電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化技術(shù)研究及應(yīng)用

龔文豪

國網(wǎng)昆山市供電公司 江蘇 蘇州 215300

引言

配網(wǎng)自動化涉及多個專業(yè)不同技術(shù)，包括繼電保護、暫態(tài)分析、計算機通信、網(wǎng)絡(luò)安全等，而配電自動化系統(tǒng)包含到兩個重要組成部分，即基于SCADA的配電自動化主站以及通過前置機接入的眾多終端單元，如DTU、FTU、TTU、故障指示器，想要充分提高配網(wǎng)自動化運行水平，需要對現(xiàn)場實際應(yīng)用中的共性問題進行處理。由于配電自動化對于傳統(tǒng)中壓搶修研判、小電流接地系統(tǒng)的選線選段有較好的指導(dǎo)作用，因此，加強對配網(wǎng)自動化技術(shù)的探究與討論，具有非常重要的實際意義。

1 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用

1.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測及信息采集

對于電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)而言，系統(tǒng)運行中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，對這些數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，可以為系統(tǒng)穩(wěn)定運行奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前，按照主流的設(shè)計應(yīng)用，柱上斷路器多采用高精度PT、CT配套航插接口完成二次測量、采集乃至裝置供電；而環(huán)網(wǎng)設(shè)備由于空間充裕、運行環(huán)境較好，一般采用插排分接不同間隔采樣回路；而TTU則利用分測單元采集各分支實時電壓、電流等數(shù)據(jù)。除遙測外，開關(guān)分合、地刀位置、遠近控等遙信數(shù)據(jù)也是運行人員亟須掌握的重要狀態(tài)量[1]。此外，還有三遙中最關(guān)鍵的遙控功能，通過這一功能，主站相關(guān)人員可遠程操作對應(yīng)開關(guān)，區(qū)別于傳統(tǒng)運行人員現(xiàn)場操作，前景良好。自動化系統(tǒng)的建設(shè)，完成了現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)的實時傳輸與監(jiān)測，真正讓中壓運維人員進入信息化、數(shù)字化時代。

1.2 故障研判及定位

1.2.1 短路故障。就目前應(yīng)用來看，饋線自動化（FA）基本滿足了中壓線路短路故障的告警、隔離、恢復(fù)等功能，并且主流廠家設(shè)備大多滿足方向性選擇，不會因線路正常運行方式調(diào)整而誤判。在線路裝設(shè)了DTU、FTU等終端時，由于故障瞬間的短路電流巨大，采樣大多滿足定值啟動條件，對于速斷及延時過電流等常規(guī)保護都能正常啟動，并上送故障報警及隔離方案，便于搶修人員縮短故障范圍從而降低排查時間。

1.2.2 接地故障。小電流接地系統(tǒng)中，接地選線一直是電力系統(tǒng)中的難題，其根本在于配網(wǎng)線路過于復(fù)雜，變電站選線裝置存在高精度要求以及易受其他耦合量干擾等問題而不準確。因此，在饋線側(cè)尤其是支線首端等位置裝設(shè)自動化終端，則能一定程度上規(guī)避上述問題。由于接近接地故障點，暫態(tài)電流采樣準確性更好，更有利于研判接地從而實現(xiàn)選線選段功能。此外，對于瞬時接地故障，自動化設(shè)備也可以進行定位，幫助排查缺陷。

1.3 實時線損及電能質(zhì)量監(jiān)測

以DTU為例：環(huán)網(wǎng)柜作為線路分段的重要設(shè)備，進出線的線損可通過DTU線損模塊進行實時計算、監(jiān)測，從而為分線線損的治理提供重要依據(jù)。此外，自動化終端還可以實現(xiàn)諧波監(jiān)視、電壓偏差的監(jiān)測等，為提高用戶電能質(zhì)量起到支撐作用。尤其是TTU的應(yīng)用，通過監(jiān)測并記錄配電變壓器運行工況，對低壓側(cè)三相電壓、電流、有功及無功功率、電能等進行記錄、保存、上傳，為分臺區(qū)線損治理這一難題提供依據(jù)。因此，配電自動化應(yīng)用可以降低相關(guān)成本的支出，有效提升企業(yè)的綜合效益。

1.4 全自動及交互式FA

在故障研判定位的應(yīng)用基礎(chǔ)上，主站應(yīng)用還可拓展出電源側(cè)或終端側(cè)自愈決策，并根據(jù)實際需要提供部分或全部功能[2]。對于經(jīng)過終端注入式測試的三遙線路，通過提前模擬故障場景并確定線路自愈策略，主站側(cè)運維人員可實現(xiàn)線路故障的自動隔離，電源側(cè)恢復(fù)供電，故障點后段轉(zhuǎn)供等自動化功能；對于不具備條件的，可通過主站注入測試，確定交互式策略，并在線路故障時主動推送告警，為運維人員提供了一手信息。

2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)目前運行問題

2.1 終端通信及兼容性問題

通過跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，影響自動化應(yīng)用的主要因素是通信問題，在所有故障中占比近62.3%，主要是前期建設(shè)要求與后續(xù)規(guī)范要求不同，如原有通信采用“101規(guī)約”，但在后續(xù)規(guī)范中要求采用“104規(guī)約”。通信模塊更換并不能完全解決這一問題，因為前期建設(shè)的終端在CPU板上仍存在兼容性問題。此外，對于上級公司的硬加密要求，不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備兼容性不一，這也同樣影響主站通道工況。在這一點上，采用OLT及ONU等設(shè)備的EPON光纖通信更有優(yōu)勢，但建設(shè)成本及運維成本巨大，不適宜大范圍推廣。此外，無線公網(wǎng)存在信號不穩(wěn)定或物聯(lián)卡運行工況差等問題，這也影響了設(shè)備的在線情況從而增加了運維難度。

2.2 后備電源失效及凝露問題

裝置電源主要通過PT取電或者220V市電，電源模塊便是電源的樞紐，而蓄電池作為終端設(shè)備的后備電源，在終端交流輸入缺失時維持終端在線48小時，是設(shè)備正常運行的重要后備保障。但在實際應(yīng)用中，蓄電池充放電及溫度導(dǎo)致蓄電池輸出電壓迅速降低，不能滿足48V直流輸出，影響正常遙控操作；電源模塊也是電源失效的主要原因之一：在常規(guī)運維中常常發(fā)現(xiàn)電源模塊信號燈異常并體現(xiàn)在端口輸出異常，從而影響裝置的正常在線，因此，電源模塊的可靠性將影響設(shè)備正常運行。由于昆山多數(shù)環(huán)網(wǎng)箱是戶外型，所以DTU還存在一定程度的凝露情況，這將影響端子排乃至CPU主板的壽命，封堵及除濕問題屬于終端設(shè)備的設(shè)計問題，應(yīng)當?shù)玫街匾暋?/p>

2.3 接地故障研判不準確

從原理及部分量產(chǎn)設(shè)備運行情況看，接地故障研判具有較高可行性，其實現(xiàn)的重要抓手在于互感器的采樣精度以及針對零序電壓、電流量的算法。在經(jīng)消弧線圈滅弧的小電流接地系統(tǒng)中，諧振接地系統(tǒng)相對于中性點不接地系統(tǒng)有其獨特優(yōu)勢，提高了配電網(wǎng)的運行可靠性，但是電容補償不能實時動態(tài)變化，常在過補償或欠補償情況下，暫態(tài)電流量經(jīng)二次線圈縮放后更小，對其進行算法分析獲取穩(wěn)定特征值是重難點，而復(fù)雜的配網(wǎng)線路也使得零序電流定值要“因地制宜”，一端一案[3]。因此，目前調(diào)度仍采用傳統(tǒng)的試拉模式，在新時代背景下勢必影響用戶供電服務(wù)體驗。

2.4 自動化終端異動及缺陷管理困難

由于不同地區(qū)發(fā)展水平不一，以發(fā)展中區(qū)域來說，大量遷改項目及業(yè)擴配套工程待上，配網(wǎng)線路分割量巨大，而這將導(dǎo)致自動化終端異動甚至FA異動，需要大量人力精力進行流程閉環(huán)。此外對于除主要指標外的缺陷管理，也是運維工作中的難點，如部分缺陷難以排查，施工中遺留的問題容易被忽視等。綜上，在線路主網(wǎng)架不固定的情況下，配電自動化運維管理難度較大，應(yīng)當配合相關(guān)管理或數(shù)字化技術(shù)予以解決。

3 配網(wǎng)自動化應(yīng)用的優(yōu)化策略

3.1 完善設(shè)備的硬件系統(tǒng)

通常來說，硬件是一切設(shè)備正常運行的物理基礎(chǔ)，不斷更新的時代背景下，采用更加先進、更加可靠的硬件設(shè)備是重中之重。針對上述蓄電池問題、封堵凝露等問題，部分一二次融合設(shè)備便給出了解決方案。蓄電池不再采用常規(guī)鉛蓄電池而轉(zhuǎn)用更高效的鋰電池，通過壓降功率達到降低運行溫度及長期免維護功能；而封堵凝露問題則通過提高諸如柜式FTU外殼防護等級來滿足；利用電子式電流互感器替代傳統(tǒng)電磁式來提高采樣精度及安全性。對于通信異常尤其是無線公網(wǎng)通道退出的情況，按項目分類對存量設(shè)備相應(yīng)配件進行升級改造，通過加大檢測力度完善加密模塊的兼容性驗證及證書導(dǎo)入導(dǎo)出規(guī)范性。針對公網(wǎng)信號問題，聯(lián)系運營商調(diào)整基站配置，滿足自動化終端物聯(lián)卡穩(wěn)定接入要求。

3.2 提升系統(tǒng)自我診斷能力

由于當前自動化主站、子站、通信、終端皆通過相關(guān)運維人員進行維護，在設(shè)備眾多的情況下，無法滿足消缺的及時性，不利于自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。因此，如何代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力運維或者輔助降低重復(fù)勞動，我們可以通過數(shù)字化技術(shù)達到這一目的。常規(guī)自動化終端上會有各類故障運行指示燈，可以給我們運維帶來部分幫助，但是僅憑這一簡單物理量仍不夠。主站和終端之間的關(guān)系類似于客戶端與服務(wù)器，報文便是傳輸?shù)闹饕獌?nèi)容，一切指令及操作都基于報文傳輸及接收[4]。因此，基于報文實時傳輸狀態(tài)以及回復(fù)情況應(yīng)當有相應(yīng)的診斷評估方式，將片區(qū)眾多終端的數(shù)據(jù)量及故障數(shù)據(jù)進行分析并建立數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫中匹配各類通信異常、一、二次設(shè)備異常，電源組件異常等并反饋給運維人員，通過這一指示運維人員更容易完成修復(fù)及消缺。如發(fā)生遙控預(yù)置失敗，那么除了人員的檢查，系統(tǒng)應(yīng)當分析前后報文上送發(fā)出情況并給出最有可能的缺陷情況給主站人員指示。此外，主站應(yīng)當具備終端運行情況評價，并根據(jù)良好情況進行分類，更易辨別運行良好的條件并指示家族性缺陷。

3.3 提高對關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

加強對關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，不僅有利于提高電力系統(tǒng)供電的可靠性與穩(wěn)定性，而且還能在滿足用戶正常需求的同時，有效保證電力資源的合理運用，減少資源浪費，從而進一步實現(xiàn)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在自動化系統(tǒng)中，大膽采用最新技術(shù)方法并結(jié)合試點提供生產(chǎn)實際條件并取得關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)予以反饋改進，那么諸如接地故障研判準確性一定能夠再上臺階。

3.4 加強配電網(wǎng)的建設(shè)改造

在配網(wǎng)的建設(shè)過程中，加強對覆蓋率、實用性改造也是提升自動化系統(tǒng)應(yīng)用水平的重要舉措。具體來說，首先需要全面且詳細的分析目前配網(wǎng)線路的布局情況，以及現(xiàn)階段的使用效率，并根據(jù)儲備項目進行提前布置并進行總結(jié)和歸納，以此來制定出完善的調(diào)整方案，為后續(xù)的建設(shè)改造做好鋪墊。對于上文中自動化線路異動管理來說，這便是最好的手段之一。目前結(jié)合標準網(wǎng)格將重要FA線路進行固定，并對其余線路進行網(wǎng)格化儲備，在未來的規(guī)劃中，把自動化開關(guān)固定成為每條線路的特征屬性，只需根據(jù)饋線的分布進行參數(shù)調(diào)整，減少設(shè)備異動管理。

4 結(jié)束語

總而言之，在當前社會不斷發(fā)展的背景下，我國電力系統(tǒng)走向數(shù)字化、智慧化是必然趨勢，因此必須要加強對配電網(wǎng)自動化技術(shù)的研究，尤其是要重視當前運行過程中出現(xiàn)的問題，并積極尋找解決辦法，通過完善硬件系統(tǒng)、加強對系統(tǒng)的建設(shè)改造、提升系統(tǒng)自我診斷能力等方式，來切實提升配電網(wǎng)自動化技術(shù)的整體水平。