依照國(guó)家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)“能帶不停”的要求，配電網(wǎng)不停電作業(yè)、應(yīng)急電源車(chē)轉(zhuǎn)帶負(fù)荷的作業(yè)形式成為進(jìn)一步提升供電可靠性的重要舉措。對(duì)于供電保障專業(yè)，配備的應(yīng)急電源車(chē)確實(shí)提高了供電公司保障重要用戶及重要活動(dòng)備用供電的能力。

然而，在傳統(tǒng)應(yīng)用模式下，由于多數(shù)0.4kV應(yīng)急電源車(chē)并不具備并機(jī)并網(wǎng)功能，所以在應(yīng)用中會(huì)面對(duì)以下幾種情況：①應(yīng)急電源車(chē)在接入及退出用戶側(cè)母排時(shí)很可能迫使用戶經(jīng)歷多次短時(shí)停電；②應(yīng)急電源車(chē)的接入只能縮短市電突然掉電期間的用戶停電時(shí)間；③在開(kāi)展不停電更換用戶變壓器等復(fù)雜項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)急電源車(chē)使用受限。

由此可見(jiàn)，整體應(yīng)用過(guò)程呈現(xiàn)出一種“后知后覺(jué)、被動(dòng)局限”的特性。而這一特性在實(shí)際工作中的體現(xiàn)更為明顯，例如，600kW應(yīng)急電源車(chē)為某公司重要視頻會(huì)議提供臨時(shí)電源，在電源車(chē)接入到退出用戶側(cè)的過(guò)程中迫使該公司經(jīng)歷了多次短時(shí)間停電，對(duì)員工的正常辦公、使用電梯、用水等造成了影響。

然而，如果用戶為大型會(huì)場(chǎng)、生產(chǎn)車(chē)間、負(fù)壓病房等要求供電不可間斷的用戶，則傳統(tǒng)供電保障模式“無(wú)法實(shí)現(xiàn)市電與應(yīng)急電源車(chē)的無(wú)間歇切換”的缺陷更為凸顯，即使數(shù)十秒內(nèi)起動(dòng)應(yīng)急電源車(chē)進(jìn)行供電，也無(wú)法消除停電造成的嚴(yán)重不良影響，甚至導(dǎo)致重大的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

因此，研發(fā)一套低壓同期并網(wǎng)裝置十分必要。有關(guān)文獻(xiàn)所述方法均著眼于對(duì)控制系統(tǒng)及電纜接入型式的改進(jìn)，整體兼容性和可操作性不強(qiáng)。本文研發(fā)一套0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置，易于操控，能夠搭配各型應(yīng)急電源車(chē)，實(shí)現(xiàn)不停電接入和退出用戶母排，在市電掉電或?qū)τ脩糇儔浩?、斷路器等更換、消缺時(shí)無(wú)間隙切換帶接用戶。

1 傳統(tǒng)供電保障模式分析

目前，應(yīng)急電源車(chē)主要用于為重要用戶或者重要活動(dòng)提供應(yīng)急保障、發(fā)電服務(wù)，其工作模式主要有短時(shí)間停電模式和不停電模式兩種。

1.1 短時(shí)間停電模式

1）固定供電保障點(diǎn)

通過(guò)分析任務(wù)量的頻次，篩選出需要經(jīng)常執(zhí)行供電保障任務(wù)的用戶，例如寧臥莊賓館、甘肅大劇院、省培訓(xùn)中心等。針對(duì)這些用戶，相關(guān)人員編制包括用戶概況、用戶電源及接線情況、保障方案等在內(nèi)的“一戶一冊(cè)”，并及時(shí)與用戶協(xié)商后外置固定的帶有斷路器的插接箱，正常情況下該斷路器是分閘狀態(tài)，其上樁頭接至用戶配電室的母排。固定式插接箱如圖1所示。

圖1 固定式插接箱

2）臨時(shí)確定供電保障接入點(diǎn)

對(duì)于臨時(shí)申請(qǐng)供電保障的用戶，如露天演唱會(huì)、變電站的站用變消缺、技能競(jìng)賽等，現(xiàn)場(chǎng)工作人員必須掌握用戶電源及運(yùn)行方式、最大負(fù)荷、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、應(yīng)急電源車(chē)停放位置、電纜線徑長(zhǎng)度及接入點(diǎn)、保電時(shí)長(zhǎng)等信息。

其工作開(kāi)展模式可簡(jiǎn)述為：當(dāng)接到供電保障任務(wù)時(shí)，先由工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，再通知工作人員準(zhǔn)備工器具及應(yīng)急電源車(chē)，車(chē)輛停至現(xiàn)場(chǎng)后，由工作人員完成接線、機(jī)組試起動(dòng)操作、安全措施布置及現(xiàn)場(chǎng)值守工作。與固定供電保障接入點(diǎn)方式相比，這種方式在電源車(chē)輸出端接入及退出用戶母排前必須先斷開(kāi)用戶母排總開(kāi)關(guān)。此外，在現(xiàn)場(chǎng)也能夠見(jiàn)到移動(dòng)式插接箱，主要起中間轉(zhuǎn)接作用，適用于應(yīng)急電源車(chē)無(wú)法靠近供電保障接入點(diǎn)或是整根電纜長(zhǎng)度不夠的情況。

3）轉(zhuǎn)帶低壓用戶

不停電更換用戶變壓器是配電網(wǎng)不停電作業(yè)中的第四類復(fù)雜項(xiàng)目。實(shí)施方案一般有兩個(gè)，一是利用移動(dòng)箱變車(chē)帶電搭接旁路，二是利用應(yīng)急電源車(chē)轉(zhuǎn)帶低壓用戶。由于應(yīng)急電源車(chē)不具備并網(wǎng)功能，作業(yè)流程局限為先向配電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)拉開(kāi)用戶變壓器低壓側(cè)零克、高壓側(cè)跌落式熔斷器，再在用戶側(cè)接入應(yīng)急電源車(chē)并起動(dòng)發(fā)電，待新的用戶變壓器安裝完成后，退出應(yīng)急電源車(chē)，然后向配電網(wǎng)調(diào)度申請(qǐng)合上高壓側(cè)跌落式熔斷器、低壓側(cè)零克，恢復(fù)對(duì)用戶供電。整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，雖然減少了用戶停電時(shí)間，增加了供電量，但實(shí)質(zhì)上仍然屬于停電更換用戶變壓器的類別。

1.2 不停電模式

對(duì)于一些特殊用戶，如電視轉(zhuǎn)播、視頻會(huì)議等，要求保證中途不停電，在線式不間斷電源（uninter- ruptible power supply, UPS）車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)市電與蓄電池組的無(wú)間隙切換。當(dāng)其接入供電保障點(diǎn)時(shí)，必須有一路市電接至UPS車(chē)市電輸入端。正常運(yùn)行時(shí)，用戶負(fù)載由市電經(jīng)UPS的整流逆變單元的輸出供電。在市電異?；蛑袛鄷r(shí)，蓄電池組經(jīng)逆變器輸出穩(wěn)定交流電壓，為用戶供電，300kV?A UPS可保障滿載0.5h供電。

這種模式雖然能夠極大地提高供電可靠性，但卻難以廣泛應(yīng)用。一方面單輛UPS車(chē)的造價(jià)接近同容量應(yīng)急發(fā)電車(chē)的2倍，各個(gè)地市公司的保有量很小。另一方面UPS車(chē)的使用條件較為苛刻，必須要先接入市電才能正常運(yùn)行，且不能帶電進(jìn)行接線操作。因此，在一些特殊的供電保障現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)0.4kV應(yīng)急電源車(chē)配合UPS車(chē)使用的情況，大大增加了保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、安全風(fēng)險(xiǎn)及精神壓力。

綜合以上分析可知，傳統(tǒng)供電保障模式對(duì)于允許短時(shí)間停電的用戶具有普遍適用性，能夠增強(qiáng)用戶的可靠用電信心。然而，目前應(yīng)急電源車(chē)作業(yè)裝置以開(kāi)關(guān)插接箱為主，功能單一，安全性、實(shí)用性及便攜性差，在實(shí)際操作中給用戶帶來(lái)多次短時(shí)間停電的事實(shí)與配電網(wǎng)“能帶不?！币蟛环?。因此，依托成熟的并機(jī)并網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)一套通用性強(qiáng)、操作便捷的0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置成為供電保障專業(yè)中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

2 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置

2.1 設(shè)計(jì)原理說(shuō)明

依據(jù)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行條件，當(dāng)檢測(cè)到待并網(wǎng)機(jī)組的電壓、相位及頻率與公網(wǎng)的一致或者在允許范圍內(nèi)變化時(shí)，此時(shí)合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，發(fā)電機(jī)組能夠并入公網(wǎng)運(yùn)行，這種合閘方式為同期合閘或準(zhǔn)同期合閘?；谠撛恚邪l(fā)一種脫離應(yīng)急電源車(chē)原有控制系統(tǒng)的獨(dú)立控制器，在輸出端能夠采集市電的電壓、相位、頻率等作為基準(zhǔn)參數(shù)，并經(jīng)RS 485通信線向發(fā)電機(jī)組控制接口發(fā)送指令。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組需要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，在輸入端實(shí)時(shí)檢測(cè)比對(duì)機(jī)組輸出電壓、相位、頻率等參數(shù)是否與基準(zhǔn)一致，若偏差較大時(shí)，則通過(guò)通信線調(diào)控機(jī)組調(diào)速、調(diào)壓模塊的直流電壓；若一致或者接近時(shí)，則自動(dòng)合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)市電與發(fā)電機(jī)組共同輸出為用戶供電。0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的工作原理如圖2所示。

圖2 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置工作原理

由圖2可知，該裝置通過(guò)信號(hào)線夾采集市電參數(shù)，發(fā)電機(jī)組輸出主回路經(jīng)匯流夾鉗接至用戶母排?，F(xiàn)有的應(yīng)急電源車(chē)控制板處都預(yù)留有控制接口，只需簡(jiǎn)單改造，便可形成機(jī)組參數(shù)調(diào)節(jié)的反饋機(jī)制。與自帶同期并網(wǎng)功能的發(fā)電車(chē)控制系統(tǒng)相比，研發(fā)人員將并網(wǎng)-脫網(wǎng)控制器獨(dú)立成產(chǎn)品，不僅減弱了整車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，而且一臺(tái)裝置能夠適配多輛應(yīng)急電源車(chē)使用，降低了設(shè)備購(gòu)置和運(yùn)維成本。

裝置本身具備短路、過(guò)電流、接地等多種保護(hù)和參數(shù)監(jiān)測(cè)功能，發(fā)生故障時(shí)能夠保護(hù)用戶設(shè)備、發(fā)電設(shè)備不受損壞。此外，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾性強(qiáng)，配有獨(dú)立的人機(jī)界面和功能手冊(cè)，并網(wǎng)操作簡(jiǎn)單直觀，具有良好的通用性、兼容性。

2.2 工作流程說(shuō)明

在現(xiàn)場(chǎng)中該裝置的工作過(guò)程如圖3所示。

圖3 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置工作流程

當(dāng)0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置配合應(yīng)急電源車(chē)使用時(shí)，應(yīng)急電源車(chē)與市電能夠疊加輸出，不會(huì)再造成用戶短時(shí)間停電。

2.3 產(chǎn)品介紹

成型的0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置外觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。整體采用不銹鋼材質(zhì)的籠型結(jié)構(gòu)，尺寸1 000mm×950mm×900mm，質(zhì)量70kg，底盤(pán)帶有承重輪。進(jìn)出線每相雙進(jìn)雙出，均有相色標(biāo)，并自帶核相功能。內(nèi)部主回路和控制部分做封閉處理，外部具有信息顯示屏和控制屏，可供操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類運(yùn)行信息，操作方式有全自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式可供選擇。

圖4 0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置外觀結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)急電源車(chē)應(yīng)用新方式

與傳統(tǒng)供電保障模式相比，配備0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車(chē)主動(dòng)性更高，實(shí)用性更強(qiáng)，使實(shí)際工作方式產(chǎn)生了新的變化。

3.1 應(yīng)急電源車(chē)不停電接入、退出

不論是經(jīng)常性保電用戶還是臨時(shí)申請(qǐng)供電保障用戶，配置0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車(chē)可直接帶電接入、退出用戶母排，完全可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程不間斷供電。圖5為某供電保障現(xiàn)場(chǎng)接線圖。

圖5 某供電保障現(xiàn)場(chǎng)接線圖

由圖5可知，當(dāng)接到為某單位的大禮堂進(jìn)行保電的任務(wù)時(shí)，供電保障人員嚴(yán)格按照“先電源側(cè)，后負(fù)荷側(cè)”的接線順序，將市電參數(shù)檢測(cè)線接至低壓用戶總開(kāi)關(guān)上樁頭處，將匯流夾鉗直接牢固卡至用戶母排。在保電時(shí)段，起動(dòng)應(yīng)急電源車(chē)輸出電壓，經(jīng)并網(wǎng)裝置檢測(cè)符合并網(wǎng)條件時(shí)自動(dòng)合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，此時(shí)市電與機(jī)組疊加輸出電能。

一旦市電突然異常或故障失電，則斷開(kāi)低壓用戶總開(kāi)關(guān)，由應(yīng)急電源車(chē)單獨(dú)為用戶負(fù)載供電。當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，并網(wǎng)裝置一旦檢測(cè)到符合并網(wǎng)條件的情況，就會(huì)提示現(xiàn)場(chǎng)人員，此時(shí)手動(dòng)合上用戶總開(kāi)關(guān)。保電工作結(jié)束后，關(guān)停發(fā)電機(jī)組并斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，然后帶電拆除檢測(cè)線和匯流夾鉗。整個(gè)供電保障全過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了用戶無(wú)感知用電。

當(dāng)然，考慮到柴油發(fā)電機(jī)組噪聲大、耗油、連續(xù)供電時(shí)間短等因素，在實(shí)際保電工作中應(yīng)急電源車(chē)只接入用戶母排而不起動(dòng)，處于冷備用狀態(tài)。一旦市電失電，在斷開(kāi)低壓用戶總開(kāi)關(guān)后立即起動(dòng)應(yīng)急電源車(chē)，能夠在2、3min內(nèi)為用戶供電。此種情況下，用戶雖然會(huì)經(jīng)歷短時(shí)間停電，但明顯優(yōu)于之前的作業(yè)方式。

3.2 應(yīng)急電源車(chē)不停電轉(zhuǎn)帶用戶

在開(kāi)展更換用戶變壓器、檢修柱上開(kāi)關(guān)、帶電立桿等復(fù)雜綜合不停電作業(yè)項(xiàng)目時(shí)，對(duì)人員規(guī)模、工器具及設(shè)備投入、現(xiàn)場(chǎng)管控等要求較高。如果應(yīng)急電源車(chē)能夠不停電轉(zhuǎn)帶用戶負(fù)荷，則作業(yè)點(diǎn)即可轉(zhuǎn)為停電作業(yè)方式，可以大大減輕現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。圖6為某不停電更換用戶變壓器的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接線圖。

圖6 某不停電更換用戶變壓器現(xiàn)場(chǎng)接線

由圖6可見(jiàn)，只需將應(yīng)急電源車(chē)輸出端經(jīng)并網(wǎng)裝置接入用戶負(fù)載母排處，然后起動(dòng)發(fā)電機(jī)組，待該裝置檢測(cè)到滿足并網(wǎng)條件時(shí)自動(dòng)合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。此時(shí)，可先后拉開(kāi)低壓用戶總開(kāi)關(guān)和分支線跌落式熔斷器，用戶負(fù)載已完全由應(yīng)急電源車(chē)轉(zhuǎn)帶成功。而待更換S11—400kV?A用戶變壓器兩側(cè)無(wú)電，屬于停電檢修現(xiàn)場(chǎng)。

更換完畢后，嚴(yán)格依照倒閘操作順序，申請(qǐng)先合上分支線跌落式熔斷器，待并網(wǎng)裝置檢測(cè)到符合并網(wǎng)條件時(shí)，再合上低壓用戶總開(kāi)關(guān)。然后斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，關(guān)停發(fā)電機(jī)組，拆除接線，用戶負(fù)載恢復(fù)市電供電。顯然，這是一種不同于利用移動(dòng)箱變車(chē)帶電搭接旁路的作業(yè)方式，而且極大地簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了用戶不停電及停電更換變壓器的雙重目的。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景分析

在經(jīng)濟(jì)效益上，該并網(wǎng)裝置不僅能夠提高工作效率，還能節(jié)約成本、增收電量。僅從購(gòu)置成本分析，配置該并網(wǎng)裝置的0.4kV應(yīng)急電源車(chē)能夠起到UPS車(chē)的作用。購(gòu)置一輛UPS車(chē)成本約300萬(wàn)，同容量0.4kV應(yīng)急電源車(chē)約150萬(wàn)，并網(wǎng)裝置約20萬(wàn)，綜合節(jié)約購(gòu)買(mǎi)成本約130萬(wàn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，僅2019年蘭州公司轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行停電更換的用戶變壓器約200臺(tái)，平均停電8h。若利用該裝置配合應(yīng)急電源車(chē)轉(zhuǎn)帶用戶后，按更換變壓器平均容量300kV?A的60%計(jì)算，則至少多供電量17萬(wàn)kW?h。

在行業(yè)地位及應(yīng)用前景上，國(guó)網(wǎng)蘭州供電公司僅2020年度就執(zhí)行供電保障任務(wù)82項(xiàng)，派出應(yīng)急電源車(chē)輛330臺(tái)次，其中特級(jí)、一級(jí)保電任務(wù)占比達(dá)到一半以上，而且任務(wù)量有明顯的逐年遞增趨勢(shì)。一旦出現(xiàn)短時(shí)間停電情況，造成的不良影響將難以估量。因此，從技術(shù)上消除短時(shí)間停電風(fēng)險(xiǎn)十分必要。通過(guò)中國(guó)專利信息查詢平臺(tái)、知網(wǎng)等官方網(wǎng)站檢索關(guān)鍵詞“0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置”及市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，尚無(wú)此類裝置，市場(chǎng)拓展力強(qiáng)，競(jìng)爭(zhēng)壓力小，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)供電保障模式下應(yīng)急電源車(chē)并網(wǎng)能力不足的問(wèn)題，研發(fā)了一種0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，只需對(duì)已有的應(yīng)急電源車(chē)輛進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可。具備并網(wǎng)功能的應(yīng)急電源車(chē)在現(xiàn)場(chǎng)中有了新的應(yīng)用方式，能夠不停電接入、退出用戶母排，實(shí)現(xiàn)了無(wú)間隙轉(zhuǎn)帶用戶，在技術(shù)上打通了供電保障全過(guò)程不停電的“最后一公里”，UPS不再是要求不間斷供電的重點(diǎn)行業(yè)單位的惟一選擇，在項(xiàng)目拓展上促進(jìn)了帶電、保電專業(yè)融合。

本文編自2021年第12期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于0.4kV移動(dòng)式并機(jī)并網(wǎng)裝置的應(yīng)急電源車(chē)應(yīng)用新方式”，作者為吳亞盆、穆宜 等。