配網(wǎng)自動化技術(shù)在城市配電網(wǎng)中的應(yīng)用

李 睿

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

龐大的人口基數(shù)和大量的工業(yè)生產(chǎn)注定了一個國家的用電量將會非常大，也正因為如此，國家政府才會更加重視電力的建設(shè)，同時還要保證大量的電力供應(yīng)和流通，維護國內(nèi)的電網(wǎng)安全，這就要求電力公司的員工們必須要面對各種各樣的困難。城市配電網(wǎng)因其規(guī)模巨大、涉及面廣、管理難度大、配電網(wǎng)故障率高以及維護保養(yǎng)困難等特點，使其管理工作成了制約其正常運行的一大障礙，亟待先進科學(xué)技術(shù)的引進，以擺脫現(xiàn)有局面。

1 城市配網(wǎng)自動化介紹

1.1 城市配網(wǎng)自動化概述

城市配電自動化是指利用自動化技術(shù)和計算機技術(shù)，提高電力系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟效益，從而達到對電網(wǎng)進行智能化監(jiān)測的目的[1]。傳統(tǒng)的布網(wǎng)方式無法適應(yīng)目前的需要，而采用自動化的布網(wǎng)不僅能滿足目前的需要，還能更好地配置電力，提高電力系統(tǒng)的使用效率、品質(zhì)以及費用，同時也能降低電力系統(tǒng)的運行故障，增加經(jīng)濟效益，使城市配電網(wǎng)實現(xiàn)了自動化運營。該系統(tǒng)能有效降低手工作業(yè)造成的錯誤，提高了電力調(diào)度工作的效率和科學(xué)性。利用現(xiàn)代科技，將現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對電網(wǎng)自動化運行的實時監(jiān)控，這樣便可以更加智能化地分析出可能會存在的故障，從而快速解決，以保證電力系統(tǒng)的正常運行，充分提高了供電質(zhì)量及效率。

1.2 城市配網(wǎng)自動化種類

城市配電自動化的類型有很多，目前國內(nèi)廣泛采用的是電壓-電流饋線自動化，它主要是通過自己的科技手段來判斷電力系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的問題，然后進行故障檢測與隔離，從而更好地監(jiān)控電力系統(tǒng)的整體故障。電力系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)故障時，通過通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）技術(shù)采集各類故障信息，從而判斷出電力系統(tǒng)的故障所在。

我國電力系統(tǒng)采用的是先進的自動開關(guān)，當電壓下降時，自動斷開，電力系統(tǒng)的主站只要通過信息傳送技術(shù)向出現(xiàn)故障的地方發(fā)送一個信號，就可以使斷路器自動斷開，從而把故障區(qū)和其他地區(qū)分離開來。當電力供應(yīng)系統(tǒng)故障被解決后，電力供應(yīng)系統(tǒng)中的變電所可以通過自動開關(guān)的通電和合閘等恢復(fù)被隔離的電力供應(yīng)。這種由電壓和電網(wǎng)自動化的優(yōu)勢組合而成的城市配電自動化，既可以精確地診斷出供電系統(tǒng)的故障，又可以科學(xué)地隔離開故障區(qū)域，避免因為各種原因?qū)е碌拇笠?guī)模停電，從而改善電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量[2]。由于采用了城市配電網(wǎng)絡(luò)的自動化，因此可以降低對故障檢修期間各類開關(guān)的使用次數(shù)，從而在一定程度上延長其壽命。

2 配網(wǎng)自動化的重要性

在配電網(wǎng)中，以配網(wǎng)自動化為中心，利用網(wǎng)架、裝置等輔助設(shè)備來實現(xiàn)對電網(wǎng)進行監(jiān)控與監(jiān)測。在這一階段采集、整理相關(guān)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化和整合，使得電網(wǎng)的運行更具科學(xué)性。配網(wǎng)自動化應(yīng)用的實現(xiàn)必須要有一套由計算機、電子、網(wǎng)絡(luò)、通信等現(xiàn)代電子技術(shù)組成的系統(tǒng)，在一次設(shè)備和饋線自動化設(shè)備中，能夠?qū)崟r完成配網(wǎng)自動化的故障診斷。

配電自動化系統(tǒng)由4個主要模塊組成，分別為配電主站、配電子站、配電終端以及通信信道。總而言之，配電自動化能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)控，并對電力設(shè)備故障進行及時處理，從而保證配電網(wǎng)絡(luò)的整體安全、可靠[3]。在提高電力系統(tǒng)總體效率和產(chǎn)品品質(zhì)方面都有很大的實際意義，使電力系統(tǒng)的使用得到最大程度的滿足。

隨著新時代的到來以及科技的迅猛發(fā)展，配網(wǎng)自動化帶來的社會效益和經(jīng)濟效益都有了很大提升，國家電網(wǎng)也步入了自動化的初級發(fā)展時期，今后將逐步實現(xiàn)變電站自動化、饋線自動定位與隔離、自動恢復(fù)送電、遠方自動讀表等多種功能。目前，我國多數(shù)企業(yè)已研制出了各種安全、穩(wěn)定的真空開關(guān)、開閉所、饋線終端、變壓器監(jiān)控單元、重合器、小區(qū)變遠程終端、配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）等。從技術(shù)上講，完全實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動控制不成問題。此外，我國電力企業(yè)應(yīng)結(jié)合各自的特性進行合理的功能選型，尋求一種性價比更高、更符合當前技術(shù)發(fā)展的配電自動化體系。

3 配電線路常見故障

3.1 季節(jié)性故障

由于戶外架空配電線路在惡劣的氣候環(huán)境下無法經(jīng)受雷電、暴雨、大風(fēng)等極端天氣的長期影響，導(dǎo)致配電網(wǎng)絡(luò)老化加速，故障發(fā)生[4]。主要故障包括絕緣子閃絡(luò)、線路斷開、避雷器損壞、變壓器燒毀等，主要原因是老化絕緣子未及時更換，避雷器性能未達到國家規(guī)定的保護標準，配電箱的接地設(shè)備使用年限過長未進行檢修，地線接頭腐蝕，接地電阻滿足設(shè)計，漏電容量不足，雷擊產(chǎn)生的過電流不能及時、有效地傳導(dǎo)至地面，導(dǎo)致局部短路等問題。

3.2 設(shè)備故障

配電網(wǎng)的故障主要是因為配電變壓器、開關(guān)保護柜、架空線路的絕緣子、避雷器上的保險掉在地上、柱上的開關(guān)質(zhì)量不符合設(shè)計要求，如果不能及時更換，則會造成大面積停電。由于配電網(wǎng)分支多，其工作狀態(tài)比較復(fù)雜，經(jīng)常造成上一次保護繼電器短路，使配電網(wǎng)的故障范圍擴大。

3.3 電壓波動故障

電壓波動是電力系統(tǒng)中普遍存在的一種現(xiàn)象。在配電網(wǎng)中，當負載超出臨界點時，會引起電網(wǎng)的某些故障，其中一個原因就是電壓波動。電壓波動會影響到敏感負荷和超敏負荷的正常工作，從而影響到城市的供電。例如，城市的路燈會出現(xiàn)閃光，路燈的連續(xù)閃爍會給行人帶來視覺上的疲勞，時間一長，路燈的壽命就會下降，甚至?xí)?dǎo)致停電，造成無法挽回的后果。

3.4 短時停電故障

根據(jù)歐洲的調(diào)查，由于電力質(zhì)量問題導(dǎo)致的電力供應(yīng)中斷每年造成的經(jīng)濟損失高達150億英鎊。從這一點就可以看出，在城市的日常生活中，斷電雖然不會造成太大的損失，但對工商業(yè)來說，卻是直接和間接的經(jīng)濟損失。造成城市短期斷電的原因有電網(wǎng)配電網(wǎng)中的饋線跳閘、小電流接地系統(tǒng)的配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障等。這些故障都會導(dǎo)致短時斷電，在數(shù)秒或數(shù)個小時內(nèi)發(fā)生，對電力用戶和用電單位都會造成巨大的經(jīng)濟損失。

3.5 人工管理缺乏效率

因為城市配電網(wǎng)覆蓋的范圍很廣，所以除了市中心的每一個區(qū)域，甚至是周圍的郊區(qū)，都會被納入城市的供電系統(tǒng)中。大量的電力線路被連接到電網(wǎng)公司，如果發(fā)生故障，就必須派出大量的技術(shù)人員進行維修，這就導(dǎo)致了人力資源的浪費[5]。另外，由于城市配電網(wǎng)的輸電線路均處于室外，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)極易因外力作用而發(fā)生故障，一旦大規(guī)?；蚣邪l(fā)生，技術(shù)人員的人手不足很容易導(dǎo)致維修不及時，日常維護保養(yǎng)工作也將難以有效進行。

4 自動化技術(shù)在配電網(wǎng)中的具體應(yīng)用措施

4.1 搭建大數(shù)據(jù)化的工作模式

大數(shù)據(jù)技術(shù)的運用將成為配電系統(tǒng)的重要組成部分。例如，在電網(wǎng)的監(jiān)控中引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以使各有關(guān)單位更加深入地了解大數(shù)據(jù)思考的意義。而且在運用大數(shù)據(jù)時，還需要將智能電網(wǎng)、環(huán)境安全、能源系統(tǒng)等多種方面都納入到其中，如利用大量的數(shù)據(jù)進行因果關(guān)系的統(tǒng)計，以便作出合理的修正，同時利用這些技術(shù)提高因果關(guān)系的處理能力，保證數(shù)據(jù)的準確性。這些數(shù)據(jù)平臺都是建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，能夠有效利用這些數(shù)據(jù)提升數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量，從而實現(xiàn)成本的控制，形成大規(guī)模的電力數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。通過這種方式可以將數(shù)值模擬系統(tǒng)和廣域監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起，從而為數(shù)據(jù)挖掘提供有效的技術(shù)支持，同時也可以為系統(tǒng)的關(guān)鍵問題和錯誤的傳播方式提供支持，大大提升系統(tǒng)的預(yù)警能力。配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 建立起高素質(zhì)的管理團隊

我國城市配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作十分繁雜，涉及許多方面。配網(wǎng)自動化是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，其運行對技術(shù)的要求很高。因此，只有建立一支懂管理、懂技術(shù)、高素質(zhì)的隊伍，才能使電力網(wǎng)的規(guī)劃工作得以順利實施。首先，加強對職工的培訓(xùn)，定期對職工進行系統(tǒng)的培訓(xùn)，用考核的方式來檢驗他們的工作成績；其次，建立激勵機制，對業(yè)績突出的優(yōu)秀人才進行表彰和物質(zhì)獎勵，以激勵其工作熱情；最后，完善聘用機制，適當增加聘用門檻，使具有豐富管理經(jīng)驗和專業(yè)知識的人員成為首選。同時，通過與各大院校的長期合作，開設(shè)相應(yīng)的專業(yè)課程，制訂人才培養(yǎng)方案和目標，以促進電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 建立一體化供電模式

在配電系統(tǒng)中，饋線開關(guān)和輸出保護開關(guān)都和電網(wǎng)自動化有很大的關(guān)系，必須達成連接，才能建立一個封閉的電網(wǎng)。為了實現(xiàn)自動化應(yīng)用，增加配電網(wǎng)絡(luò)的重要性，設(shè)計者要重視饋線和保護開關(guān)的結(jié)合，增強電力系統(tǒng)的遠程控制能力，為實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的自動化奠定堅實基礎(chǔ)。重合器是電網(wǎng)的一個關(guān)鍵部件。電力系統(tǒng)由多個不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來，這些網(wǎng)絡(luò)被分成了幾個部分，每一個部分都要安裝一個重合器，以確保當一個部件出現(xiàn)問題時，所有重合器都會互相反應(yīng)，同時也可以切斷電網(wǎng)中其他線路的供電，從而自動發(fā)現(xiàn)和處理網(wǎng)絡(luò)中的故障，減少電網(wǎng)故障對電力服務(wù)的影響。饋線的設(shè)計很重要，其主要功能就是記錄和采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后對整個電力系統(tǒng)進行控制。饋線是配電網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)源，因此饋線對配電操作來說很重要，設(shè)計者必須有效地將饋線與現(xiàn)場控制結(jié)合起來，從而實現(xiàn)饋線的自動處理。饋線的自動化可以讓系統(tǒng)更好地采集和整理遠程數(shù)據(jù)，饋線自動化系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 饋線自動化系統(tǒng)

4.4 自動化供電數(shù)據(jù)收集處理

自動化技術(shù)的應(yīng)用會給配電網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的數(shù)據(jù)量，尤其是在城市化的快速發(fā)展下，城市的用電量亟劇增長，一些配電網(wǎng)的饋線數(shù)量甚至達到了上千條，智能化、自動化的應(yīng)用會導(dǎo)致電力系統(tǒng)并網(wǎng)狀態(tài)、有功、無功等方面的數(shù)據(jù)都會大幅度增長。該數(shù)據(jù)庫集成了大量計算機硬件，同時還能實現(xiàn)對大量電力供應(yīng)進行集成處理。但考慮到成本問題，目前的電力數(shù)據(jù)庫都是由一臺物理計算機來建立多個虛擬的邏輯虛擬機，完成大量的數(shù)據(jù)處理，從而降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。分布式數(shù)據(jù)存儲體系是一種多層次的應(yīng)用，集多種功能于一身，設(shè)計者可以將ESXi系統(tǒng)部署到機器上，然后將其與服務(wù)器進行配置，從而實現(xiàn)對客戶端、機器設(shè)備、虛擬機的管理。同時，還需要考慮到數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)硬件配置以及相應(yīng)的交換器類型，從而增強數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理能力。

4.5 加強配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)建設(shè)

在城市配電網(wǎng)的自動化運行中，一些設(shè)計者常常忽視了電力系統(tǒng)的管理與建設(shè)。認為中央站是整個通信系統(tǒng)的核心，因此電力系統(tǒng)的建設(shè)要先提高電力供應(yīng)技術(shù)，然后才能進行電力系統(tǒng)的建設(shè)，這樣的管理思想是錯誤的。如果忽略了城市配電網(wǎng)的通信建設(shè)，則必然會影響到全網(wǎng)自動化技術(shù)的升級。配電自動化技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)中的運用可以及時掌握各地的電力供應(yīng)情況，降低各地的電力供應(yīng)事故。例如，某些區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生故障后必須及時向監(jiān)控中心報告并采取措施，避免造成不必要的經(jīng)濟損失。因此，要提高配網(wǎng)的自動化程度，就必須加強建設(shè)和管理。

5 結(jié) 論

城市配網(wǎng)自動化是保證配電網(wǎng)運行的重要保證，相關(guān)供電企業(yè)必須加強對配網(wǎng)自動化技術(shù)的應(yīng)用，不僅要落實配電網(wǎng)規(guī)劃中的城市配網(wǎng)自動化及定位，運用科學(xué)策略來實行配電網(wǎng)的自動化水平提升，更要經(jīng)過電網(wǎng)對配網(wǎng)自動化技術(shù)展開實時監(jiān)控。供電企業(yè)應(yīng)該依據(jù)配電網(wǎng)發(fā)展的各類需求以及配電網(wǎng)設(shè)施、配電網(wǎng)的運作方法、通信技術(shù)等高新科技合理地規(guī)劃配網(wǎng)自動化體系，并選取效率較高、功能強、功耗低的相關(guān)配電網(wǎng)設(shè)施，以便于有效實現(xiàn)城市的配網(wǎng)自動化應(yīng)用，進而合理提升電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性與可靠性，促進供電企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。