開平市配網(wǎng)自動化的現(xiàn)狀及規(guī)劃

譚風(fēng)光

摘要:分析開平市配網(wǎng)自動化的現(xiàn)狀，提出配網(wǎng)自動化實施的規(guī)劃

關(guān)鍵詞:配網(wǎng)自動化 現(xiàn)狀 規(guī)劃 原則

0 引言

開平市地處珠三角地區(qū)，隨著改革開放的不斷深入，其經(jīng)濟(jì)正在不斷發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活對電力的需求越來越大，要求也越來越高。持續(xù)、穩(wěn)定、高效的電能供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的有力保障，而目前薄弱的配網(wǎng)環(huán)節(jié)將會嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)建設(shè)及電力發(fā)展，因此在我市進(jìn)行配網(wǎng)改造，實現(xiàn)配網(wǎng)自動化是必需的。

1 配網(wǎng)現(xiàn)狀

至2007年底，開平市10kV配電網(wǎng)共有10千伏線路環(huán)網(wǎng)線路35條，環(huán)網(wǎng)率26.9％，其中：城區(qū)28條，環(huán)網(wǎng)率為61.4％；農(nóng)村7條環(huán)網(wǎng)率為9.7％。其余10kV線路直接由變電站向用戶（直接或T接方式）供電。

開平市的配網(wǎng)自動化目前尚停留在可研階段，對配電網(wǎng)的停送電調(diào)度由人工完成，手續(xù)繁瑣，辦理時間長。對于配網(wǎng)結(jié)構(gòu)為輻射型，且柱上開關(guān)為非智能設(shè)備的線路，線路故障時常常只能跳站內(nèi)開關(guān)，導(dǎo)致整條線路停電。

2 配網(wǎng)自動化的功能

在電網(wǎng)中由配電線路引發(fā)的故障時有發(fā)生，故障發(fā)生后，如何盡快恢復(fù)供電是配網(wǎng)自動化的一項重要內(nèi)容。實際上，配網(wǎng)自動化最根本的任務(wù)也就是在最短的時間內(nèi)完成對故障的定位、隔離和恢復(fù)供電。它們的發(fā)展可分為三個階段：

2.1 利用裝設(shè)在配電線路上的故障指示器，由電力檢修人員查找故障區(qū)段，并利用柱上開關(guān)設(shè)備人工隔離故障區(qū)段，恢復(fù)正常區(qū)段的供電。該方式的停電時間長，恢復(fù)供電慢。

2.2 利用智能化開關(guān)設(shè)備（如自動重合器、自動分段器等），在一條線路上裝若干開關(guān)，附有控制器，當(dāng)線路發(fā)生故障時，控制器根據(jù)電壓和時間的配合，自動隔離故障，恢復(fù)供電。該方式的自動化水平較高，無需計算機(jī)及通信系統(tǒng)就可實現(xiàn)控制功能，成本較低。缺點是開關(guān)設(shè)備需要增加合、分動作的次數(shù)才能完成故障的隔離和恢復(fù)供電。這類配網(wǎng)自動化嚴(yán)格地講是饋線自動化（FA），原理類似于繼電保護(hù)。

2.3 將開關(guān)設(shè)備和饋線終端單元（FTU）集成為具有數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制功能的智能型裝置，與計算機(jī)控制中心進(jìn)行實時通信，控制中心采用SCADA技術(shù)實現(xiàn)對配電網(wǎng)的監(jiān)控。各配電自動化終端（DAU，亦稱小RTU或FTU），不斷采集信息（開關(guān)分/合、接地及線路電流/電壓）通過通信系統(tǒng)上送主站計算機(jī)系統(tǒng)，讓配調(diào)中心能對整個配電網(wǎng)實時監(jiān)控。當(dāng)線路發(fā)生故障時，主站根據(jù)DAU采集上來的故障信息及全網(wǎng)實時信息，進(jìn)行分析，自動做出決策，重新配網(wǎng)，將故障點兩側(cè)開關(guān)拉開，隔離故障點，然后主站再繼續(xù)遙控有關(guān)開關(guān)，恢復(fù)無故障部分的供電。這樣可一次性完成故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，避免短路電流對線路和設(shè)備的多次沖擊。存在的主要缺點是：要依賴于通信，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響配電系統(tǒng)可靠性的因素較多。這種配網(wǎng)自動化(DAS)是自動化發(fā)展的方向。

3 開平配網(wǎng)自動化的規(guī)劃

針對開平市的配網(wǎng)城區(qū)及農(nóng)村地區(qū)發(fā)展的不平衡及特點的不同，先確定開平市配網(wǎng)自動化規(guī)劃原則：①配網(wǎng)自動化應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范、分步分類型實施。應(yīng)從滿足配網(wǎng)運行實際出發(fā)，注重項目性能價格比，不過分追求完全和高級功能。②架空網(wǎng)自動化系統(tǒng)與電纜網(wǎng)自動化系統(tǒng)分列原則，即：主干線以架空線為主的饋線應(yīng)納入架空網(wǎng)自動化系統(tǒng)模式；主干線以電纜為主的饋線應(yīng)納入電纜網(wǎng)自動化系統(tǒng)模式。③架空網(wǎng)自動化系統(tǒng)以每條饋線為單位安排實施，優(yōu)先實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)自動化模式。④電纜網(wǎng)自動化系統(tǒng)宜以每個變電站的供電范圍為單位成片實施，優(yōu)先考慮在城區(qū)負(fù)荷密度大、電纜化程度高的區(qū)域?qū)嵤?/p>

根據(jù)開平市配網(wǎng)自動化規(guī)劃原則，實施大致可分如下階段：

3.1 改造現(xiàn)有配電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 運行合理可靠的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的前提條件，開平市城區(qū)及負(fù)荷較重的鎮(zhèn)的目標(biāo)網(wǎng)架是10千伏線路逐步達(dá)到“2-1”要求，有條件的向“3-1”過渡。實施配網(wǎng)自動化必須以電網(wǎng)的建設(shè)與改造為基礎(chǔ)，并與之相結(jié)合，通過配網(wǎng)網(wǎng)架的建設(shè)，使其適合配網(wǎng)自動化實施的需要。

3.2 建立控制中心（主站／區(qū)域主站）實行遠(yuǎn)方集中監(jiān)測和控制 在完成配網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)的基礎(chǔ)上，增加SCADA遠(yuǎn)方和通信裝置。當(dāng)饋線發(fā)生故障時，能自動判斷饋線故障區(qū)段和故障性質(zhì)，并自動隔離故障區(qū)域。運行人員可利用遠(yuǎn)動裝置，通過遙控操作和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方式恢復(fù)對各非故障區(qū)域的送電，并及時發(fā)布搶修命令及搶修后恢復(fù)正常運行供電的命令等。

3.3 城區(qū)及負(fù)荷較重的鎮(zhèn)及地區(qū)配網(wǎng)自動化方案

3.3.1 環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、開閉所方式 在我市城區(qū)內(nèi)，由于用戶比較集中，很適合在環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用開閉所或環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的自動化方式。在城市商業(yè)繁華、人口密集地方,以環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜為主體。開關(guān)柜設(shè)備體積不大，可方便安裝于人行道、綠化帶、停車場等地，無須征地和蓋房，雖然設(shè)備本身價格貴些，但總體經(jīng)濟(jì)效果不錯。開關(guān)柜的出線回路數(shù)可根據(jù)所在地域和用戶的數(shù)量的要求設(shè)定,一般為二進(jìn)四出,當(dāng)進(jìn)出線回路較多,規(guī)模更大時可轉(zhuǎn)變?yōu)殚_閉所,開閉所中設(shè)計量柜、聯(lián)絡(luò)柜等。環(huán)網(wǎng)柜一般以負(fù)荷開關(guān)與熔斷器相配合,當(dāng)一路電源發(fā)生故障后,會有另一路電源快速切換到母線,恢復(fù)正常的供電。對開閉所監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式,在放設(shè)電纜時一并設(shè)置,主要以光纖和市話線為主,以減少干擾。開閉所有運行環(huán)境較好、外界影響因素較少等優(yōu)點,也是城市主干道的較好的方案。見圖1

3.3.2 市內(nèi)架空配網(wǎng)方式 我市目前城區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)基本以裸線架空導(dǎo)線和架空絕緣導(dǎo)線為主，對于雙回路架空線，在輸電路線上根據(jù)用戶要求設(shè)配電變壓器或設(shè)雙電源，架空線路以雙電源環(huán)網(wǎng)供電方式。見圖2

這種配電方式結(jié)構(gòu)簡單，布置形式靈活，但設(shè)備都集中在戶外式安裝，受環(huán)境條件的影響較深，正常條件下R0為開路運行，Bl、B2分別供電。當(dāng)異常情況下向另一端自動供電，架空線路方案可以再劃分為三種類型：分段器型、斷路器型、重合器型。

選擇實現(xiàn)自動化功能的架空線路時應(yīng)考慮以下因素：①變電站10kV出線斷路器具有微機(jī)保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)兩次重合閘。②線路不會在2－3年內(nèi)因城市改造而電纜化。③優(yōu)先考慮供電距離長、事故率較高和10kV中性點為小電阻接地方式的架空線。④線路負(fù)荷重，供電可靠性要求相對較高。⑤若采用環(huán)網(wǎng)模式，考慮到互為轉(zhuǎn)供，每回10kV饋線的負(fù)荷不宜超過50％。

原線路柱上開關(guān)比較殘舊，正考慮更換。

從網(wǎng)架及負(fù)荷等條件分析，雖然從整體上說開平市實施配網(wǎng)自動化的條件還不成熟，但進(jìn)行試點工作的條件卻已具備。開平城區(qū)長沙島區(qū)由110kV長沙站供電，負(fù)荷密度大（1.38萬千瓦/平方公里），而且負(fù)荷增長進(jìn)入穩(wěn)定期。各10kV線路已初步改造完成，網(wǎng)架較為堅實，基本實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)率90％），電纜化程度高（61.7％），供電分區(qū)明確，各線路負(fù)荷控制較好，設(shè)備預(yù)留了自動化接口。可見在該區(qū)進(jìn)行配網(wǎng)自動化試點工作較為適合。

3.4 負(fù)荷較輕的農(nóng)村地區(qū)配網(wǎng)自動化方案。由于受負(fù)荷及網(wǎng)架等條件的限制，負(fù)荷較輕的農(nóng)村地區(qū)以實現(xiàn)就地控制，無數(shù)據(jù)傳輸功能的簡單自動化功能為主，使用桿上自動化開關(guān)設(shè)備，利用自具的特性或智能，決定自己的合分動作，以實現(xiàn)配網(wǎng)的故障定位、故障隔離及非故障區(qū)恢復(fù)供電的自動化，縮小故障停電范圍和縮短停電時間。

3.5 建立配網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)（GIS）。在已經(jīng)開發(fā)了地理信息系統(tǒng)（GIS）的平臺上嘗試將配網(wǎng)自動化的信息接入，把配網(wǎng)設(shè)備用計算機(jī)管理起來，使種類多分布廣的配電設(shè)備圖形化、直觀化，提高配網(wǎng)的管理水平。根據(jù)開平配網(wǎng)的現(xiàn)有基礎(chǔ)，可先進(jìn)行初步工作，通過大量的數(shù)據(jù)錄入工作，將所有配電線路、設(shè)備的圖形與臺帳全部錄入GIS系統(tǒng)，先實現(xiàn)圖形的編輯、瀏覽、查詢、動靜態(tài)臺帳的維護(hù)、設(shè)備的查詢統(tǒng)計以及基于局域網(wǎng)實現(xiàn)圖紙Web瀏覽等基本功能。

3.6 建立主站系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃自然包括主站系統(tǒng)的規(guī)劃，主站系統(tǒng)規(guī)劃涉及到系統(tǒng)規(guī)模、與變電站自動化系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)（SCADA）的配合等問題。

3.6.1 主站系統(tǒng)規(guī)模及其功能。配電自動化系統(tǒng)（DAS）的規(guī)模要根據(jù)所控制的配電網(wǎng)面積大小來決定，目前從我市城區(qū)所轄的配電網(wǎng)來看可定為中型系統(tǒng)，暫時建一個DAS控制市區(qū)配電網(wǎng)。DAS本身是以SCADA技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，二者監(jiān)控功能差不多，可對配電網(wǎng)進(jìn)行實時監(jiān)視，也可辦理配電網(wǎng)的正常停送電調(diào)度，但DAS有一個獨特功能，即配電網(wǎng)的故障定位、故障隔離及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，由DAS計算機(jī)自動實現(xiàn)配電網(wǎng)事故處理，實時性強。該功能又類似于繼電保護(hù)，可靠性高。DAS也可像SCADA一樣上局域網(wǎng)（Intranet），以便各負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)可通過局域網(wǎng)了解配電網(wǎng)實時信息。

3.6.2 DAS與變電站自動化配合問題。DAS要監(jiān)控整個配電網(wǎng)，還要分析故障所在線段，需要采集配電網(wǎng)各開關(guān)的信息，還要采集變電站10kV出線斷路器信息，包括斷路器狀態(tài)量、保護(hù)信息以及必要的電流測量。因此DAS與變電站的RTU或綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)有個通信口，以便取得必要的信息。也可與SCADA聯(lián)網(wǎng)解決。

3.6.3 DAS與調(diào)度自動化（SCADA）的配合問題。DAS要實現(xiàn)自動故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，就必須通過SCADA系統(tǒng)遙控變電站出線斷路器，恢復(fù)供電，DAS不可越權(quán)，這就需要DAS與SCADA之間通信，從而使兩個系統(tǒng)能協(xié)調(diào)互補，當(dāng)DAS系統(tǒng)辦理重要的10kV線路的停送電調(diào)度時也可方便地向市調(diào)（SCADA系統(tǒng)）備案。

3.6.4 通信方式。DAS與SCADA可采用光纖聯(lián)網(wǎng)。DAS與子站(FTU)間的通信可采用光纖或市話線，考慮到光纖投入大，可暫時采用市話線進(jìn)行通信。

3.7 利用控制中心計算機(jī)系統(tǒng)實行自動控制 除配備了遠(yuǎn)動、通信手段外，應(yīng)繼續(xù)開發(fā)計算機(jī)自動控制系統(tǒng)，由計算機(jī)自動控制系統(tǒng)完成故障判斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，自動恢復(fù)對各非故障區(qū)域的供電。

在故障區(qū)域被隔離后，配電管理中心或地區(qū)調(diào)度所將迅速派出搶修人員至故障地點搶修。當(dāng)搶修完成，可以恢復(fù)供電時，由運行人員啟動，計算機(jī)自動控制系統(tǒng)能按正常運行方式恢復(fù)配電網(wǎng)的正常供電方式。

4 結(jié)束語

配網(wǎng)自動化在開平市的推廣，其前景是明朗的，它將把開平電網(wǎng)的自動化水平提高到一個新臺階，但它作為一新興技術(shù)，配網(wǎng)自動化工作在國內(nèi)也是剛起步不久，所以要多借鑒國內(nèi)外成功實例，先將規(guī)劃工作做周全，在現(xiàn)階段的工作重點是做好網(wǎng)架建設(shè)及試點工作的開展。

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