配电一二次设备接口标准化，成套化招标采购与检测等要求。实现一二次设备的高度融合、装置级互换、工厂化维修等要求，解决成套设备绝缘配合、电磁兼容、寿命匹配等问题。

四、目前存在的技术问题

（1）单相接地故障检测需求不统一;存在遥信抖动、设备凝露现象;缺乏一二次设备联动测试机制等。

（2）电压传感器在采用电容分压技术时，也存在电容器参数一致性差，生产过程中需要挑选器件;普通电容温度稳定性差，难以满足全温度范围内的精度要求;稳定性高的电容体积大、成本高等问题。

（3）多个装置充分集成：保护装置、合并单元、永磁/弹操控制器、IEC61850协议转换器、机械、无线测温装置等。

（4）降低接收的信号的电流

数字化变电站还是现有变电站，都采用微机保护，需对其电流进行再转换成为易于，尽量小于5A 电流。

（5）操作机构机械特性监测

操作机构主要包括电机、行程开关、线圈等，在配网上，对开关的监测，需要在研究开关机械特性的基础上，提炼关键的参数，从一次设备、二次设备、传感器上努力，使得操作机构机修特性能够得到监测，提前对开关的操作情况进行预判。

（6）传感器功能性选择

传感器的需求是由整体产品的功能需求确定的，与功能对应的传感器需要进一步考虑。智能化的开关设备，适用性是最为核心的需求原则。明确按照用户需求确定产品功能，进而确定适用的传感器。

（7）线束电容的电磁干扰

二次回路的小电压信号通过常见的小信号防干扰措施，是技术难题，配网自动化设备曾出现过开关、电缆、接头绝缘不满足要求导致误动跳闸的问题，实现状态监测尽量采用电容式或电阻式电压传感器等新技术低功耗互感器。

（8）智能化设备的不适应性

智能化设备装置需要对设备运行状态进行监测、对运行参数的分析、对设备故障进行预判及相应的处理，各种数据采集元件与一次设备的有机融合，及其对一次设备运行环境的良好适应性，很大程度上决定了智能化程度的高低。

（9）空间狭小安装维护难度大

如果将电子装置布置安装到断路器中，因断路器机构箱可利用空间很小，安装存在一定的难度。二次装置具有保护、在线监测、现场就地操作等智能化要求，要在不影响开关设备可靠性的前提下，将各种传感器集成到开关的一次结构件中，空间受到限制。只有在必要的情况下集成模块的电路，尽可能将各功能单元以逻辑关系整合其中，主控制其安装位置应易于观察、易于操控、易于检修。

五、提高成套一二设备质量

1、一二次融合提高了设备安全可靠性

现在一次设备与二次设备之间还是相对分开的。这是历史遗留下来的体制性社会分工。一次设备早期归于机械制造部门，

而未来的二次设备主要是应用互联网信息技术，将含有部分智能单元由计算机控制，这一发展趋势将打破现有市场格局和分工。盘柜制造为提高生产效率，在制造过程中就考虑对二次与一次设备的集成制造，所以一二次设备产业之间的界限越来越不明显，二次设备的部分功能将转移到一次设备之中，融合为新型的集成化的智能单元。二次设备在技术上也将实现整体突破，将更加“信息化和互动化” 互动性和关联性也会更强，以及实现设备与用户之间的互动。二次设备最终将发展成可即插即用的插件在数据的处理能力大幅度提高。通过一二次设备融合，才能够为客户提供整体的解决方案。

2、必须有所创新才能适应要求

融合和集成哪些设备元件对产品的可靠性和运维非常重要。

过多的堆积附加功能不仅增加通信负担，而且会给设备埋下隐患。防止信号传输过程中的干扰，并在传感器电信号非常微弱而周围电磁干扰很强的环境下增强信号分辨能力；

开关设备长期运行如何确保产品的耐环境性、少维护和免维护方面，减少后期运维负担。为适应南北气候环境变化上宜选用一体式充气柜，开关元件全部封闭在金属柜体内部，制造企业、配套件厂商在工艺和设计上、在电气性能、运行维护等方面严把原材料进厂检验关口，避免采用劣质原材料，对成品进行各项试验，尤其是各种产品出厂老化试验不可忽视。

3、满足配电自动化的要求

配网领域的开关设备的智能化主要是满足配电自动化的要求。一次配电开关设备，除具备自动化功能外，还应具备一些在线检测和专家诊断系统的功能，通过嵌入式工控软件完成监控、保护、数据传输。智能化设计和功能配置不当，反而有可能会降低设备的可靠性。智能电网ABB、西门子、GE 这样的跨国企业，也要进行一二次设备企业的大融合。实现一二次设备企业的大融合，为国内一二次设备制造企业，提供机会实现优势互补，避免各厂商做重复的研究，分工合作取长补短，融合创新发展中实现多方共赢。

六、立络电气创新技术解决方案

1、设备小型化

智能环网柜设备是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网设备。”一体化“设备实现了小型化、模块化、综合设备性能目前在国内处于先进水平。

环网柜的每个单元的宽×深×高 均为325×750×1350mm（手动操控）四回路宽1350mm。二次机箱应该同样是1350mm 的宽度。上下柜体宽度一致协调外形美观。

电缆室门板与负荷开关之间设有可靠的机械联锁，杜绝了开关合闸时打开电缆间隔门板。负荷开关和接地开关为同轴三工位开关，且有可靠的机械和电气联锁装置，杜绝了开关合闸时的带电合接地刀闸的可能。sf6气箱具有可靠的泄压通道，内部故障时不会危及人身安全。

2、高质量

环网柜基本要满足以下技术要求：

环网柜有4-6回路负荷开关，共箱式SF6 气体密封灭弧和绝缘。额定电流 630A。电缆连接在电缆头上回路不区分进出线。负荷开关只能切断额定负荷电流。故障电流经过时开关不应分断。开关在合闸状态时应与接地开关具有可靠的机械联锁。开关柜在满足电气参数的同时，其整体结构达到了最优化的设计要求。手动分合闸操作：环网柜要进行分合闸操作时，先插入手柄，向箭头所示开关方向旋转，环网柜分、合闸操作完成。

3、环境适应性强

智能设备适应12／24KV--级配电网络

设备完整的解决方案，柜体采用SIEMENS/ABB/Schneider中压开关柜，其所有带电部件以及开关均封闭在不锈钢的壳体里面。具有恒定气体条件的不锈钢壳体，并且实现了免维护。作为可选择的护展母线，可以实现全模块化。扩展母线为插拔式，完全绝缘和屏蔽,确保了高可靠性并且不受天气条件的影响。接地开关;集成的机械式连锁操作机构;操作手柄;各开关功能均提供可装挂锁的装置; 监测SF6密度带有触点传感器的压力表计。环网柜有负荷开关单元、熔断器组合单元、断路器单元、母线分段单元及其它特殊功能单元，可以多个开关单元集中安装在一个公共气箱内，形成共箱式环网柜，且各个环网柜之间可以利用母线连接器进行连接，可以根据线路结构的实际需要自由扩展。

4、定制研发二次控制器

完成开关柜基本二次回路测量和信号上传

（1）、线路带电指示器

电容式电压指示器

线路带电时电压指示器显示套管是否带电，其上的插口可用于核相。该系统带有集成的电压指示器（发光二极管）。对于正常的操作环境，带电显示装置是推荐选择。相位识别必须以推鉴的核相器进行。

（2）、手动核相器

核相器显示两个模块间的相位平衡性。要在电容性耦合系统中使用，请遵守IEC1-和／或IEC1的规定。核相器必须与推荐的电压指示器配合使用。核相器的作用是在线路完成前确认线路连接无误。

（3）、线路故障指示器

当短路电流或零序电流高于预先设定的电流值时，装置面板上的发光二极管会闪烁，同时有一个节点动作，供远方遥信使用。当故障消失，经过设定的延时之后，装置会复位（或通过节点信号输入复位）

5、设备集成度高。

解决了手动开关柜“一体化”设计和制造等五大关键技术、集成度高，性能优良的一体化智能环网柜设备。

一体化设备设计制造技术是通过运用了电压复合传感器技术、负荷调度报警控制技术、机械和电气安全控制技术、控制总线的分组布线技术、中央集成监控平台技术等五大核心关键技术，实现了一体化控制的安全可靠性需求。

6、创新技术优势

新型开关柜自动化成套配设备特点

（1）、设备集成度高。

解决了手动开关柜“一体化”设计和制造等五大关键技术、集成度高，性能优良的一体化智能环网柜设备。

一体化设备设计制造技术是通过运用了电压复合传感器技术、负荷调度报警控制技术、机械和电气安全控制技术、控制总线的分组布线技术、中央集成监控平台技术等五大核心关键技术，实现了一体化控制的安全可靠性需求。

（2）、开关柜体积小、安装操作方便：

改装后的智能一体化柜整体设备体积小，地基工程建设形成了占地面积小、路基设计施工技术标准化。电气安装总线是开放式，大跨度金属框架结构。安装操作方便，综合设备性能配套适应性强。

（3）. 结构紧凑布局合理：

智能装置是进行整体结构设计、结构选型、材料等方面技术攻关，确保现场安装时有足够的强度和稳定。

最大的特点是通过单一多芯电缆替代了传统分离的控制电缆和电力电缆，并确保各开关可以互传控制指令，因此总线电缆可以以线型、树型或星型铺设，方便扩容与改装。

（4）. 外观比例协调：

采取前后开门结构，增加了高度，优化了外箱体，有利于后期的设备维修的方便的技术要求。外观精致美观：外观设计新颖独特，做工精致美观，简化、美化了开关柜操作面板；

（5）. 自控系统技术完善：

对驱动电机实行开环控制系统。控制系统的抗干扰能力强，采用数字式脉冲过滤的抗干扰技术。在开关位置上加装了位置反馈器件，所以控制回路简单，容易检修。克服了传统上位置控制精度较差，线路结构复杂的弊端。应用数控脉冲编码器技术，采用DC24V直流电机作为驱动部件，用延时速度检测器件构成位置检测，组成了精准的开环控制闭环检测的定位控制系统。

（6）. 驱动电机供电安全可靠：

由于采用了数控脉冲和检测定位一些创新技术，对电机的供电可靠性有很大的帮助，实现了一个脉冲过来只会有一次动作，有效的避免分合闸操作机构的误动和拒动。使其具备了电气设备组成联网防误监控系统，能够使开关柜进一步智能化操控。

在对直流电机控制时，电流的方向直接决定了分合闸的准确性，机械传动机构因电机旋转的方向错误,造成机械传动机构的卡死，负荷过重会引起电机过流，仍然会使机械和功率器件损坏。在驱动电路上加装了功率保护器件,控制了驱动电路过载保护能力。

（7）. 分合闸定位记忆存储：

采用非遗失记忆存储器新技术，对开关的状态位置进行了永久性的记忆存储，极大的方便了远程控制。不会再因信号的取反出错影响远动操作。分合闸状态记忆线路完善了带电显示功能，在特殊的条件下智能终端装置具有解锁闭锁自动化操作功能。

（8）. 创新的设备改造技术使复杂变为简单，把原来的电路改造后，把复杂的线路集成在芯片里，使线路大大简化，减少了故障率，操作起来更快捷准确。