高壓電器智能化與配電網(wǎng)保護(hù)自動化研究

王豫民

(平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467099)

高壓電器智能化是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)歷史性的革命，它全面的改變了傳統(tǒng)變電工程的建設(shè)和運(yùn)行與維護(hù)模式，并且實(shí)現(xiàn)了以較少的經(jīng)濟(jì)投入獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的目的，這種具有高效益、高可靠性的新的思維模式正在從多個(gè)方面影響著社會的發(fā)展和進(jìn)步[1]。此外，高壓電器的智能化還在一定程度上促進(jìn)了電器的系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化，高壓電器可以將斷路器、接觸器、起動器、保護(hù)用電器和重合器連接在一起，以此組成局域網(wǎng)和以太網(wǎng)，以一個(gè)更為開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形式存在。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，高壓電器的智能化被全面的提上了日程，在國民生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了前所未有的有效應(yīng)用。同時(shí)，對于高壓電器智能化的工作而言，配電網(wǎng)保護(hù)自動化的趨勢也越來越明顯，對其進(jìn)行投資的數(shù)額也越來越大，得到了電力行業(yè)的廣泛關(guān)注。尤其在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信傳遞信息技術(shù)的共同作用下，配電自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用成效不斷得到顯現(xiàn)。基于此，本文對高壓電器智能化與配電網(wǎng)保護(hù)自動化問題進(jìn)行了全面的研究，得出了一些結(jié)論，旨在通過本文的工作為這一領(lǐng)域的實(shí)踐提供可供借鑒的信息。

1 智能控制與智能電器

當(dāng)前，在電器領(lǐng)域涌現(xiàn)出了智能電器與智能開關(guān)柜，它們都具有自診斷功能與在線檢測功能，該功能是智能電器主要特征。而智能控制的重點(diǎn)是在高層控制，就是指組織控制。它的主要任務(wù)就是對實(shí)際環(huán)境或者過程開展組織，就是進(jìn)行決策與規(guī)劃。因此，應(yīng)該運(yùn)用符號信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)與自動推理與決策等主要技術(shù)。此類問題求解過程和人腦的思維過程有一定的類似性，就是具備一定程度的“智能性”[2]。而在變電站綜合自動化與配電自動化系統(tǒng)當(dāng)中，智能電器是一個(gè)重要組成部分，它的動作要與總體規(guī)劃相適應(yīng)，通常這要涉及到和上級通訊，就需要通過四元結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。因此，我們把智能電器可以當(dāng)做:只要是按照外界指定訊號與要求，使用專家控制系統(tǒng)等智能控制方法，不需要人的干預(yù)，就可以進(jìn)行獨(dú)立地接通與斷開電路，斷續(xù)或者連續(xù)地轉(zhuǎn)變電路參數(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電路或者非電對象轉(zhuǎn)換、控制、維護(hù)、檢測、變更以及調(diào)節(jié)使用的電氣設(shè)備類智能電器。通常智能電器的技術(shù)方案包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、自動控制原理、傳感器相應(yīng)技術(shù)、通信技術(shù)以及電力技術(shù)等方面。

2 高壓智能電器的配電保護(hù)自動化解析

配電系統(tǒng)保護(hù)自動化作為配電自動化系統(tǒng)控制與管理的主要構(gòu)成部分，通常主要以下四個(gè)功能:其一是把故障區(qū)段隔離，降低停電事故與故障時(shí)間;其二是對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的過負(fù)載進(jìn)行監(jiān)測;其三是實(shí)時(shí)調(diào)整與變換電網(wǎng)運(yùn)行方式與負(fù)載的轉(zhuǎn)移活動;其四是改善用戶服務(wù)質(zhì)量，減低電能損耗，降低總體投資，降低配電檢修維護(hù)成本，提升供電質(zhì)量與供電可靠性能[3]。當(dāng)前，完成上述功能的配式如下:配電方一種是英美方式;另一種則為日本方式。英美方式主要運(yùn)行機(jī)電一體化功能的重合器與分段器;日本方式主要利用日本東芝真空開關(guān)作為自動配電智能開關(guān)。

在八十年代后期，我國農(nóng)村先后引進(jìn)的大量機(jī)電一體化開關(guān)設(shè)備，諸如自動重合器、分段器以及配電開關(guān)等，大部分內(nèi)已經(jīng)在農(nóng)村小型化戶外變電站應(yīng)用，通常作為變電站十千伏出線保護(hù)。如今，配電系統(tǒng)只有柱上油開關(guān)與跌落式負(fù)荷開關(guān)兩種，還沒有其他保護(hù)設(shè)備，所以，一旦配電網(wǎng)上發(fā)生永久性故障的狀況，主要利用變電站出口重合器，讓它跳閘，使得整個(gè)線路斷電。重合器只是相當(dāng)于具備重合功能的斷路器，發(fā)揮變電站戶外10kV開關(guān)的功能，但是智能設(shè)備技術(shù)性能的優(yōu)勢沒有得到很好發(fā)揮。重合器的主要功能不但可以進(jìn)行變電站保護(hù)，還需要和網(wǎng)上的分段器與配電開關(guān)進(jìn)行配合，從而對整體形成有層次與有邏輯的遞進(jìn)的保護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)自動化功能。

3 高壓智能電器配電網(wǎng)保護(hù)自動化系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 配電調(diào)度主站系統(tǒng)

配電調(diào)度主站系統(tǒng)是整個(gè)配電自動化系統(tǒng)的重中之重，它管理著各個(gè)子站系統(tǒng)，不但具備信息處理、配電事故順序記錄處理、配電事故追憶、相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)識與人工置數(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲⑴潆娛录?報(bào)警處理、各種表格及打印、程序運(yùn)行控制以及操作等SCADA作用，同時(shí)還具備自動故障診斷、對故障進(jìn)行隔離、對故障線路進(jìn)行重構(gòu)等DA作用及其綜合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析、潮流計(jì)算、對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重組、負(fù)荷管理、電壓與無功優(yōu)化以及安全性與可靠性分析等DMS強(qiáng)大功能。電鍍主站系統(tǒng)通常采用分布式環(huán)境支撐軟件、通用性非常強(qiáng)的商用數(shù)據(jù)庫、客戶與服務(wù)器技術(shù)，通過應(yīng)用軟總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，為用戶提供開放式應(yīng)用程序接口與數(shù)據(jù)庫接口，能夠和MIS系統(tǒng)與調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)接，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)能夠逐步和地理信息系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，從而使得配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理邁進(jìn)一個(gè)嶄新階段。

3.2 變電站子站系統(tǒng)

變電站子站系統(tǒng)一般利用實(shí)時(shí)與多任務(wù)操作系統(tǒng)作為它的基礎(chǔ)軟件平臺，一定要實(shí)時(shí)性良好、可靠性較高，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，便于擴(kuò)展[4]。變電站子站系統(tǒng)在完成基本的SCADA功能的同時(shí)，還需要具備故障檢測、故障定位、自動隔離以及系統(tǒng)恢復(fù)功能。由于配網(wǎng)中監(jiān)控設(shè)備點(diǎn)多面廣，所以不可能把全部的終端設(shè)備直接與配電主站進(jìn)行連接，因此，站端系統(tǒng)需要分級分層，在配電主站與終端設(shè)備之間一定要增設(shè)中間一級配電子站，通過它管理所轄線路上的配電終端相關(guān)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)集中器”的功能，完成信息上傳下達(dá)的任務(wù)，最后完成線路故障的就地隔離、定位以及恢復(fù)。然而負(fù)荷轉(zhuǎn)移一定要通過調(diào)度主站DMS分析軟件計(jì)算之后實(shí)現(xiàn)此功能，這樣就可以有效地規(guī)避負(fù)荷轉(zhuǎn)移的盲目性。

3.3 配電房終端裝置

配電房終端裝置通常要求具備遙測、遙信以及遙控作用;自檢與嚴(yán)格校驗(yàn)作用;能夠進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)功能可以自由組合;同時(shí)該裝置具有體積小，防塵與防潮、抗干擾性較強(qiáng)，可靠性較高等特征;同時(shí)其對穩(wěn)定性要求較高，一般運(yùn)行溫度介于 －40℃ －+85℃之間[5];可以記錄運(yùn)行工況，且接口靈活，能夠支持多種通信規(guī)約;該裝置的人機(jī)界面非常直觀，可操作性較強(qiáng)，方便維護(hù);備用電源要求十分可靠需要高溫下才能確保它的穩(wěn)定性。不但要求對FTU可靠、實(shí)用以及靈活，而且對配電房的一次設(shè)備的要求也需要具備可靠與穩(wěn)定的性能，尤其是對開關(guān)機(jī)構(gòu)要求功耗較低、可靠性較高，通過應(yīng)用光纖互感器成套對故障設(shè)備進(jìn)行檢測，可以檢測出線路上很多故障，如果具備錄波功能，能夠安全與準(zhǔn)確地反映故障點(diǎn)，可以為配電自動化系統(tǒng)建設(shè)很好的數(shù)據(jù)源，也可以為檢修人員提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，這在很大程度上提高了檢修效率[6]。

4 結(jié)束語

由于電力工業(yè)的高速發(fā)展，城市建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展與電力密切相關(guān)，而且對電能需求量在不斷提高，城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)也在進(jìn)一步壯大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對電壓的質(zhì)量要求非常高，同時(shí)電力管理正在走向商品化與市場化，所以供電企業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。由此可知，可靠性較高的配電網(wǎng)及其配電自動化對可靠供電非常重要，我們要認(rèn)真地規(guī)劃配電網(wǎng)，不斷完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，要利用先進(jìn)的技術(shù)，逐步建立配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，最終提升配電網(wǎng)絡(luò)的自動化水平與能力。

[1]XIAO Shijie.Consideration of technology for constructing Chinese smart grid.Automation of Electric Power Systems，2009(9):1－4.

[2]劉培宏.智能化高壓電器與配電網(wǎng)保護(hù)自動化[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(6):35－40.

[3]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配電網(wǎng)與配電自動化[J].電力系統(tǒng)自動化，2009(17):38 －41.

[4]National Energy Technology Laboratory，U.S.Department of Energy.The modern grid imitative[R/OL].[2008－10－10].http://www.netl.doe.gov/moderngrid/docs.

[5]蔣先乾.配電網(wǎng)自動化技術(shù)問題初探[J].中國水運(yùn)，2007(5):56－57.

[6]曾杰峰.配電網(wǎng)自動化發(fā)展展望[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(3):81－84.