淺談電力配網(wǎng)自動(dòng)化的規(guī)劃

【摘 要】隨著城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對(duì)城市供電可靠性提出了更高的要求，因此必須加大力度對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高配網(wǎng)自動(dòng)化的水平，以適應(yīng)現(xiàn)代城市用電的需求，本文主要對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的規(guī)劃進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】配網(wǎng)自動(dòng)化；功能；規(guī)劃

配網(wǎng)自動(dòng)化是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和通信技術(shù)，集配網(wǎng)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形等信息于一體，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，使配網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

1.?？谂渚W(wǎng)基本情況

10kV公用饋線263回，專用饋線161回（網(wǎng)公司統(tǒng)一計(jì)變電站出線）。10kV公用線路總長(zhǎng)度3315公里。其中架空線路2506km（絕緣導(dǎo)線1535km，裸導(dǎo)線 971km），電纜809km，架空絕緣化率61.25%，線路電纜化率24.40%。10kV公用饋線263回，其中聯(lián)絡(luò)線路182條，環(huán)網(wǎng)率69.20%，可轉(zhuǎn)供線路103條，城區(qū)可轉(zhuǎn)供率48.73%，農(nóng)村可轉(zhuǎn)供率15.15%，可轉(zhuǎn)供率39.16%。

2.配網(wǎng)自動(dòng)化的功能

在電網(wǎng)中由配電線路引發(fā)的故障時(shí)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(dòng)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。實(shí)際上，配網(wǎng)自動(dòng)化最根本的任務(wù)也就是在最短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)故障的定位、隔離和恢復(fù)供電。它們的發(fā)展可分為三個(gè)階段：

（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(shí)間長(zhǎng)，恢復(fù)供電慢。

（2）利用智能化開關(guān)設(shè)備（如自動(dòng)重合器、自動(dòng)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(shí)，控制器根據(jù)電壓和時(shí)間的配合，自動(dòng)隔離故障，恢復(fù)供電。該方式的自動(dòng)化水平較高，無需計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)控制功能，成本較低。缺點(diǎn)是開關(guān)設(shè)備需要增加合、分動(dòng)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(dòng)化嚴(yán)格地講是饋線自動(dòng)化（FA），原理類似于繼電保護(hù)。

（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(jì)算機(jī)控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，控制中心采用SCADA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)控。各配電自動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，讓配調(diào)中心能對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，主站根據(jù)DAU采集上來的故障信息及全網(wǎng)實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行分析，自動(dòng)做出決策，重新配網(wǎng)，將故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān)拉開，隔離故障點(diǎn)，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(duì)線路和設(shè)備的多次沖擊。存在的主要缺點(diǎn)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(dòng)化（DAS）是自動(dòng)化發(fā)展的方向。

3.?？谑信渚W(wǎng)自動(dòng)化的規(guī)劃

針對(duì)海口市的配網(wǎng)城區(qū)及農(nóng)村地區(qū)發(fā)展的不平衡及特點(diǎn)的不同，先確定海口市配網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃原則：①配網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范、分步分類型實(shí)施。應(yīng)從滿足配網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際出發(fā)，注重項(xiàng)目性能價(jià)格比，不過分追求完全和高級(jí)功能。②架空網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與電纜網(wǎng)自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)模式。③架空網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)以每條饋線為單位安排實(shí)施，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)自動(dòng)化模式。④電纜網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)宜以每個(gè)變電站的供電范圍為單位成片實(shí)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)海口市配網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃原則，實(shí)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(yùn)行

合理可靠的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的前提條件，?？谑谐菂^(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“n-1”要求，有條件的向“n-2”過渡。實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)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(dòng)化實(shí)施的需要。

3.2建立控制中心（主站/區(qū)域主站）

實(shí)行遠(yuǎn)方集中監(jiān)測(cè)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(shí)，能自動(dòng)判斷饋線故障區(qū)段和故障性質(zhì)，并自動(dòng)隔離故障區(qū)域。運(yùn)行人員可利用遠(yuǎn)動(dòng)裝置，通過遙控操作和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方式恢復(fù)對(duì)各非故障區(qū)域的送電，并及時(shí)發(fā)布搶修命令及搶修后恢復(fù)正常運(yùn)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(dòng)化方案

（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(dòng)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(chǎng)等地，無須征地和蓋房，雖然設(shè)備本身價(jià)格貴些，但總體經(jīng)濟(jì)效果不錯(cuò)。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(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)殚_閉所，開閉所中設(shè)計(jì)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(huì)有另一路電源快速切換到母線， 恢復(fù)正常的供電。對(duì)開閉所監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式，在放設(shè)電纜時(shí)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(yùn)行環(huán)境較好、外界影響因素較少等優(yōu)點(diǎn)，也是城市主干道的較好的方案。見圖1

（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(duì)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。這種配電方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)行，Bl、B2分別供電。當(dāng)異常情況下向另一端自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能的架空線路時(shí)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(huì)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(zhǎng)、事故率較高和10kV中性點(diǎn)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(duì)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，應(yīng)考慮更換。

3.4負(fù)荷較輕的農(nóng)村地區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)就地控制，無數(shù)據(jù)傳輸功能的簡(jiǎn)單自動(dòng)化功能為主，使用桿上自動(dòng)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(dòng)作，以實(shí)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(dòng)化，縮小故障停電范圍和縮短停電時(shí)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(tái)上嘗試將配網(wǎng)自動(dòng)化的信息接入，把配網(wǎng)設(shè)備用計(jì)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)?？谂渚W(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(tái)帳全部錄入GIS系統(tǒng)，先實(shí)現(xiàn)圖形的編輯、瀏覽、查詢、動(dòng)靜態(tài)臺(tái)帳的維護(hù)、設(shè)備的查詢統(tǒng)計(jì)以及基于局域網(wǎng)實(shí)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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)（SCADA）的配合等問題。

（1）主站系統(tǒng)規(guī)模及其功能。配電自動(dòng)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(shí)建一個(gè)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(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)獨(dú)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(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)事故處理，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。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(shí)時(shí)信息。

（2）DAS與變電站自動(dòng)化配合問題。DAS要監(jiān)控整個(gè)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(cè)量。因此DAS與變電站的RTU或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)有個(gè)通信口，以便取得必要的信息。也可與SCADA聯(lián)網(wǎng)解決。

（3）DAS與調(diào)度自動(dòng)化（SCADA）的配合問題。DAS要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(gè)系統(tǒng)能協(xié)調(diào)互補(bǔ)，當(dāng)DAS系統(tǒng)辦理重要的10kV線路的停送電調(diào)度時(shí)也可方便地向市調(diào)（SCADA系統(tǒng)）備案。

（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(shí)采用市話線進(jìn)行通信。

3.7利用控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)控制

除配備了遠(yuǎn)動(dòng)、通信手段外，應(yīng)繼續(xù)開發(fā)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(dòng)恢復(fù)對(duì)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(diǎn)搶修。當(dāng)搶修完成，可以恢復(fù)供電時(shí)，由運(yùn)行人員啟動(dòng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能按正常運(yùn)行方式恢復(fù)配電網(wǎng)的正常供電方式。

4.結(jié)語

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)投資大、范圍廣、系統(tǒng)集成多的綜合工程，國(guó)內(nèi)目前尚處于摸索試驗(yàn)階段，如何搞好配網(wǎng)自動(dòng)化，并使它產(chǎn)生較大的效益，仍需要我們不斷積累經(jīng)驗(yàn)， 實(shí)踐探索。