分析配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)

蔡景紅

【摘 要】本文分析討論了配電網(wǎng)及自動化技術(shù)的基本內(nèi)容，技術(shù)特點和未來的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；自動化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)

我國的經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的高速發(fā)展，對電力的供求持續(xù)提高，用電負荷的攀高對供電質(zhì)量提出了新的要求[1]。傳統(tǒng)的配電技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實的需要了，而自動化以其獨有的優(yōu)勢可能很好解決這個供需矛盾。本文從分析配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)的特點出發(fā)，將這種前景應用極好的技術(shù)介紹給電力行業(yè)同仁。

1.配電網(wǎng)自動化的應用現(xiàn)狀

配電自動化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負責的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟性最好，企業(yè)管理更為有效。配電自動化是一個龐大復雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。目前實現(xiàn)配電自動化大體有以下幾種方式：

（1） 在10kV輻射線路或樹狀線路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身的功能進行線路故障時的故障隔離和恢復供電，因而實施比較容易，投資較節(jié)省。

（2） 在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用重合器， 配合環(huán)網(wǎng)柜實現(xiàn)配電自動化。

（3） 在10 kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)柜加裝FTU并設(shè)置配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜可以是戶外的，亦可以是戶內(nèi)式。

（4） 目前大多數(shù)城市是由沿城市街道敷設(shè)的架空絕緣導線構(gòu)成10kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對這種配電網(wǎng)絡(luò)，目前采用的配電自動化方式是首先進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造， 形成多個環(huán)網(wǎng)或“手拉手”線路，使每一用戶有2個供電源。

以上幾種應用方式雖在各地得到一些應用，其應用效果不是很理想，由于各地經(jīng)濟條件、社會需求及技術(shù)發(fā)展的差異，需要優(yōu)化改進的地方很多。

2. 配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)的技術(shù)特點

2.1 配電網(wǎng)的技術(shù)特點

配電網(wǎng)的電線分布跟建筑的布局有著密切的聯(lián)系，電力的傳輸和平時的維修工作都極易受到電線的長度、用業(yè)量的范圍和變電器的數(shù)量等因素的影響。由于歷史和現(xiàn)實發(fā)展的原因，城市與農(nóng)村的結(jié)合部為配電網(wǎng)集中區(qū)，與一些其它的建筑交叉配置。同時，由于配電網(wǎng)偏向于民用電力設(shè)計，電壓通過在10KV以下。配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)布局比普通的輸電網(wǎng)更為復雜[3]。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電負荷量逐年增加，變電站的數(shù)量迅速攀升，故障的可能性明顯增加。由于添加了大量需要高安全性的用電設(shè)備，采用的更多的鏈子結(jié)構(gòu)。

2.2 配電網(wǎng)自動化的技術(shù)特點

從現(xiàn)階段普遍使用的配電網(wǎng)自動動技術(shù)來看主要有以下幾個特點：設(shè)備偏向于小型化，更為智能化，有UPS電源配置，操作設(shè)備力求簡化。在具體技術(shù)解決下，還要解決著如下所示的配電網(wǎng)技術(shù)難點。即：配電網(wǎng)由于所處的環(huán)境比較困難，信息信號的收集相對比較困難[4]。配電網(wǎng)涉及設(shè)備數(shù)量和種類都非常眾多，操作的次數(shù)高，安全系數(shù)高，有著多種多樣的通信方式，但是使用的次數(shù)偏低。同時要求要與其他的數(shù)據(jù)庫采用現(xiàn)代計算機的網(wǎng)絡(luò)進行傳輸數(shù)據(jù)與接受控制指令。自動化與計算機軟硬件技術(shù)的聯(lián)系十分緊密，應用了大量的專業(yè)和通用軟件。如網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)構(gòu)軟件、自動報警軟件、投訴電話軟件、表格處理軟件、繪圖軟件等。

2.3 配電網(wǎng)自動化技術(shù)的功能和架構(gòu)

綜合國內(nèi)外在配電網(wǎng)自動化技術(shù)上所使用的現(xiàn)狀，歸納出以下幾點功能和架構(gòu)。如SCADA系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以準確的收集數(shù)據(jù)，監(jiān)視配電網(wǎng)的運行狀況，當出現(xiàn)危險時可以自動發(fā)出報警信號并切斷危險區(qū)的電網(wǎng)聯(lián)接[5]。通過F / RTU模塊，實現(xiàn)無人化的饋電功能。由于控制點眾多，原有的操作基本上都是人工操作，現(xiàn)在通過網(wǎng)絡(luò)集合在中央控制中心，由控制員通過控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指示信號，由系統(tǒng)自動完成控制參數(shù)的調(diào)整和裝定。

在用電負荷管理上，配電網(wǎng)自動化技術(shù)可以智能化的協(xié)助管理人員制負荷的控制方針，對于用電高峰與低谷的調(diào)整策略?？梢宰詣由上嚓P(guān)的數(shù)學模型，并在實際應用中進行檢驗并加以自行修改以更好的適應控制的需要。還可以監(jiān)督各個開關(guān)的狀態(tài)，并顯示在控制中心的顯示屏上，當出現(xiàn)情況時準確的反應危險的級別和提示解決方案，并給予發(fā)生問題的系統(tǒng)的詳細信息和地理位置，以便人工維修第一時間到達。

2.4配網(wǎng)自動化實施中應注意的問題

配網(wǎng)自動化的實施涉及的部門多，投資大，是一項系統(tǒng)工程，因此配網(wǎng)自動化的規(guī)劃是必不可少的，必須結(jié)合當?shù)嘏潆娋W(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，制定詳細的配網(wǎng)自動化的實施計劃，整體考慮，分期分批實施，同時要和供電企業(yè)內(nèi)部信息化建設(shè)相協(xié)調(diào)。

配電線路設(shè)備的戶外運行環(huán)境，對開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備等提出了更高的要求，必須考慮雷擊過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、腐蝕、風沙、振動、電磁干擾等因素的影響，在開關(guān)的外絕緣材料、電子設(shè)備的設(shè)計、元器件的篩選等方面應綜合考慮其性價比。

此外，配電自動化系統(tǒng)中的站端設(shè)備進行遠方控制的頻繁程度比輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)要高得多，因此要求配電自動化系統(tǒng)中的站端設(shè)備具有更高的可靠性。

配電終端設(shè)備中的電源用于控制開關(guān)動作，正常情況下從線路中取得，線路失電后的后備電源應具有較高的可靠性。

在實施配網(wǎng)自動化后，降低了運行人員的勞動強度，提高了勞動效率，使運行人員對網(wǎng)絡(luò)的運行狀況掌握得更全面更快捷，為供電企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益。配網(wǎng)自動化的實施，改變了配電網(wǎng)傳統(tǒng)的運行管理方式，但對運行人員提出了較高的要求。

3. 配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)發(fā)展趨勢和發(fā)展前景

3.1 發(fā)展趨勢

現(xiàn)在西方發(fā)達國家的電力設(shè)備制造公司，如西門子，motorla，愛立信，東芝都全力研發(fā)配電網(wǎng)自動化技術(shù)，并已經(jīng)推出了大量的產(chǎn)品，廣泛就用在電網(wǎng)建設(shè)當中。以鄰國日本為例，在50年代就已經(jīng)在配電網(wǎng)應用了自動隔離裝備，70年代開始使用了微機控制，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛在配電網(wǎng)建設(shè)當中用了遠程控制系統(tǒng)和最新的電子技術(shù)。我國的起步較晚，但是起點相對較高，在技術(shù)的研發(fā)和應用都在世界的前列。設(shè)備的最新率和普及率已經(jīng)超過一些發(fā)達國家了，而且取得了相當?shù)呢S富經(jīng)驗。通信技術(shù)在近幾年里得到了迅猛的發(fā)展，尤其在配電網(wǎng)自動化中眾多先進的通信技術(shù)得以應用，在這其中以光纖通信最為突出和亮點，光纖以太網(wǎng)及SDH等先進的通信技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)實現(xiàn)普及。尤其是舊網(wǎng)改造當中，也廣泛推廣。

目前，對于功能完全下放的饋線自動化模式，國內(nèi)采用的方式與發(fā)達國家采用的有所不同，主要的采用形式是配電自動化設(shè)備相互配合的方式。例如，重合器方式，全斷路器方式等等。這些控制方式操作簡單，經(jīng)濟實用，被廣泛的采用。然而，對于重要負荷，這些控制方式不可避免的存在故障處理時間較長，導致非故障區(qū)短時停電，開關(guān)設(shè)備損耗大等缺點。因此，有必要研究一種全新的控制方式。我國對配電網(wǎng)供電的可靠性的99%的高要求，也使得進一步提高饋線故障的故障處理時間得到廣泛的認可，為研制饋線系統(tǒng)保護創(chuàng)造了需求。對于傳統(tǒng)系統(tǒng)保護是基于通信的一種保護方式，當線路發(fā)生故障時全網(wǎng)的配電終端信息共享，借助于傳遞的數(shù)據(jù)，可以一次有效的控制故障甚至于解決。此種方式能夠極大的提高供電可靠性，現(xiàn)在已經(jīng)應用在超高壓輸電網(wǎng)發(fā)行和建設(shè)當中中，這是因為繼電保護滿足時間和效率的需要，有選擇性地切除故障，維護系統(tǒng)的穩(wěn)定，在具有空前優(yōu)越的通信條件的配電網(wǎng)中完全有可能實現(xiàn)具有全新原理的饋線自動化。

3.2 發(fā)展前景

配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)的發(fā)展始終朝著智能性，高可靠性，數(shù)字性和安全性方向發(fā)展。具體如下：在變電站上實現(xiàn)了智能化管理，能夠在一定程度在實現(xiàn)全網(wǎng)的饋線自動化，也就是對線路的故障準確定位，并可以進行電位的自動修復。在配電管理上更加智能化，對用戶的用電特點和用電量等信息自動記錄，并作出分析圖表，以便電力調(diào)控人員作出有效的分析圖，可以更好的調(diào)控電力資源。而最新的技術(shù)方面則是更加強調(diào)整體的系統(tǒng)性能，強調(diào)分散性和集合性并舉，靈活將已有的技術(shù)與設(shè)備結(jié)合起來，可以節(jié)省投資，讓設(shè)備逐步的更新?lián)Q代。進一步提高設(shè)備的自我診斷、自我處理和自我“治療”的智能特性，最大限度的減少在極端條件下和用電高峰期對于用戶的不利影響。將最新的電子電器技術(shù)，現(xiàn)代測控技術(shù)，尤其是現(xiàn)代管理技術(shù)的進入，為用戶提供自助服務，包括繳費和增加設(shè)備等。

通信是未來配電網(wǎng)自動化管理技術(shù)的另一個重要發(fā)展方向，因為，一直以來，通信的不順暢是配電網(wǎng)存在的很嚴重的問題。只能實現(xiàn)一些簡單的點到點，或者點對多點的通信方式。控制終端之間無法進行有效的通信聯(lián)系，使得在現(xiàn)場檢測時需要大量的人力與物力。終端與控制臺之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)維護費時費力，同時帶寬有限，故障信號的接能力也不足。新的技術(shù)力圖解決這樣的問題，建設(shè)一個全覆蓋節(jié)點的IP網(wǎng)絡(luò)，干線網(wǎng)絡(luò)由光纖光纜組成，保證大容量、高速度的數(shù)據(jù)流需要，支線網(wǎng)絡(luò)采用傳統(tǒng)的模式，或者無線和載波進行互聯(lián)。在與舊模塊進行接合時，以保證與新系統(tǒng)的集成度。

4. 展望

配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)對整個電力行業(yè)的影響是明顯和積極的，我們應該緊跟現(xiàn)實的需要和時代的發(fā)展，了解技術(shù)對電網(wǎng)控制的創(chuàng)新力度，為我國國民經(jīng)濟的進一步大發(fā)展保駕護航。

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