我國(guó)配電自動(dòng)化實(shí)施技術(shù)路線的研究現(xiàn)狀綜述

郭建宇

(國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,河南鄭州 450052)

我國(guó)配電自動(dòng)化實(shí)施技術(shù)路線的研究現(xiàn)狀綜述

郭建宇

(國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,河南鄭州 450052)

本文結(jié)合我國(guó)各地區(qū)配電自動(dòng)化研究和實(shí)施工作,從一次網(wǎng)架和設(shè)備的改造、配電自動(dòng)化主站建設(shè)、配電自動(dòng)化終端配置、配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)幾個(gè)環(huán)節(jié)分別展開(kāi)論述,綜述了我國(guó)配電自動(dòng)化實(shí)施的四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和各個(gè)的關(guān)鍵技術(shù)以及現(xiàn)階段存在的問(wèn)題,針對(duì)技術(shù)路線各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題提出簡(jiǎn)單建議。

配電自動(dòng)化 電力設(shè)備

1 一次網(wǎng)架和設(shè)備的改造

1.1 配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設(shè)備應(yīng)滿足的基本條件和改造原則

根據(jù)《配電自動(dòng)化建設(shè)與改造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》,配電網(wǎng)一次網(wǎng)架應(yīng)滿足的基本條件有:

(1)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)布局相對(duì)合理、成熟穩(wěn)定,供電可靠性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到99．9%或更高；

(2)規(guī)劃饋線自動(dòng)化的區(qū)域,配電網(wǎng)線路滿足供電安全N-1準(zhǔn)則要求；

(3)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn),如主環(huán)網(wǎng)上的開(kāi)關(guān)設(shè)備、線路聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)柜等配置“三遙”功能；網(wǎng)絡(luò)中重要節(jié)點(diǎn)配置“二遙”功能。

(4)配電網(wǎng)站房節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)橐?guī)劃建設(shè)配電自動(dòng)化和通信終端等設(shè)備提供足夠安裝和檢修空間。

1.2 我國(guó)配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設(shè)備存在的問(wèn)題

(1)網(wǎng)絡(luò)互供能力不足。用電高峰期出現(xiàn)線路超重載現(xiàn)象；部分線路無(wú)法通過(guò)線路N-1校驗(yàn)；部分變電站、開(kāi)閉所無(wú)法通過(guò)變電站N-1校驗(yàn)。以河南省某地級(jí)市為例,該地區(qū)10kV配電網(wǎng)絡(luò)架空線路單聯(lián)絡(luò)和多聯(lián)絡(luò)占線路總數(shù)的44%左右,架空線絕緣化率為15．62%；電纜化率為2．46%,電纜線路全部為單環(huán)或雙環(huán)網(wǎng)。所有配電線路中能滿足N-1準(zhǔn)則的僅為39%,聯(lián)絡(luò)線路不足50%。

(2)一次網(wǎng)架和設(shè)備預(yù)留空間不足。由于一次設(shè)備的設(shè)計(jì)和配電自動(dòng)化的實(shí)施脫節(jié),導(dǎo)致部分線路和設(shè)備不具備安裝配電自動(dòng)化設(shè)施的空間。一些地方的電纜網(wǎng)改造都采用了緊湊型環(huán)網(wǎng)柜,造成內(nèi)部空間很小,使得加裝電流互感器和電壓互感器很困難,且沒(méi)有安裝終端裝置的空間。對(duì)于這種情況需采取外掛甚至整體更換,造成額外的資金投入。

(3)復(fù)雜的聯(lián)絡(luò)配電網(wǎng)絡(luò)存在簡(jiǎn)化的必要性。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜在增加網(wǎng)絡(luò)互供能力的同時(shí),導(dǎo)致線路容載比過(guò)高,線路利用率不足。這無(wú)疑大大增加了配電網(wǎng)運(yùn)行方式的復(fù)雜性,也帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益的降低。

2 主站建設(shè)

2.1 功能規(guī)劃

(1)基本功能?；竟δ苤饕菙?shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)。基本功能對(duì)應(yīng)于主站的簡(jiǎn)易型或?qū)嵱眯徒ㄔO(shè)模式,能夠滿足縣級(jí)供電企業(yè)配電自動(dòng)化的功能配置。

(2)擴(kuò)展功能。擴(kuò)展功能包括和饋線故障處理功能(FA)、配電網(wǎng)分析應(yīng)用和智能化分析應(yīng)用。完整的FA功能對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)型建設(shè)模式。配電網(wǎng)分析應(yīng)用包括拓?fù)浞治?、解合環(huán)潮流、負(fù)荷轉(zhuǎn)供、狀態(tài)估計(jì)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、短路電流計(jì)算、電壓/無(wú)功控制和負(fù)荷預(yù)測(cè)等,該擴(kuò)展功能對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)型或集成型主站模式。智能化分析應(yīng)用包括配電網(wǎng)自愈控制(包括快速仿真、預(yù)警分析等)、分布式電源/儲(chǔ)能裝置/微電網(wǎng)的接入及應(yīng)用等,增加該功能的主站應(yīng)建成智能型配電自動(dòng)化主站。

2.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖1 基于集成平臺(tái)的主站信息交互

配電主站應(yīng)構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn)、通用的軟硬件基礎(chǔ)平臺(tái)上。硬件設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、前置機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、時(shí)鐘同步裝置、二次安全防護(hù)設(shè)備和其他設(shè)備等。軟件支持平臺(tái)包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件支持平臺(tái)。Linux操作系統(tǒng)是近幾年興起的自由共享軟件,性能穩(wěn)定切擴(kuò)展方便,基于Linux的主站已應(yīng)用于實(shí)際工程。應(yīng)用軟件支持平臺(tái)則是在操作系統(tǒng)、支撐平臺(tái)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)分別處于不同的安全區(qū)域,Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)采用防火墻隔離,Ⅰ、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間采用物理隔離。

圖2 EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 信息交互

為了實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換,建設(shè)了全面遵循IEC61970/61968國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信息交換總線?？偩€定義了標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換模型,開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)間的規(guī)范化接口,將目前“多對(duì)多”模式調(diào)整為“多對(duì)一”的模式,從根本上改變目前數(shù)據(jù)交換落后的現(xiàn)狀,不同程度上實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、配電GIS系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)、CIS系統(tǒng)、95598系統(tǒng)等系統(tǒng)的互連,消除信息孤島?；诩善脚_(tái)的配電自動(dòng)化主站信息交互如圖1所示。

2.4 主站建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題

由于目前配電自動(dòng)化實(shí)施的范圍很小,致使配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息和拓?fù)鋽?shù)據(jù)缺口很大,使得配電網(wǎng)分析應(yīng)用軟件功能的運(yùn)行條件仍不具備。另外,大多數(shù)試點(diǎn)單位在前期信息化建設(shè)時(shí),由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模和信息格式標(biāo)準(zhǔn),造成試點(diǎn)工程實(shí)施時(shí)信息交互還存在一些障礙。

3 終端配置

3.1 終端故障檢測(cè)技術(shù)

配電終端接入保護(hù)電流互感器(TA)的二次電流,通過(guò)判斷線路電流是否超過(guò)整定值來(lái)檢測(cè)短路電流,而電流整定值的選擇原則是躲過(guò)最大負(fù)荷電流值。有些線路在投入運(yùn)行時(shí),負(fù)荷“冷啟動(dòng)”電流可能很大,要用一延時(shí)躲開(kāi)。在采用小電阻接地方式的系統(tǒng)中,配電終端通過(guò)判斷零序電流是否超過(guò)整定值來(lái)檢測(cè)單相接地短路,零序電流整定值要大于正常運(yùn)行時(shí)零序不平衡電流值。

3.2 饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式

饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式分為就地型、集中型。配電主站/子站與配電終端之間具備主從通信條件且開(kāi)關(guān)設(shè)備具備電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的配電線路,一般采用集中型全自動(dòng)方式；通信通道性能不滿足遙控要求或開(kāi)關(guān)設(shè)備不具備電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的配電線路,則采用集中型半自動(dòng)方式；配電終端之間具備對(duì)等通信條件的配電線路,則采用就地型智能分布式；不具備通信手段或通道性能不滿足遙控要求的配電線路,在配電一次網(wǎng)架具備雙電源供電手拉手條件時(shí),則采用就地型重合器方式[1]。

關(guān)于饋線自動(dòng)化的具體實(shí)現(xiàn)方案,國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究,詳細(xì)論述了兩級(jí)極差保護(hù)下集中式故障處理策略和多級(jí)級(jí)差保護(hù)與電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化的配合；具體論述了傳統(tǒng)的電流保護(hù)、重合器方式的饋線保護(hù)和基于集中監(jiān)控的饋線保護(hù),提出了饋線保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)；提出了一種新型智能配電自動(dòng)化終端的設(shè)計(jì)方案,配電自動(dòng)化終端的自描述功能可有效地提高現(xiàn)場(chǎng)施工的調(diào)試效率。為了解決快速自愈分布智能型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的瞬時(shí)性故障的快速恢復(fù)供電,進(jìn)一步提高其可靠性,提出了一種分布智能型配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式,可有效地實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)性故障的快速恢復(fù)供電,并能在通信通道障礙情況下使系統(tǒng)仍能有效恢復(fù)供電。

3.3 終端不間斷供電技術(shù)

配電終端一般通過(guò)PT取電,需要配置儲(chǔ)能電容或蓄電池保證失去外部電源后不間斷供電8小時(shí),并提供至少3次分合操作。

3.4 終端配置存在的問(wèn)題

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的終端設(shè)備眾多,且有大量的戰(zhàn)端設(shè)備必須安放在戶外,他們通常要能在-25～80攝氏度的環(huán)境下工作,因此必須考慮雷擊、過(guò)電壓、低溫和高溫工作、雨淋、振動(dòng)和電磁干擾等因素的影響,這就導(dǎo)致了設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)的提升和造價(jià)的提高[2]。此外,終端設(shè)備有一定的運(yùn)行年限,考慮到設(shè)備眾多,其維修和更換的工作量和工程造價(jià)也不容小覷。

4 通信系統(tǒng)

4.1 現(xiàn)有通信技術(shù)

現(xiàn)有通信技術(shù)主要分為有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)。有線通信中,光纖通信采用光纖介質(zhì),具有傳輸速率高、抗干擾性能強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)以其良好的兼容性、相對(duì)成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、易擴(kuò)展、易升級(jí)的特點(diǎn),得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線通信技術(shù)包括G P R S技術(shù)、全球微波接入互操作系統(tǒng)(WiMAX)、配電載波技術(shù)。文獻(xiàn)[3]介紹了各種通信方案,并從帶寬、傳輸距離、建設(shè)成本、可靠性、通訊實(shí)時(shí)性、信息安全、標(biāo)準(zhǔn)化程度、影響因素等方面進(jìn)行比較,給出了各種通信方式的適用場(chǎng)合。

4.2 EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和無(wú)源光分路器(POS)組成．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

OLT放在通信機(jī)房,ONU放在配電終端設(shè)備附近或與其一體化,POS是連接OLT與ONU的無(wú)源設(shè)備,其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。ONU由光纖和一個(gè)或多個(gè)無(wú)源光分路器和相關(guān)無(wú)源光器件等組成,提供OLT和ONU見(jiàn)的傳輸通道。OLT既是一個(gè)交換機(jī)或路由器,又是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化實(shí)施各個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)和存在問(wèn)題的現(xiàn)狀研究,總結(jié)出配電自動(dòng)化實(shí)施的技術(shù)路線和下一步工作方向。

(1)對(duì)配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)。針對(duì)我國(guó)一次網(wǎng)架的現(xiàn)狀,適當(dāng)增加電源點(diǎn)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),增強(qiáng)線路互供能力,對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)。在合理改造的同時(shí)增加線路的供電能力,降低線路容載比,達(dá)到經(jīng)濟(jì)性要求。

(2)規(guī)劃主站功能配置,搭建軟硬件平臺(tái)和信息交互總線。要解決當(dāng)下信息共享難的問(wèn)題,須加快配調(diào)一體化方案設(shè)計(jì)和實(shí)施的步伐。

(3)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的類型和重要程度合理配置配電終端和終端功能。不斷改善終端設(shè)備的性能和延長(zhǎng)設(shè)備使用年限,減少終端的人工維護(hù)量,以提高配電網(wǎng)自動(dòng)化程度。

(4)通信系統(tǒng)的建設(shè)則是保證配電自動(dòng)化實(shí)施的重要手段。要綜合多種通信方式保證通信系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)光纜敷設(shè)困難的問(wèn)題,對(duì)于已有線路可采取其他通信方式作為代替,新建的線路要預(yù)留光纖敷設(shè)通道。

總之,配電自動(dòng)化的實(shí)施需采取“超前規(guī)劃、功能實(shí)用、逐步擴(kuò)展”的方針,要結(jié)合不同區(qū)域特點(diǎn)和規(guī)模,因時(shí)制宜、因地制宜地推進(jìn)我國(guó)配電自動(dòng)化建設(shè)的步伐。

[1]DL/T 814-2002配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范.2002.

[2]陳盛燃,邱朝明.國(guó)外城市配電自動(dòng)化概況及發(fā)展[J].廣東輸電與變電技術(shù),2008,(4):64-67.

[3]沈兵兵,吳琳,王鵬,等.配電自動(dòng)化試點(diǎn)工程技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用成效分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(18):27-32.