農(nóng)村村鎮(zhèn)配網(wǎng)自動(dòng)化方案的探討

摘要 文章根據(jù)農(nóng)村村鎮(zhèn)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，以有代表性的丹徒谷陽(yáng)，上黨鎮(zhèn)實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)為背景，提出了農(nóng)村村鎮(zhèn)配網(wǎng)自動(dòng)化難點(diǎn)問題的解決思路。推出了適合大多農(nóng)村配網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃原則、就地方式的重合器方案、通信方案、主站方案等，同時(shí)提出配網(wǎng)自動(dòng)化三個(gè)部分分步實(shí)施的思想，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和可操作性。

關(guān)鍵詞 配網(wǎng)自動(dòng)化 饋線自動(dòng)化 通信系統(tǒng) 配網(wǎng)主站系統(tǒng)

0 引言

農(nóng)網(wǎng)是我國(guó)電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，除縣城外，農(nóng)村城鎮(zhèn)也是農(nóng)網(wǎng)中供電負(fù)荷相對(duì)集中的地區(qū)，為適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有必要采用配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)以提高供電可靠性。目前，我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化已經(jīng)進(jìn)入全面推廣階段，迫切需要研究經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的農(nóng)村配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)方案予以實(shí)施。

大家都知道，農(nóng)村村鎮(zhèn)配電網(wǎng)多為架空線路，通常含有集鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村兩部分，集鎮(zhèn)負(fù)荷相對(duì)集中，而鄉(xiāng)村負(fù)荷比較分散，具有供電半徑大、負(fù)荷分布極不均勻且往往資金短缺等特點(diǎn)。這必然導(dǎo)致在農(nóng)村實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化時(shí)，配網(wǎng)整體方案、饋線自動(dòng)化方案及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、通信系統(tǒng)方案，配網(wǎng)主站功能等都難以確定。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化總體方案

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)分為饋線自動(dòng)化、通信系統(tǒng)和配網(wǎng)主站三大部分。饋線自動(dòng)化是配網(wǎng)自動(dòng)化的核心和基礎(chǔ)，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)就故障隔離和恢復(fù)方式分為就地控制、遠(yuǎn)方控制兩種。

就地控制方式是以重合器之間的整定值配合實(shí)現(xiàn)，無需主站和通信系統(tǒng)。缺點(diǎn)，是在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，整定值難以配合，同時(shí)沒有主站系統(tǒng)，配調(diào)人員無法對(duì)線路情況實(shí)時(shí)監(jiān)控。

遠(yuǎn)方控制方式是通過配網(wǎng)主站對(duì)配電終端上傳的信息進(jìn)行分析、判斷、控制，它以可靠的通訊系統(tǒng)為前提。因此通信和配網(wǎng)主站系統(tǒng)必須與饋線自動(dòng)化系統(tǒng)同步實(shí)施。這種方式能夠解決網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜和對(duì)線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控問題，但一次性投入的資金比較大。

因此，確定配網(wǎng)自動(dòng)化的整體方案，首先根據(jù)資金情況，分步建設(shè)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)，并首先考慮采用就地方式實(shí)現(xiàn)實(shí)施饋線自動(dòng)化。其次，逐步擴(kuò)大饋線自動(dòng)化、通信和主站系統(tǒng)的規(guī)模。

2 饋線自動(dòng)化的網(wǎng)架規(guī)劃

基于農(nóng)村村鎮(zhèn)電網(wǎng)的特點(diǎn)，饋線自動(dòng)化的網(wǎng)架規(guī)劃需要解決兩個(gè)問題：什么樣的線路實(shí)施饋線自動(dòng)化和實(shí)施饋線自動(dòng)化的線路怎樣分段。

2.1實(shí)施饋線自動(dòng)化線路的選擇條件

(1)具備拉手條件的線路；重要負(fù)荷多、負(fù)荷密度高的集鎮(zhèn)地區(qū)線路。

(2)負(fù)荷較大、線路較長(zhǎng)的輻射線路。

(3)主干線已安裝或規(guī)劃安裝重合器且負(fù)荷較大、線路較長(zhǎng)的分支線路。

2.2線路分段原則

分段就是確定下列設(shè)備在線路的位置。

(1)分段重合器：雙電源環(huán)網(wǎng)和輻射線路上的分段重合器應(yīng)根據(jù)線路上的負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷密度及線路長(zhǎng)度確定安裝位置，還應(yīng)兼顧以下原則：

1)重要負(fù)荷集中區(qū)應(yīng)優(yōu)先保證獨(dú)立分段，條件允許時(shí)采用多電源供電。

2)為使故障后的停電范圍最小，分段后各段線路的負(fù)荷密度應(yīng)盡量均衡。

3)長(zhǎng)度在10km以內(nèi)的線路宜分為4段，以保證保護(hù)定值有一定級(jí)差，每段線路長(zhǎng)度盡量保持均衡。

(2)聯(lián)絡(luò)重合器：其安裝位置還應(yīng)兼顧行政轄區(qū)分界點(diǎn)。環(huán)網(wǎng)線路的電源點(diǎn)若屬于不同行政轄區(qū)，為滿足考核要求，可選擇轄區(qū)分界處作為聯(lián)絡(luò)重合器的安裝位置。

(3)分段器：重要負(fù)荷或負(fù)荷密度較大的分支線路應(yīng)考慮安裝分段器。確定分段器安裝位置時(shí)主要考慮負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷密度和環(huán)境等因素，負(fù)荷較小的分支線路可將分段器安裝在線路起點(diǎn)處，負(fù)荷較大的分支線路可根據(jù)負(fù)荷密度均衡的原則來選擇分段器安裝位置。

3 饋線自動(dòng)化解決方案

3.1就地重合器方案

以圖1所示的雙電源環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)為例，描述饋線自動(dòng)化故障處理過程。

(1)送電過程

變電站B1開關(guān)合閘，R₁首端①段受電后，按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)合閘；變電站B2開關(guān)合閘，R₂首端④段受電后，按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)合閘。正常運(yùn)行方式如圖1所示。

(2)停電過程

變電站B1開關(guān)分閘，R₁首端①段失電，按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)分閘；變電站B2開關(guān)分閘，R₂首端④段失電后，按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)分閘。

(3)①段故障

瞬時(shí)性故障發(fā)生時(shí)，由B1開關(guān)重合閘動(dòng)作恢復(fù)供電；永久性故障發(fā)生時(shí)，B1開關(guān)完成整定次數(shù)的重合閘動(dòng)作，分閘后不再合閘，R₁首端①段失電，并按整定時(shí)間延時(shí)分閘；R₀判斷②段失電并按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)合閘，②段恢復(fù)供電。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后如圖2所示。其中，①段永久故障被隔離，②、③、④段由電源2供電。

(4)②段故障

瞬時(shí)性故障時(shí)，由R₁重合閘動(dòng)作恢復(fù)供電；永久性故障發(fā)生時(shí)，R₁完成整定次數(shù)重合閘動(dòng)作，分閘后不再合閘，風(fēng)判斷②段失電按整定時(shí)間延時(shí)自動(dòng)合閘，合到故障上分閘后不再合閘。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后如圖3所示，其中，②段永久故障被隔離，①段由電源1供電，③、④段由電源2供電。

(5)分支線路故障

環(huán)網(wǎng)分段上的分支線路故障，通過安裝在分支線上的分段器與主干線重合器配合切除，如圖4所示。

R₁重合閘次數(shù)整定為一次，分段器記憶故障電流次數(shù)整定為一次。當(dāng)②段的分支線路發(fā)生故障，分段器S記憶一次故障電流，同時(shí)，足流過故障電流則根據(jù)保護(hù)整定值跳閘。R₁跳閘后，S判斷失壓且記憶次數(shù)達(dá)到整定值，延時(shí)跳閘(在足重合之前)，則該分支線的故障被隔離，R₁重合閘成功，恢復(fù)②段供電。

3.2繼電保護(hù)

分段開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)和重合閘，其整定值服從變電所出線開關(guān)的整定。具體原則如下：

(I)所有重合器設(shè)速斷保護(hù)和定時(shí)限過流保護(hù)。

(2)速斷保護(hù)定值按躲開被保護(hù)線路末端最大短路電流來整定。為保證選擇性，變電站出線開關(guān)的無時(shí)限速斷保護(hù)應(yīng)改為限時(shí)速斷保護(hù)。

(3)定時(shí)限過流保護(hù)按躲開被保護(hù)線路的最大負(fù)荷電流來整定。

(4)不同的運(yùn)行方式下保護(hù)定值應(yīng)重新進(jìn)行整定。

3.3主設(shè)備的選型

由故障處理過程可看出，分段和聯(lián)絡(luò)重合器應(yīng)具有如下功能：

(1)保護(hù)功能：速斷、定時(shí)過流、反時(shí)限過流、重合閘、保存定值并自動(dòng)切換；

(2)控制功能：遠(yuǎn)方控制、自動(dòng)控制、就地控制；

(3)環(huán)網(wǎng)功能：根據(jù)一側(cè)或二側(cè)PT(CVT)受電狀態(tài)按整定值自動(dòng)控制開關(guān)合分；

(4)通信功能：以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議與遠(yuǎn)方通信，實(shí)現(xiàn)“四遙”；

(5)電源：滿足操作機(jī)構(gòu)、終端設(shè)備和通信裝置用電，并配置備用電源且具有電壓保護(hù)預(yù)告警功能；

(6)戶外運(yùn)行：要求主設(shè)備在戶外運(yùn)行有較高的可靠性和維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

4 通信系統(tǒng)解決方案

(1)在資金充足的情況下，通信方式可選擇有線、載波、光纖等，其中光纖通信可靠性最高。應(yīng)依地形和資金情況而采用性能價(jià)格比較高的通信網(wǎng)。

(2)盡量利用已有資源，主要利用已初具規(guī)模的SDH通信系統(tǒng)。

(3)雙環(huán)自愈網(wǎng)是光纖通信中最可靠的通信方式，若通信設(shè)備具備形成通信環(huán)網(wǎng)的條件，可盡量采用雙環(huán)自愈通信網(wǎng)。

(4)不具備形成通信環(huán)網(wǎng)的通信設(shè)備，可采用鏈形通信方式。

5 主站方案

(1)對(duì)于新建或改造的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，可以綜合考慮配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能需求，采用配調(diào)一體化主站系統(tǒng)。

(2)已經(jīng)建立調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，在功能上已經(jīng)滿足地方經(jīng)濟(jì)3-5年發(fā)展的需要，而又不具備配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)功能的，可以單獨(dú)建立一套配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

(3)配網(wǎng)線路監(jiān)測(cè)數(shù)量比較少，可以建設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)化的配網(wǎng)主站／子站來完成饋線自動(dòng)化功能，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。

6 應(yīng)用實(shí)例

以江蘇丹徒谷陽(yáng)鎮(zhèn)、上黨鎮(zhèn)農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化成功案例為背景，結(jié)合以上的討論進(jìn)行分析。

6.1配網(wǎng)現(xiàn)狀

谷陽(yáng)鎮(zhèn)(包含丹徒新城區(qū))、上黨鎮(zhèn)位于鎮(zhèn)江丹徒南郊，其10kV配網(wǎng)主要由35kV駙馬變的4條10kV線路，35kV三山變的4條10kV線路及35kV上黨變的4條10kV線路構(gòu)成。2001年最高負(fù)荷達(dá)10000kW，負(fù)荷增長(zhǎng)率為20％。通過2001年的農(nóng)村電網(wǎng)改造工程，上述三個(gè)變電所之間已經(jīng)由10kV線路通過真空開關(guān)聯(lián)絡(luò)拉手，具備雙電源互供的條件。

6.2配網(wǎng)自動(dòng)化方案

(1)總體方案

由于丹徒谷陽(yáng)、上黨鎮(zhèn)配網(wǎng)既包含集鎮(zhèn)地區(qū)又包含鄉(xiāng)村地區(qū)，而且分支線較多，因而采用就地方式的重合器方案。又因資金有限，I期只實(shí)施饋線自動(dòng)化部分，II期將實(shí)施通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)。

(2)饋線自動(dòng)化方案

根據(jù)丹徒谷陽(yáng)、上黨鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)劃和負(fù)荷分布狀況，確定在以駙馬、三山、上黨3座35kV變電所為電源點(diǎn)的城鎮(zhèn)地區(qū)實(shí)行雙電源環(huán)網(wǎng)供電，其它鄉(xiāng)村地區(qū)的輻射線路加裝分段開關(guān)和分支開關(guān)?？紤]到戶外運(yùn)行的可靠性和減少維護(hù)量，選用免維護(hù)的自動(dòng)重合器設(shè)備。

(3)通信方案

丹徒供電公司現(xiàn)已具備較完備的光通信系統(tǒng)，主站和各變電所已形成了光纖環(huán)網(wǎng)，站端采用了SDH復(fù)用設(shè)備。結(jié)合通信現(xiàn)狀和丹徒的地理?xiàng)l件，配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)采用雙纖自愈光環(huán)網(wǎng)，利用SDH網(wǎng)絡(luò)和主站通信。

(4)主站方案

采用雙前置、雙數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、雙工作站冗余互備的雙網(wǎng)4機(jī)系統(tǒng)，前置機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器合二為一，實(shí)現(xiàn)基本的SCADA／DA功能及基本配電管理功能。

6.3本方案的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)首次提出將配網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用于農(nóng)村村鎮(zhèn)配電網(wǎng)中。

(2)提出農(nóng)村配網(wǎng)自動(dòng)化宜采用就地控制的重合器方案。

(3)提出實(shí)施饋線自動(dòng)化的線路選擇條件和線路分段原則，最大程度地提高實(shí)施后的供電可靠性。

(4)針對(duì)農(nóng)村地域廣闊，戶外條件較差的特點(diǎn)，采用戶外運(yùn)行可靠性高、免維護(hù)的設(shè)備，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，最大程度地減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。

6.4效益分析

(1)實(shí)施農(nóng)村配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)后，有效減少了事故、檢修時(shí)的停電范圍，減少了停電次數(shù)和停電時(shí)問，相對(duì)增加了供電量。

(2)對(duì)用戶來說，供電可靠性得到提高，停電時(shí)間減少，增加了創(chuàng)造的價(jià)值。

(3)由于采用了高可靠性設(shè)備，減輕了事故和檢修時(shí)的維護(hù)工作，降低了維護(hù)成本。

(4)高可靠性、高質(zhì)量的供電環(huán)境服務(wù)于用戶、服務(wù)于發(fā)展，也帶來了很好的社會(huì)效益。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文本著安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則，提出的農(nóng)網(wǎng)中實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化的思想，特別是三個(gè)部分分階段實(shí)施的思想，在江蘇丹徒谷陽(yáng)、上黨鎮(zhèn)的配網(wǎng)自動(dòng)化過程中得到了很好的運(yùn)用，從2001年以來，丹徒分期逐步實(shí)施了饋線自動(dòng)化、配網(wǎng)通信系統(tǒng)和主站系統(tǒng)，隨著丹徒電網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的線路在不斷增加，通信覆蓋范圍也在逐步擴(kuò)大，主站功能日益完善。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)已成為丹徒配電網(wǎng)運(yùn)行和管理的重要技術(shù)手段。