電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

胡愛(ài)春

（福州萬(wàn)山電力咨詢有限公司，福建福州 350108）

電力能源是我國(guó)非常重要的基礎(chǔ)能源之一，為國(guó)民基本生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了非常重要的貢獻(xiàn)。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，如何保障配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的可靠性和穩(wěn)定性是供電企業(yè)亟需解決的問(wèn)題[1]。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，能夠顯著提升配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性[2]。基于智能配電網(wǎng)能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)線路中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，同時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障問(wèn)題的線路進(jìn)行有效隔離，縮小由于電路故障導(dǎo)致的停電范圍[3]。隨著我國(guó)電力領(lǐng)域的不斷發(fā)展，目前智能配電網(wǎng)在實(shí)踐中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要介紹了電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用情況。對(duì)于提升電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，具有一定的實(shí)踐意義。

1 智能配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體框架

電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)是需要與電力用戶直接連接的線路，所以在運(yùn)行過(guò)程中特別容易出現(xiàn)各種故障問(wèn)題。如果處理不當(dāng)，由于故障問(wèn)題導(dǎo)致的停電范圍會(huì)擴(kuò)大，影響電力用戶的使用體驗(yàn)。通過(guò)建立智能化配電網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)中出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)定位，并對(duì)故障線路進(jìn)行自動(dòng)化隔離，從而縮小故障導(dǎo)致的停電范圍。結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)智能配電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)方案如圖1 所示。由圖可知，整個(gè)框架方案由多個(gè)部分構(gòu)成，分別為通訊信道、配電終端以及主站/子站系統(tǒng)等。

1.2 運(yùn)行基本原理

結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)的智能化運(yùn)行方式主要有兩種，分別為集中型和就地型。

第一，就地型。通過(guò)配電網(wǎng)中設(shè)置的配電終端，主要包括DTU 和FTU 對(duì)線路中出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行檢查，另外，線路中的配電終端、負(fù)荷開(kāi)關(guān)以及斷路器等硬件設(shè)施會(huì)將相關(guān)的信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式，目前主要是通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，傳輸?shù)阶诱鞠到y(tǒng)中，然后子站系統(tǒng)將線路的故障信息、開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息等匯總后傳輸給主站系統(tǒng)，最后主站系統(tǒng)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行研判后，通過(guò)短信管理系統(tǒng)將故障信息發(fā)送給運(yùn)維人員進(jìn)行處理。

第二，集中型。這種形式的特點(diǎn)就是沒(méi)有子站系統(tǒng)，線路中設(shè)置的各種硬件設(shè)施采集到的信息，全部直接傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。其中，DTU 和FTU 的作用主要就是對(duì)線路中的電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息進(jìn)行收集，主站系統(tǒng)對(duì)搜集的信息進(jìn)行綜合分析后，如果認(rèn)為某個(gè)線路存在故障問(wèn)題，就會(huì)下達(dá)指令對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，切斷相關(guān)的故障線路。本系統(tǒng)中采用的是就地型運(yùn)行模式，能夠提升系統(tǒng)整體的可靠性。

2 主要硬件設(shè)施的選型設(shè)計(jì)

以下主要對(duì)智能配電網(wǎng)中的主站系統(tǒng)、配電終端以及通信設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1 主站系統(tǒng)

選用E8820 型配電網(wǎng)用調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，內(nèi)部中使用的處理器具有多核并行運(yùn)算能力，擁有非常優(yōu)越的數(shù)據(jù)處理能力，完全能夠滿足智能配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的計(jì)算需要。主站系統(tǒng)中設(shè)置有30 塊容量為1TB 的硬盤，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可以根據(jù)需要對(duì)硬盤的數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。主站系統(tǒng)可以對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)所有的電力用戶進(jìn)行集中管理，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行分析，還可以對(duì)配電網(wǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取分析，基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)潛在的故障隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)。配電網(wǎng)管理人員可以基于主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障警告信息，第一時(shí)間對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行處理，縮短停電的時(shí)間和縮小停電的范圍。

2.2 終端FTU 選型設(shè)計(jì)

在智能配電網(wǎng)中，配電終端的主要作用是對(duì)線路運(yùn)行過(guò)程中的各種狀態(tài)信息進(jìn)行收集并傳入主站系統(tǒng)中進(jìn)行分析。本研究中選用的控制終端（FTU）型號(hào)為RDCU-1A/X，該型號(hào)終端采用的是模塊化設(shè)計(jì)，CPU 采用的是32 位微處理器，具有非常強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力，且有很好的拓展性能，方便配電網(wǎng)智能化系統(tǒng)后續(xù)各項(xiàng)功能的拓展。使用的軟件具有很好的兼容性，能夠兼容市面上常見(jiàn)的硬件設(shè)施，具有豐富的接口。環(huán)境適應(yīng)性方面，可以在-40℃～70℃范圍內(nèi)正常工作，所以完全可以適應(yīng)室外的工作需要。如圖2 所示為控制單元面板。

圖2 控制單元面板

利用RDCU-1A/X 型號(hào)控制終端可以對(duì)配電網(wǎng)中的關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行遙測(cè)、遙信和遙控。另外，還可以與其他配電網(wǎng)中的智能控制終端實(shí)現(xiàn)通信，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的分布式智能化監(jiān)測(cè)與控制?？刂平K端有多種數(shù)據(jù)信息通信方式，包括工業(yè)以太網(wǎng)和RS485，基于這兩種通信形式可以與外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，以便對(duì)其進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。

開(kāi)關(guān)選用的是斷路器，具體型號(hào)為ZW20-12/630。該斷路器具有很好的保護(hù)功能，一旦配電網(wǎng)線路中出現(xiàn)了故障問(wèn)題，導(dǎo)致線路中產(chǎn)生較大的故障電流時(shí)，斷路器可以快速對(duì)相關(guān)線路進(jìn)行切斷處理，以達(dá)到隔離故障線路的目的。開(kāi)關(guān)內(nèi)部已經(jīng)配備了三相CT 和獨(dú)立的零序CT，同時(shí)配備了三相五柱PT，可以對(duì)三相線路中的電壓值以及零序電壓量進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 通信設(shè)備選型

如圖3 所示為電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，配電網(wǎng)系統(tǒng)中使用的各種硬件設(shè)施與配網(wǎng)主站系統(tǒng)之間，主要是通過(guò)GPRS 公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。這樣可以規(guī)避了鋪設(shè)大量有線通信網(wǎng)絡(luò)的困難，提升通信過(guò)程的便捷性和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)該功能，需要為配電網(wǎng)中所有的終端配備GPRS 模塊，并且基于通信網(wǎng)絡(luò)公司提供的VPN 專用通道實(shí)現(xiàn)與主站系統(tǒng)的連接。本研究中選用的GPRS模塊型號(hào)為WD-500C，該裝置具有通信加密功能，可以對(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，避免了數(shù)據(jù)信息泄露。

圖3 智能配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 智能配電網(wǎng)的實(shí)踐應(yīng)用研究

3.1 工程概況

某10kV 配電網(wǎng)共設(shè)置有54 臺(tái)變壓器，需要向4300 多電力用戶進(jìn)行供電，整體的線路長(zhǎng)度將近46 km，根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)該線路進(jìn)行了智能配電網(wǎng)技術(shù)改造。改造完成后進(jìn)行了6 個(gè)月時(shí)間的測(cè)試。在測(cè)試期間，系統(tǒng)針對(duì)配電網(wǎng)中出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行了4 次有效隔離，半年時(shí)間內(nèi)，用戶同期的用電量增長(zhǎng)了33 萬(wàn)kW·h，電價(jià)按照0.6 元/kW·h 進(jìn)行計(jì)算，則半年時(shí)間內(nèi)為供電企業(yè)創(chuàng)造了19 多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。另外，由于智能配電網(wǎng)中具有故障的自動(dòng)隔離、自動(dòng)定位等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)于故障的排除效率提升了3 倍以上。

3.2 自動(dòng)隔離故障技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)智能配電網(wǎng)技術(shù)改造，在配電網(wǎng)中安裝了很多故障指示器和自動(dòng)化開(kāi)關(guān)。通過(guò)這些硬件設(shè)施的使用，系統(tǒng)可以快速定位出現(xiàn)故障問(wèn)題的位置，縮短了故障的定位時(shí)間，提升了故障排除效率。同時(shí)，還可以有效隔離故障線路，第一時(shí)間恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。本案例中，半年時(shí)間內(nèi)該10 kV 配電網(wǎng)共出現(xiàn)了4 次故障問(wèn)題，智能配電網(wǎng)系統(tǒng)均在第一時(shí)間對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行定位并隔離，平均的故障定位時(shí)間為15 s。未進(jìn)行智能配電網(wǎng)改造前，每次出現(xiàn)故障都需要安排6 名工作人員進(jìn)行故障排除，平均的故障定位時(shí)間為4.5 h?？梢?jiàn)，通過(guò)使用智能配電網(wǎng)，不僅顯著降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還急劇提升了故障排除效率，為電力用戶的可靠用電奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 短信提示信息技術(shù)的應(yīng)用

一旦智能配電網(wǎng)中出現(xiàn)了故障問(wèn)題，位于現(xiàn)場(chǎng)的各種硬件設(shè)施，比如智能開(kāi)關(guān)、故障指示器等，會(huì)將相關(guān)的故障信息第一時(shí)間上傳到主站服務(wù)器中。智能配電網(wǎng)系統(tǒng)中的短信管理系統(tǒng)會(huì)將相關(guān)故障信息通過(guò)短信的方式發(fā)送給電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)工作人員的手機(jī)上。如果是電壓時(shí)間型開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了保護(hù)動(dòng)作，那么短息中會(huì)給出開(kāi)關(guān)的具體位置、保護(hù)是否閉鎖或者恢復(fù)等信息；如果是普通保護(hù)型開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了保護(hù)動(dòng)作，那么短信中會(huì)給出開(kāi)關(guān)的具體位置、保護(hù)種類、重合閘等信息；如果是故障指示器出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作后，短信中會(huì)給出具體位置以及具體的故障種類信息。配電網(wǎng)運(yùn)維人員根據(jù)短息提示，可以快速達(dá)到故障現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展工作，有效保障了故障排除的效率。

3.4 故障導(dǎo)航可視化以及巡檢管理模塊的應(yīng)用

配電網(wǎng)中出現(xiàn)故障問(wèn)題以后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)并通過(guò)短信方式提醒運(yùn)維人員，運(yùn)維人員確認(rèn)故障信息后，系統(tǒng)可以自動(dòng)化生成配電網(wǎng)線路位置的規(guī)劃圖。規(guī)劃圖中會(huì)具體顯示故障的具體位置以及現(xiàn)場(chǎng)的照片，故障及其簽單的時(shí)間和人員等信息，所有信息一目了然。另外，系統(tǒng)還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自動(dòng)化生成到達(dá)故障地點(diǎn)的路線規(guī)劃圖，運(yùn)維人員根據(jù)路徑規(guī)劃圖可以在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)故障地點(diǎn)。此功能對(duì)于運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)非常方便，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)中涉及很多的硬件設(shè)施并且比較分散，基于路徑規(guī)劃圖能顯著地縮短運(yùn)維人員在路途中的時(shí)間。運(yùn)維人員到達(dá)配電網(wǎng)故障地點(diǎn)后，正式開(kāi)展運(yùn)維工作前，系統(tǒng)會(huì)彈出相關(guān)核實(shí)確認(rèn)單，確認(rèn)無(wú)誤后即可開(kāi)展工作，降低了出現(xiàn)人為失誤的概率。

4 結(jié)論

已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)進(jìn)行智能化建設(shè)，能顯著提升配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性，降低配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題的概率，為電力用戶提供更加完美的服務(wù)，所以配電網(wǎng)的智能化建設(shè)是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)，介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)框架方案，對(duì)系統(tǒng)中使用的主要硬件設(shè)施進(jìn)行了詳細(xì)闡述。最后將設(shè)計(jì)的智能配電網(wǎng)應(yīng)用到某10kV 線路中，對(duì)其各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)均達(dá)到了預(yù)期效果。智能配電網(wǎng)的成功應(yīng)用，為電力用戶提供了更加穩(wěn)定的電力服務(wù)，為供電企業(yè)創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益。