配網(wǎng)自動化的規(guī)劃建設(shè)常見問題探討

鄭麗姬

配網(wǎng)自動化的規(guī)劃建設(shè)常見問題探討

鄭麗姬

福建省電力有限公司泉州電業(yè)局

該文總結(jié)電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化的要求、合理規(guī)劃與建設(shè)方案，分析了電力系統(tǒng)配電自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用原則、應(yīng)用要求及自動化模式方案，以加快配網(wǎng)自動化的發(fā)展，提高配網(wǎng)供電可靠性。

配網(wǎng)自動化 應(yīng)用原則 建設(shè)方案

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對電力安全可靠性和電能質(zhì)量的要求越來越高，配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中直接面對用戶的輸電系統(tǒng)，配電自動化是保證配電網(wǎng)可靠性的重要手段。配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)是整個電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行特性的集中反映。國家電網(wǎng)公司提出了打造統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的思路，旨在建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的堅強智能電網(wǎng)。

1 配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀

長期以來，由于我國電力建設(shè)資金短缺，配電網(wǎng)建設(shè)滯后于輸電網(wǎng)的發(fā)展，配電網(wǎng)的自動化程度遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)，然而目前故障停電有80%以上是由配電網(wǎng)系統(tǒng)引起的，電網(wǎng)有一半的損耗發(fā)生在配電網(wǎng)。電力作為一種商品進(jìn)入市場，配電網(wǎng)供電可靠性已是電力經(jīng)營者必須考慮的主要問題，開展智能配網(wǎng)及其技術(shù)支持系統(tǒng)研究具有重要意義。

智能配電網(wǎng)是配電自動化技術(shù)的發(fā)展，配電自動化是智能配電網(wǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)的重要內(nèi)容。配電自動化技術(shù)利用現(xiàn)代計算機、微電子、網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的運行監(jiān)控及管理的自動化、信息化，以保證配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運行，提高供電質(zhì)量及生產(chǎn)管理效率。

配電自動化是一個龐大復(fù)雜、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。目前實現(xiàn)配電自動化大體有以下幾種方式：

（1）在10kV輻射線路或樹狀線路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身的功能進(jìn)行線路故障時的故障隔離和恢復(fù)供電，因而實施比較容易，投資較節(jié)省。

（2）在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用重合器，配合環(huán)網(wǎng)柜實現(xiàn)配網(wǎng)自動化。

（3）在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)柜加裝FTU，并設(shè)置配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜可以是戶外的，也可以是戶內(nèi)式的。

（4）我國城市大多數(shù)是由沿城市街道敷設(shè)的架空絕緣導(dǎo)線構(gòu)成10kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對這種配電網(wǎng)絡(luò)，目前采用的配電自動化方式是首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造，形成多個環(huán)網(wǎng)或“手拉手 ”線路，使每一用戶有2個供電源。

以上幾種應(yīng)用方式雖在各地得到一些應(yīng)用，其應(yīng)用效果不是很理想，由于各地經(jīng)濟(jì)條件、社會需求及技術(shù)發(fā)展的差異，需要優(yōu)化改進(jìn)的地方很多。

2 配網(wǎng)自動化的應(yīng)用原則

配網(wǎng)自動化是一項綜合性系統(tǒng)工作，最基本的條件是應(yīng)具有較為完善的多路電源的配電網(wǎng)點，涉及到城市建設(shè)，配網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)備選擇等一系列繁雜工程，內(nèi)容豐富，技術(shù)性強。目前，配網(wǎng)自動化還處于起步、摸索階段，配電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備還存在許多問題需要解決，如網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)率低，線路互供能力差，卡脖子線路較多，大量高能耗變壓器及重載、過載線路需改造等。配電網(wǎng)自動化最基本的條件是應(yīng)具有結(jié)構(gòu)合理的一次網(wǎng)架，具有一定的備用容量和足夠的負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，具有較為可靠的設(shè)備。

2.1 配網(wǎng)自動化的發(fā)展應(yīng)實行分期、分階段進(jìn)行

從整體上劃分為兩個實施階段：

第一階段：（1）配電自動化首先要求實現(xiàn)實時及準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)采集的兩遙（即遙測和遙信）功能，在有條件、有實際需求時可考慮增加遙控功能。對饋線自動化要求實現(xiàn)故障告警和定位功能。（2）配電生產(chǎn)MIS首先實現(xiàn)基于GIS的自動制圖和設(shè)備管理（即AM/FM/GIS）功能，在此基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)其他相關(guān)應(yīng)用功能。

第二階段：（1）配電自動化實現(xiàn)遙控功能。饋線自動化在條件具備的情況下，實現(xiàn)故障自動隔離及恢復(fù)供電，條件具備且有實際需要時可考慮配置相關(guān)配網(wǎng)高級應(yīng)用功能。（2）全面實現(xiàn)配電生產(chǎn)MIS功能。

2.2 配網(wǎng)自動化的建設(shè)原則

2.2.1采用電流控制式的原則

由于重合斷路器經(jīng)常有合分操作以及瞬時性故障時自動重合，使得配電開關(guān)頻繁動作，導(dǎo)致設(shè)備可靠性降低，影響使用壽命。另外，自動配電開關(guān)有個合閘延時時間，故障時在并聯(lián)組數(shù)較多的線路，最末級完成合閘的時間達(dá)幾十分鐘，合閘時間明顯大于故障判斷時間，影響供電的連續(xù)性。

2.2.2適應(yīng)性原則

適應(yīng)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)條件的原則。結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H條件，將配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計納入其中，統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合，以保證改造后的配網(wǎng)在供電可靠性、電壓合格率以及技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益等目標(biāo)指標(biāo)的實現(xiàn)。

2.2.3適應(yīng)配電網(wǎng)發(fā)展的原則

配網(wǎng)自動化的建設(shè)應(yīng)遵循“統(tǒng)籌考慮，全面規(guī)劃；分析現(xiàn)狀，優(yōu)化設(shè)計；因地制宜，分步實施；信息共享，增強效益；充分利用，適當(dāng)改造；領(lǐng)導(dǎo)重視，專業(yè)協(xié)作”原則。發(fā)展的配電網(wǎng)，更需要實現(xiàn)自動化，并逐步向智能配電網(wǎng)過渡。

2.2.4適應(yīng)定時限保護(hù)的原則

定時限保護(hù)方式采用電流階梯和時間階梯重合，可使上下級保護(hù)配合方便、協(xié)調(diào)。

2.2.5實用性原則

配網(wǎng)自動化實施尤其應(yīng)注重實用化要求，應(yīng)根據(jù)實際需要適當(dāng)簡化功能要求，以降低運維的難度和工作量，盡量擴(kuò)大覆蓋范圍以實現(xiàn)規(guī)模效益。對新上系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)考慮先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、實用的方針，注重性價比。

3 配網(wǎng)自動化的要求

配電網(wǎng)自動化是以實時方式就地或遠(yuǎn)方對配電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、控制、調(diào)節(jié)和事故處理的技術(shù)，其基本原理是將環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)運行的配電網(wǎng)線路通過分段開關(guān)把供電線路分割成各個供電區(qū)域。當(dāng)某區(qū)域發(fā)生故障時，及時將分割該區(qū)域的開關(guān)跳開，隔離故障區(qū)域；隨后，將因線路發(fā)生故障而失電的非故障區(qū)域迅速恢復(fù)供電，從而避免了因線路出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整條線路連續(xù)失電，大大減少了停電范圍，提高了供電可靠性。

3.1 配網(wǎng)自動化對配網(wǎng)規(guī)劃提出的要求

（1）供電線路要連接成環(huán)網(wǎng)，且至少具備雙電源，對供電密集區(qū)甚至要考慮構(gòu)成多電源供電系統(tǒng)。

（2）干線分段。避免線路某處出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整條線路都連續(xù)失電，即通過分段開關(guān)的倒閘，將非故障區(qū)域負(fù)荷轉(zhuǎn)移。分段原則是:根據(jù)具體情況，或按負(fù)荷相等，或按線長相等，或按用戶數(shù)量均等原則；且應(yīng)考慮投資效益，一般線長在3km以內(nèi)的宜分3段，線路更長時，分段不超過5段。

（3）分段開關(guān)使用負(fù)荷開關(guān)，不使用斷路器，這將節(jié)省部分一次設(shè)備的投資。線路發(fā)生故障后，分段開關(guān)的作用是隔離故障區(qū)域，而不是切除故障電流。故障發(fā)生后，變電站內(nèi)10kV出口斷路器分開，切除故障電流，此后，劃分故障區(qū)域的分段開關(guān)才跳開隔離故障，此時，故障電流已經(jīng)切除。

（4）分段開關(guān)不使用負(fù)荷開關(guān)，使用斷路器。目前，我國開關(guān)生產(chǎn)廠家已經(jīng)生產(chǎn)出作為分、合負(fù)荷電流，過載電流及短路電流用的10kV戶外真空斷路器。這種設(shè)備能同計算機的遙控技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備連接，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控操作、數(shù)據(jù)信息等功能。

3.2 配網(wǎng)自動化的功能

1）通過系統(tǒng)監(jiān)測功能及時發(fā)現(xiàn)用戶計量表故障，防止竊電，避免用電量損失。具備可靠、高速率的通訊。具備完善的、能識別故障電流、滿足室外惡劣環(huán)境的故障控制器，以及實現(xiàn)斷路器遠(yuǎn)方操作。

2）通過系統(tǒng)監(jiān)測功能及時計算線路線損，使線路能在最佳的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運行。系統(tǒng)的電量控制和功率控制可促進(jìn)電費回收。配電網(wǎng)自動化的主站系統(tǒng)應(yīng)具有擴(kuò)充性和開放性功能，主站軟件功能完善、硬件上有足夠的處理速度和裕度。

3）通過實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測每條線路上的負(fù)荷運行情況，及時發(fā)現(xiàn)不安全因素，消除事故隱患，使配電網(wǎng)安全運行。

4 配電網(wǎng)自動化模式方案

配網(wǎng)自動化的目的在于提高供電可靠性，減少停電時間，提高配網(wǎng)的運行管理水平，提高客戶的服務(wù)質(zhì)量，增加用戶的滿意度。

4.1 饋線自動化模式

1)就地控制模式，即利用“重合器+分?jǐn)嗥鳌钡姆绞綄崿F(xiàn)。

2)計算機集中監(jiān)控模式，即設(shè)立控制中心，饋線上各個自動終端采集的信息通過一定的通信通道遠(yuǎn)傳回主站。在出現(xiàn)故障的情況下，由主站根據(jù)采集的故障信息進(jìn)行分析判斷，切除故障段并實施恢復(fù)供電的方案。

3)就地與遠(yuǎn)方監(jiān)控混合模式，采用斷路器，智能型負(fù)荷開關(guān)，并且各自動化開關(guān)具有遠(yuǎn)方通信能力。這種方案可以及時、準(zhǔn)確地切除故障，恢復(fù)非故障段供電，同時還可以接受遠(yuǎn)方監(jiān)控，配電網(wǎng)高度可以積極參與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整和非正常方式下的集中控制。

4.2 通信方案

配網(wǎng)自動化的通信包括主站對子站、主站對現(xiàn)場終端、子站對現(xiàn)場終端、子站之間、現(xiàn)場終端之間的通信等廣義的范圍。通信是實施配網(wǎng)自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣，主要有光纖、有線電纜、電力載波、微波、擴(kuò)頻等，但就目前配網(wǎng)自動化技術(shù)不夠成熟的情況下，采用混合通信方案比較符合實際。

4.3 變電站主斷路器與饋線斷路器配合方案

由變電站出線保護(hù)開關(guān)和饋線開關(guān)相配合，并由兩個電源形成環(huán)網(wǎng)供電方案。也就是說，優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，推行配電網(wǎng)“手拉手”站電變，出線保護(hù)開關(guān)具有多次重合功能，重合命令由微機控制，線路開關(guān)具有自動操作和遙控操作功能，遠(yuǎn)動裝置，事故信息、監(jiān)控系統(tǒng)由微機一次完成。設(shè)備與線路故障由主站系統(tǒng)判斷，確認(rèn)故障范圍后，發(fā)令使故障段開關(guān)斷開。

4.4 自動重合器方案

此方案是將兩電源連接的環(huán)網(wǎng)分成有限段數(shù)，每段線路由相鄰的兩側(cè)重合器作保護(hù)。故障時，由上一級重合器開斷故障，盡可能避免由變電站斷路器進(jìn)行分合。當(dāng)任一段發(fā)生故障時，應(yīng)使故障段兩端重合器分?jǐn)啵瑢收线M(jìn)行隔離，線路分支線故障由重合器與分?jǐn)嗥鲃幼鞔螖?shù)相配合來切除。

4.5 自動重合分段器方案

每段事故由自動重合分段器根據(jù)關(guān)合故障時間來判斷。此方案在時間設(shè)置上，應(yīng)保證變電站內(nèi)斷路器跳開后，線路斷路器再延時斷開。然后站內(nèi)斷路器進(jìn)行重合，保證從電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)送電，當(dāng)再次合上故障點時，站內(nèi)斷路器再次跳開，同時故障點兩側(cè)線路斷路器將故障段鎖定斷開，確保再次送電成功。

目前我國配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)重心尚不是全面推行饋線自動化系統(tǒng)的建設(shè)，而是優(yōu)先發(fā)展以實時監(jiān)控為基礎(chǔ)，提高配電網(wǎng)運行管理規(guī)劃水平的綜合管理信息系統(tǒng)。從提高供電可靠性的目的出發(fā)，由于饋線自動化的主要作用是減少故障停電時間，對于計劃停電無能為力，因此，我國的配網(wǎng)自動化建設(shè)也需要根據(jù)自身的條件和需求進(jìn)行建設(shè)。我國許多城市的電網(wǎng)建設(shè)及基礎(chǔ)管理比較好，用戶對供電可靠性及服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，完全有必要上馬包括饋線自動化在內(nèi)的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高電網(wǎng)運行管理水平。

5 配網(wǎng)自動化實施中應(yīng)注意的問題

5.1 后備電源應(yīng)具有較高的可靠性

配電終端設(shè)備中的電源用于控制開關(guān)動作，正常情況下從線路中取得，因此，線路失電后的后備電源應(yīng)具有較高的可靠性。

5.2 對運行人員提出較高的要求

實施配網(wǎng)自動化降低了運行人員的勞動強度，提高了勞動效率，使運行人員對網(wǎng)絡(luò)的運行狀況掌握得更全面、更快捷，為供電企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。配網(wǎng)自動化的實施，改變了配電網(wǎng)傳統(tǒng)的運行管理方式，但對運行人員提出了較高的要求。

5.3 要做好配網(wǎng)自動化的規(guī)劃

配電自動化系統(tǒng)涉及專業(yè)多、覆蓋面大，系統(tǒng)接入設(shè)備型號繁多，通道形式多樣，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一。因此，配網(wǎng)自動化的規(guī)劃是必不可少的，配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)保證系統(tǒng)的兼容性、開放性、安全性、先進(jìn)性與實用性，避免因系統(tǒng)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步引起大規(guī)模改造甚至推倒重來。

5.4 戶外運行環(huán)境對開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備提出更高要求

配電線路設(shè)備的戶外運行環(huán)境，對開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備等提出了更高的要求，必須考慮雷擊過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、腐蝕、風(fēng)沙、振動、電磁干擾等因素的影響，在開關(guān)的外絕緣材料、電子設(shè)備的設(shè)計、元器件的篩選等方面綜合考慮其性價比。

5.5 堅持建設(shè)與管理并重

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)備改造頻繁，圖形參數(shù)維護(hù)工作量巨大，在配電自動化系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)中，應(yīng)充分考慮運行維護(hù)的業(yè)務(wù)流程設(shè)計，評估配電自動化系統(tǒng)投運后的管理成本，提高系統(tǒng)的投入產(chǎn)出效益，堅持建設(shè)和管理并重。

5.6 要實現(xiàn)整個電網(wǎng)模型、圖形統(tǒng)一創(chuàng)建和維護(hù)

配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)，完善配網(wǎng)GIS與配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)GIS圖形參數(shù)的全模型和增量模型自動導(dǎo)入，確保配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，避免重復(fù)維護(hù)圖形數(shù)據(jù)。完善配網(wǎng)GIS與主網(wǎng)系統(tǒng)的模型拼接，按照IEC61970/61968等標(biāo)準(zhǔn)升級和擴(kuò)展各自動化系統(tǒng)，做好安全防護(hù)，做到系統(tǒng)統(tǒng)一維護(hù)。建立配網(wǎng)圖形參數(shù)的維護(hù)流程，提高GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保系統(tǒng)維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效率，實現(xiàn)整個電網(wǎng)模型、圖形的統(tǒng)一創(chuàng)建和維護(hù)。

5.7 配電自動化終端設(shè)計及設(shè)備選擇

配電自動化終端設(shè)備的選擇在通信方式選擇上優(yōu)先考慮利用已有的光纖通道資源，兼容電纜屏蔽層載波、GPRS/CDMA、Wimax等靈活多樣的通道方式，優(yōu)選出最佳通信方式組合。在終端設(shè)備選擇和配置上，采用系統(tǒng)供電和電池相結(jié)合的混合供電模式，提高系統(tǒng)免維護(hù)運行時間。將配網(wǎng)自動化作為配網(wǎng)建設(shè)和改造的必備條件，將配電自動化系統(tǒng)終端納入配網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保系統(tǒng)覆蓋率。

6 結(jié)束語

電網(wǎng)改造將給配網(wǎng)自動化技術(shù)與可靠性水平帶來前所未有的發(fā)展機遇，電網(wǎng)應(yīng)在未來的幾年內(nèi)加速網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)，提高供電質(zhì)量和供電可靠性，以滿足現(xiàn)代化建設(shè)的供電需求。對此，應(yīng)該及早規(guī)劃建設(shè)適應(yīng)現(xiàn)代化需求的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，將會有越來越多的新技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)中，配網(wǎng)自動化技術(shù)會逐步成熟，為配電網(wǎng)安全高效的運行提供技術(shù)保證。隨著電力市場化的實行，供電企業(yè)對配電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，配網(wǎng)自動化是解決這一需求的必由之路。我們相信，配網(wǎng)自動化建設(shè)必將為我國的配電網(wǎng)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。

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