10kV配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究

淮北萬(wàn)里電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 孫浩瀚

10kV配網(wǎng)中融合自動(dòng)運(yùn)行程序有助于提升供電速度，保證供電平穩(wěn)性，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。在配網(wǎng)設(shè)計(jì)中，規(guī)劃組織應(yīng)結(jié)合配網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行需求，制定完善的配網(wǎng)方案，優(yōu)化配網(wǎng)功能，形成自動(dòng)配網(wǎng)體系?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)配網(wǎng)系統(tǒng)組成表現(xiàn)出復(fù)雜性，無法保證電力程序運(yùn)行質(zhì)量。采取分段設(shè)計(jì)手法，確保設(shè)計(jì)方案有效；引入環(huán)形設(shè)計(jì)思想。優(yōu)化現(xiàn)有配網(wǎng)方案，高效消除配網(wǎng)故障，增強(qiáng)電力程序的運(yùn)行能效。在配網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，以城區(qū)電網(wǎng)項(xiàng)目為主體，融合統(tǒng)籌規(guī)劃思想，引入先進(jìn)科技，顯著提升各類信息的利用比例，有效化解電力系統(tǒng)中的各類故障[1]。

1 配網(wǎng)自動(dòng)系統(tǒng)的建設(shè)方法

1.1 配網(wǎng)自動(dòng)程序的組成

主站。在主站程序中進(jìn)行系統(tǒng)劃分，結(jié)合配網(wǎng)運(yùn)行需求劃分成系統(tǒng)故障診斷程序、配網(wǎng)運(yùn)行程序等，以此保障配網(wǎng)各系統(tǒng)劃分的有效性，提升配網(wǎng)運(yùn)行順暢性；終端。以10kV配網(wǎng)為技術(shù)方向，合理設(shè)計(jì)操作終端，加強(qiáng)主站、分站各程序的運(yùn)行安全性。在各站運(yùn)行時(shí)，如系統(tǒng)有故障，此時(shí)自動(dòng)終端會(huì)有故障表現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)合問題種類給出相應(yīng)決策。在構(gòu)建10kV配網(wǎng)體系時(shí)，開發(fā)具有配網(wǎng)輔助功能的設(shè)備，以管轄范圍內(nèi)的電力環(huán)境為主體，嚴(yán)格進(jìn)行用電監(jiān)控，積極解決系統(tǒng)運(yùn)行不暢問題，增強(qiáng)配網(wǎng)整體程序的運(yùn)行能效，有效防控系統(tǒng)安全問題。

分支程序。其運(yùn)行時(shí)高效解決各類配網(wǎng)問題，控制配網(wǎng)開關(guān)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的管理能效，形成嚴(yán)格的設(shè)備監(jiān)管流程。在分支程序平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，顯著增強(qiáng)了主干線路的運(yùn)行能力。在電力程序運(yùn)行時(shí)分支程序可高效采集系統(tǒng)資料，經(jīng)通信處理器加以高效處理采集資料。

1.2 設(shè)定配網(wǎng)中心的自動(dòng)運(yùn)行功能

在配網(wǎng)運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)配網(wǎng)運(yùn)行情況是中心站運(yùn)行的主要事項(xiàng)。10kV配網(wǎng)體系表現(xiàn)出組成的復(fù)雜性，包括通信、定位等多個(gè)分支程序。在配網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用光纖通信形式，保證系統(tǒng)資料傳送的高效性，在系統(tǒng)有故障時(shí)及時(shí)給出警報(bào)。結(jié)合故障表現(xiàn)給出有效的應(yīng)對(duì)方案，盡量控制故障問題帶來的不利影響。導(dǎo)線選型方法中導(dǎo)線截面（mm）與導(dǎo)線型號(hào)（LGJ系列、JKLYJ系列）的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：50：50/8、50，70：70/10、70，95：95/15、95，120：120/20、120，150：150/20、150，185：185/25、185。

轉(zhuǎn)變分區(qū)分站，使其成為中轉(zhuǎn)站。為保障分區(qū)分站運(yùn)行的有序性，規(guī)劃人員應(yīng)積極優(yōu)化已有的電能傳輸路線，適時(shí)優(yōu)化反饋設(shè)備，使用打印機(jī)輸出反饋資料，全面了解電流狀況，保障電流控制效果。

1.3 賦予分支站的監(jiān)控能力

在電力程序運(yùn)行時(shí)應(yīng)保證各機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，規(guī)劃人員應(yīng)有序查看各個(gè)分支站，保證電力設(shè)備狀態(tài)的平穩(wěn)性，設(shè)定直屬分支站為運(yùn)維重點(diǎn)：依據(jù)電力程序的運(yùn)行實(shí)況，技術(shù)人員應(yīng)高效檢查配件性能；結(jié)合電網(wǎng)實(shí)況周期性檢查設(shè)備；合理保存各類數(shù)據(jù)資料，采取圖表分析形式獲取內(nèi)容詳實(shí)、資料完整的報(bào)告。

1.4 配網(wǎng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

運(yùn)行分段器。在10kV配網(wǎng)運(yùn)行時(shí)多數(shù)使用人工形式操控電閘，全面控制電力程序的運(yùn)行過程。部分變電站為強(qiáng)化自身電閘開關(guān)的調(diào)控質(zhì)量引入聲控設(shè)備。在自動(dòng)科技融合配網(wǎng)體系中，應(yīng)提升電力程序的調(diào)控的自動(dòng)性，使用分段器，借助其自動(dòng)整合資源優(yōu)勢(shì)有效控制電閘，保證配網(wǎng)質(zhì)量。如果在操作電閘時(shí)閘門位置的電壓處于較高狀態(tài)，對(duì)分段器進(jìn)行自動(dòng)控制，可切斷電路，增強(qiáng)電流安全。

完善環(huán)網(wǎng)供電方案。在規(guī)劃配網(wǎng)時(shí)，規(guī)劃次數(shù)較高的是：環(huán)網(wǎng)形式。選配間隔較小的配電線路，使電能輸電路線處于環(huán)網(wǎng)狀態(tài)；合理優(yōu)化10kV配網(wǎng)體系，增強(qiáng)配網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在搭建網(wǎng)狀配網(wǎng)體系時(shí)，能夠顯著增強(qiáng)配網(wǎng)路線的安全性，提升通信對(duì)接的順暢性。

配網(wǎng)原則。模塊化理念。配網(wǎng)規(guī)劃人員，依據(jù)配電區(qū)、開閉站的實(shí)際設(shè)定位置，在柱上開關(guān)方位添加FUT，依據(jù)模塊設(shè)計(jì)思想，逐步增強(qiáng)系統(tǒng)功能的延展性；安全設(shè)計(jì)思想。10kV配網(wǎng)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格管理戶內(nèi)機(jī)箱的安全等級(jí)。多數(shù)情況下戶內(nèi)機(jī)箱的安全級(jí)別應(yīng)至少為IP43級(jí)。戶外極限的安全級(jí)別應(yīng)至少是IP54級(jí)。依據(jù)通信協(xié)議細(xì)則發(fā)現(xiàn)：為保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，應(yīng)在控制程序中添加軟件加密規(guī)則，以此保障程序安全；順應(yīng)功能設(shè)計(jì)需求。10kV配網(wǎng)管理時(shí)應(yīng)依據(jù)功能設(shè)計(jì)思想保證配網(wǎng)設(shè)計(jì)合理，切實(shí)發(fā)揮系統(tǒng)運(yùn)行作用。

2 10kV配網(wǎng)優(yōu)化升級(jí)的設(shè)計(jì)分析

2.1 HT電網(wǎng)現(xiàn)狀

HT電網(wǎng)單位成立于1985年，單位經(jīng)營(yíng)時(shí)投入資金4000余萬(wàn)元。電網(wǎng)單位長(zhǎng)期在職人員有236人，設(shè)有多個(gè)職能管理工作組，包括行政、人資、安全管理、黨建等，業(yè)務(wù)類型有營(yíng)銷、調(diào)度、故障檢測(cè)等。電網(wǎng)控制區(qū)域內(nèi)設(shè)立了多組變電站，配有變電所15座，添加26個(gè)主變壓設(shè)備，變壓容量達(dá)到28.5萬(wàn)kVA。配電變壓設(shè)備共有600個(gè)、變壓容量總和為6.37萬(wàn)kVA。供電線路設(shè)計(jì)時(shí)，66kV級(jí)別的線路共設(shè)14組、長(zhǎng)度總和為278km，10kV級(jí)別的線路共設(shè)64條、線路長(zhǎng)度總數(shù)為1220km。

HT電網(wǎng)單位形成了較高的用電需求，處于逐年增長(zhǎng)狀態(tài)。近年來用電耗電均值為5.1h/戶，每個(gè)用戶年均停電1.23次。停電問題主要表現(xiàn)為線路負(fù)載較高、線路處于重載狀態(tài)。供電平穩(wěn)性為99.95%。結(jié)合近年HT電網(wǎng)的故障跳閘資料可知：由停電引起的跳閘問題約有150條，在各類跳閘問題中，架空線路引發(fā)的跳閘問題在整體跳閘故障的80%，無法保障供電安全。在10kV線路中僅可添加柱上開關(guān)，在發(fā)生線路故障時(shí)僅能夠進(jìn)行單一的線路分?jǐn)喙ぷ?，并不能進(jìn)行線路恢復(fù)、線路安全警示，存在線路失穩(wěn)問題，增加了故障排除用時(shí)。在此故障形成后，增加了供電用時(shí)，配網(wǎng)能效有所降低。

HT供電單位線路的電纜型號(hào)、電壓級(jí)別、電纜長(zhǎng)度（m）、電纜數(shù)量（個(gè)）分別為：YJV22×240/10kV/220/1，YJV22×240/10kV/210/1，YJV22×240/10kV/1341/4。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.2.1 現(xiàn)有配網(wǎng)分析

HT配網(wǎng)體系中服務(wù)城區(qū)較多、供電線路使用時(shí)間較長(zhǎng)，在多個(gè)層次中表現(xiàn)出能源浪費(fèi)問題，極易發(fā)生路段故障問題。在配網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)HT配網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的全環(huán)網(wǎng)互聯(lián)體系，保證用電安全，提升電力使用的故障隔離速度，在短時(shí)間內(nèi)高效恢復(fù)供電工作。在實(shí)踐中，如果使用多聯(lián)絡(luò)形式會(huì)增加段數(shù)，形成較高的工程成本。HT區(qū)域中，在進(jìn)行配電規(guī)劃時(shí)線路長(zhǎng)度總和為204km，含有電纜1.34km。電纜轉(zhuǎn)化比例約有0.7%。在實(shí)際規(guī)劃時(shí)應(yīng)在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行配電自主審計(jì)，保障各類應(yīng)用切換的自如性，緩解“盲調(diào)”帶來的資源浪費(fèi)，增強(qiáng)配電調(diào)度能效。

依據(jù)“N-1”理念進(jìn)行用戶配電規(guī)劃，保證多組用戶的配電質(zhì)量。從單一、兩個(gè)、多組等各類聯(lián)絡(luò)體系中，估算線路負(fù)荷的最大值，保證線路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，確保負(fù)荷轉(zhuǎn)換及時(shí)；應(yīng)對(duì)負(fù)荷較低的區(qū)域，在架空線路時(shí)接線方式較多，包括異站聯(lián)絡(luò)、設(shè)定多組分段等。負(fù)荷中等時(shí)，接線方式包括適度連接、設(shè)定多組分段等形式，確保接線質(zhì)量。高負(fù)荷地區(qū)在進(jìn)行接線時(shí)，可從各分段位置添加聯(lián)絡(luò)線。

優(yōu)化改進(jìn)線路，維護(hù)現(xiàn)有配電網(wǎng)的供電能力，構(gòu)建新型用網(wǎng)體系，保證環(huán)網(wǎng)運(yùn)行能效，建立多鏈路供電方案，豐富配電網(wǎng)的運(yùn)行功能；依據(jù)目標(biāo)網(wǎng)架的建設(shè)規(guī)范，在項(xiàng)目初期構(gòu)建的網(wǎng)架體系，應(yīng)具備“三遙”能力，給予同步架設(shè)。城區(qū)配網(wǎng)優(yōu)化后設(shè)備總數(shù)為94個(gè)，箱式變電設(shè)備設(shè)計(jì)為16個(gè)，環(huán)網(wǎng)柜優(yōu)化為4個(gè)，開關(guān)柜設(shè)計(jì)為32個(gè)，柱上開關(guān)使用26個(gè)，柱上添加的變壓器共有8個(gè)。

2.2.2 預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)

運(yùn)行效率較高的交互程序是保證配網(wǎng)運(yùn)行能力的關(guān)鍵。在電力生產(chǎn)期間，通信流程是保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)的重要條件。借助多變的通信路徑，構(gòu)建出電力調(diào)度、業(yè)務(wù)營(yíng)銷、客服、用戶管理等信息交互程序。電力資源調(diào)度自主系統(tǒng)中整合了多組應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)采集、資料監(jiān)管、用戶交流、人機(jī)交互等，融合分段管理方法，確保系統(tǒng)功能具有可延展性，提升系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，增加系統(tǒng)資料的可操作性。

配電自主站在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，嘗試從信息分享、數(shù)據(jù)分析、資料加工等多個(gè)視角進(jìn)行配網(wǎng)資料的動(dòng)態(tài)處理，以此提升供電的平穩(wěn)性，積極融合調(diào)度、智能各項(xiàng)科技，順應(yīng)對(duì)智能電網(wǎng)的各項(xiàng)要求，以此達(dá)到配電網(wǎng)的管控效果。系統(tǒng)建設(shè)時(shí)應(yīng)以HT區(qū)域未來10年的供應(yīng)需求為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行配電網(wǎng)全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升配電自主程序功能的可延展性，保證未來建設(shè)質(zhì)量。

2.2.3 網(wǎng)架優(yōu)化設(shè)計(jì)

單式鏈路的優(yōu)化設(shè)計(jì)：各區(qū)內(nèi)供電工作，采取延伸架設(shè)方法，嘗試構(gòu)建出環(huán)網(wǎng)供電體系，保障10kW供電的運(yùn)行能效；綜合考量各區(qū)內(nèi)的負(fù)荷分配情況，重新組配負(fù)荷，以“N-1”思想消除“超負(fù)荷”線路運(yùn)行問題；在市中心配置的導(dǎo)線，對(duì)其非絕緣處理、管徑較小、負(fù)載超標(biāo)各項(xiàng)使用問題，進(jìn)行絕緣優(yōu)化。在優(yōu)化時(shí)使用JKLGYJ系的導(dǎo)線、型號(hào)取240號(hào)，以此保障線路供電安全。在實(shí)踐中供電線路增加了39km，配置8個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，在優(yōu)化改進(jìn)后HT區(qū)域形成“多線路互聯(lián)”的供電體系。

2.2.4 故障定位

在配電設(shè)備中形成的故障問題，主站可在短時(shí)間內(nèi)鎖定故障方位，檢修人員能夠掌握完整的監(jiān)控資料，確定故障地區(qū)，查明故障問題。配網(wǎng)人員在獲取電力故障問題時(shí)，可查看故障發(fā)生位置或登錄客服系統(tǒng)，準(zhǔn)確查看故障問題。用戶在進(jìn)行電話申報(bào)時(shí)系統(tǒng)會(huì)引入定位科技，準(zhǔn)確獲取報(bào)修點(diǎn)位，鎖定區(qū)域內(nèi)的供電設(shè)備位置。主站系統(tǒng)會(huì)自主測(cè)算電流，判斷接地故障的具體表現(xiàn)，保證故障信息測(cè)算的準(zhǔn)確性。

2.2.5 故障修復(fù)

故障修復(fù)時(shí)多數(shù)有兩種方法：卸除負(fù)荷、拓?fù)涑绷?。在使用卸除?fù)荷策略時(shí)，各類負(fù)荷轉(zhuǎn)移方法均不具有成立的可能性。此時(shí)應(yīng)綜合考量卸除負(fù)荷形成的損失，盡量控制卸除損耗量，以最小值控制方式優(yōu)化負(fù)荷卸除成本。在卸除負(fù)荷時(shí)，針對(duì)各類優(yōu)先級(jí)，以最低級(jí)負(fù)荷為起點(diǎn)，逐步進(jìn)行高級(jí)負(fù)荷的卸除。負(fù)荷是一種變量，具有離散性。在卸除負(fù)荷時(shí)應(yīng)設(shè)定固定的卸除量。在實(shí)踐中借助開關(guān)閘進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)化，有效控制支路、饋線各位置的開關(guān)量。

2.2.6 事故資料采集

在采集配網(wǎng)資料時(shí)，電網(wǎng)含有多個(gè)廣域點(diǎn)，具有資料采集的分布性。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，系統(tǒng)中的解列行動(dòng)具體表現(xiàn)在：分支系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)以就近思想采集系統(tǒng)資料，保證系統(tǒng)監(jiān)視功能的正常性。在資料采集時(shí)包括專線、網(wǎng)絡(luò)、無線多種渠道。

2.2.7 事故資料處理

前期處理采集資料，保證數(shù)據(jù)使用的有效性，應(yīng)準(zhǔn)確保存資料副本。在后續(xù)資料采集時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。采取前期處理、資料更新等方式，以此有效應(yīng)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換問題；借助變送設(shè)備、數(shù)據(jù)采集程序的供電輸出程序，采取準(zhǔn)確基準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，確保工程量轉(zhuǎn)換質(zhì)量，獲取準(zhǔn)確的實(shí)際值；數(shù)據(jù)檢查。如在電路測(cè)試結(jié)果為“0”時(shí)應(yīng)切斷開關(guān)；在邏輯表達(dá)體系中獲取狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行邏輯處理。

2.2.8 電流型故障處理及電壓型故障消除

以瞬時(shí)故障為例。在變電站內(nèi)形成的出線開關(guān)跳閘問題稱為瞬時(shí)事故。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)此種故障能夠自主復(fù)合，SCADA會(huì)給予反饋，在配網(wǎng)監(jiān)測(cè)體系中保存故障問題。

以永久故障為例，如圖1所示：在kn1管線路段發(fā)生故障引起Fcb跳閘，形成事故信號(hào)。在開關(guān)k1、k2處無壓分。在變電站合閘程序中會(huì)閉合Fcb1，此時(shí)k1開關(guān)與時(shí)限X不等，會(huì)再次跳閘。故障區(qū)為kn1。系統(tǒng)自主運(yùn)行“自動(dòng)編制”程序，進(jìn)行Fcb1、k1的閉合處理，達(dá)到自動(dòng)故障消除的目標(biāo)，確保供電有序。

圖1 電壓線路故障示意圖

綜上，積極增強(qiáng)10kV配網(wǎng)的運(yùn)行能力，進(jìn)行有效規(guī)劃，轉(zhuǎn)變配網(wǎng)中心站的功能，設(shè)定自動(dòng)布局站，增設(shè)監(jiān)控站，構(gòu)建環(huán)網(wǎng)供電體系，以此保證10kV配網(wǎng)的運(yùn)行能效，保證供電質(zhì)量。