電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及解析

趙國富

摘 要：當(dāng)前，許多歐美發(fā)達(dá)國家的電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)趨向于成熟，自動(dòng)化的控制可以加強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。我國也逐漸注重電力系統(tǒng)中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，通過這樣做不僅保證供電的安全性，滿足用電用戶的需求，而且促進(jìn)電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；自動(dòng)化技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）31-0164-02

Abstract： At present， many developed countries in Europe and the United States distribution network automation technology has tended to mature， automation control can enhance the security of power system operation. Our country also gradually pays attention to the application of automation technology in power system， not only to ensure the security of power supply， to meet the needs of electricity users， but also to promote the sustainable development of power enterprises.

Keywords： power system； distribution network； automation technology； application

配電網(wǎng)自動(dòng)化是對配電網(wǎng)上的所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)方監(jiān)控以及協(xié)調(diào)的集成系統(tǒng)。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)是指多種現(xiàn)代高科技在配電網(wǎng)自動(dòng)化方面的應(yīng)用，主要包括現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等等。近年來，我國電力系統(tǒng)自動(dòng)化在多個(gè)方面都有迅速的發(fā)展，比如高壓網(wǎng)路、發(fā)電廠等等。然而在配電網(wǎng)上是相當(dāng)落后的。在我國城市化進(jìn)程的不斷加快的背景下，配電網(wǎng)供電質(zhì)量的矛盾日益突出，所以想要提高配電網(wǎng)供電質(zhì)量，必須要進(jìn)一步推進(jìn)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。

1 概述配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)具有較高的靈活性，其主要分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別是配電網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化終端以及配電網(wǎng)自動(dòng)化子站系統(tǒng)。

1.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)

配電網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是最頂層，分別是配電網(wǎng)應(yīng)用軟件子系統(tǒng)DAS、配電SCADA主站系統(tǒng)以及配電故障診斷恢復(fù)等等。[1]想要更好的保證配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在投入運(yùn)營之后，能夠滿足相關(guān)的技術(shù)要求，應(yīng)該對配電網(wǎng)應(yīng)用軟件子系統(tǒng)DAS和配電網(wǎng)故障診斷恢復(fù)做聯(lián)調(diào)測試。配電主站系統(tǒng)中的AM/GIS是獲得、保存和分析電力設(shè)備的屬性資料，從而建立的信息化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

1.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化終端系統(tǒng)

配電網(wǎng)自動(dòng)化終端系統(tǒng)是應(yīng)用于中低壓電網(wǎng)的每種遠(yuǎn)方監(jiān)測、控制單元的總稱，其關(guān)鍵功能是對開閉所、以及環(huán)網(wǎng)柜等進(jìn)行有力的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)FTU、TTU等各項(xiàng)功能、對故障的控制功能，為配電網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)提供更好的配合基礎(chǔ)，也為子站實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行中的工況檢測以及配電網(wǎng)故障中的非故障區(qū)域的修復(fù)，創(chuàng)造一些技術(shù)條件。

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化的現(xiàn)狀分析

配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要目的就是利用現(xiàn)代通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，對配電工作進(jìn)行計(jì)量、監(jiān)督、保護(hù)和監(jiān)督，從而達(dá)到提升供電質(zhì)量、改進(jìn)和用戶之間的關(guān)系，提供相對合理的用電價(jià)位以及提升配電部門的工作水平。想要有效處于電力企業(yè)與配電系統(tǒng)中的功能數(shù)據(jù)流，還需要從用電用戶的角度出發(fā)，充分考慮到降低運(yùn)行費(fèi)用以及提升服務(wù)質(zhì)量等等。[2]就目前的情況來分析，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)壞主要有以下幾種方法：其一，在樹狀線路或者10kV的輻射中，一般采取分段器和重合器的方法，這種方法可以借助自身的功能對供電過程中有可能出現(xiàn)問故障進(jìn)行修復(fù)和隔離，因此當(dāng)前是最為普遍應(yīng)用的。其二，通常在10kV環(huán)形電路中使用重合器，這樣做能夠與環(huán)網(wǎng)柜配合而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化。其三，將FTU加入到10kV環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)中，并且設(shè)置配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。其四，采用不同的環(huán)網(wǎng)，而且各個(gè)用電用戶的供電電源至少有兩個(gè)，這種方法在農(nóng)村應(yīng)用較少，大多數(shù)應(yīng)用于城市。

3 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化遵循的基本原則

3.1 適應(yīng)性

適應(yīng)性原則主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：其一，在配電網(wǎng)自動(dòng)化時(shí)，需要綜合考慮到當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展情況。[3]應(yīng)該根據(jù)用電的用戶情況和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件，將有限的資金投入到當(dāng)?shù)氐呐潆娋W(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)中。其二，結(jié)合配電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，開展自動(dòng)化工作。隨著我國網(wǎng)改的迅速發(fā)展，配電網(wǎng)在設(shè)備和規(guī)模上也提出新的要求。因此，在配電網(wǎng)自動(dòng)化工作開展過程中，必須要使配電網(wǎng)現(xiàn)狀與配電網(wǎng)自動(dòng)化程度相符合。其三，在配電網(wǎng)自動(dòng)化中，應(yīng)當(dāng)采用定時(shí)限保護(hù)的基本原則。這種原則通過時(shí)間階梯和電流階梯相重合的方法，實(shí)現(xiàn)上級(jí)和下級(jí)的配合方便。

3.2 逐步實(shí)施

配電網(wǎng)自動(dòng)化的基本條件是擁有的配電網(wǎng)點(diǎn)相對較多，同時(shí)還會(huì)涉及到配電網(wǎng)規(guī)劃、城市建設(shè)以及選擇設(shè)備等一系列的工程，對其進(jìn)行實(shí)施時(shí)，要具有一定的階段性。通常，主要有三個(gè)階段。第一階段，將自動(dòng)重合閘安裝在變電站出線上，以發(fā)揮保護(hù)的作用。此外，即將多組自動(dòng)配電開關(guān)安裝在出線路上，以構(gòu)建電壓控制系統(tǒng)。這個(gè)階段又稱為初級(jí)階段。第二階段，在第一階段的基礎(chǔ)上，安裝控制設(shè)備和通信設(shè)備，而且將自動(dòng)配電開關(guān)安裝在各個(gè)分支線路上。這些開關(guān)全部是由供電所控制，以便于對負(fù)荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。第三階段，增強(qiáng)各個(gè)供電所和配電管理中心之間的信息溝通交流，讓配電信息立即傳送到配電管理中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化控制和微機(jī)控制。

3.3 采用電流控制模式

電壓控制模式的不足之處在于，重合斷路器的合分操作以及發(fā)生故障時(shí)的自動(dòng)重合，使配電開關(guān)頻繁動(dòng)作，從而造成配電設(shè)備使用期限減少。[4]此外，因?yàn)樽詣?dòng)配電開關(guān)有合閘延誤的情況，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，線路最末端的一級(jí)完成合閘的時(shí)間就必須要延長到二十分鐘，從而直接影響供電的安全性、可靠性和連續(xù)性。

4 在電力系統(tǒng)中應(yīng)用配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的主要目的

現(xiàn)如今，我國配電網(wǎng)的供電方式受到各種因素的制約，比如：負(fù)荷分布、電源部位、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況等等，可以歸納為兩大類，分別是網(wǎng)格式和放射式。以上兩種供電方式都不可以很好的滿足我國《電力法》中要求供可靠性達(dá)到的規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)中配電網(wǎng)自動(dòng)化逐漸成為順應(yīng)發(fā)展趨勢的必然性。具體來說，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的目的主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

4.1 減少運(yùn)行成本

在過去，為了可以使重要用戶的供電穩(wěn)定得到保障，應(yīng)該采取由變電站直接向用戶多路供電或者互為備用的方式。該方式由于所需要的線路多而增加運(yùn)行成本，投資規(guī)模相當(dāng)大，并且設(shè)備可利用率不高，往往會(huì)出現(xiàn)線路閑置的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)中配電網(wǎng)自動(dòng)化，一方面，配電自動(dòng)化系統(tǒng)還能夠監(jiān)視配電線路和相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，為第一時(shí)間確定線路的故障部位，減少故障修復(fù)時(shí)間、減少維修費(fèi)用等創(chuàng)造良好的條件。另一方面，可以對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出合理的安排，一旦確認(rèn)用戶供電線路發(fā)生故障，就能夠立即由其他正常的線路繼續(xù)向用戶供電，從而使設(shè)備的潛力得到發(fā)揮，降低設(shè)備投入成本。

4.2 提高供電的安全性

電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化，能夠使運(yùn)行管理水平和供電質(zhì)量得到提高。首先能夠整合優(yōu)化無功潮流，降低線路損壞的幾率，以免因過大負(fù)荷造成供電質(zhì)量大幅度降低；然后，可以使維修工作和供電工作中所需的人力成本減少；最后，可以對配電網(wǎng)的負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行隨時(shí)隨地的監(jiān)控，為電網(wǎng)的合理規(guī)劃提供一些有意義的資料。此外，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)自動(dòng)化，能夠避免竊電等不良情況的出現(xiàn)。

4.3 促進(jìn)電力商業(yè)化的運(yùn)行

通過實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化，可以為電力商業(yè)化的平穩(wěn)運(yùn)行提供許多現(xiàn)代化的工具，也就是可以加大公開透明度。具體來說，第一，配電網(wǎng)自動(dòng)化可以遠(yuǎn)程監(jiān)控用戶計(jì)量設(shè)備，比如：控制負(fù)荷、適當(dāng)調(diào)整用電需求量以及更改和凍結(jié)用戶用電數(shù)據(jù)等工作。第二，可以為實(shí)行新結(jié)構(gòu)電力價(jià)格和催繳電費(fèi)提供有力的保障。

5 配電網(wǎng)自動(dòng)化的具體實(shí)施方案

5.1 自動(dòng)重合分段器方案

這種方案的特征是當(dāng)事故發(fā)生的時(shí)候，自動(dòng)重合器會(huì)按照故障出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)行判斷。因此，設(shè)置時(shí)間時(shí)，需要確保變電站內(nèi)部的斷路器要全部斷開，并且由線路斷路器延長時(shí)間進(jìn)行斷開。當(dāng)線路斷路器和變電站內(nèi)都斷開后，應(yīng)該重新合上變電站內(nèi)的斷路器，進(jìn)而確保電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)送電穩(wěn)定。此外，當(dāng)故障點(diǎn)上的開關(guān)再次合上的時(shí)候，站內(nèi)的斷路器會(huì)又一次斷開，以便于保證第二次送電成功。

5.2 饋線自動(dòng)化方案

這種方案主要分為兩種，分別是計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控模式與遠(yuǎn)方監(jiān)控混合模式。前者，這種模式有單獨(dú)的控制中心，運(yùn)作模式是饋線把從終端收集到的信息傳遞給主站，這樣只要配電網(wǎng)線路發(fā)生故障的時(shí)候，主站就會(huì)結(jié)合接收到的信息，進(jìn)行及時(shí)的判斷，從而排除故障而使供電功能得到恢復(fù)。后者，這種模式由三個(gè)部分組成，分別是自動(dòng)化開關(guān)、斷路器以及智能型負(fù)荷開關(guān)。不僅具有準(zhǔn)確排除故障的功能，而且可以接收遠(yuǎn)方監(jiān)控的信息，進(jìn)而主動(dòng)參與到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整中。

5.3 自動(dòng)重合器方案

這種方案是由兩個(gè)電源連接的環(huán)網(wǎng)劃分成有限段數(shù)，每段線路由相鄰的兩端重合器對其做出保護(hù)。只要配電網(wǎng)故障出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)及時(shí)由上一級(jí)的重合器先將故障斷開，盡量防止因變電站斷開而導(dǎo)致的分合。并且當(dāng)配電網(wǎng)的任何一段發(fā)生故障時(shí)，故障段兩端的重合器就會(huì)同時(shí)斷開，進(jìn)而起到隔離故障的作用。這樣在出現(xiàn)故障時(shí)，可以有針對性地及時(shí)排除故障，提升配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

6 結(jié)束語

總而言之，先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備可以幫助企業(yè)完成技術(shù)升級(jí)，增加經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)可以有效的提升供電的安全性和可靠性，保證供電質(zhì)量，改進(jìn)對用戶的服務(wù)水平，為電力企業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。對于電力企業(yè)來說，還要注重人才培養(yǎng)，以便于更好的實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化。

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