配電自動(dòng)化的供電可靠性分析

吳耀華 郭瑩 吳絲竹

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電力企業(yè)也在不斷的發(fā)展。其中，配電網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。在這一過(guò)程中，配電網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們的生活質(zhì)量有非常直接的影響。因此，本文對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性進(jìn)行了深入的分析與研究，并提出了幾條相關(guān)的合理化建議。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);配電運(yùn)行;可靠性;影響因素;措施

1 引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新時(shí)期背景下，配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性與工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)有著密不可分的聯(lián)系。由于配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，其出現(xiàn)的問(wèn)題也比較多。因此，增強(qiáng)配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性不僅可以提高電力企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)與管理水平，而且還能夠在一定程度上極大的提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)效益。

2配電自動(dòng)化的意義

2.1為配電系統(tǒng)的運(yùn)行和管理功能提供了便利

配電自動(dòng)化可以全程監(jiān)視配電系統(tǒng)的運(yùn)行，并對(duì)其進(jìn)行有效控制，這主要是通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中狀態(tài)量和模擬量的收集，以及通過(guò)功率、電壓、電流等數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)的。由于可以對(duì)配電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行適時(shí)的監(jiān)控，因此，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)遠(yuǎn)程控制配電系統(tǒng)，即對(duì)變壓器的分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是對(duì)合閘或跳閘進(jìn)行開(kāi)關(guān)，便可完成保護(hù)動(dòng)作，這樣既保護(hù)電路，又提高了配電系統(tǒng)供電的可靠性。

2.2可以模擬配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)

通過(guò)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的估算和有功無(wú)功的潮流計(jì)算以及倒閘操作和事故的模擬就能達(dá)到模擬配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的目標(biāo)?？梢阅M配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，能夠分析出配電網(wǎng)的實(shí)際情況，以及預(yù)測(cè)出進(jìn)一步的發(fā)展情況，這樣就可以針對(duì)其現(xiàn)實(shí)情況，編制出合理的遙控操作的指令，現(xiàn)場(chǎng)的操作人員結(jié)合這些指令，完成其操作任務(wù)，就可以完成倒閘操作的計(jì)劃，并及時(shí)通知有可能受到影響的用戶，使用戶對(duì)于這些情況有所準(zhǔn)備，降低斷電所帶來(lái)的負(fù)面影響。與此同時(shí)，配電自動(dòng)化還能根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷量，安排入網(wǎng)關(guān)口的電量，這樣就能夠降低用電損耗，從而降低購(gòu)電成本，并且還能保證供電的質(zhì)量。

3提高供電可靠性的方法

3.1 配電系統(tǒng)自動(dòng)化的電源配電

（1）以分組供電形式配電

在實(shí)際生產(chǎn)工作中，電源線會(huì)引發(fā)很多干擾，在供電線路的設(shè)計(jì)中應(yīng)將這種干擾最小化，將干擾較大的設(shè)備區(qū)分于測(cè)控裝置采用不同相線進(jìn)行供電，最好的辦法是從配電室直接用屏蔽電纜引出兩相供電。

（2）測(cè)控裝置與動(dòng)力設(shè)備各自獨(dú)立供電

測(cè)控系統(tǒng)中的被控設(shè)備一般采用交流電源，容量大、干擾嚴(yán)重，負(fù)載換標(biāo)的影響大，不對(duì)稱負(fù)載時(shí)中性點(diǎn)易發(fā)生較大便宜。而測(cè)控裝置使用的交流低壓電源容量小，但其使用要求干擾盡量小、電壓盡量穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，兩種電源應(yīng)分開(kāi)供電?？刹捎门潆娤浞珠_(kāi)供電和電源變壓器分開(kāi)供電兩種方式。

（3）合理選擇電源功率容量

整機(jī)電源較大儲(chǔ)備量能讓測(cè)控裝置更適應(yīng)負(fù)載較大范圍變化、防比以電源引起的內(nèi)部干擾并使其動(dòng)態(tài)特性較好?？梢?jiàn)，電源容量的增幅與體積、成本息息相關(guān)，因此一般應(yīng)選取0. 5—1倍裕量。

3.2配電系統(tǒng)自動(dòng)化的電源隔離

交流電網(wǎng)中諧波、雷擊浪涌、高頻干擾等噪音的存在，使利用交流電源供電下的控制裝置與電氣設(shè)備不得不采取抑制交流電源干擾的措施。將測(cè)控系統(tǒng)與供電電網(wǎng)電源各自獨(dú)立開(kāi)來(lái)，能規(guī)避因公共電阻引起的禍合，降低負(fù)載波動(dòng)的影響，有時(shí)為了保障安全，會(huì)將1：1的隔離變壓器添加于電源變壓器與低通濾波器之前。當(dāng)前國(guó)外研制出的NCT能切斷差模噪聲電壓與共模噪聲電壓，是較為理想的隔離變壓器。在優(yōu)化供電方案中，也可通過(guò)DC-DC變換器的運(yùn)用隔離直流電源，提升系統(tǒng)對(duì)電磁干擾的抑制能力。若生產(chǎn)過(guò)程中需要將控制裝置與電氣設(shè)備的內(nèi)部子系統(tǒng)隔離開(kāi)，那么氣直流供電電源也應(yīng)分別供電。

3.3配電系統(tǒng)自動(dòng)化電源的冗余技術(shù)

交流供電利用雙路冗余供電能提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定J哇。兩點(diǎn)路分別來(lái)組不同變電站，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能自動(dòng)切換到另一線路供電。不間斷電源UPS能有效保障計(jì)算機(jī)，具有高度可靠性，但UPS本身電氣裝置的老化會(huì)使個(gè)別零件過(guò)早實(shí)效引起UPS故障。為保障其穩(wěn)定性運(yùn)行，可利用UPS冗余技術(shù)，UPS雙機(jī)熱備份，備用機(jī)的輸出端接至主機(jī)、同一市電電源洗可接入兩臺(tái)UPS的交流電源輸入端，熱備份機(jī)可保障負(fù)載設(shè)備在市電暫停時(shí)的正常供電圈。避免因斷電造成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備、系統(tǒng)等問(wèn)題的產(chǎn)生。為提升直流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，可通過(guò)二極管冰潔兩個(gè)直流電源，保障系統(tǒng)的一個(gè)直流電源故障時(shí)的正常工作。二極管的選用上應(yīng)盡量考慮導(dǎo)通電壓的值，盡量選擇獨(dú)立但接近的二極管，使兩個(gè)電源符合均勻，保障二極管故障時(shí)的高效處理。

4實(shí)例分析

某工業(yè)建筑生產(chǎn)線技改項(xiàng)目，為滿足設(shè)備可靠性方面的要求，該系統(tǒng)核心設(shè)備均具有雙電源輸入能力。目前，各個(gè)站所均由兩臺(tái)容量為10kVA的UPS并聯(lián)供電理論上，整個(gè)系統(tǒng)能提供2 x 10kVA供電容量，在日常情況下，平均總負(fù)載為3.4kVA.UPS并機(jī)負(fù)載率在30%左右。

4.1優(yōu)越可靠的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目整個(gè)UPS供電系統(tǒng)是由獨(dú)立市電輸入的，市電1電源、市電2電源、自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，兩臺(tái)UPS和輸電配電柜共同組成的“雙輸入，單輸出”供電系統(tǒng)，屬于典型的雙機(jī)冗余單總線輸出供電系統(tǒng)。

正常情況下，兩路市電輸入中有一路作為主輸入電源，旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，UPSl和UPS2輸入開(kāi)關(guān)閉合，市電經(jīng)過(guò)兩臺(tái)UPS后輸出波形良好的220VAG電源。在輸出方面，單電源設(shè)備直接連接在輸出總線上，而雙電源負(fù)載設(shè)備則通過(guò)并聯(lián)方式連接在兩路總線的分線上。如果主路市電發(fā)生故障，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)能在比較短的時(shí)間內(nèi)（80—100ms）自動(dòng)執(zhí)行切換操作，同時(shí)UPS的輸入電源會(huì)出現(xiàn)短暫的停電，但由于UPS設(shè)備能在短時(shí)間內(nèi)（4ms）對(duì)設(shè)備恢復(fù)供電，對(duì)于系統(tǒng)負(fù)載來(lái)說(shuō)并無(wú)任何影響。

4.2方便可靠的可操作性

倘若某臺(tái)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，在UPS并機(jī)邏輯控制板的調(diào)控下，通過(guò)執(zhí)行選擇性脫機(jī)操作，還能將故障的這臺(tái)UPS從并機(jī)系統(tǒng)的輸出總線中脫離出來(lái)，由剩下的一臺(tái)UPS不間斷地向負(fù)載供電，提高了系統(tǒng)的供電可靠性。

作為UPS的電輸入，以來(lái)自不同變壓器的雙路市電輸入為例，雙機(jī)冗余并聯(lián)是利用A'Tv將雙市電互投為一路輸出，兩臺(tái)UPS共用一條輸入總線，原來(lái)以市電1電源為主電源，市電2電源為備用電源，此時(shí)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)通常就接通市電1電源到UPS組。當(dāng)市電1電源停電時(shí)，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)市電1電源而將市電2電源轉(zhuǎn)為UPS組輸入。正常情況下，只要有一路市電正常，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)通過(guò)電源切換都能保證UPS組輸入正常。

作為UPS電源的輸出，由于雙機(jī)冗余的單總線輸出結(jié)構(gòu)，無(wú)論是單電源輸入的負(fù)載，還是雙電源輸入的負(fù)載都被連接在同一條UPS的輸出總線上，兩臺(tái)UPS正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)主機(jī)互相跟蹤輸出的幅值、頻率、相位，保證鎖相同步以保持同期，當(dāng)其中一臺(tái)主機(jī)停機(jī)或故障時(shí)，其旁路是不導(dǎo)通的，此時(shí)另一臺(tái)正常工作的主機(jī)跟蹤旁路，并與其保持同期。只有當(dāng)兩臺(tái)UPS主機(jī)逆變器都停機(jī)或故障時(shí)，兩臺(tái)主機(jī)的旁路都導(dǎo)通。

而當(dāng)運(yùn)行中的任一臺(tái)UPS電源系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時(shí)，有自動(dòng)切換功能有故障的UPS退出供電，正常運(yùn)行的那臺(tái)UPS帶全部負(fù)載，輸出負(fù)載不間斷運(yùn)行，可以對(duì)其進(jìn)行檢修且可停運(yùn)所需的任何一臺(tái)UPS，使檢修，供電互不影響。

4.3提高系統(tǒng)可靠性的措施

為了提高控制系統(tǒng)供電的運(yùn)行可靠性，一般采用的方法有兩種，即供電系統(tǒng)冗余連接負(fù)載設(shè)備。目前，提高系統(tǒng)可用性有兩個(gè)途徑：提高電源的平均無(wú)故障時(shí)間和縮短平均修復(fù)時(shí)間。經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面提高UPS可靠性：（1）元器件的選用;（2）UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);（3）UPS的制造工藝;（4）冗余技術(shù)。

一般情況下，當(dāng)機(jī)器的質(zhì)量達(dá)到一定程度后，再增大平均無(wú)故障時(shí)間的代價(jià)較大，而且效果也不太顯著（因?yàn)椴荒軐⑵骄鶡o(wú)故障時(shí)間做到無(wú)窮大工然而縮短平均修復(fù)時(shí)間的效果卻比較明顯，如果平均修復(fù)時(shí)間縮短為零（這種可能性是存在的，而且也不難實(shí)現(xiàn)），那么可用性就是100%。根據(jù)以上UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的工作原理，不難發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)：

（1）優(yōu)化UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定重要措施;

（2）應(yīng)用冗余技術(shù)，是大幅提升系統(tǒng)可靠性必要措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化條件下配電系統(tǒng)供電可靠性的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作良好效果的取得，有賴于對(duì)其涉及到的多項(xiàng)因素的充分掌控，有關(guān)人員應(yīng)該從配電自動(dòng)化條件的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為符合實(shí)際的應(yīng)對(duì)實(shí)施策略。