佛山配電網(wǎng)基于供電可靠性的配電自動化建設(shè)研究

吳盛友

摘 要：供電網(wǎng)絡(luò)是否安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地向用戶提供電能越來越受到人們的關(guān)注，提高配電網(wǎng)供電可靠性最直接有效的方法是在配電網(wǎng)中安裝分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，形成“多分段、多聯(lián)絡(luò)”的供電格局，采用配電自動化中的故障區(qū)段定位功能自動判斷并快速隔離故障區(qū)段，從而達(dá)到減少停電時間和停電范圍。文章結(jié)合佛山配電自動化建設(shè)實踐，針對在工程規(guī)劃和實施過程中重點解決的問題，從配電網(wǎng)典型接線模式、配電自動化系統(tǒng)設(shè)計和饋線主動化配置等方面論述了提高系統(tǒng)供電可靠性的方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；接線模式；供電可靠性；配電自動化

前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力用戶對電力供應(yīng)的可靠性和電力服務(wù)的要求越來越高，市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對電力企業(yè)自身的供電能力和電力服務(wù)水平也提出了更高的要求。配電網(wǎng)是電力產(chǎn)品生產(chǎn)、輸送、銷售環(huán)節(jié)中面向廣大用戶的最后一環(huán)，位于電力系統(tǒng)與電力消費者的交互位置，將電力產(chǎn)品（電能）轉(zhuǎn)化為商品進(jìn)入流通領(lǐng)域，電力系統(tǒng)的效益在配電網(wǎng)這一環(huán)節(jié)直接體現(xiàn)。

實施配電自動化可以減少故障次數(shù)，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復(fù)供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據(jù)，為配網(wǎng)運行提供現(xiàn)代化的管理手段，提高配網(wǎng)運行管理水平和工作效率，從而有利于供電企業(yè)提供持續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的電能，為社會政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展和人民日常生活提供穩(wěn)定有力的電力保障，以進(jìn)一步滿足社會生產(chǎn)發(fā)展和人民生活水平提高的需要。

1 國內(nèi)外配電自動化建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 國外

日本發(fā)展了以遠(yuǎn)方監(jiān)控、故障后按時限自動順序送電為主的配網(wǎng)自動化技術(shù)。以九州電力為例，該公司從1985年開始在配電網(wǎng)中引入自動化技術(shù)，此時配電網(wǎng)的停電時間是18分/年戶，1994年實現(xiàn)所有負(fù)荷開關(guān)的遠(yuǎn)方控制后，到1999年為止的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全公司配電網(wǎng)的停電時間保持在1～2分/年戶水平。用戶的停電次數(shù)也從1985年的0.32次/年戶降到1995年以后的0.02-0.03次/年戶?？梢姡号渚W(wǎng)自動化提高了故障定位、隔離和恢復(fù)能力，對因事故而引起的用戶平均停電時間大大縮短，提高了用戶供電的可靠性。

美國配電網(wǎng)在80年代已經(jīng)具有較好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)率高，其配網(wǎng)自動化技術(shù)也已達(dá)相當(dāng)高的水平。以紐約長島照明公司為例，為提升客戶滿意度，該公司在1993年投運了由850個DART RTU和無線數(shù)字電臺組成的以配電網(wǎng)故障快速隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移為主的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，可在43s內(nèi)完成故障區(qū)間隔離和非故障區(qū)間的自動恢復(fù)送電。整個系統(tǒng)的建設(shè)大致經(jīng)歷了3個階段，主要有：自動化分段，引入通信和SCADA系統(tǒng)，非故障段自動恢復(fù)供電。

1.2 國內(nèi)

廣州、深圳配網(wǎng)自動化注重信息交互，將配網(wǎng)自動化系統(tǒng)通過“準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)平臺”（PI數(shù)據(jù)庫）與調(diào)度自動化、計量自動化系統(tǒng)等其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，將配網(wǎng)自動化系統(tǒng)納入到“大信息化”系統(tǒng)中去，以GIS和配電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為上層的配電管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和模型支持，在企業(yè)應(yīng)用總線（EAI）的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多系統(tǒng)的“統(tǒng)一平臺，統(tǒng)一模型，統(tǒng)一數(shù)據(jù)，靈活應(yīng)用”。主要實現(xiàn)配網(wǎng)SCADA、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸收蠙z測與處理的功能；未來根據(jù)實際需要，實現(xiàn)配網(wǎng)潮流、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、無功優(yōu)化、配網(wǎng)仿真等高級功能。中山市針對城市中心區(qū)重點推進(jìn)配網(wǎng)自動化“三遙”建設(shè)；針對電纜網(wǎng)推廣使用電纜短路故障定位系統(tǒng)，實現(xiàn)“二遙+故障定位”功能；針對架空線推廣饋線自動化技術(shù)，實現(xiàn)“二遙+饋線自動化”功能。同時，接入計量自動化系統(tǒng)終端負(fù)荷數(shù)據(jù)，基本實現(xiàn)了10kV配電網(wǎng)負(fù)荷分布功能和故障的快速定位。

2 佛山10kV配電網(wǎng)典型接線模式

2.1 電纜線路接線模式

為有效利用現(xiàn)有的單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架基礎(chǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加電源點，佛山供電局借鑒雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計思路，在單環(huán)網(wǎng)之間增設(shè)聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線設(shè)在重要負(fù)荷處，實現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)三電源兩主一備供電，如圖1所示。通過在兩組獨立的單環(huán)網(wǎng)之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)線，可在單環(huán)網(wǎng)兩側(cè)電源全部失去的情況下，通過投入單環(huán)網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線，將本環(huán)網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移由對側(cè)環(huán)網(wǎng)供電，從而提高供電可靠性。核心區(qū)已建成區(qū)域的環(huán)網(wǎng)基本全部為單環(huán)網(wǎng)。但由于通道和現(xiàn)場條件限制，建成區(qū)域的單環(huán)網(wǎng)改造成雙環(huán)網(wǎng)難度高。在城市核心區(qū)內(nèi)的新建開發(fā)用地，優(yōu)先采用雙環(huán)網(wǎng)四電源接線，自兩個變電站的不同段母線各引出一回線路或同一變電站的不同段母線各引出一回線路，一般同路徑敷設(shè)，構(gòu)成雙環(huán)式接線方式。雙環(huán)網(wǎng)中對于每個負(fù)荷節(jié)點，均存在4回電源進(jìn)線，因此負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，供電可靠性高。另外，雙環(huán)網(wǎng)運行方式靈活，通過開環(huán)點的設(shè)置能夠?qū)Νh(huán)間負(fù)荷進(jìn)行平衡。

2.2 架空線接線模式

以滿足饋線“N-2”停運要求為目標(biāo)，架空線應(yīng)在失去兩路電源后仍能夠向外轉(zhuǎn)移全部非故障段負(fù)荷。如采用兩聯(lián)絡(luò)接線模式，架空線正常運行時的負(fù)載率不能高于50%。如采用三聯(lián)絡(luò)接線模式，架空線正常運行時的負(fù)載率不能高于66%。核心區(qū)架空線優(yōu)先采用三聯(lián)絡(luò)，分段數(shù)不低于聯(lián)絡(luò)數(shù)，即四分段三聯(lián)絡(luò)一主三備，如圖2所示。

3 佛山配電自動化建設(shè)實踐

3.1 配電自動化體系結(jié)構(gòu)

配網(wǎng)自動化體系結(jié)構(gòu)決定了配網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的流程、通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及管理工作的流程。選擇一種實用的、穩(wěn)定的、可持續(xù)發(fā)展的體系結(jié)構(gòu)對于整個配網(wǎng)自動化的建設(shè)和發(fā)展是至關(guān)重要的。佛山配電自動化建設(shè)采用的是集中采集、集中應(yīng)用模式，體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中，配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)用集成總線（EAI）基礎(chǔ)上，以GIS為平臺，集成基于實時應(yīng)用的配網(wǎng)自動化和基于信息化應(yīng)用的配電管理系統(tǒng)；配網(wǎng)自動化終端設(shè)備包括用于變電站的配電自動化通信匯集點、DTU、FTU等；通信方式按照配網(wǎng)自動化需求，根據(jù)各信息量傳輸速度和時間要求，因地制宜的建設(shè)相對獨立、先進(jìn)通信系統(tǒng)，采用光纖和無線公網(wǎng)等多種通信手段。

3.2 配電自動化系統(tǒng)設(shè)計原則

配電自動化系統(tǒng)必須遵循IEC61970/IEC61968標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有自動化的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一構(gòu)建數(shù)據(jù)采集及生產(chǎn)管理平臺，做到各個相關(guān)自動化系統(tǒng)及管理系統(tǒng)最大程度地信息共享，按照電監(jiān)會《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全區(qū)域劃分的規(guī)定，結(jié)合佛山配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建設(shè)，為實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)的智能化集成與管理，在建設(shè)配電自動化系統(tǒng)時需同步建設(shè)主站運行服務(wù)總線OSB。配電自動化主站系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息集成建立在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，各類數(shù)據(jù)信息的交互通過OSB總線或Web Service方式實現(xiàn)。

3.3 饋線自動化建設(shè)方案

實施饋線自動化的目的一是對饋線進(jìn)行快速地故障定位、故障隔離、非故障區(qū)域供電恢復(fù)，最大限度地減少故障引起的停電范圍、縮短故障恢復(fù)時間；二是對配電網(wǎng)正常運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。要減少故障引起的停電范圍，就必須使線路合理分段，故障時只跳開靠近故障區(qū)域的下游開關(guān)，使開關(guān)動作引起的停電范圍最小。另外，在進(jìn)行故障隔離和供電恢復(fù)的過程中，盡量使開關(guān)不做不必要的動作，以減少開關(guān)動作次數(shù)，延長開關(guān)的使用壽命。

3.3.1 10kV架空線路。10kV配網(wǎng)中性點接地方式以中性點經(jīng)消弧線圈接地為主，10kV架空線路以單放射型和“2-1”聯(lián)絡(luò)型為主，主干線上帶有多條分支線，分支線再延伸出多條小分支線，線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且分支線上的每一次永久或瞬時故障均會引起全條饋線停電，影響范圍較大。因此，10kV架空線路按“電壓-時間”型自動化方案配置，當(dāng)10kV線路最長路徑（指變電站到最遠(yuǎn)10kV用戶的路徑）超過8kM時，或主干線用自動化分段開關(guān)分段超過3段時，應(yīng)配 主干線分段斷路器。主干線分段斷路器FB（配備時限保護(hù)）將主干線分為兩段，分段原則主要考慮線路的負(fù)荷分布，開關(guān)兩側(cè)的饋線負(fù)荷或線路長度應(yīng)盡可能相等[1]。

3.3.2 10kV電纜線路。隨著電纜化率的不斷提高，電纜線路故障率增長態(tài)勢比較明顯，且線路故障都會導(dǎo)致變電站饋線開關(guān)跳閘（或手切），造成整條線路的用戶停電，故障定位和故障隔離等技術(shù)手段的欠缺，不能滿足日益增長的供電可靠性要求。由于佛山現(xiàn)狀光纖通道匱乏，不具備實施三遙自動化的通信條件。電纜線路配電自動化參考架空饋線自動化的技術(shù)路線實施就地控制型自動化，實現(xiàn)故障定位和故障隔離。主干線分段點采用具有電壓-時間時序邏輯判別和設(shè)定時間內(nèi)故障過流分閘閉鎖功能（簡稱UIT模式）的智能開關(guān)柜單元，通過與變電站饋線開關(guān)重合閘配合，不依賴主站和通信，自動完成主干線路的故障隔離。分支線開關(guān)柜配置過流、零序保護(hù)，就地切除短路和接地故障[2]。

3.3.3 環(huán)網(wǎng)開關(guān)配置。基于提高供電可靠性為主要目的，如不從經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)工作量考慮，所有環(huán)網(wǎng)開關(guān)均設(shè)置自動化設(shè)備，可最大限度的縮小故障區(qū)段范圍，對更多的用戶進(jìn)行及時轉(zhuǎn)供電。對非專線重要用戶，對重環(huán)網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)“三遙”，以及對轉(zhuǎn)供電聯(lián)絡(luò)點進(jìn)行“三遙”，在其他區(qū)段線路或用戶設(shè)備故障時，可進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)供電，有效保障重要用戶的供電可靠性。

4 結(jié)束語

配電自動化一次網(wǎng)絡(luò)合理的情況下，能發(fā)揮一定的作用，特別是快速隔離故障區(qū)域、恢復(fù)非故障區(qū)域的供電及提高供電可靠性方面有一定的作用。但是，不能過分夸大配電自動化的作用，尤其是配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化沒有達(dá)到合理的程度時，配電自動化對提高可靠性是相當(dāng)有限的。配電自動化還需重視信息管理功能，不能過份追求和強(qiáng)調(diào)故障的尋址、隔離、恢復(fù)供電等功能而淡化信息管理功能。信息管理是配電自動化的重要組成部分，它可提高運行、生產(chǎn)管理、規(guī)劃水平，從而達(dá)到配網(wǎng)真正的優(yōu)化，提高供電可靠性、改善電壓質(zhì)量，降低線路損耗、減人增效。

參考文獻(xiàn)

[1]宋若晨，徐文進(jìn)，楊光，等.基于環(huán)間聯(lián)絡(luò)和配電自動化的配電網(wǎng)高可靠性設(shè)計方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014（07）.

[2]沈兵兵，吳琳，王鵬.配電自動化試點工程技術(shù)特點及應(yīng)用成效分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（18）.