应急电源车有了新用法！兰州供电公司研制出移动式并机并网装置

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针对低压应急电源车在实际应用中不具备并网功能，在接入及退出过程中很可能迫使用户经历多次短时间停电的问题，国网甘肃省电力公司兰州供电公司的研究人员吴亚盆、穆宜、郭子强，2021年第12期《电气技术》上撰文，研制一种0.4kV移动式并机并网装置，可使应急电源车实现不停电接入或退出用户侧母排，用于市电掉电或用户变压器等设备检修时不停电带接用户等场景，从而提高市区配电网供电可靠性、增加供电量，进一步提升公司经营效益及社会形象。

依照国家电网公司配电网“能带不停”的要求，配电网不停电作业、应急电源车转带负荷的作业形式成为进一步提升供电可靠性的重要举措。对于供电保障专业，配备的应急电源车确实提高了供电公司保障重要用户及重要活动备用供电的能力。

然而，在传统应用模式下，由于多数0.4kV应急电源车并不具备并机并网功能，所以在应用中会面对以下几种情况：①应急电源车在接入及退出用户侧母排时很可能迫使用户经历多次短时停电；②应急电源车的接入只能缩短市电突然掉电期间的用户停电时间；③在开展不停电更换用户变压器等复杂项目时，应急电源车使用受限。

由此可见，整体应用过程呈现出一种“后知后觉、被动局限”的特性。而这一特性在实际工作中的体现更为明显，例如，600kW应急电源车为某公司重要视频会议提供临时电源，在电源车接入到退出用户侧的过程中迫使该公司经历了多次短时间停电，对员工的正常办公、使用电梯、用水等造成了影响。

然而，如果用户为大型会场、生产车间、负压病房等要求供电不可间断的用户，则传统供电保障模式“无法实现市电与应急电源车的无间歇切换”的缺陷更为凸显，即使数十秒内起动应急电源车进行供电，也无法消除停电造成的严重不良影响，甚至导致重大的生命、财产损失。

因此，研发一套低压同期并网装置十分必要。有关文献所述方法均着眼于对控制系统及电缆接入型式的改进，整体兼容性和可操作性不强。本文研发一套0.4kV移动式并机并网装置，易于操控，能够搭配各型应急电源车，实现不停电接入和退出用户母排，在市电掉电或对用户变压器、断路器等更换、消缺时无间隙切换带接用户。

1  传统供电保障模式分析

目前，应急电源车主要用于为重要用户或者重要活动提供应急保障、发电服务，其工作模式主要有短时间停电模式和不停电模式两种。

1.1  短时间停电模式

1）固定供电保障点

通过分析任务量的频次，筛选出需要经常执行供电保障任务的用户，例如宁卧庄宾馆、甘肃大剧院、省培训中心等。针对这些用户，相关人员编制包括用户概况、用户电源及接线情况、保障方案等在内的“一户一册”，并及时与用户协商后外置固定的带有断路器的插接箱，正常情况下该断路器是分闸状态，其上桩头接至用户配电室的母排。固定式插接箱如图1所示。

图1  固定式插接箱

2）临时确定供电保障接入点

对于临时申请供电保障的用户，如露天演唱会、变电站的站用变消缺、技能竞赛等，现场工作人员必须掌握用户电源及运行方式、最大负荷、现场环境、应急电源车停放位置、电缆线径长度及接入点、保电时长等信息。

其工作开展模式可简述为：当接到供电保障任务时，先由工作负责人进行现场勘查，再通知工作人员准备工器具及应急电源车，车辆停至现场后，由工作人员完成接线、机组试起动操作、安全措施布置及现场值守工作。与固定供电保障接入点方式相比，这种方式在电源车输出端接入及退出用户母排前必须先断开用户母排总开关。此外，在现场也能够见到移动式插接箱，主要起中间转接作用，适用于应急电源车无法靠近供电保障接入点或是整根电缆长度不够的情况。

3）转带低压用户

不停电更换用户变压器是配电网不停电作业中的第四类复杂项目。实施方案一般有两个，一是利用移动箱变车带电搭接旁路，二是利用应急电源车转带低压用户。由于应急电源车不具备并网功能，作业流程局限为先向配电网调度申请拉开用户变压器低压侧零克、高压侧跌落式熔断器，再在用户侧接入应急电源车并起动发电，待新的用户变压器安装完成后，退出应急电源车，然后向配电网调度申请合上高压侧跌落式熔断器、低压侧零克，恢复对用户供电。整个作业过程中，虽然减少了用户停电时间，增加了供电量，但实质上仍然属于停电更换用户变压器的类别。

1.2  不停电模式

对于一些特殊用户，如电视转播、视频会议等，要求保证中途不停电，在线式不间断电源（uninter- ruptible power supply, UPS）车能够实现市电与蓄电池组的无间隙切换。当其接入供电保障点时，必须有一路市电接至UPS车市电输入端。正常运行时，用户负载由市电经UPS的整流逆变单元的输出供电。在市电异常或中断时，蓄电池组经逆变器输出稳定交流电压，为用户供电，300kV•A UPS可保障满载0.5h供电。

这种模式虽然能够极大地提高供电可靠性，但却难以广泛应用。一方面单辆UPS车的造价接近同容量应急发电车的2倍，各个地市公司的保有量很小。另一方面UPS车的使用条件较为苛刻，必须要先接入市电才能正常运行，且不能带电进行接线操作。因此，在一些特殊的供电保障现场，会出现0.4kV应急电源车配合UPS车使用的情况，大大增加了保障人员的劳动强度、安全风险及精神压力。

综合以上分析可知，传统供电保障模式对于允许短时间停电的用户具有普遍适用性，能够增强用户的可靠用电信心。然而，目前应急电源车作业装置以开关插接箱为主，功能单一，安全性、实用性及便携性差，在实际操作中给用户带来多次短时间停电的事实与配电网“能带不停”要求不符。因此，依托成熟的并机并网技术，研发一套通用性强、操作便捷的0.4kV移动式并机并网装置成为供电保障专业中的一项重点工作。

2  0.4kV移动式并机并网装置

2.1  设计原理说明

依据发电机组并网运行条件，当检测到待并网机组的电压、相位及频率与公网的一致或者在允许范围内变化时，此时合并网开关，发电机组能够并入公网运行，这种合闸方式为同期合闸或准同期合闸。基于该原理，研发一种脱离应急电源车原有控制系统的独立控制器，在输出端能够采集市电的电压、相位、频率等作为基准参数，并经RS 485通信线向发电机组控制接口发送指令。

当发电机组需要并网运行时，在输入端实时检测比对机组输出电压、相位、频率等参数是否与基准一致，若偏差较大时，则通过通信线调控机组调速、调压模块的直流电压；若一致或者接近时，则自动合并网开关，从而实现市电与发电机组共同输出为用户供电。0.4kV移动式并机并网装置的工作原理如图2所示。

图2  0.4kV移动式并机并网装置工作原理

由图2可知，该装置通过信号线夹采集市电参数，发电机组输出主回路经汇流夹钳接至用户母排。现有的应急电源车控制板处都预留有控制接口，只需简单改造，便可形成机组参数调节的反馈机制。与自带同期并网功能的发电车控制系统相比，研发人员将并网-脱网控制器独立成产品，不仅减弱了整车控制系统的设计难度，而且一台装置能够适配多辆应急电源车使用，降低了设备购置和运维成本。

装置本身具备短路、过电流、接地等多种保护和参数监测功能，发生故障时能够保护用户设备、发电设备不受损坏。此外，产品结构紧凑，抗干扰性强，配有独立的人机界面和功能手册，并网操作简单直观，具有良好的通用性、兼容性。 

2.2  工作流程说明

在现场中该装置的工作过程如图3所示。

图3  0.4kV移动式并机并网装置工作流程

当0.4kV移动式并机并网装置配合应急电源车使用时，应急电源车与市电能够叠加输出，不会再造成用户短时间停电。

2.3  产品介绍

成型的0.4kV移动式并机并网装置外观结构如图4所示。整体采用不锈钢材质的笼型结构，尺寸1 000mm×950mm×900mm，质量70kg，底盘带有承重轮。进出线每相双进双出，均有相色标，并自带核相功能。内部主回路和控制部分做封闭处理，外部具有信息显示屏和控制屏，可供操作人员实时监测各类运行信息，操作方式有全自动和手动两种方式可供选择。

图4  0.4kV移动式并机并网装置外观结构

3  应急电源车应用新方式

与传统供电保障模式相比，配备0.4kV移动式并机并网装置的应急电源车主动性更高，实用性更强，使实际工作方式产生了新的变化。

3.1  应急电源车不停电接入、退出

不论是经常性保电用户还是临时申请供电保障用户，配置0.4kV移动式并机并网装置的应急电源车可直接带电接入、退出用户母排，完全可以实现全过程不间断供电。图5为某供电保障现场接线图。

图5  某供电保障现场接线图

由图5可知，当接到为某单位的大礼堂进行保电的任务时，供电保障人员严格按照“先电源侧，后负荷侧”的接线顺序，将市电参数检测线接至低压用户总开关上桩头处，将汇流夹钳直接牢固卡至用户母排。在保电时段，起动应急电源车输出电压，经并网装置检测符合并网条件时自动合并网开关，此时市电与机组叠加输出电能。

一旦市电突然异常或故障失电，则断开低压用户总开关，由应急电源车单独为用户负载供电。当市电恢复时，并网装置一旦检测到符合并网条件的情况，就会提示现场人员，此时手动合上用户总开关。保电工作结束后，关停发电机组并断开并网开关，然后带电拆除检测线和汇流夹钳。整个供电保障全过程中，实现了用户无感知用电。

当然，考虑到柴油发电机组噪声大、耗油、连续供电时间短等因素，在实际保电工作中应急电源车只接入用户母排而不起动，处于冷备用状态。一旦市电失电，在断开低压用户总开关后立即起动应急电源车，能够在2、3min内为用户供电。此种情况下，用户虽然会经历短时间停电，但明显优于之前的作业方式。

3.2  应急电源车不停电转带用户

在开展更换用户变压器、检修柱上开关、带电立杆等复杂综合不停电作业项目时，对人员规模、工器具及设备投入、现场管控等要求较高。如果应急电源车能够不停电转带用户负荷，则作业点即可转为停电作业方式，可以大大减轻现场劳动强度，降低作业风险，提高工作效率。图6为某不停电更换用户变压器的作业现场接线图。

图6  某不停电更换用户变压器现场接线图

由图6可见，只需将应急电源车输出端经并网装置接入用户负载母排处，然后起动发电机组，待该装置检测到满足并网条件时自动合并网开关。此时，可先后拉开低压用户总开关和分支线跌落式熔断器，用户负载已完全由应急电源车转带成功。而待更换S11—400kV•A用户变压器两侧无电，属于停电检修现场。

更换完毕后，严格依照倒闸操作顺序，申请先合上分支线跌落式熔断器，待并网装置检测到符合并网条件时，再合上低压用户总开关。然后断开并网开关，关停发电机组，拆除接线，用户负载恢复市电供电。显然，这是一种不同于利用移动箱变车带电搭接旁路的作业方式，而且极大地简化了操作过程，实现了用户不停电及停电更换变压器的双重目的。

3.3  经济效益及应用前景分析

在经济效益上，该并网装置不仅能够提高工作效率，还能节约成本、增收电量。仅从购置成本分析，配置该并网装置的0.4kV应急电源车能够起到UPS车的作用。购置一辆UPS车成本约300万，同容量0.4kV应急电源车约150万，并网装置约20万，综合节约购买成本约130万。

在实际应用中，仅2019年兰州公司辖区内进行停电更换的用户变压器约200台，平均停电8h。若利用该装置配合应急电源车转带用户后，按更换变压器平均容量300kV•A的60%计算，则至少多供电量17万kW•h。

在行业地位及应用前景上，国网兰州供电公司仅2020年度就执行供电保障任务82项，派出应急电源车辆330台次，其中特级、一级保电任务占比达到一半以上，而且任务量有明显的逐年递增趋势。一旦出现短时间停电情况，造成的不良影响将难以估量。因此，从技术上消除短时间停电风险十分必要。通过中国专利信息查询平台、知网等官方网站检索关键词“0.4kV移动式并机并网装置”及市场调研发现，尚无此类装置，市场拓展力强，竞争压力小，应用前景广阔。

4  结论

本文针对传统供电保障模式下应急电源车并网能力不足的问题，研发了一种0.4kV移动式并机并网装置。该装置结构紧凑，操作简单，通用性强，只需对已有的应急电源车辆进行简单改造即可。具备并网功能的应急电源车在现场中有了新的应用方式，能够不停电接入、退出用户母排，实现了无间隙转带用户，在技术上打通了供电保障全过程不停电的“最后一公里”，UPS不再是要求不间断供电的重点行业单位的惟一选择，在项目拓展上促进了带电、保电专业融合。

本文编自2021年第12期《电气技术》，论文标题为“基于0.4kV移动式并机并网装置的应急电源车应用新方式”，作者为吴亚盆、穆宜 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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