談通過(guò)配網(wǎng)自動(dòng)化提高供電可靠性

摘要：供電可靠性直接反映了供（農(nóng)）電系統(tǒng)對(duì)用戶的供電能力，同時(shí)也反映出電力工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)電能需求的滿足程度，是供（農(nóng)）電系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、生產(chǎn)運(yùn)行等方面質(zhì)量和管理水平的綜合體現(xiàn)。主要結(jié)合目前吉林城郊地區(qū)農(nóng)電系統(tǒng)10kV配電網(wǎng)的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，結(jié)合該地區(qū)未來(lái)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方向，探討了如何通過(guò)合理提高配網(wǎng)自動(dòng)化功能以提高供電可靠性的可行方案，重點(diǎn)談到以實(shí)現(xiàn)配電開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化為突破，實(shí)施配電自動(dòng)化的可行性。

關(guān)鍵詞：供電可靠性；配電網(wǎng)；配電自動(dòng)化

作者簡(jiǎn)介：王輝（1969-），男，吉林省吉林市人，吉林省農(nóng)電有限公司吉林城郊分公司經(jīng)理，高級(jí)工程師。（吉林 吉林 132013）

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0188-02

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展和人民生活水平日新月異地提高，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)正面臨著提高供電可靠性的迫切要求。吉林市城郊地區(qū)的配電網(wǎng)也在逐步地改進(jìn)和發(fā)展，從無(wú)到有，從放射到環(huán)網(wǎng)。但辦公設(shè)施的現(xiàn)代化、生活用品的電氣化以及企業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化都無(wú)法忍受任何理由的哪怕是很短時(shí)間的停電。而城鄉(xiāng)配電線路的現(xiàn)狀是：設(shè)備陳舊、故障率多、停電影響面積大，配電網(wǎng)供電可靠性較低，即使是相對(duì)較好的市區(qū)供電可靠性也不過(guò)為99.97%左右，而農(nóng)村的供電可靠性則更低。這一切都說(shuō)明結(jié)合電網(wǎng)的規(guī)劃發(fā)展配電自動(dòng)化，已經(jīng)成為保證吉林市城郊地區(qū)供電可靠性的一個(gè)重要支柱了。

一、通過(guò)增強(qiáng)配網(wǎng)自動(dòng)化以提高供電可靠性的構(gòu)想

配網(wǎng)自動(dòng)化是指對(duì)配電線路的故障能夠進(jìn)行快速診斷、自動(dòng)隔離，以縮小故障停電范圍，快速恢復(fù)非故障段供電，提高供電可靠性。配電自動(dòng)化是把現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將對(duì)配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、協(xié)調(diào)、管理配電網(wǎng)各環(huán)節(jié)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行。

配電線路自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)是一個(gè)高投入、高技術(shù)、高難度、長(zhǎng)周期、多方位的系統(tǒng)工程。電力相關(guān)部門應(yīng)該立足于國(guó)情和電網(wǎng)現(xiàn)狀，保證供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運(yùn)行費(fèi)用。為此，提出以下構(gòu)想：

1.配網(wǎng)自動(dòng)化涉及范圍的確定

涉及的范圍：已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的部位有調(diào)度自動(dòng)化、66kV變電自動(dòng)化，10kV及以下配電網(wǎng)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，在本文當(dāng)中配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要是指10kV及以下配電網(wǎng)的自動(dòng)化。配網(wǎng)自動(dòng)化的范圍應(yīng)以10kV饋線自動(dòng)化為主，覆蓋了0.4V低壓配電臺(tái)區(qū)自動(dòng)化。

2.配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)提高供電可靠性的作用

配電線路安裝的自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作的成功率一般達(dá)到40%～50%的水平（按照全國(guó)的繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)），那么重合閘不成功的部分將希望由饋線自動(dòng)化來(lái)承擔(dān)。

變電站備用電源自動(dòng)切換的動(dòng)作成功率一般達(dá)到97%～98%的水平，它可以使變電站的停電的母線再一次得到電源，它已經(jīng)大大減少了外來(lái)電源對(duì)配電線路失去電源的影響和供電變壓器的停電影響。

電源側(cè)的線路的自動(dòng)恢復(fù)供電的功能（包括上級(jí)線路的自動(dòng)重合閘和電源的自動(dòng)切換），也很大程度上減少了因外部的影響而停電的情況。

饋線自動(dòng)化的動(dòng)作行為是對(duì)上述三點(diǎn)裝置供電連續(xù)性的補(bǔ)充，而最主要的是對(duì)配電線路本身永久性故障時(shí)的補(bǔ)充，但它不能代替上面裝置全部的動(dòng)作行為。

那么，整個(gè)上述部分的自動(dòng)化綜合起來(lái)就實(shí)現(xiàn)了10kV配電網(wǎng)自動(dòng)化，對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性起到很大的提高作用。

二、配網(wǎng)自動(dòng)化的幾種方式

目前實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化大體有以下幾種方式：

第一種方式：在10kV輻射型或樹(shù)枝型線路裝設(shè)重合器、分段器的方式。由于不需要配置通信通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身功能進(jìn)行線路故障時(shí)的故障隔離和恢復(fù)供電，因而其實(shí)施較容易。但這種方式在線路故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)多次的重合沖擊，這對(duì)很多用戶來(lái)說(shuō)是無(wú)法承受的。而如果在重合器和分段器上配至饋線遠(yuǎn)方終端（FTU），并架設(shè)通訊通道、設(shè)置主站，依靠FTU信息來(lái)縮短故障定位時(shí)間，就能克服多次重合的缺點(diǎn)，但因架空線路路徑都很長(zhǎng)，投資也要相應(yīng)增加許多，所以架空的通訊的方式增加了故障的幾率。

第二種方式：在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)中采用重合器，配合環(huán)網(wǎng)柜實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。但此項(xiàng)需要重合器的保護(hù)曲線與環(huán)網(wǎng)柜的熔絲和用戶變壓器的熔絲保護(hù)間緊密配合，因而只適合小區(qū)電網(wǎng)的配電自動(dòng)化需求。

第三種方式：在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)中采用環(huán)網(wǎng)柜加FTU的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)柜一般有兩進(jìn)兩出，數(shù)個(gè)環(huán)網(wǎng)柜構(gòu)成一個(gè)供電單元。主站根據(jù)各環(huán)網(wǎng)柜上FTU送來(lái)的信息經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算，發(fā)出指令遙控各環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，達(dá)到迅速確定故障位置和恢復(fù)供電的目的。這種方式的故障隔離時(shí)間一般為1分鐘左右，適合于城郊類的集中供電區(qū)。

第四種方式：我國(guó)原有的城區(qū)大多是延街道敷設(shè)的架空絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的10kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)，目前一般都先將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造為來(lái)自兩個(gè)變電所電源的“手拉手”環(huán)網(wǎng)線路，線路分段器改造為可遙控的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，主站通過(guò)處理每個(gè)開(kāi)關(guān)的FTU信息，遙控開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷，對(duì)故障進(jìn)行隔離，此種方式一般適用于電網(wǎng)改造。

前兩種方式為過(guò)去的饋線自動(dòng)化（FA），已無(wú)法滿足當(dāng)今配電網(wǎng)發(fā)展的需要，今天通常說(shuō)的配電自動(dòng)化是指配電網(wǎng)自動(dòng)化（DAS）。

三、城郊配電自動(dòng)化建議模式

吉林城郊地區(qū)配電自動(dòng)化實(shí)施有現(xiàn)實(shí)的難度，但配電自動(dòng)化是未來(lái)的發(fā)展方向，需要合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配電設(shè)備（主要指開(kāi)關(guān)）以滿足自動(dòng)化的要求。

城郊地區(qū)采用斷路器式的大型開(kāi)關(guān)站有其歷史和現(xiàn)實(shí)的原因。東北地區(qū)采用的是500/220/66/10的電壓體系，這個(gè)體系是歷史遺留的。在高密度城郊類城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中，單用戶的容量普遍較大，在66/10的電壓體系中如采用分散的小開(kāi)閉所的環(huán)網(wǎng)模式會(huì)給66kV變電所出口數(shù)量造成較大壓力。這方面東北地區(qū)與南方地區(qū)的35/10電壓體系有所不同，當(dāng)然將電壓從10kV提高到20 kV可解決以上問(wèn)題，但這項(xiàng)改造涉及問(wèn)題很多，本文中就不再論述。

因此筆者認(rèn)為在城郊農(nóng)網(wǎng)以開(kāi)關(guān)站電纜網(wǎng)系統(tǒng)為主體，逐步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的配電網(wǎng)自動(dòng)化是吉林城郊農(nóng)網(wǎng)最實(shí)、經(jīng)濟(jì)效益最明顯、最實(shí)用化的自動(dòng)化發(fā)展模式。

下面就此模式中的自動(dòng)化問(wèn)題分析如下：

1.配電開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化方案

（1）配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。城郊網(wǎng)格式電纜配網(wǎng)結(jié)構(gòu)最適用于實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化。一般雙母線工作，分段開(kāi)關(guān)處于熱備用狀態(tài)。開(kāi)關(guān)站大部分采用電纜出線，各段線路長(zhǎng)度較短。

（2）配電開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的基本功能。模擬量采集：三相電壓、電流、有功、無(wú)功、計(jì)算電量、功率因素、頻率等；開(kāi)關(guān)量采集：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、貯能狀態(tài)等；遠(yuǎn)方/就地控制：對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合閘操作；進(jìn)線/出線/分段繼電保護(hù)功能；分段備自投；故障自動(dòng)隔離；故障隔離后的負(fù)荷恢復(fù)。

（3）配電開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化的基本配置。從完成的功能來(lái)看可選擇：純FTU模式和保護(hù)監(jiān)控合一模式。采用純FTU模式時(shí)：一般開(kāi)關(guān)柜已有常規(guī)繼電器保護(hù)或熔斷器。FTU安裝于各回路上，采集各類數(shù)據(jù)及故障電流。其故障隔離及恢復(fù)供電由子站/主站系統(tǒng)完成。

2.保護(hù)動(dòng)作和故障隔離

若開(kāi)關(guān)站內(nèi)某段母線連接的線路中有兩回（含進(jìn)線）以上的FTU采集到故障電流，則為站外出線故障。符合分閘條件的開(kāi)關(guān)全跳開(kāi)，CB重合后電源進(jìn)線合閘恢復(fù)供電。

若開(kāi)關(guān)站內(nèi)只有一回FTU采集到故障則為母線故障。變電所CB跳閘，開(kāi)關(guān)站A FTU檢測(cè)到故障，跳A開(kāi)關(guān)，跳B(niǎo)開(kāi)關(guān)，閉鎖重合閘及受進(jìn)線開(kāi)關(guān)的重合閘，其他開(kāi)閉所備自投啟動(dòng)。此時(shí)需故障處理后人工恢復(fù)送電。

若開(kāi)關(guān)站內(nèi)沒(méi)有一回FTU采集到故障，在電壓為零后則為電源故障，分段備自投啟動(dòng)。

由上可見(jiàn)，在電源開(kāi)關(guān)處啟用重合閘，各開(kāi)關(guān)站投入備自投后，該配電網(wǎng)絡(luò)任一點(diǎn)故障，均能按正確要求隔離故障點(diǎn)并在10秒左右恢復(fù)供電。

3.配電網(wǎng)自動(dòng)化的其他方面

（1）遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)FTU、TTU對(duì)線路開(kāi)關(guān)、配電臺(tái)區(qū)（變壓器）的監(jiān)控。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性功能主要包括保護(hù)動(dòng)作、環(huán)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)方控制、就地手動(dòng)等四方面。配電自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要問(wèn)題是線路電源（儀表與操作電源）和傳輸規(guī)約。

在開(kāi)關(guān)站電纜網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的電源問(wèn)題的解決要比在架空線上和環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)方便得多。

需合適規(guī)約作為遠(yuǎn)動(dòng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并為此預(yù)留接口，滿足開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化向整體配電自動(dòng)化擴(kuò)展的需要，如新的101規(guī)約已得到了一定程度的應(yīng)用。

（2）通信方案：廣義的配電自動(dòng)化的通信方案包括主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站之間、現(xiàn)場(chǎng)單元之間的通信等較廣的范圍。

目前實(shí)施的完整配電自動(dòng)化試點(diǎn)工程系統(tǒng)的通信方案指主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的通信。通信是配電自動(dòng)化的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣：光纖、電力載波、有線電纜、微波、擴(kuò)頻等。而對(duì)城郊的開(kāi)關(guān)站自動(dòng)化來(lái)講，通信干線采用光纖有較高的性價(jià)比（因其供電半徑較短，而且城郊的電纜敷設(shè)以管網(wǎng)為主，有良好的光纖敷設(shè)通道）。

（3）主站網(wǎng)絡(luò)與軟件功能：配電自動(dòng)化的主站功能包括SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控、GIS（地理信息系統(tǒng)）在線管理、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等。但在實(shí)施配電網(wǎng)自動(dòng)化工程中，應(yīng)避免走入這樣的誤區(qū)：以GIS代SCADA，實(shí)時(shí)處理圖形，增加了計(jì)算機(jī)工作負(fù)擔(dān)，人為地降低了系統(tǒng)安全可靠性。以提高供電可靠性為第一目標(biāo)的電網(wǎng)，SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控是重點(diǎn)同時(shí)確保主站信息處理及時(shí)，GIS在線管理為次，應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

從吉林城郊農(nóng)電局的實(shí)際需要和發(fā)展需求來(lái)看，目前的配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)配（網(wǎng)）調(diào)（度）合一的設(shè)計(jì)；技術(shù)上統(tǒng)一平臺(tái)、管理上易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約資金（包括節(jié)約建設(shè)資金和維護(hù)費(fèi)用），為電力企業(yè)奠定信息化管理的基礎(chǔ)。

四、城郊配網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)與配電自動(dòng)化的注意事項(xiàng)

1.一次網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃合理，接線方式簡(jiǎn)單，具有足夠的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力

在電網(wǎng)規(guī)劃和用戶供電方案的制定當(dāng)中，充分利用現(xiàn)有的資源做好配網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)互倒，減少放射型線路。利用配電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)能力提高供電可靠性，不再采用傳統(tǒng)的為了保證輻射型饋線可靠性，而在變電所端加雙母線帶側(cè)路的復(fù)雜方式。

不能把一條供電線路的容載能力一次全部利用，要充分考慮實(shí)施配電自動(dòng)化時(shí)，負(fù)荷在各變電所、線路間切換時(shí)的余量。一般應(yīng)按N-1的可靠性原則來(lái)規(guī)劃，這是中壓環(huán)網(wǎng)安全的保證。

2.配電設(shè)備自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遙控和智能功能

配電設(shè)備應(yīng)選擇更長(zhǎng)時(shí)限免維護(hù)的產(chǎn)品，在開(kāi)關(guān)站建設(shè)中最好選用那些一次二次設(shè)備統(tǒng)一集成好，并具有串行通訊接口供遠(yuǎn)方監(jiān)控用的開(kāi)關(guān)設(shè)備。在開(kāi)關(guān)站的設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)選擇時(shí)，要對(duì)柜門的防震能力和間隔尺寸提出要求，以便開(kāi)孔施工安裝集成化的測(cè)量、控制和保護(hù)的自動(dòng)化設(shè)備。

五、結(jié)束語(yǔ)

目前在吉林城郊地區(qū)實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化還有諸多困難，但這是配電發(fā)展的趨勢(shì)。再者，城郊地區(qū)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較迅猛的地方，用戶對(duì)于供電可靠性的要求相當(dāng)高，提高供電可靠性實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化是一項(xiàng)非常重要的工作，也是為了提高供電企業(yè)管理水平以適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的變革需要。

（責(zé)任編輯：宋秀麗）