山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的難點(diǎn)分析及對(duì)策

李 巍

（國(guó)網(wǎng)谷城縣供電公司，湖北 襄陽(yáng) 441000）

電力系統(tǒng)跟隨社會(huì)發(fā)展的第一步就是配電網(wǎng)自動(dòng)化，能夠監(jiān)督配網(wǎng)運(yùn)行是否正常并及時(shí)查出異常點(diǎn)，快速隔離故障區(qū)，并降低因電力故障導(dǎo)致的供電異常，大幅度縮短停電時(shí)間。在配電網(wǎng)無異常的情況下，根據(jù)配電網(wǎng)電壓合理控制無功能負(fù)荷和電壓水平，合理控制用電負(fù)荷。目前用戶的各方面意識(shí)越來越高，不管城市還是山村都對(duì)供電可靠性提出了更高的要求。目前，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是提高電網(wǎng)管理水平的重要手段之一。該系統(tǒng)已在中心城市的近郊地區(qū)試點(diǎn)，未來將根據(jù)可行性與山區(qū)特點(diǎn)合理建設(shè)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介及可行性標(biāo)準(zhǔn)

1.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是結(jié)合了現(xiàn)代多種電子設(shè)備技術(shù)的產(chǎn)物，使配電網(wǎng)不管在故障時(shí)期還是正常過情況下都能正常運(yùn)行，可以將監(jiān)測(cè)、控制、隔絕和供電管理等融為一體，以此做出最有效率的決策，減少因故障問題而導(dǎo)致的用戶用電問題。配電網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)也能拉動(dòng)用戶對(duì)企業(yè)的信任，建立良好的關(guān)系，以更優(yōu)的用電質(zhì)量來滿足用戶的多重需求，提高供電的經(jīng)濟(jì)性與安全可靠性[1]。配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)是保證城市用電的關(guān)鍵因素，也是電力系統(tǒng)建設(shè)的重要部分。

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要內(nèi)容如下：1）饋線自動(dòng)化。該自動(dòng)化內(nèi)容主要完成饋電線路的監(jiān)測(cè)、控制及診斷、隔離與重構(gòu)。2）變電站自動(dòng)化。具體包括自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理、傳輸技術(shù)3 個(gè)技術(shù)類型，通過技術(shù)或自動(dòng)裝置系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行一系列自動(dòng)化系統(tǒng)。3）配電管理系統(tǒng)。DMS 是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的中心基站，管理整個(gè)配電站的一系列自動(dòng)化系統(tǒng)，包括控制、隕石和管理等。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本運(yùn)行圖如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本運(yùn)行圖

1.2 配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的標(biāo)準(zhǔn)

配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性是運(yùn)行前至關(guān)重要的因素，如果出現(xiàn)問題，將會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)、工商業(yè)和山區(qū)農(nóng)民造成不可估量的損失，因此這一可靠性的標(biāo)準(zhǔn)建立要慎重。根據(jù)《供電等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中供電可靠率的有關(guān)規(guī)定，供電可靠性/可靠率的計(jì)算公式是（1-每家用戶的平均停電時(shí)間/統(tǒng)計(jì)時(shí)間）×100%。對(duì)可靠性的管理知識(shí)表層管理更是對(duì)整個(gè)電力行業(yè)的約束與安全問題的管控，它代表著電力公司的管理水平、供電情況，決定企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此供電公司對(duì)可靠性這一標(biāo)準(zhǔn)非常重視。

2 山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)重難點(diǎn)

2.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)

2.1.1 根據(jù)山區(qū)環(huán)境進(jìn)行整改

山區(qū)環(huán)境比城市復(fù)雜得多，而且迫害性強(qiáng)，樹枝、鳥類等均有可能引發(fā)故障。修補(bǔ)故障需要耗費(fèi)大量的人力與時(shí)間精力。由于山區(qū)較大，兩點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)、分支較多、情況復(fù)雜難辨[2]，因此如果不及時(shí)修繕，會(huì)嚴(yán)重影響公司的形象與經(jīng)濟(jì)利益，還會(huì)影響公司的售電量。如何在路況、交通都復(fù)雜的地方快速找到故障點(diǎn)并解決故障是需要攻克的難題。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)將較好地解決該難題，因此不管從宏觀角度來說，還是從可實(shí)用性來講，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是必要的。

2.1.2 轉(zhuǎn)換適應(yīng)山區(qū)發(fā)展需要的構(gòu)架

該文將主題結(jié)構(gòu)分為3 層，來適應(yīng)山區(qū)的具體情況，3層結(jié)構(gòu)分別為配電網(wǎng)主站、配電網(wǎng)分站以及各個(gè)電力維修人員所需要配備的配電服務(wù)終端。這3 層逐級(jí)檢查能及時(shí)發(fā)現(xiàn)使用中的問題，并對(duì)癥下藥，即時(shí)解決。對(duì)面積寬闊廣大的山區(qū)來說，可適當(dāng)增加配電站分站的數(shù)量，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貐^(qū)情況和人口分布來調(diào)整機(jī)構(gòu)分布[3]。3 層系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的要求極高，最大的實(shí)用性在于能夠?qū)⑸絽^(qū)配電網(wǎng)的所有信息及時(shí)有效地傳遞出去，從而提升配電網(wǎng)建造的有效性，并對(duì)逐漸開放、發(fā)展現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的山區(qū)來說，3 層有效系統(tǒng)的發(fā)明也是推動(dòng)山區(qū)向城市發(fā)展的方式之一。

2.1.3 加快山區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整與設(shè)備升級(jí)

山區(qū)自動(dòng)化建設(shè)先要進(jìn)行山區(qū)配電網(wǎng)架構(gòu)的調(diào)整與升級(jí)，網(wǎng)架線路最大負(fù)載率是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整的第一步，為了實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體合理性，最重要的一步是控制網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最大負(fù)載率，控制公式如公式（1）所示。

式中：T為最大負(fù)載率；P為線路容量；M為備用容量；Y為最大載流值。

公式（1）中所有字母所標(biāo)注的意思都是基于山區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為前提。調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，“T”要始終低于“Y”，這樣才能確保整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性和可用性。與此同時(shí)，技術(shù)設(shè)備的技術(shù)升級(jí)也是山區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)的重要措施，應(yīng)用當(dāng)下新品研發(fā)的自動(dòng)化設(shè)備，通過引進(jìn)措施來達(dá)到配電網(wǎng)自動(dòng)化的整體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 合理進(jìn)行配電通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

合理的配電通信建設(shè)是解決山區(qū)配電通信網(wǎng)絡(luò)搭建的關(guān)鍵措施，針對(duì)光纖線路搭建難問題，可以采用“替換式”解決方法，將光纖通信替換成無線公用通信。該措施對(duì)降低通信效率有很大作用，但根據(jù)山區(qū)實(shí)際情況可知，山區(qū)人口密度稀疏，老齡化嚴(yán)重，因此該方法已經(jīng)基本能夠滿足山區(qū)群眾的通信要求。但在想到解決辦法之前，已經(jīng)有部分山區(qū)先一步鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)線路，在該情況下，將2 種線路鋪設(shè)方式合二為一是解決問題的最好方式。該部分山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)建議以ENOP 技術(shù)為主。當(dāng)配電線路過長(zhǎng)時(shí)（40m 以上），無限公用通信方式最合適；配電線路較短時(shí)，光纖通信方式最合適[4]。在山區(qū)配電通信網(wǎng)絡(luò)中，最重要的是既要保證主電站與配電站相互聯(lián)系，也要保證實(shí)時(shí)性?？梢愿鶕?jù)自身情況對(duì)2 種方式種進(jìn)行合理選擇，即可建立起合理的配電通信網(wǎng)絡(luò)。

2.1.5 提高配電網(wǎng)建設(shè)效率

關(guān)于山區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)的影響因素層出不窮，目前配電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)就是提高發(fā)展效率。首先，需要使配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的目標(biāo)與未來發(fā)展規(guī)劃達(dá)到統(tǒng)一。其次，不斷調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并加速網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新升級(jí)，以此來吸引人才造福山區(qū)，提前組建未來關(guān)于山區(qū)配電網(wǎng)的人才隊(duì)伍。再次，要想改變配電網(wǎng)絡(luò)塔搭建難度大的問題，需要制定完整的計(jì)劃來進(jìn)行配電通信系統(tǒng)的建設(shè)。山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)策略示意圖如圖2所示。

圖2 山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)策略示意圖

2.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)——DG 接入對(duì)饋線自動(dòng)化的影響

電流保護(hù)是以保護(hù)裝置為基礎(chǔ)，為了保證配網(wǎng)線路和設(shè)備的安全，保護(hù)裝置在電流幅值超過一定閾值時(shí)，會(huì)對(duì)保護(hù)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)電流幅值進(jìn)行動(dòng)作響應(yīng)[5]。分散式電源接入配網(wǎng)后，配網(wǎng)從傳統(tǒng)的單電源供電網(wǎng)變?yōu)閱坞娫垂╇娋W(wǎng)，網(wǎng)源結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，會(huì)對(duì)自動(dòng)化開關(guān)的電流保護(hù)配置帶來如下重大影響。

首先，當(dāng)故障發(fā)生后，一些分散的電源對(duì)短路的電流有輔助增強(qiáng)的能力，當(dāng)這些分散電流在穿越故障點(diǎn)時(shí)，短路電流會(huì)增大，由于分散電流的進(jìn)入打亂了短路電流原有的走向，因此對(duì)保護(hù)裝置影響較大。

其次，當(dāng)這些分散的電源接入后，配電網(wǎng)變成上、下兩端的供電設(shè)施。當(dāng)故障點(diǎn)連接在上游時(shí)，故障電流不會(huì)按照正常軌跡進(jìn)行，而是會(huì)產(chǎn)生反方向電流。如果以裝置安全為前提，不設(shè)置方向箭頭，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)勿動(dòng)，影響其準(zhǔn)確性。含小水電線路模型如圖3所示。以圖3 模型為例，在PSASP中進(jìn)行DG 接入對(duì)饋線自動(dòng)化影響的建模仿真分析。

模型中，L1和L2分別是采用就地重合閘式和電流級(jí)差饋線自動(dòng)化的10kV 配電線路，其中F1～F5為智能斷路器，W1和W2為智能負(fù)荷開關(guān)，大系統(tǒng)容量為335.5MVA，設(shè)定線路長(zhǎng)度為9.1km，型號(hào)為L(zhǎng)GJ-120。設(shè)置L2接入小水電，分別設(shè)置K1～K4三相短路，設(shè)置5MVA 接入小水電容量，接入前后各故障點(diǎn)短路電流見表1。

表1 短路電流計(jì)算

由以上結(jié)果可知，在該參數(shù)模型下，影響各個(gè)短路電流的是5MVA 的小水電接入。但當(dāng)K1、K2、K3點(diǎn)的短路電流接入時(shí)，系統(tǒng)提供的電流遠(yuǎn)不及DG 的短路的流量，與系統(tǒng)流量相差較小的是K4、K5點(diǎn)DG 短路電流。各短路狀態(tài)下，影響自動(dòng)化開關(guān)的小水電接入影響情況如下：1）K1點(diǎn)故障，小水電接入激增了短路電流。由于小水電在故障點(diǎn)下游，對(duì)F1開關(guān)動(dòng)作沒有影響，因此F1正常動(dòng)作，新增的短路電流分量流經(jīng)F3。如果此時(shí)F3無方向判別元件且小水電容量足夠大，F(xiàn)3誤動(dòng)作[6]。2）K2點(diǎn)故障，雖然小水電接入增加了短路電流總量，但不影響流經(jīng)F3的短路電流分量，F(xiàn)3開關(guān)正常動(dòng)作，同時(shí)小水電機(jī)組自身保護(hù)響應(yīng)，小水電與系統(tǒng)斷開[6]。3）K3點(diǎn)故障，小水電新增的短路電流分量直接疊加，加速了F4開關(guān)的動(dòng)作響應(yīng)。此時(shí)，F(xiàn)4仍正常動(dòng)作，但可能會(huì)擴(kuò)大保護(hù)范圍，其余開關(guān)不受影響。4）K4點(diǎn)故障，由于小水電短路電流分量影響，當(dāng)F4無方向判別元件且小水電裝機(jī)容量足夠大時(shí)，F(xiàn)4誤動(dòng)作[7]。5）K5點(diǎn)失效，相鄰線路的小水電短路電流分量使F2的動(dòng)作加快，可能會(huì)使F2 的保護(hù)范圍擴(kuò)大，同時(shí)，在F3無方向判別元件且小水電裝機(jī)量足夠大的情況下，F(xiàn)3會(huì)發(fā)生F3新增分量流經(jīng)F3的錯(cuò)誤動(dòng)作。

圖3 含小水電線路模型

整體而言，小水電接入對(duì)饋線自動(dòng)化的影響主要體現(xiàn)在保護(hù)范圍的擴(kuò)大，主要是對(duì)3 分段式電流級(jí)差型自動(dòng)化和對(duì)相鄰線路自動(dòng)化開關(guān)動(dòng)作的影響。針對(duì)上述影響，可采取如下措施進(jìn)行饋線自動(dòng)化施工。1）自動(dòng)化開關(guān)主要是指帶方向元件的，這樣可以有效減少分散電流引起的開關(guān)誤動(dòng)作。2）采用此類分上、下兩端的自動(dòng)化模式，分散電流都經(jīng)過同一路線，會(huì)導(dǎo)致快關(guān)保護(hù)范圍變大[8]。3）采用首端斷路器帶方向保護(hù)+就地重合器自動(dòng)化建設(shè)模式，該模式與分散的電源不會(huì)互相影響，但會(huì)使2 條相近路線的分散電源接入受影響。

3 計(jì)及DG 接入的饋線自動(dòng)化規(guī)劃策略

結(jié)合上述分析，該文提出計(jì)及DG 接入的饋線自動(dòng)化規(guī)劃策略，下面從規(guī)模型的操作流程進(jìn)行闡述。

含分布式電源接入的山區(qū)配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化規(guī)劃配置步驟如圖4所示。

圖4 山區(qū)饋線自動(dòng)化規(guī)劃流程

為了得到具有普適性和適應(yīng)性的自動(dòng)化規(guī)劃策略，對(duì)上述計(jì)算過程進(jìn)行擴(kuò)展，得出如圖5所示的具有實(shí)用意義的山區(qū)配電網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃流程。

圖5 山區(qū)配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化規(guī)劃流程

4 算例分析

4.1 單輻射線路自動(dòng)化規(guī)劃

取一實(shí)際饋線線路A，線路A 全長(zhǎng)4.2km，負(fù)荷為3.2MW，其簡(jiǎn)要單線圖如圖6所示。

圖6 實(shí)際饋線簡(jiǎn)要單線圖

其實(shí)際線路自動(dòng)化配置及該文方法推薦配置對(duì)比情況見表2。

表2 饋線A 已有自動(dòng)化終端策略與該文方法對(duì)比結(jié)果

由上可知，該文方法在滿足一定可靠性前提下，在經(jīng)濟(jì)性方面具有優(yōu)越性[7]。

4.2 單環(huán)網(wǎng)線路自動(dòng)化規(guī)劃

對(duì)于單環(huán)網(wǎng)線路，仿真設(shè)置環(huán)網(wǎng)組線路負(fù)載率均滿足線路全線轉(zhuǎn)供要求，單環(huán)網(wǎng)線路由上述模型求解得到的結(jié)果見表3?？筛鶕?jù)單輻射線路自動(dòng)化同一原理來實(shí)際驗(yàn)證表3 的有效性。

表3 單環(huán)網(wǎng)最優(yōu)自動(dòng)化規(guī)劃推薦表

5 結(jié)語

電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵，這樣才能保證用戶的用電質(zhì)量。綜上所述，雖然城市配電網(wǎng)朝著良好的態(tài)勢(shì)發(fā)展，但山區(qū)不論在科技、機(jī)械，還是在人才與運(yùn)行管理上都存在較大問題。在山區(qū)建設(shè)配電網(wǎng)系統(tǒng)化建設(shè)需要突破很多障礙，從而將山區(qū)的配電網(wǎng)系統(tǒng)化建設(shè)得更好，創(chuàng)造一個(gè)良好的用電環(huán)境。