城市配電網(wǎng)自動(dòng)化在配電網(wǎng)規(guī)劃中的運(yùn)用

夏啟東

泗洪縣供電公司，江蘇 宿遷 223900

0 引言

城市配電網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代化城市建設(shè)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，主要作用是分配電能，被稱為配電網(wǎng)，按照電壓高低可分為高等級(jí)壓力、中等級(jí)壓力與低等級(jí)壓力。在中小型城市中，中等級(jí)壓力與低等級(jí)壓力配電網(wǎng)建設(shè)時(shí)一般沒有在專業(yè)的計(jì)劃下緊密部署，導(dǎo)致性能不足、線路老化等問題的發(fā)生概率較高。縱觀過去幾十年配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程，在初期階段由于資金短缺的問題，主要將重心放在發(fā)電廠的建設(shè)上，一定程度上忽視了基礎(chǔ)配電網(wǎng)的建設(shè)，我國的配電網(wǎng)絡(luò)一直處于投資不足的狀態(tài)之中，發(fā)電配電比例相比歐美發(fā)達(dá)國家仍有較大進(jìn)步空間。目前，配電網(wǎng)主要存在的問題可大致歸類為備用系統(tǒng)能力不足、電壓質(zhì)量低、新引進(jìn)設(shè)備數(shù)量過少、技術(shù)水準(zhǔn)有待提高，想要解決以上問題，必須加強(qiáng)自動(dòng)化的運(yùn)用，針對(duì)城市地形、線路可利用空間狹窄等特征設(shè)計(jì)一種切實(shí)可行的城市配電框架，既滿足現(xiàn)有配電方面的需求，也能夠承載未來高負(fù)荷的配電強(qiáng)度[1-3]。

1 城市配電規(guī)劃內(nèi)容

城市配電規(guī)劃主要內(nèi)容是對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電力分布情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定各個(gè)時(shí)期要完成的目標(biāo)及配電標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，估算投入資金、設(shè)備設(shè)施、人員物資等硬件條件，繪制末期規(guī)劃接線圖，編制規(guī)劃說明手冊。為此，應(yīng)立足先進(jìn)的自動(dòng)化等工業(yè)技術(shù)，擬用智能配電網(wǎng)絡(luò)，摒棄傳統(tǒng)的配電思路及配電布局，建立實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)多種配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)模式。

2 國內(nèi)外城市配電規(guī)劃差異

受限于時(shí)間因素，我國配電網(wǎng)發(fā)展相比發(fā)達(dá)國家仍有較大差距。起步較晚及經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制都間接導(dǎo)致配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展遲緩，存在功能單一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失衡、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等問題。國外城市在配電規(guī)劃上具有大量值得借鑒的地方，例如，日本供電性能位居世界領(lǐng)先地位，其著重強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)閉環(huán)應(yīng)用，多措并舉以減少故障停電頻率。國外城市配電整體規(guī)劃思路的立體性、供電水平的穩(wěn)定性都可以歸功于配電網(wǎng)自動(dòng)化的大規(guī)模應(yīng)用。為此，我國應(yīng)著手于當(dāng)前遇到的問題，加強(qiáng)自動(dòng)化應(yīng)用的施行，為廣大用戶提供更高效穩(wěn)定的電力能源。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展主要可以分為3個(gè)階段：（1）饋線自動(dòng)化系統(tǒng)在開關(guān)設(shè)備之間的相互配合；（2）自動(dòng)化系統(tǒng)；（3）人工智能化配電網(wǎng)。饋線自動(dòng)化即對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控檢測，故障發(fā)生后能快速定位故障點(diǎn)，并隔離故障區(qū)域，分為主站集中型和就地型。自動(dòng)化系統(tǒng)則由主站點(diǎn)、子站點(diǎn)和饋線終端組成，主站在監(jiān)控管理方面具有重要的作用，又被稱為配電網(wǎng)管理中心，可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，與其他交互系統(tǒng)進(jìn)行信息共享，高精度計(jì)算并參與電力分配。當(dāng)前在主站與子站間一般采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，光在光纖中全反射傳輸速度較快。集成化的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)利用先進(jìn)的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了包括監(jiān)控、采集、配電管理、日常維護(hù)等其他各類系統(tǒng)的全面集成。人工智能配電網(wǎng)自動(dòng)化依靠傳感技術(shù)、人工智能大數(shù)據(jù)理論分析對(duì)配電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，信息整合能力是人工智能系統(tǒng)的一大優(yōu)勢，其依托高效智能算法有別于傳統(tǒng)交互反饋，可以優(yōu)化分配現(xiàn)存資源。電網(wǎng)的核心即控制，人工智能可以更好地解決控制問題。動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)變化對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有較大的影響，人工智能可以實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)狀態(tài)，發(fā)揮系統(tǒng)之間的協(xié)同作用，深入挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)的潛在價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能力躍變。

4 城市配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)用

做好配電網(wǎng)架的規(guī)劃與建設(shè)是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化及管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。配電網(wǎng)架接線形可呈樹形狀、網(wǎng)形狀和環(huán)形網(wǎng)狀，其中使用次數(shù)最多的形狀為環(huán)形網(wǎng)狀接線。城市中通常將配電網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)化，合理分控10 kV饋線，以保證在非常規(guī)情況下，110 kV變電容量、10 kV主要干線與10 kV饋線有足夠的轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力[4-5]。

在特大城市的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)立中心站點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)核心數(shù)據(jù)信息的監(jiān)視與管控，特大城市的電力部門可根據(jù)自身實(shí)際情況，考量是否設(shè)置中心站點(diǎn)。自動(dòng)化配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能包括SCADA、負(fù)荷分配、故障管控、繪圖自動(dòng)及可視地形信息系統(tǒng)和高級(jí)別的應(yīng)用。SCADA作為城市配電自動(dòng)化的地基，主要為DA/DMS提供初始數(shù)據(jù)，但不能認(rèn)為僅配備SCADA的三遙功能即為配電自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)在此基礎(chǔ)上加入饋線自動(dòng)化功能，以精準(zhǔn)捕捉故障時(shí)的饋線狀態(tài)，既滿足人工遠(yuǎn)程控制的需求，又可自動(dòng)化控制饋線設(shè)備，完全實(shí)現(xiàn)故障的自主隔離與恢復(fù)。

5 配電網(wǎng)自動(dòng)化方案

5.1 自動(dòng)重合器自動(dòng)化方案

該方案將兩組電源相結(jié)合處分散，重合器裝載在分散部分的兩端，當(dāng)電力故障發(fā)生時(shí)，兩端的重合器可迅速脫開，達(dá)到隔離故障的目的，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)散。每個(gè)部分的重合器自行判斷脫開時(shí)機(jī)，在整個(gè)方案設(shè)計(jì)上優(yōu)先斷開變電站內(nèi)的斷路開關(guān)，優(yōu)先級(jí)最低的為站內(nèi)的短路開關(guān)，保證向電源側(cè)向負(fù)荷穩(wěn)定送電。該方案不僅可以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，還可以較好地隔離故障[6-7]。

5.2 配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用方案

該方案大范圍使用現(xiàn)代通信技術(shù)，在斷電情況下也不影響配電控制，可使用的通信技術(shù)如下：無線網(wǎng)技術(shù)帶來速度的飛躍提升，依托GPRS無線技術(shù)達(dá)成外圍設(shè)施數(shù)據(jù)傳送，寬帶的普及降低了GPRS的數(shù)據(jù)成本。光纖通信技術(shù)作為一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)，通過光源為載體實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使通信更加清晰可靠。載波通信技術(shù)通過特殊耦合器連接，實(shí)現(xiàn)大額電壓下的用電安全，載波通信范圍覆蓋寬廣，設(shè)備兼容性良好，可以滿足高頻運(yùn)轉(zhuǎn)的強(qiáng)度需求。

5.3 環(huán)形開關(guān)柜與開閉所方案

城市密布空間內(nèi)用電戶分布集中，在環(huán)形網(wǎng)的架構(gòu)基礎(chǔ)上增加開關(guān)柜，是較好的自動(dòng)化設(shè)計(jì)舉措。體積小巧的開關(guān)柜在行人道、停車場等公共場地便于安裝。當(dāng)開關(guān)柜的進(jìn)出線回路過多時(shí)，可將其轉(zhuǎn)變?yōu)殚_閉所，一般配合負(fù)荷開關(guān)與熔斷器使用，當(dāng)故障出現(xiàn)在電源端的一側(cè)時(shí)，另一側(cè)迅速響應(yīng)并切轉(zhuǎn)至母線，使供電恢復(fù)正常。開閉所具有運(yùn)作環(huán)境好、工作不易受外部因素干擾等優(yōu)點(diǎn)，是城市主線的完美設(shè)計(jì)設(shè)施[8-10]。

5.4 饋線自動(dòng)化技術(shù)方案

在用戶與變電站之間安裝饋線自動(dòng)化，可以自動(dòng)監(jiān)測用戶實(shí)際用電量，在線路不正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)測故障，安全平穩(wěn)地提供電力。饋線自動(dòng)化一般劃分為電流型自動(dòng)化和電壓型自動(dòng)化，前者線路控制的原理為電流控制，后者控制配電線路采用電壓控制。電壓型自動(dòng)化控制的基本特點(diǎn)是及時(shí)做到故障隔離，短暫受到故障影響。電流型自動(dòng)化控制的基本特點(diǎn)是支線上故障發(fā)生時(shí)波及幅動(dòng)較弱。兩種控制方式各具優(yōu)缺點(diǎn)，需按照實(shí)際需求靈活運(yùn)用。例如，將電流型自動(dòng)化應(yīng)用于支線，將電壓型自動(dòng)化應(yīng)用于配電主干線，以發(fā)揮其最大優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

綜上所述，城市配電自動(dòng)化在一定程度上對(duì)電網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全幅監(jiān)控，使故障在允許裕度內(nèi)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋，其安全保障能力也具有顯著的提高。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城市結(jié)構(gòu)布局也不再那么單一，配電網(wǎng)自動(dòng)化帶來了很多亟待解決的問題。為此，需要將城市經(jīng)濟(jì)水平、市民用電需求、企業(yè)發(fā)展愿景等因素納入規(guī)劃思路，可在小范圍內(nèi)先行試用新型技術(shù)，待實(shí)際驗(yàn)證效果良好再進(jìn)一步大范圍推廣，以增強(qiáng)信息交互性與智能技術(shù)應(yīng)用，再搭配不同先進(jìn)技術(shù)，從而提供安全可靠的電力輸送。同時(shí)，加大技術(shù)投入力度，合理配備配電網(wǎng)站點(diǎn)，根據(jù)未來發(fā)展計(jì)劃及使用電量統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃，在達(dá)到城市配電使用需求下盡可能節(jié)約空間與資源，改善傳輸技術(shù)，加大對(duì)從業(yè)人員培訓(xùn)力度，從根源上解決設(shè)計(jì)思路受限的弊端，投入更多人力物力，將城市配電水準(zhǔn)提升到一個(gè)新的高度，深化自動(dòng)化在配電網(wǎng)絡(luò)中的意義與作用。