配電網(wǎng)及其自動(dòng)化探討

【摘要】我國的配電系統(tǒng)存在著自動(dòng)化程度低、供電損耗大、出現(xiàn)故障時(shí)無法及時(shí)恢復(fù)，這就對(duì)企業(yè)的增效與降耗造成了一定的影響，無法適應(yīng)電力運(yùn)行體制的市場化改革。實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，不僅有利于供電可靠性的提高，同時(shí)還有助于配電管理系統(tǒng)的完善和管理水平的提高。本文就配電網(wǎng)及其自動(dòng)化進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；自動(dòng)化；內(nèi)容；功能

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民的生活水平得到了進(jìn)一步的改善與提高，對(duì)電力的需求也會(huì)隨之增大，同時(shí)用戶對(duì)電能的質(zhì)量的也越來越高。為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，確保電力事業(yè)的發(fā)展，滿足安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量，傳統(tǒng)的供電技術(shù)與管理方法很難滿足現(xiàn)代配電網(wǎng)的要求，因此提出了配電網(wǎng)的自動(dòng)化。

一、配電網(wǎng)的構(gòu)成

配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電（有時(shí)也稱供電和用電）中直接面向電力用戶的功能。由配電設(shè)備包括饋線、降壓變壓器、斷路器、各種開關(guān)在內(nèi)構(gòu)成的配電網(wǎng)和繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測量、計(jì)量儀表以及通信與控制設(shè)備構(gòu)成一個(gè)配電系統(tǒng)按一定的規(guī)則運(yùn)行，確保電能持續(xù)高質(zhì)量的滿足用戶的需求，我國電力系統(tǒng)中，將110kV及以下的電網(wǎng)作為配電網(wǎng)。通常將110kV、35kV電壓等級(jí)的電網(wǎng)稱為高壓配電網(wǎng)；6—10kV電壓等級(jí)的稱為中壓；0.4kV電壓等級(jí)（包括380V、220V）的稱為低壓配電網(wǎng)。配電網(wǎng)遍布城市、農(nóng)村，配電線有架空裸線、架空塑料線、電纜線等。城市配電網(wǎng)的趨勢盡量采用電纜線或架空塑料線，而農(nóng)村大多采用架空裸線。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，配電網(wǎng)目前分為三種，即輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)。

當(dāng)更換配電網(wǎng)的設(shè)備、變更配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了盡量縮小停電范圍，要進(jìn)行系統(tǒng)的切換操作，因此在配電網(wǎng)的有關(guān)地點(diǎn)需設(shè)置開關(guān)設(shè)備（或閘刀），一般設(shè)置在電桿柱上，故稱柱上設(shè)備，這種開關(guān)設(shè)備可用于故障的切除或線路的恢復(fù)，可以是手動(dòng)，亦可以是自動(dòng)。

配電網(wǎng)是電力生產(chǎn)和供用電的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，直接與各種用戶相關(guān)聯(lián)，也是保證對(duì)用戶安全、穩(wěn)定、連續(xù)供電的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了提高供電的可靠性和質(zhì)量，除了對(duì)配電網(wǎng)一次系統(tǒng)作合理地布局外，還必須對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)控制，其目的是采用現(xiàn)代電子、通信和計(jì)算機(jī)等技術(shù)和裝備對(duì)配電網(wǎng)與用戶在正常運(yùn)行和事故情況下實(shí)行自動(dòng)監(jiān)測、保護(hù)、控制和管理，提高供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，改善服務(wù)并提高工作效率。

二、配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容

配電自動(dòng)化是20世紀(jì)80年代末期逐步發(fā)展起來的，內(nèi)容也在不斷變化。通常將從變電、配電到用電過程的變電站自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用戶自動(dòng)化以及配電管理自動(dòng)化（包括網(wǎng)絡(luò)分析）等的內(nèi)容統(tǒng)稱為配電管理系統(tǒng)，有的文獻(xiàn)將變電站自動(dòng)化，饋線自動(dòng)化、用戶自動(dòng)化等三方面的內(nèi)容稱為配電自動(dòng)化系統(tǒng)。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及遠(yuǎn)方終端設(shè)備組成，以實(shí)時(shí)的方式實(shí)行對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制和操作，并與上一級(jí)的電力調(diào)度自動(dòng)控制系統(tǒng)相聯(lián)系，是一種可以使配電在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)，主要包括配電網(wǎng)監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)和需方管理等幾個(gè)部分。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，可將配電網(wǎng)供電的110kV主變電站的10kV部分監(jiān)視，到10kV饋線自動(dòng)化以及10kV開閉所、配電變電站和配電的自動(dòng)化，都稱為配電SCADA系統(tǒng)。

饋線自動(dòng)化是指在正常情況下，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電壓、電流的情況，而且能完成線路開關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作，如果出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)的獲得故障的記錄，并自動(dòng)判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域供電。

在遠(yuǎn)方對(duì)配電網(wǎng)中的變壓器的具體的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視即為變壓器巡檢。補(bǔ)償電容器的遠(yuǎn)方投切或自動(dòng)投切即為無功補(bǔ)償，引入地理信息系統(tǒng)，由于配電網(wǎng)有很多的節(jié)點(diǎn)，設(shè)備不集中，配電網(wǎng)的正常運(yùn)行和地理位置有一定的關(guān)系，把必要的數(shù)據(jù)庫和GIS良好的結(jié)合起來，這樣運(yùn)行管理就會(huì)更加的方便。

三、配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要功能

國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的配電網(wǎng)自動(dòng)化首先是從負(fù)荷控制發(fā)展起來的，如用時(shí)間開關(guān)來控制燈和用戶負(fù)荷，在變電聽用工頻控制裝置直接控制各電熱器，用音頻裝置控制負(fù)荷等，隨后，又發(fā)展了所謂配電自動(dòng)控制系統(tǒng)DAS。它由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及遠(yuǎn)方終端設(shè)備構(gòu)成，以實(shí)時(shí)的方式對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制和操作，并與上一級(jí)的電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)控制系統(tǒng)相聯(lián)系。在正常運(yùn)行時(shí)，上一級(jí)的系統(tǒng)調(diào)度人員要對(duì)全系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行監(jiān)視和控制，而配電網(wǎng)則由配電網(wǎng)調(diào)度人員在DAS支持下進(jìn)行監(jiān)視和對(duì)負(fù)荷的直接控制與調(diào)節(jié)。在緊急情況下，系統(tǒng)調(diào)度人員可以對(duì)全系統(tǒng)（包括配電網(wǎng)）進(jìn)行電壓和無功功率的緊急控制、按預(yù)先規(guī)定的次序切除負(fù)荷、對(duì)小發(fā)電廠進(jìn)行直接控制等，以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成與省或大區(qū)級(jí)的自動(dòng)監(jiān)視與控制系統(tǒng)是相似的。它也有信息采集與執(zhí)行、信息傳輸、信息處理和人機(jī)聯(lián)系等子系統(tǒng)，只是規(guī)模較小。除了SCADA軟件以外，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與省或大區(qū)級(jí)的則有較大的差別。這是因?yàn)椴煌瑢哟蔚恼{(diào)度控制中心對(duì)控制功能的要求不一樣的緣故。

1.配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制

這種監(jiān)視和控制功能與大電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)原則上具有類似的功能，只是監(jiān)視和控制的對(duì)象不同，其規(guī)模也較小。它必須隨時(shí)了解配電網(wǎng)內(nèi)各重要母線電壓，各配電線的有功功率的狀況；各個(gè)配電變壓器、斷路器和開關(guān)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化后的運(yùn)行狀態(tài)；用電量比較大的用戶的電力和電表的有關(guān)信息等。對(duì)這些信息有規(guī)律的周期性采集，同時(shí)還要及時(shí)的更新。在這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，一定要確保其可靠性和完整性，以便能夠準(zhǔn)確無誤的實(shí)施有效的控制。

2.安全性控制

進(jìn)行安全性控制主要是確保在配電網(wǎng)系統(tǒng)在出現(xiàn)一些故障后能夠?qū)⒂绊懡档阶钚p失降到最低。實(shí)現(xiàn)安全性控制的第一步就是對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別。出現(xiàn)的故障屬于非永久性時(shí)，可以通過繼電保護(hù)和重合閘來將故障消除。如果出現(xiàn)永久性故障時(shí)，盡可能的將故障縮小在最小的范圍內(nèi)，確保沒有出現(xiàn)故障部分的用戶能夠及時(shí)的恢復(fù)用電。安全性自動(dòng)控制主要有以下三方面內(nèi)容：

（1）配電線的切換和自動(dòng)分段

對(duì)于環(huán)狀配電網(wǎng)，在正常運(yùn)行時(shí)是由分段開關(guān)加以分開，實(shí)行開環(huán)運(yùn)行。在發(fā)生永久性故障時(shí)，配電網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)遙測和遙信信號(hào)自動(dòng)地識(shí)別故障，將故障段隔離，并自動(dòng)地重新安排運(yùn)行方式？恢復(fù)所有非故障線的供電。

（2）母線自動(dòng)分段

在配電變電所一段母線發(fā)生永久性故障時(shí)，原來由這一母線供電的配電線必須切換到另一健全的母線上。這一系列的倒閘操作可以由配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)來完成。

（3）冷負(fù)荷啟動(dòng)

這是指在大于20min的停電以后，重新恢復(fù)配電線的供電時(shí)，為防止短時(shí)沖擊性負(fù)荷超過配電線的允許值，采用切除部分用戶負(fù)荷，并在配電線正常運(yùn)行后逐步按次序恢復(fù)用戶供電的自動(dòng)恢復(fù)供電控制。

3.經(jīng)濟(jì)性控制

合理有效的對(duì)現(xiàn)有的配電設(shè)備進(jìn)行利用，將資金的投入降低，運(yùn)行的費(fèi)用盡量減少，這就是經(jīng)濟(jì)性控制的主要目的。通過降低網(wǎng)損的方式減少運(yùn)行費(fèi)用，確定配電網(wǎng)的最佳運(yùn)行方式，一般是根據(jù)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算選擇的，確保有功功率網(wǎng)損盡可能的小。由于配電網(wǎng)中的負(fù)荷經(jīng)常在變動(dòng)，這種計(jì)算要花費(fèi)較多的計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間。如果實(shí)時(shí)性計(jì)算不能滿足要求時(shí)，可以根據(jù)簡單的配電線負(fù)荷分配規(guī)則實(shí)施次優(yōu)的運(yùn)行方式，例如，當(dāng)兩臺(tái)以上變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，平衡變壓器間的負(fù)荷就能減少有功功率損耗；在負(fù)荷很小時(shí)，可以切除幾臺(tái)變壓器：在進(jìn)行無功功率控制時(shí)。對(duì)變壓器分接頭位置的確定和補(bǔ)償電容器的投入量，也可實(shí)行優(yōu)化，以減少運(yùn)行費(fèi)用。

4.質(zhì)量控制

質(zhì)量控制的目的是保證供電的電壓和頻率，當(dāng)然，這二者與整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制的關(guān)系是十分密切的。配電網(wǎng)的電壓和頻率質(zhì)量主要取決于整個(gè)電力系統(tǒng)有功功率和無功功率的供需平衡，但與該配電網(wǎng)的運(yùn)行控制也有關(guān)系。在保證電壓方面，主要采取調(diào)整變壓器分接頭的位置和補(bǔ)償電容器的投入量。在協(xié)助保持頻率方面，主要是通過負(fù)荷控制和低頻減載措施，有時(shí)也采用適當(dāng)降低電壓來減小有功功率需求的措施以緩解由于有功功率缺額而引起的頻率下降。

5.負(fù)荷控制

負(fù)荷控制是用對(duì)用戶負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)方控制的方式，以抑制高峰負(fù)荷和提高負(fù)荷率。其目的是降低用戶對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，鼓勵(lì)用戶在低谷時(shí)多用電，在系統(tǒng)突然失去大電源時(shí)，緩解對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)，在停電后恢復(fù)供電時(shí)，減輕冷負(fù)荷起動(dòng)時(shí)的沖擊。因此，負(fù)荷控制對(duì)于保證電網(wǎng)的安全性和提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性關(guān)系很大。