配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及配網(wǎng)自動化分析

劉將 李化彪 陳良 劉德洋

摘要：配網(wǎng)自動化就是指通過現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)等和電力設(shè)備相結(jié)合，和電網(wǎng)事故的監(jiān)控、保護(hù)、計量等相關(guān)的管理工作相互融合，改善供電質(zhì)量。通過對配網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及能夠自動化改造，提高配網(wǎng)供電可靠性，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)自動化;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

隨著社會工業(yè)化水平的不斷提高，社會對電力的需求量越來越大。電力市場發(fā)生了很大的改變，為了保證充足的電能質(zhì)量，減少配網(wǎng)供電過程中發(fā)生的電力安全事故，提高配電網(wǎng)的可靠性，電力部門開始大力建設(shè)中低壓電網(wǎng)。城市配電網(wǎng)在國家設(shè)計指導(dǎo)方針不斷進(jìn)行改造和建設(shè)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)配網(wǎng)以及配網(wǎng)供電可靠性得到明顯的提高。

1.配網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及配網(wǎng)自動化的必要性

配電網(wǎng)是由架空線路、塔桿、配電變壓器、隔離開關(guān)、電纜、無功補(bǔ)償電容及一些附屬設(shè)備組成，在電力網(wǎng)中起著重要分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)，可分為城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)。配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)呈輻射狀，由于配電線路的R/X較大，難以保證在輸電網(wǎng)中常用的這些算法在配電網(wǎng)的潮流計算中其收斂性。當(dāng)前，為滿足人們用電需求，須采取優(yōu)化配電網(wǎng)供電，改造配電網(wǎng)自動化等手段來提高供電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。

2.配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式與不同結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的自動化方案

2.1環(huán)網(wǎng)形式

2.1.1對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，解決電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題。通過大量自動化饋線的使用，構(gòu)建供電環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的開環(huán)運(yùn)行。此外，在開關(guān)的斷路器和配電室內(nèi)環(huán)網(wǎng)負(fù)載開關(guān)位置安裝兩個變電站，通過變電站和斷路器的相互配合，完成保護(hù)工作，其中，配合時間差為0.3秒。電網(wǎng)環(huán)路開關(guān)的控制在電網(wǎng)優(yōu)化過程中起到的主要作用有：饋線開關(guān)受線路變化的影響變小;通過開關(guān)的閉合調(diào)節(jié)變電所的電路，從而實(shí)現(xiàn)變電站的饋線保護(hù)系統(tǒng)，達(dá)到有效降低系統(tǒng)失誤的目的。

2.1.2環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在配網(wǎng)結(jié)構(gòu)框架上安裝網(wǎng)絡(luò)終端，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有自動智能識別功能，從而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的自動化。利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化的原理主要是控制電路開關(guān)的閉合來實(shí)現(xiàn)自動控制，將中間的開關(guān)分閘，外部的四個開關(guān)與內(nèi)部的一個開閉所合閘，如果電路開關(guān)在工作中出現(xiàn)故障，開閉所內(nèi)部的開關(guān)就會實(shí)現(xiàn)斷路器的功能，會自動切斷故障電路，此時，故障電流就會改變流向，流向配電終端的第一個開關(guān)，第二個開關(guān)的電流自動切斷。與此同時，終端控制會發(fā)揮其故障修復(fù)功能，通過隔離故障電路實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的保護(hù)功能，并通過閉合相關(guān)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)正常供電。對電路進(jìn)行環(huán)網(wǎng)的自動化改造具有很大的優(yōu)勢，可以通過開閉所的位置調(diào)節(jié)設(shè)置子站，對系統(tǒng)中的饋線進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)信息系統(tǒng)的自動化管理。

2.1.3環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自動化優(yōu)化方式

需要在環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中安裝一個可以自動識別的網(wǎng)絡(luò)客戶端，通過信息的傳遞對所有環(huán)網(wǎng)中的線纜進(jìn)行實(shí)時的檢測與集中的保護(hù)，遇到故障會進(jìn)行相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的告警，從而達(dá)到自動化優(yōu)化的方式。另外，當(dāng)兩路開關(guān)中的一個開關(guān)出現(xiàn)問題之后，可以自動的倒換，然后在集中告警上顯示故障開關(guān)，這樣，一是可以直接處理故障問題，避免由于一路開關(guān)問題導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)受損，二是通過集中告警可以實(shí)時的出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的故障，便于巡檢人員的及時發(fā)現(xiàn)和及時處理，真正做到自動化分析和處理，實(shí)現(xiàn)故障隔離。

2.2架空配電網(wǎng)的優(yōu)化

在改造配電網(wǎng)的過程中，通過供電網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合調(diào)整，進(jìn)行架空配電網(wǎng)的改造，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的開環(huán)工作。如果在考慮成本問題的前提下想要減少配電網(wǎng)中的負(fù)載聚焦，在電網(wǎng)進(jìn)行配電的過程中，可以利用分段器或重合器的配合實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動供電的目的。這種配電方法優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)移供電線路便捷，斷開故障電路的維修操作簡單，可綜合提高電網(wǎng)的可靠性和電網(wǎng)的供電性能。

2.3優(yōu)化輻射狀配電網(wǎng)

輻射狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電方式是目前國內(nèi)農(nóng)村主流的配電方式。通過多臺分段器和單臺重合器的配合構(gòu)成輻射狀的配電線路，實(shí)現(xiàn)從故障隔離到恢復(fù)供電的自動控制。此外，故障線路的指示器在連接重合器的過程中，有效的判斷故障點(diǎn)的位置。同時，要完善輻射狀的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必須在變電站的出線位置的斷路器上安裝重合器，通過二次重合與多臺分段器才能實(shí)現(xiàn)有效配合。在配電網(wǎng)線路出現(xiàn)故障時，通過重合器切斷故障電流，就可有效的解決重合器和分段器配合過程中的二次重合問題，可以大幅度減小故障電路的檢修時間。輻射狀配網(wǎng)結(jié)構(gòu)也有其不足之處，當(dāng)任意一條線出現(xiàn)故障時，其它線路都會出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，影響供電的穩(wěn)定性，對供電造成大范圍影響，因此，輻射狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電方式無法滿足城市的供電需求。

3. 配電網(wǎng)的自動化通信

3.1自動化系統(tǒng)

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)及人民生活水平的不斷提高，用電用戶對電力的需求量越來越高，對電力質(zhì)量需求也越來越高。配網(wǎng)自動化在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，在國內(nèi)電力自動化領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，已成為電力行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。雖然配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)是通信技術(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中需要選擇與國內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)狀相匹配的通信方式，配電網(wǎng)的自動化通信才能順利實(shí)現(xiàn)。通過通信技術(shù)、電子技術(shù)以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用，逐漸形成了自動化的配電網(wǎng)絡(luò)，此外，在配電網(wǎng)內(nèi)部將配電網(wǎng)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與地理圖形的有效結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，促進(jìn)配電系統(tǒng)供電的智能化發(fā)展。

3.1.1通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)通常完成配網(wǎng)和區(qū)域站的功能，擁有非常重要的地位。通信系統(tǒng)中的主站和子站的信息量傳輸往往較大，而且對于通道數(shù)據(jù)傳輸速度的要求很高，由于其節(jié)點(diǎn)較少的特性，可以選用光纖環(huán)網(wǎng)或者光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高速的通信傳輸。雖然光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用更為成熟，但是光纖以太網(wǎng)具有更優(yōu)的性能，是未來發(fā)展的主要趨勢。

3.1.2通信方案

通信方案的內(nèi)容豐富，主要包括子站之間、主站對現(xiàn)場單元、主站對子站、子站對現(xiàn)場單元以及現(xiàn)場單元之間的通信。主站對子站以及主站對現(xiàn)場單元之間的通信是目前國內(nèi)實(shí)施試點(diǎn)主要的通信方案。饋線是子站中常用的一種通信方式，但饋線的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而各地的供電特點(diǎn)不一致，因此，想要找到匹配的供電模式非常困難?，F(xiàn)階段，國內(nèi)常用的通信模式有光纖、載波、無線等方式，但結(jié)合實(shí)際狀況，混合通信方案是最有效的。

3.2配電網(wǎng)自動化的實(shí)現(xiàn)

配電網(wǎng)工作的重點(diǎn)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的通信。針對配電網(wǎng)覆蓋范圍大、面積廣等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用光纖、載波等通信方式，既便于安裝，又可以最低的成本實(shí)現(xiàn)安全可靠的通信效果。配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信的自動化主要通過多種混合方式實(shí)現(xiàn)，主干道光纖通信具有通信量大、速度快、信號強(qiáng)、抗擾性能好、保密性高等特點(diǎn)，是目前城市中應(yīng)用最廣泛的通信技術(shù)。但主干道光纖通信的設(shè)備成本高、安裝復(fù)雜等特點(diǎn)，其發(fā)展在一定范圍內(nèi)收到限制。無線擴(kuò)頻通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，其主要劣勢在于繞射能力薄弱和易受到障礙物的阻擋，因此，此技術(shù)適合在平原地區(qū)的農(nóng)村使用。

4.結(jié)束語

綜上所述，電力系統(tǒng)想要保障運(yùn)行過程的安全性以及穩(wěn)定性，需要促進(jìn)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及配網(wǎng)自動化水平的提升，配電網(wǎng)工程是供電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，特別是近年來社會的快速發(fā)展，對于供電水平提出了更高的要求，促進(jìn)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及配網(wǎng)自動化的發(fā)展能夠減輕管理人員的勞動負(fù)擔(dān)，大大提升供電可靠性，切實(shí)為我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展貢獻(xiàn)應(yīng)有的力量。