如何提高10kV配電網(wǎng)運(yùn)行的管理及技術(shù)探討

沈 泉大豐市供電公司，江蘇大豐 224100

如何提高10kV配電網(wǎng)運(yùn)行的管理及技術(shù)探討

沈 泉大豐市供電公司，江蘇大豐 224100

隨著城市配電網(wǎng)的大規(guī)模改造，配網(wǎng)自動(dòng)化管理的應(yīng)用也在不斷地增加。本文結(jié)合筆者經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資料，介紹了10kV 配電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其功能模塊的作用和特點(diǎn)，并給出了主要的結(jié)構(gòu)框圖。

10kV配電網(wǎng)；SCADA系統(tǒng)；安全管理

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電的需求和依賴程度已經(jīng)越來(lái)越重要。電力系統(tǒng)的發(fā)展必須要有充足的電源、強(qiáng)大的輸電網(wǎng)、可靠的配電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，才會(huì)正常滿足社會(huì)各界的需要。安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地供電，是對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的三大要求。為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、保證電業(yè)工作人員和市民公眾的生命安全，必須在配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中不斷對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理的自動(dòng)化。供電配網(wǎng)作為向用戶供電的直接方法，它的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已經(jīng)成為電力部門(mén)和用戶共同關(guān)心的重要問(wèn)題。

1 仿真技術(shù)在人員運(yùn)行培訓(xùn)中的應(yīng)用

仿真技術(shù)可應(yīng)用于變電站運(yùn)行分析和操作員培訓(xùn)，使操作員更易于掌握操作規(guī)程和技能，在短期內(nèi)提高電網(wǎng)運(yùn)行人員操作水平，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性。而安全管理則貫通在整個(gè)系統(tǒng)之中，防人身觸電、防誤操作、絕緣老化檢測(cè)、故障快速切除等工作是配電運(yùn)行管理的重點(diǎn)。

2 配網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

配網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控和離線管理相結(jié)合的系統(tǒng)，將電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，電網(wǎng)接線圖形和地理圖形、圖形與數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，具有很高的安全性和集成度，系統(tǒng)具備軟硬件隔離的功能，而且系統(tǒng)軟件的運(yùn)行跟網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備類型無(wú)關(guān)，能夠適應(yīng)包括光纖，配電線截波、無(wú)限通信等多種通信方式或組成廣域網(wǎng)的方式。在開(kāi)放式支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)具有開(kāi)放性、可靠性和易用性。

3 信息技術(shù)在配電網(wǎng)運(yùn)行管理的應(yīng)用

信息技術(shù)主要用于設(shè)備管理、在線狀態(tài)檢測(cè)、用電管理等方面。由于安全是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)，因此，為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須在運(yùn)行過(guò)程中不斷對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和控制。以絕緣系統(tǒng)為例，其壽命在很大程度上決定了整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行壽命。

電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)在負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中，長(zhǎng)期處于電、機(jī)械、化學(xué)和具有某些不確定性的環(huán)境等應(yīng)力或者因素的作用下，不可避免將逐漸老化；在系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，甚至還會(huì)導(dǎo)致絕緣缺陷的出現(xiàn)，如未能及時(shí)察覺(jué)并采取適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，就有可能引發(fā)運(yùn)行事故，造成多方面的損失。因此，解決絕緣的問(wèn)題，成為電力和相關(guān)行業(yè)所關(guān)注的重要課題。

配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式，遙控和監(jiān)測(cè)高壓配電線上的開(kāi)關(guān)設(shè)備和線路參數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離故障區(qū)間、以最佳的方式恢復(fù)非故障區(qū)域供電，為用戶提供經(jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)（見(jiàn)圖 1）必須具備以下運(yùn)行管理功能：

1）在站內(nèi)或饋線故障時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)、隔離和恢復(fù)；2）供電恢復(fù)的最佳過(guò)程由計(jì)算機(jī)給出，并能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)；3）當(dāng)發(fā)生過(guò)載或進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡的配電網(wǎng)供電過(guò)程；4）變電站和饋線的監(jiān)視實(shí)時(shí)地顯示在帶街區(qū)圖的圖形顯示器上；5）給出用戶和設(shè)備的連接信息；6）可打印出各種記錄和報(bào)告數(shù)據(jù)；7）可為操作者訓(xùn)練提供仿真過(guò)程。

圖1 靜態(tài)，動(dòng)態(tài)信息管理功能組成

4 配電自動(dòng)化系統(tǒng)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)由主站系統(tǒng)層、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)層或配電子站層、通信系統(tǒng)層和站端系統(tǒng)層四個(gè)層次組成。（見(jiàn)圖 2、圖 3）按硬件和軟件分包括以下部分：1）智能開(kāi)關(guān)；2）通信網(wǎng)絡(luò)；3）監(jiān)控、監(jiān)測(cè)終端，F(xiàn)TU；4）配網(wǎng)自動(dòng)化 SCADA；5）配網(wǎng)自動(dòng)化的基本高級(jí)應(yīng)用軟件；6）SCADA 與地理信息系統(tǒng)（GIS）的一體化；7）系統(tǒng)仿真軟件；8）配電工作管理系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡(luò)分析、運(yùn)行管理、設(shè)備檢修管理工程設(shè)計(jì)、施工管理、配電規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)等）；9）用電管理自動(dòng)化（包括遠(yuǎn)程載波抄表系統(tǒng)、客戶信息系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)、用電營(yíng)業(yè)管理系統(tǒng)、用戶故障報(bào)修系統(tǒng)）；10）配電網(wǎng)能耗管理系統(tǒng)（如能耗統(tǒng)計(jì)分析，配電網(wǎng)在線經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和變壓器負(fù)荷管理）：

圖2 GIS系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組成

圖3 配電自動(dòng)化主站層結(jié)構(gòu)圖

1）智能開(kāi)關(guān)。它既可以無(wú)須通訊線路實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)診斷故障、自動(dòng)隔離故障段、自動(dòng)恢復(fù)非故障段的供電，也可以與通訊系統(tǒng)相接，通過(guò)子站與主站的控制單元實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙控自動(dòng)化。分段模式的開(kāi)關(guān)功能有：延時(shí)合閘，失電分閘，合閘閉鎖。聯(lián)絡(luò)模式的開(kāi)關(guān)功能有：延時(shí)合閘，時(shí)限閉鎖，脈沖閉鎖，兩側(cè)來(lái)電閉鎖，一側(cè)來(lái)電閉鎖，閉鎖自動(dòng)解除。

遙控接口可監(jiān)視開(kāi)關(guān)裝置，正確指示開(kāi)關(guān)的分/合/接地的位置。設(shè)有備用電池以便在失電時(shí)操作開(kāi)關(guān)裝置。

遙控接口可通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的協(xié)議與控制中心通訊，也可與不同的通訊介質(zhì)如 PSTN 模塊，無(wú)線電，光纖，DPLS 等進(jìn)行通訊。合理選用通訊的方法是快速重組電網(wǎng)的一個(gè)重要因素。配電變壓器的斷路器必須能實(shí)現(xiàn)遙控，在故障時(shí)，保護(hù)裝置將使線路上的饋電開(kāi)關(guān)跳閘。對(duì)于供電安全性：選擇電網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的電線桿上安裝自動(dòng)重合閘裝置，并與選擇電網(wǎng)的開(kāi)斷點(diǎn)一起實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，通過(guò)使用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)解決電網(wǎng)的供電可靠性。

2）監(jiān)控、監(jiān)測(cè)終端。包括出線開(kāi)關(guān)終端、分段開(kāi)關(guān)終端、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)終端、開(kāi)閉所開(kāi)關(guān)終端、小區(qū)劃變開(kāi)關(guān)終端等，其基本的功能是信息的采集和處理、接受并執(zhí)行遙控指令、事件記錄及上報(bào)、閉鎖功能、電源失電保護(hù)、參數(shù)設(shè)置、自診斷、自恢復(fù)、通訊功能。監(jiān)控、監(jiān)測(cè)終端的主要特點(diǎn)：采用交流采集，可檢測(cè)電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、電能等高精度的數(shù)據(jù)。具有強(qiáng)大的通訊功能，支持多種通訊規(guī)約，開(kāi)放的通訊方式。具有遙控功能。

3）通信網(wǎng)絡(luò)。為了提高系統(tǒng)的控制管理能力和減少通訊端口設(shè)備，提高系統(tǒng)的可靠性，將系統(tǒng)分為若干子群，每個(gè)子群由幾十個(gè)監(jiān)控終端組成，并由一個(gè)通訊控制器管理。通訊控制器起承上啟下的作用，對(duì)于上位，它接收從后臺(tái)發(fā)來(lái)的各種指令，對(duì)下位，收集數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)后臺(tái)的指令，并控制上、下位的通訊。

對(duì) RTU、FTU 等監(jiān)控終端通訊通道的狀態(tài)及通訊質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)主通道的通信出錯(cuò)達(dá)到預(yù)定極限或此通道中斷時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換到備用通道?？稍诰€啟停、切找通道，并進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)視報(bào)警，并對(duì)各通道的通訊出錯(cuò)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)接入方式時(shí)，也能進(jìn)行正常的監(jiān)視、報(bào)警提示。

4）擴(kuò)展 SCADA 系統(tǒng)的功能。

（1）功能的投切，根據(jù)用電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，由值班調(diào)度員通過(guò)控制方式進(jìn)行遠(yuǎn)方微機(jī)裝置的功能進(jìn)行投入或退出的操作。

（2）定值的修改，根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行方式，由值班調(diào)度員進(jìn)行遠(yuǎn)方設(shè)備或修改微機(jī)裝置的某些定值。SCADA 系統(tǒng)里的系統(tǒng)遙控操作必須按照順序進(jìn)行，因此提供防誤操作的設(shè)置功能。

（3）拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)著色，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，支持圖形的線路動(dòng)態(tài)著色功能和潮流方向標(biāo)志功能?？蓪?shí)現(xiàn)線路檢修停電著色，線路開(kāi)關(guān)的分、合閘著色，線路帶電著色，線路過(guò)壓著色，線路電壓等級(jí)著色，用動(dòng)態(tài)流動(dòng)的虛線或箭頭等方式顯示潮流方向。

（4）故障錄波分析，能搜集帶有故障錄波功能的 FTU 的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析并給出波形。

（5）故障分析模塊，可以對(duì)各種方式進(jìn)行故障計(jì)算，如：基于實(shí)時(shí)態(tài)的在線故障計(jì)算，確保開(kāi)關(guān)的正常運(yùn)行、基于研究態(tài)的離線故障計(jì)算，校驗(yàn)電氣設(shè)備的性能。對(duì)稱短路和各種不對(duì)稱短路故障的計(jì)算。

各種斷線故障的計(jì)算。同桿并架線的跨線短路故障的計(jì)算。能處理電力系統(tǒng)的復(fù)合故障計(jì)算和分析研究。能直接在單線圖上給出故障電壓電流的相分量和序分量。

（6）故障隔離和恢復(fù)模塊，適用于任意結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)，如輻射狀、網(wǎng)絡(luò)狀、多環(huán)網(wǎng)絡(luò)等；并可以處理系統(tǒng)的多重故障。能進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分析，與故障分析、系統(tǒng)的在線潮流、防誤操作等模塊緊密集成，根據(jù) SCADA 系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)信息，采用軟件智能方式對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和判斷，準(zhǔn)確判斷故障位置，保證系統(tǒng)安全。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際連接方式和負(fù)荷水平，對(duì)多種故障恢復(fù)方式進(jìn)行安全性和網(wǎng)絡(luò)線損壞等經(jīng)濟(jì)性的校核比較，在確保系統(tǒng)安全性的前提下，給出最佳的故障恢復(fù)方案，使配變負(fù)荷的分配盡可能平均、盡可能減少停電次數(shù)、電壓質(zhì)量盡可能好等多種目標(biāo)。經(jīng)防誤操作校核，恢復(fù)方案可以直接提交 SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)遙控處理，或者供調(diào)度員手動(dòng)執(zhí)行，二者可以方便設(shè)置。充分利用FTU 的采集數(shù)據(jù)，利用電壓、電流的突變量來(lái)對(duì)故障進(jìn)行定位判斷，使定位準(zhǔn)確、快捷。

5 結(jié)論

隨著我國(guó)電力需求的迅猛增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的大規(guī)模改造，對(duì)于安全管理和技術(shù)也就有了更高的要求。所以必須要用科學(xué)的態(tài)度，不斷完善配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化管理和監(jiān)督力度，提高自身技術(shù)層次，才能使電力企業(yè)不斷得到新的發(fā)展。

TM7

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1674-6708（2011）36-0048-02