淺談10千伏電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化

周譚仙

（惠州大亞灣華電電力安裝有限公司，廣東 惠州 516000）

1 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

城市配電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行的智能化管理及可靠性提出了更新的要求，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性的大幅度提高及微處理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加快了智能化電器元件的發(fā)展，更完善的智能化電氣管理系統(tǒng)也逐漸產(chǎn)生。相對(duì)于10 kV電力系統(tǒng)的綜合保護(hù)及系統(tǒng)監(jiān)控（SCADA系統(tǒng)）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，作為直接面向終端用戶的電力設(shè)備，其智能化應(yīng)用與研究起步相對(duì)較晚。有不少應(yīng)用于10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化監(jiān)控系統(tǒng)基本上是在SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)的，這樣雖然滿足了基本的監(jiān)控功能，但卻不能很好的體現(xiàn)10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和要求。為了解決這一問(wèn)題，美國(guó)能源控制公司（AEC）開(kāi)發(fā)并向市場(chǎng)推出了符合城市配電網(wǎng)控制要求且具有更高安全性的智能配電管理系統(tǒng)及其微機(jī)綜合保護(hù)裝置，更有效地實(shí)現(xiàn)10 kV電力系統(tǒng)的配電管理。

2 智能化配電系統(tǒng)的模式

2.1 10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化

根據(jù)我國(guó)行政管理體制及配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，可以看出我國(guó)現(xiàn)有的配電智能化基礎(chǔ)模式，配電智能化系統(tǒng)多采用分層控制處理的模式，具有代表性的城市10 kV配電智能化系統(tǒng)分4層，見(jiàn)圖1。

智能化配電系統(tǒng)是由具有通信功能的智能化設(shè)備（比如AEC公司的智能配電儀表等）經(jīng)數(shù)字通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了變電站電力設(shè)備運(yùn)行管理的智能化。這個(gè)電力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的故障分析、數(shù)字通信、實(shí)時(shí)采集、保護(hù)定值管理、遠(yuǎn)程操作與程序控制、事件記錄與告警、各類報(bào)表和設(shè)備維護(hù)信息管理等功能。面對(duì)10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)有時(shí)要直接面向控制終端，分布廣、設(shè)備多，且現(xiàn)場(chǎng)條件很復(fù)雜，其本身設(shè)備頻繁操作，容易出現(xiàn)故障脫扣等原因產(chǎn)生的諧波干擾及強(qiáng)電磁等現(xiàn)象，智能化配電系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)解決這些問(wèn)題的操作模式，其超強(qiáng)的抗干擾能力，重要的控制功能都是由設(shè)備層智能化設(shè)備完成，逐步形成了網(wǎng)絡(luò)集成式的完全分布控制系統(tǒng)，如此才能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的快速而安全的要求。電力系統(tǒng)的智能化元件就其功能可分為：開(kāi)關(guān)保護(hù)與控制、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制等。電力系統(tǒng)中智能化設(shè)備可以不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立工作，這樣就大大地提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和實(shí)用性，滿足工廠生產(chǎn)過(guò)程控制的要求及電器設(shè)備運(yùn)行管理的需要。

圖1 10 kV配電智能化系統(tǒng)

2.2 10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化的應(yīng)用模式

智能配電電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是美國(guó)能源控制公司（AEC）智能化產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)成套電力設(shè)備的要求和特點(diǎn)，該公司推出了AECONTROL監(jiān)控系統(tǒng)。其是集成變電站設(shè)備、變壓器及中壓電力設(shè)備的一體化分布式智能配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化主機(jī)是變電站一體化監(jiān)控平臺(tái)，提供電力系統(tǒng)集中監(jiān)控功能。該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層面都會(huì)配置前端機(jī)（PC機(jī)），經(jīng)內(nèi)部局域網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)連接；前端機(jī)以下是設(shè)備層開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，與變電站設(shè)備的智能化裝置相連。前端機(jī)為工業(yè)電腦，具有很強(qiáng)的抗干擾能力及通信處理功能，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，也實(shí)現(xiàn)了底層變電站設(shè)備的無(wú)縫連接。

在現(xiàn)階段我國(guó)大部分10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化裝置雖具有數(shù)字通信的功能，但卻不是嚴(yán)格經(jīng)互操作性和一致性測(cè)試過(guò)的電力設(shè)備，如果協(xié)議達(dá)不到統(tǒng)一，通信兼容性就會(huì)變的很差。而優(yōu)化后的10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化裝置就具有靈活的處理功能，滿足配電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性的要求，既兼容其他智能化裝置，也可連接標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，擴(kuò)展靈活，滿足用戶在變電站內(nèi)不同設(shè)備系統(tǒng)集成的不同要求。

2.3 配電智能化對(duì)設(shè)備開(kāi)關(guān)的要求

配電智能化與設(shè)備開(kāi)關(guān)有著密切的關(guān)系，配電智能化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)故障和自動(dòng)隔離，都要通過(guò) PC機(jī)對(duì)設(shè)備開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作來(lái)完成。配電智能化數(shù)據(jù)控制及采集，同樣也是通過(guò)設(shè)備開(kāi)關(guān)的相關(guān)接口來(lái)完成。正因?yàn)檫@些原因，我們從配電智能化系統(tǒng)的需求出發(fā)，對(duì)應(yīng)用在10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的全部設(shè)備開(kāi)關(guān)有如下要求：

（1）開(kāi)關(guān)具有手動(dòng)和電動(dòng)操作功能。

（2）具有彈簧儲(chǔ)能、直流電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，操作電源要采用直流48 V/24 V，盡可能小的容量。

（3）設(shè)備開(kāi)關(guān)應(yīng)要具有絕緣化、無(wú)油化、小型化和低功耗特點(diǎn)。

（4）設(shè)備開(kāi)關(guān)與 TA（電流互感器）、TV（電壓互感器）一體化設(shè)計(jì)，電壓互感器作為單相電源，容量應(yīng)為50 VA～100 VA，應(yīng)裝三相電流互感器，且電流互感器飽和度在測(cè)量電流互感器和保護(hù)電流互感器之間。

（5）狀態(tài)信號(hào)包括彈簧儲(chǔ)能信號(hào)、開(kāi)關(guān)分/合閘位置信號(hào)、刀閘信號(hào)等。

（6）控制接口必須具有分閘/合閘外接的控制接點(diǎn)。

除了上述要求以外，設(shè)備開(kāi)關(guān)應(yīng)在操作電源、操作機(jī)構(gòu)方面也要有所創(chuàng)新。傳統(tǒng)的模式中，采用的是直流220 V或交流220 V作為電源，這樣就很難與配電智能化系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。存供電的配電系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)使整條饋線失電。

2.4 10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)

如今先進(jìn)的測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新型的傳感器、現(xiàn)代化的通信技術(shù)為電力系統(tǒng)智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在各種電壓等級(jí)中，10 kV配電設(shè)備最具智能化的條件。

10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化系統(tǒng)中的各功能模塊都是采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)，各個(gè)模塊之間相互連接。具有可靠、高速的優(yōu)點(diǎn)。通信介質(zhì)用的是雙絞線，在總線上最多可掛100多個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且具有總線仲裁技術(shù)，支持信息傳輸可用短幀結(jié)構(gòu)，多主式通信，通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，這些特性都很適合于電力系統(tǒng)智能化的通信。10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化的通信控制器主要是與上位機(jī)通信、完成內(nèi)部通信和遠(yuǎn)動(dòng)功能。與上位機(jī)通信可以用串行口通信方式或局域網(wǎng)方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3 結(jié)束語(yǔ)

10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用從技術(shù)上涉及遠(yuǎn)動(dòng)、自動(dòng)控制、測(cè)量、通信、傳感技術(shù)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等知識(shí)，完善的電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化必須通過(guò)各專業(yè)人士的相互配合和相關(guān)單位之間的合作才能夠完成。目前，10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化技術(shù)地推廣應(yīng)用，受到現(xiàn)行部門管理體制的限制，一二次系統(tǒng)由不同的部門管理和維護(hù)，工程上也是進(jìn)行分別招標(biāo)。但是隨著10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化不斷發(fā)展，10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化必將是配電智能化系統(tǒng)的發(fā)展方向，作為配電智能化不可缺少的一部分，其市場(chǎng)前景也是相當(dāng)?shù)膹V闊。智能化配電系統(tǒng)正在向多功能、小型化方向發(fā)展，10 kV電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的智能化在電力系統(tǒng)中應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展將提高智能化電器產(chǎn)品在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)上的可靠性和兼容性，為人類造福。