潘 强，王智峰，杨小勇，刘俊炜

（陕西省地方电力（集团）有限公司三原县供电分公司，陕西 咸阳 713800）

0 引 言

近年来，我国社会经济快速发展，对配电系统运行质量和持续性提出了更高要求。大量实例表明，成熟的配电终端电池技术，是保持配电系统持续稳定运行的关键，也是降低故障发生概率的重要因素。但是，我国对此方面的研究还有待进一步深入。因此，本文基于理论实践，对配电系统配电终端电池技术进行了相关分析。

1 配电系统配电终端电池技术相关概述

1.1 配电终端的功能

配电系统配电自动化建设主要应用在10 kV线路中，主要是对配电线路运行状态进行全过程检测和动态监控，从而实现配电网上开闭所、环网柜、柱上开关、配电变压器、电容器等一次设备的全过程动态实时监控[1]。通常情况下，配电终端采集配电网实时运行数据，并对检测的数据进行实时分析，及时发现并处理线路中存在的故障，制定出相应的解决方法。具体地，通过无线或者有线方式，及时上传信息、接收调度命令，以实现不间断供电。

1.2 配电终端的结构

1.2.1 配电终端DTU结构

DTU在开闭所、环网柜中有遮蔽式、组屏式和分布式共3种安装形式。根据现场环境和应用习惯，需选择适合的结构形式。配电终端操作外形图，如图1所示。

图1 配电终端操作外形图

从图1可以看出，虽然配电终端DTU结构比较复杂，但操控界面非常清晰，操作也比较简单。只要通过一系列培训，即可充分掌控配电终端DTU的操作要点。

1.2.2 配电终端FTU结构

FTU根据安装环境和实现功能，结构形式有箱式和钟罩式两种。FTU结构集中控制图和外形图，分别如图2、图3所示。

图2 配电终端FTU结构集中控制图

图3 配电终端FTU结构外形图

配网自动化终端FTU馈线终端FTU是装设在馈线开关旁的智能装置，是集测量、保护、监控、通讯为一体的综合型自动化装置。馈线开关指的是户外的柱上开关，如10 kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。配网自动化终端FTU智能馈线终端装置以高性能MCU主板和大规模可编程逻辑器件Fpga为硬件平台，以vxworks嵌入式实时多任务操作系统为软件平台。产品在设计上保证稳定可靠、高性能、低成本，且易于安装。

1.2.3 TTU的结构

采用TTU结构时，不需要装配蓄电池。因此，体积较小，操作更加简单。具体应用时，往往采用平铺结构进行安装。但是，由于它在室外运行，对防护机壳材质有较高要求。因此，应尽量选择耐腐蚀性机壳。

1.3 电池管理功能

短路保护功能。当电池发生输出短路故障时，会产生较大的瞬时电流，需要及时切断电源开关，才能有效保护线路中相关设备的安全性，避免电池系统被烧毁。

过放电保护功能。电池放电过程中，要断开输出电流的开关，才能有效满足具体需求。

电池活化维护功能。如果电池充电时间较长，会对电池内部结构造成严重损坏，需要进行一系列活化处理，才能提高电池的使用寿命。

2 配电终端电源需求分析

试验表明，配电终端中，电源容量的大小主要取决于电操机构功率、终端设备整机的功率消耗。通常情况下，配电终端的功耗由配电终端本体、通信设备、电操机构等共同决定。传输单元所有配电终端中功耗最高的设备，通常情况下能达到20～30 VA。

2.1 负荷开关分合闸过程电源录波

对于一次设备功耗计算而言，经过多家环网柜、柱上开关分合闸功率和储能功率进行录波比较，选择具有代表性的弹簧式操作机构断路器和负荷开关间隔合闸过程中电压电流进行录波，具体情况如图4所示。

图4 典型负荷开关合闸过程电压电流录波

考虑电源管理模块在交、直流转换功率消耗的情况，对电源管理模块的输入电流、电压等进行录波分析。通常情况下，配电系统中配电终端的负荷开关的分合闸主要通过弹簧机构传动方式进行推动。其中，负荷开关合闸时电流在2～3个工频周波，产生的瞬时功率大，约为880 VA，弹簧机构传动时间一般持续2～3 s，传动过程平均功耗为220 V×1.7 A=374 VA。负荷开关分闸原理与合闸相同，动作过程功耗与合闸基本一致[2]。

2.2 断路器合分闸过程录波波形

针对现场对断路器间隔分闸操作中电压电流录波的具体情况，断路器合闸和分闸所持续的时间相对较短（通常仅在2～3个工频周波），可产生较大的瞬时功耗（通常在1164 VA以上）。当断路其合闸后，断路器储能过程往往会持续3～5 s，储能机构平均功耗为350 VA。而对于比较典型的双负荷开关而言，分闸功耗远远大于合闸功耗。因此，在进行配电终端电源容量选择时，要根据4个断路器合闸和4个负荷开关分闸进行计算。

3 配电系统配电终端电池技术

3.1 常见的配电系统配电终端电池

就我国目前配系统中配电终端电池技术发展现状而言，电池的种类共分为以下几大类。

第一类，锂电池。锂电池指的是把锂离子嵌入碳中形成负极，改善传统金属锂的合金负极。负极材料主要为石油焦炭和石墨。在配电终端应用锂电池，不但可以保持锂电池的高比能量，而且能取代锂电池沉淀和溶解的过程，有效避免了负极表面所生成锂的枝晶穿透问题，有效保证了电池使用的安全性[3]。此外，锂电池还具有充放电时间短、寿命长、无污染、体积重量小的特点，可以有效满足配电终端设备持续稳定运行的具体需求。

第二类，铅酸蓄电池。此类电池主要以铅及其氧化物制成电极，并以硫酸溶液为电解液，主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖和极柱等组成。研究表明，铅酸蓄电池的寿命往往约为2年。将其应用在配电终端设备中，具有成本低、充放电时间长、能量密度集中、放电恢复性能好等优点。

第三类，胶体蓄电池。此类蓄电池属于铅酸蓄电池的发展品，主要方法是在硫酸中添加相应的胶凝剂，促使硫酸电解为胶状体。它产生的能量和功率要比常规的铅酸电池大20%～40%，评价寿命为4年，具有放电时间长、寿命长、无污染等特点。

3.2 站所终端电池技术

站所终端主要应用在开闭所、用户配电所内，通常使用220 V的工频单相交流电压。组屏式的站所终端可以采用站内直流屏供电。因此，应用该供电终端电池技术时，既要充分考虑电源质量，也要充分考虑电源的抗干扰能力，同时也要达到节能的目的。所以，在具体应用过程中，必须充分降低静态功耗，才能发挥出站所终端应用的价值和作用[4]。

3.3 馈线终端电池技术

馈线终端主要安装在10 kV配电网架空线路的柱上开关和电缆线路中，通常使用220 V的工频交流电持续供电，主要有弹簧操作机构和永磁操作机构两种。其中，弹簧操作机构属于典型的电感性负载，工作电压为额定电压的80%～110%。永磁操作机构动作时，主要通过电容放电来提供大电流，因此具有电源功率容量大、提供电源持续可靠、稳定的特点。

3.4 配变终端电池技术

配变终端主要应用在配电变压器负荷情况的监视和记录中，而个别情况下可以根据配电系统运行的实际情况对电容器进行投切控制。通常，采用220 V/380 V的三相四线制供电，也可以实现缺相运行。供电电源必须具有较宽的电压范围，电容容差要控制在±30%之内，才能满足具体要求[5]。

4 结 论

综上所述，本文结合理论实践，深入分析了配电系统中配电终端的相关概述和配电自动化终端电源，提出了不同配电终端中的电源技术。研究得出：在配电系统中选择科学合理的配电终端电源技术，既能提高配电系统运行的稳定性，也能有效降低电源功耗。

参考文献：

[1] 王 玮，李 睿，姜久春.面向能源互联网的配电系统规划关键问题研究综述与展望[J].高电压技术，2016，42（7）：2028-2036.

[2] 吕天光，艾 芊，孙树敏，等.含多微网的主动配电系统综合优化运行行为分析与建模[J].中国电机工程学报，2016，36（1）：122-132.

[3] 刘涤尘，彭思成，廖清芬，等.面向能源互联网的未来综合配电系统形态展望[J]. 电网技术，2015，39（11）：3023-3034.

[4] 刘伟佳，吴秋伟，文福拴，等.电动汽车和可控负荷参与配电系统阻塞管理的市场机制[J].电力系统自动化，2014，38（24）：26-33，101.

[5] 胡竞竞，徐习东，裘 鹏，等.直流配电系统保护技术研究综述[J].电网技术，2014，38（4）：844-851.