農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化模式分析①

張芝雨

(許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南許昌 461000)

0 引言

中國(guó)地理面積比較廣，各個(gè)城市用電量非常大，對(duì)電力行業(yè)提出更高的要求。除此之外，縣級(jí)城市用電量也非常多，在全國(guó)用電量中占比40%。盡管用電量比較大，但是農(nóng)電系統(tǒng)供電可靠性相對(duì)而言較低，僅達(dá)到了93%。為了提升農(nóng)電系統(tǒng)可靠性，需要應(yīng)用自動(dòng)化配電模式。因?yàn)榭h級(jí)城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)多采用輻射供電，環(huán)網(wǎng)供電開環(huán)運(yùn)行環(huán)路整體來(lái)說(shuō)較少，除此之外，饋線的支線數(shù)量比較多，配變?nèi)萘坎蛔?。為了將這些問題解決，需要選擇合適的農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化模式。

1 農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化結(jié)構(gòu)

合適的系統(tǒng)模式直接關(guān)系到縣級(jí)城市供電質(zhì)量，同時(shí)與配電自動(dòng)化技術(shù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性、可靠性等聯(lián)系非常密切，由此可以確定配電自動(dòng)化自動(dòng)模式中最為核心的便是系統(tǒng)總模式。配電自動(dòng)化系統(tǒng)有諸多層次，分別對(duì)各個(gè)層次進(jìn)行管控[1]。管控過(guò)程中可以總結(jié)配電自動(dòng)化自動(dòng)模式的作用：(1)配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中一旦面臨突發(fā)性問題，可以及時(shí)將其解決；(2)各個(gè)層次結(jié)構(gòu)模式之間帶有獨(dú)立性，若其中一個(gè)層次結(jié)構(gòu)面臨問題，還可以發(fā)揮其他層次的備用性，如此保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；(3)通過(guò)該分層結(jié)構(gòu)模式可以有效降低配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中消耗的流量，節(jié)省投資成本。一般劃分系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，涉及諸多影響因素，例如配電網(wǎng)規(guī)模以及投資。所以，需要按照實(shí)際情況挑選合適劃分方法，將系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式涉及2種類型，即3層結(jié)構(gòu)和2層結(jié)構(gòu)。對(duì)于縣級(jí)城市而言，配電自動(dòng)化系統(tǒng)更多是運(yùn)用3層結(jié)構(gòu)模式。其中第一層為配電主站層，是系統(tǒng)的信息中心，同時(shí)也負(fù)責(zé)系統(tǒng)管控與監(jiān)督；第二層為配電子站層，負(fù)責(zé)區(qū)域性數(shù)據(jù)的集散，利用配電子站層結(jié)構(gòu)信息可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，若饋線自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中面臨故障，也可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)處理；第三層為配電終端裝置層，按照電力環(huán)路進(jìn)行有效分布，一方面可以采集有效的數(shù)據(jù)，另一方面則可以嚴(yán)格執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)布的控制命令。若配電網(wǎng)環(huán)路不是十分復(fù)雜，可以采用2層結(jié)構(gòu)，其中不包括配電子站層。

2 農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化模式設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一般農(nóng)村電網(wǎng)的地理位置比較偏遠(yuǎn)，所應(yīng)用的技術(shù)也有待創(chuàng)新，要想真正實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化，期間存在一定難度。有關(guān)部門需要發(fā)揮現(xiàn)代化通信設(shè)施優(yōu)勢(shì)，在縣級(jí)城市內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制以及用電調(diào)度。目前農(nóng)電系統(tǒng)配電自動(dòng)化模式的運(yùn)行與管理，是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)中進(jìn)行，如果電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的主站、子站按照配電終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以判斷故障所在位置，快速完成故障排查、維修工作。配電終端采集數(shù)據(jù)在整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中非常重要，是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要的渠道，同時(shí)也是控制的有效方法，其中主要涉及到端數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、串行通信設(shè)備、時(shí)間同步裝置等配件。如今電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛普及，遠(yuǎn)程通信終端性能不斷加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性降低，對(duì)于農(nóng)電系統(tǒng)配電自動(dòng)化模式的設(shè)計(jì)與推廣有重要意義。

3 農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化模式

3.1 就地控制模式

3.1.1 電壓型饋線自動(dòng)化控制

電壓型饋線自動(dòng)化控制模式在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，需要對(duì)饋線失壓+時(shí)限+首端開關(guān)重合器進(jìn)行判斷，使其中所具備的饋線自動(dòng)化控制功能得到充分發(fā)揮。其中提到的電壓型開關(guān)即一旦饋線失壓狀態(tài)下，開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳開，這時(shí)如果饋線來(lái)電，開關(guān)便會(huì)延時(shí)合閘[2]。由此可以總結(jié)電壓型饋線自動(dòng)化控制的優(yōu)勢(shì)，操作比較簡(jiǎn)單，節(jié)省了通信這一環(huán)節(jié)，同時(shí)也可以減少成本，電壓型開關(guān)通過(guò)交流操作電源，由此便無(wú)需使用蓄電池，提高開關(guān)操作的安全性，對(duì)于縣級(jí)城市配電網(wǎng)自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有重要作用。但該模式也存在一些不足，例如開關(guān)重合次數(shù)較多，會(huì)增加停電頻率，從而影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，系統(tǒng)無(wú)法對(duì)單相接地、斷相等相關(guān)故障進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，一些多電源電力環(huán)路就地網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)也有一定難度。

3.1.2 重合器饋線自動(dòng)化控制

將重合器當(dāng)作分段開關(guān)，其優(yōu)勢(shì)在于發(fā)揮重合器的保護(hù)作用，可就地將故障隔離。重合器饋線自動(dòng)化控制的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：如果饋線出現(xiàn)瞬間故障，無(wú)需首端開關(guān)進(jìn)行一次重合閘，線路與故障點(diǎn)距離最近的重合器完成一次重合閘動(dòng)作，規(guī)避全線路引發(fā)的短時(shí)停電現(xiàn)象，同時(shí)也降低瞬間故障狀態(tài)下的停電影響力。同時(shí)，該模式節(jié)省了通信環(huán)節(jié)，可以將故障快速隔離。但是，因?yàn)橹睾掀髯陨韼в斜Ｗo(hù)作用，利用時(shí)限對(duì)重合器保護(hù)動(dòng)作可選擇性進(jìn)行保護(hù)，所以會(huì)增加饋線的分段，保護(hù)級(jí)差配合難度增加。

3.1.3 分段器控制饋線自動(dòng)化

自動(dòng)分段器主要是由負(fù)荷開關(guān)和控制器組成，將自動(dòng)分段器與首端開關(guān)重合器相結(jié)合，便可以獲得分段器就地控制饋線自動(dòng)化模式。分段器動(dòng)作主要是以發(fā)生故障電流次數(shù)的記錄作為整定的依據(jù)，故障電流最大次數(shù)、首端開關(guān)重合器之間重合次數(shù)要一致。首端開關(guān)重合閘析出不能超過(guò)3次，而自動(dòng)分段器分級(jí)最多為3級(jí)。應(yīng)用自動(dòng)分段器對(duì)動(dòng)作進(jìn)行記錄，需要滿足以下幾點(diǎn)要求：(1)故障電流超過(guò)整定值；(2)記錄故障電流的次數(shù)不超過(guò)3次；(3)饋線失壓與線路電流不能超過(guò)300 mA。只有具備以上3個(gè)條件，自動(dòng)分段器便會(huì)在運(yùn)行的過(guò)程中自動(dòng)跳開負(fù)荷開關(guān)并且進(jìn)行故障的隔離。

通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程的分析可知，自動(dòng)分段器饋線自動(dòng)化控制的操作簡(jiǎn)單，節(jié)省通信環(huán)節(jié)與成本，缺點(diǎn)是只能自動(dòng)隔離故障，不支持網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，同時(shí)自動(dòng)分段器級(jí)數(shù)存在一些限制，例如首端開關(guān)重合閘的次數(shù)。所以該模式主要被運(yùn)用到輻射配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

3.1.4 故障信號(hào)差動(dòng)保護(hù)控制饋線自動(dòng)化

故障信號(hào)差動(dòng)保護(hù)方式這種自動(dòng)化模式，是以FTU所具備的通信能力為前提，為其提供有效差動(dòng)保護(hù)通道，與普通差動(dòng)保護(hù)存在差別。會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)比鄰近FTU故障狀態(tài)信號(hào)等，以此進(jìn)行故障隔離。該控制模式在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中所呈現(xiàn)的最大優(yōu)勢(shì)是可以高效完成隔離故障，速度為150～300 ms[3]。然而差動(dòng)保護(hù)通道務(wù)必要保證有效運(yùn)行，只有如此才能真正發(fā)揮出差動(dòng)保護(hù)通道的作用。

3.2 遠(yuǎn)方控制模式

遠(yuǎn)方控制饋線自動(dòng)化模式主要是按照FTU傳輸?shù)墓收闲畔?，將其集中在配電主站?dāng)中，這時(shí)饋線自動(dòng)化軟件會(huì)按照故障信息、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲g呈現(xiàn)的聯(lián)系，做好故障診斷、判斷，明確故障位置，同時(shí)下達(dá)遠(yuǎn)方遙控指令，高效完成故障隔離以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。一方面，遠(yuǎn)方控制模式中的信息具有一定的集中性，另一方面還可以準(zhǔn)確判斷故障所在位置，為優(yōu)化與重構(gòu)提供方便，這也是該模式得到廣泛運(yùn)用的原因。

通過(guò)實(shí)際應(yīng)用可以總結(jié)遠(yuǎn)方控制饋線自動(dòng)化模式的優(yōu)勢(shì)，開關(guān)動(dòng)作較少，首端開關(guān)保護(hù)無(wú)需升級(jí)改造，僅需一次重合閘；饋線自動(dòng)化一旦出現(xiàn)故障，可以快速進(jìn)行處理，并且將故障處理時(shí)間縮短至幾十秒。除此之外，該模式支持饋線自動(dòng)化分層處理，體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)這一效果。配電網(wǎng)本身帶有SCADA的功能，具有非常強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在不同網(wǎng)絡(luò)中得到運(yùn)用。針對(duì)該模式的不足，一方面系統(tǒng)所需成本較多，要有配套的配電主站、通信等作為支持，饋線自動(dòng)化功能需要在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上才能充分發(fā)揮，且通信系統(tǒng)要有極高的穩(wěn)定性；另一方面，終端要搭配不間斷電源運(yùn)行，一般會(huì)選擇充電器和蓄電池這種組合，蓄電池使用時(shí)間與可用容量有直接關(guān)系。

3.3 遠(yuǎn)方就地控制模式

農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電網(wǎng)中的一次網(wǎng)絡(luò)包括環(huán)網(wǎng)供電，輻射型供電的運(yùn)用比較多。主環(huán)路中設(shè)置諸多支線，支線的長(zhǎng)短不一，所以選擇饋線自動(dòng)化控制模式要滿足具體要求將其組合。電力環(huán)路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建議選擇遠(yuǎn)方控制模式，放射形網(wǎng)絡(luò)建議選擇就地控制模式。如果系統(tǒng)通信處于正常狀態(tài)，建議采用遠(yuǎn)方控制模式，若相反則使用FTU就地控制，期間需要注意遠(yuǎn)方控制模式與就地控制模式相輔相成。

4 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)電系統(tǒng)縣級(jí)城市配電自動(dòng)化模式的選擇，必須要結(jié)合實(shí)際情況，做好統(tǒng)一規(guī)劃，按照具體流程進(jìn)行落實(shí)，充分發(fā)揮配電自動(dòng)化模式優(yōu)勢(shì)，提高農(nóng)電系統(tǒng)供電可靠性，這也是今后有關(guān)部門工作的重點(diǎn)。