電力系統(tǒng)中智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)

李 典

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

目前，社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，配電網(wǎng)在客戶和電力系統(tǒng)相互間起到了潤滑作用。文章著重由智能配電網(wǎng)開始，期望經(jīng)過改善智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)，最大程度地滿足大眾日趨加劇用電需求。

1 智能配電網(wǎng)構(gòu)成

智能配電網(wǎng)構(gòu)成如下。首先，配電網(wǎng)主體部分，具體由配電網(wǎng)和變電站組成；其次，配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)樞紐，具體由微電網(wǎng)、開關(guān)和環(huán)形電路組成；最后，配電網(wǎng)終端，具體由配電設(shè)施、全世界定位體系、通信網(wǎng)絡(luò)和智能終端等組成，借助配電網(wǎng)終端可讓客戶關(guān)聯(lián)配電系統(tǒng)[1]。

2 智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)基本需求

2.1 測量數(shù)據(jù)精確性

如何提升智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，則要高度關(guān)注配電網(wǎng)測量操控終端設(shè)計(jì)難題。配電網(wǎng)終端借助配電設(shè)施、供料器與通信網(wǎng)絡(luò)組成，且智能終端是完成智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)施扶持。尤其在實(shí)踐設(shè)計(jì)中，可確保測量信息精準(zhǔn)性，同時(shí)保障了實(shí)踐操控測量整體效率。

2.2 客戶、管控與運(yùn)轉(zhuǎn)自主化

自主化設(shè)計(jì)為電力系統(tǒng)智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵步驟，且逐漸成為電力領(lǐng)域未來拓展大方向。電力系統(tǒng)務(wù)必確保配電網(wǎng)自主化，才可以順應(yīng)市場電力需求，具體包括客戶、管控和運(yùn)行的自主化?？蛻糇灾骰癁椴倏厝艘罁?jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)完成客戶數(shù)據(jù)管控與自主記載任務(wù)。提升電力系統(tǒng)收益來自客戶繳納電費(fèi)，而主動(dòng)記錄過程則是繳費(fèi)的重要參照物。然而，過往記錄工作人員投入成本較大，操控效率不高，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)偏差，而自主化記錄則可完全化解上述難題。管控自主化為利用計(jì)算機(jī)管控配電網(wǎng)設(shè)施構(gòu)成與實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)情況，比較過往管理技術(shù)，自主化管控可節(jié)省人工費(fèi)用，高效避免管控疏漏，全力提升配電網(wǎng)電力體系管控水準(zhǔn)。運(yùn)轉(zhuǎn)自主化為利用計(jì)算機(jī)技術(shù)便捷性，將其投入電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)科學(xué)把控，假設(shè)出現(xiàn)信息偏差，系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)，進(jìn)而提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3 智能配電網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)定目標(biāo)是進(jìn)行一項(xiàng)工程前最重要的事，為保證智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的順利與高效，需事先明確一個(gè)合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

該目標(biāo)一定要符合實(shí)際，為了保證配電變壓器準(zhǔn)確、高精度運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的智能監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于來自配電監(jiān)控終端的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

為了保證配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的及時(shí)反饋和及時(shí)解決，減少故障對供電的影響，必須建立相應(yīng)的報(bào)警、控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一定要保證在設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)能夠迅速修復(fù)，讓其盡快恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 調(diào)控支持系統(tǒng)頁面

在系統(tǒng)頁面設(shè)計(jì)實(shí)踐中，需彰顯基礎(chǔ)圖形，包含了不同種類圖標(biāo)，且展示不同種類。此外，也可完成多圖顯示。當(dāng)接線圖管控中，調(diào)整支持系統(tǒng)管控配電網(wǎng)接線圖，需技術(shù)員針對接線圖審定之后，比較先前與后面的接線圖，把二者不同性數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來，且登記歸檔，明確審查結(jié)論之后替換電網(wǎng)接線圖。此體系可解析供電與停電范疇。尤其在配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可視化體現(xiàn)出來，借助方向標(biāo)來顯示線路朝向，且方向標(biāo)與流向無偏差，方向標(biāo)與流向大小、流速呈正比聯(lián)系。把配電流向顯現(xiàn)出來，查閱實(shí)踐狀況，確保整體效果。尤其在設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)中，利用三維圖形把設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，柱子大小顯示了力達(dá)多少，柱子長度顯示了無功容量[2]。

3.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集

當(dāng)監(jiān)控與采集信息時(shí)，為方便配電網(wǎng)全流程監(jiān)控，從而高效化解配電網(wǎng)故障，利用載波與光纖組網(wǎng)技術(shù)完成數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集，在配電網(wǎng)中涵蓋設(shè)計(jì)技術(shù)，針對配電網(wǎng)實(shí)施全程監(jiān)控。假設(shè)配電網(wǎng)設(shè)施出現(xiàn)問題，利用以上技術(shù)可較快采集問題信息，回饋技術(shù)員，隨后全面解析數(shù)據(jù)，查看監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，從而高效化解難題，進(jìn)一步提升故障解析與系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)成效。

3.4 可視化設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，務(wù)必重點(diǎn)關(guān)注可視化設(shè)計(jì)，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和影像方法全面體現(xiàn)配電網(wǎng)參數(shù)，更有利于計(jì)算機(jī)技術(shù)員針對配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可視化操控。技術(shù)員在可視化設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)，化解配電網(wǎng)具體故障難題。

3.5 圖像展示與接線圖管控

針對調(diào)度扶持系統(tǒng)圖像頁面設(shè)計(jì)中，具體包含了電氣、電纜網(wǎng)與開關(guān)站圖等接線圖，借助單線圖、區(qū)域圖和全網(wǎng)接線等方法體現(xiàn)出電氣接線，尤其在接線圖中彰顯配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，完成多圖展示與視圖縮小等功能[3]。

3.6 配網(wǎng)潮流展示

經(jīng)過潮流可把電流、無功與有功展示出來，讓客戶利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊來篩選。利用餅圖可展示線路流向占比，圓餅代表100%線路容量，通過潮流顯示為藍(lán)色。比如線路潮流優(yōu)勝于線路容量80%時(shí)，圓餅則不斷擴(kuò)張，顯示為紅色。此外，借助層次架構(gòu)圖、全網(wǎng)主接線路針對整體母線電壓大小和變壓器負(fù)載實(shí)施辨別。并且借助不同色彩代表負(fù)載大小、高度水準(zhǔn)，通過離線與實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)植入。線路負(fù)載等高線可展示負(fù)載狀況，利用不同色彩標(biāo)志等同于電壓等級線路；變壓器負(fù)載等高線可借助不相同色彩把變壓器繁雜的狀況顯示出來，等同于節(jié)點(diǎn)電壓等高線[4]。

3.7 三維圖形轉(zhuǎn)動(dòng)

無功設(shè)備與變壓器在相同幅圖中對比緊密中展示出三維圖像，前方圖像會(huì)阻擋后方圖像。假設(shè)不便于觀察、推斷即將發(fā)生排查。經(jīng)過三維圖形轉(zhuǎn)動(dòng)功能致使圖像至任何角度實(shí)施旋轉(zhuǎn)，更有利于查看。借助調(diào)度扶持體系設(shè)置SCADAEMS 端口，隨后借助地理圖、信息和主接線圖針對配網(wǎng)實(shí)施智能解析。調(diào)度扶持體系可直接接通接口服務(wù)器與SCADA/EMS 等系統(tǒng)與可視化系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，隨后各自區(qū)域要設(shè)立隔離裝置。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)

3.8 繼電保護(hù)篩選

在配電網(wǎng)光纖化拓展與智能化轉(zhuǎn)變建造實(shí)踐中，智能配電網(wǎng)繼電保護(hù)計(jì)劃通常采取電流差動(dòng)保護(hù)位置。然而，電流差動(dòng)保護(hù)在過往全面發(fā)揚(yáng)了智能配電網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)點(diǎn)，需要各段線路兩旁設(shè)立單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)電流互感器與斷路器設(shè)施，提升了智能配電網(wǎng)支出費(fèi)用。因此，智能配電網(wǎng)維護(hù)與操控工作需要把關(guān)鍵點(diǎn)投入在過往電流差動(dòng)保護(hù)科學(xué)改善根本上。此外，全方位考量高電阻接地問題狀況。智能配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)性能表現(xiàn)出阻滯性，造成了顯著抗拒行為，導(dǎo)致電流差動(dòng)保護(hù)當(dāng)作智能配電網(wǎng)繼電保護(hù)方法中，提升了傳送通道針對需維護(hù)參數(shù)的傳送困難度。其中對于智能配電網(wǎng)電線線路過長來說，將電流速斷保護(hù)動(dòng)作響應(yīng)速率升至最大，且不能化解由網(wǎng)絡(luò)不順暢造成的保護(hù)延遲現(xiàn)象。針對以上解析，在建立基礎(chǔ)智能配電網(wǎng)保護(hù)與操控實(shí)踐中，逐步完成電動(dòng)差動(dòng)保護(hù)工作形式與電流速斷保管任務(wù)形式全面結(jié)合與應(yīng)用。上述二者保護(hù)工作形式已成了智能配電網(wǎng)主要保護(hù)配置，表明過往意義電流差動(dòng)保護(hù)工作形式已成了整個(gè)智能配電網(wǎng)儲(chǔ)備保護(hù)。尤其在保護(hù)形式中，電流差動(dòng)保護(hù)與電流速率保護(hù)可一并推算輸出，進(jìn)一步取得相關(guān)保護(hù)輸出數(shù)值，高效確保智能配電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性與平穩(wěn)性[5]。

4 具體實(shí)戰(zhàn)案例詳細(xì)分析

4.1 A 鐵路配電網(wǎng)絡(luò)目前狀況及其配電智能化系統(tǒng)構(gòu)成

A 鐵路關(guān)聯(lián)著大秦鐵路、京秦鐵路與京唐港港區(qū)、曹妃甸港區(qū)的運(yùn)送主干線路，合計(jì)建造了5 座配電所，利用2 端供電式配電網(wǎng)絡(luò)提供沿路不同類型負(fù)荷供電。創(chuàng)建初期節(jié)省了資本投入，A 鐵路沿線只有一路供電線路貫通，且根基相對單薄，此外，因位于沿海雷電頻發(fā)區(qū)域，再加上進(jìn)線電源較多為農(nóng)網(wǎng)，且級別較低，沿線樹木侵線、動(dòng)物建窩等情況嚴(yán)重，造成了配電網(wǎng)問題頻繁產(chǎn)生。

4.2 A 鐵路配電網(wǎng)絡(luò)智能化系統(tǒng)具體執(zhí)行規(guī)劃

4.2.1 技術(shù)規(guī)劃

A 鐵路線的智能化配電系統(tǒng)為中心端與終端設(shè)施構(gòu)成。中心端設(shè)施包含電力電度中心、數(shù)據(jù)傳送路徑；終端設(shè)施包含通信終端板塊、信息收集操控板塊與執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成。其在10 kV 路徑上設(shè)立了電流電壓信息收集板塊，通過訊息傳送鏈條把部分信息傳送至中心管控主機(jī)，隨機(jī)主機(jī)解析軟件解讀不同收集板塊電流電壓情況，推斷問題所在區(qū)域方位。中心與終端設(shè)施都為工業(yè)級設(shè)施，針對10 kV 系統(tǒng)可全天候不停歇監(jiān)控。

4.2.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）及時(shí)監(jiān)測管內(nèi)10 kV 路線情況，遭遇路線問題，可立刻給出反應(yīng)，推斷問題所在區(qū)域。

（2）應(yīng)用問題推斷為合情合規(guī)的，具體包含了速斷、過流、失壓與過壓。

（3）通信傳送利用了GPRS通信網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)聯(lián)合形式。

（4）監(jiān)控中心運(yùn)轉(zhuǎn)解析軟件需具備自主化高水準(zhǔn)，操控簡單，且功能強(qiáng)大。

（5）系統(tǒng)呈現(xiàn)出遙信、遙調(diào)、遙測及遙控功能特性。

（6）終端設(shè)置需順應(yīng)風(fēng)、雨、雪、霧、酸堿、潮濕、振動(dòng)、電磁和粉塵等極端環(huán)境，且耐高溫、24 h 狀況。

（7）整體設(shè)置呈現(xiàn)出架構(gòu)簡單、有效、靈便及拆卸便捷的特性。同時(shí)設(shè)置遵照免維護(hù)的特性設(shè)計(jì)。

4.3 A 鐵路配電網(wǎng)絡(luò)智能化系統(tǒng)組成詳細(xì)闡述

4.3.1 中心端系統(tǒng)

此系統(tǒng)設(shè)立在A 鐵路線智能化配電系統(tǒng)電力調(diào)度中心內(nèi)部，其設(shè)施由操控服務(wù)器、路由器、交換機(jī)與調(diào)度操控計(jì)算機(jī)構(gòu)成。中心操控服務(wù)器組裝監(jiān)控軟件，需針對終端提報(bào)信息來完成問題解析、及時(shí)收集和數(shù)字通信等功能，并且具有記載事實(shí)與警報(bào)、實(shí)施遠(yuǎn)程操控、自主形成報(bào)表、管控設(shè)施保護(hù)數(shù)據(jù)及維護(hù)定制查找修正等功能。操控需擁有操控權(quán)限，并通過軟件登錄頁面與硬件口令雙重鎖定，避免其他人觸碰引發(fā)不必要麻煩。操控過程中，在登錄頁面填寫操控人員姓名與密碼、校驗(yàn)碼，雙擊登錄即可進(jìn)入10 kV 電動(dòng)開關(guān)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操控頁面。

4.3.2 終端系統(tǒng)

第一，室外真空斷路器，遠(yuǎn)程操作開關(guān)為三相交流50 Hz、12 kV 額定電壓室外開關(guān)，通過室外柱上高壓真空斷路器與阻隔開關(guān)結(jié)合構(gòu)成，利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)施遠(yuǎn)程操作，進(jìn)一步操控?cái)?、合線路，有助于設(shè)施分段檢修和線路故障排查。此開關(guān)操控機(jī)構(gòu)利用永磁機(jī)構(gòu)，替代了過往的彈簧操控機(jī)構(gòu)，呈現(xiàn)出架構(gòu)簡便、零件精簡、小型化、智能化、穩(wěn)定性和不用維護(hù)的特性。然而，開關(guān)主體則通過真空斷路器與阻隔開關(guān)構(gòu)成。斷路器是小型化設(shè)計(jì)，通過集成固封極柱、永磁機(jī)構(gòu)及其箱體構(gòu)成。真空斷路器導(dǎo)流回路則通過支柱上位接線端、真空滅弧室斷口、法蘭盤和拋出接線端組成。此外，永磁機(jī)構(gòu)比較適合在中壓真空開關(guān)設(shè)施的電磁操控、永磁保持和電子操控中的操作設(shè)置。其特點(diǎn)為長期磁鐵確保機(jī)構(gòu)終端方位功能達(dá)成，替換了過往的機(jī)械脫扣與鎖口裝置。利用電子電路針對分合閘線圈實(shí)施把控，結(jié)果達(dá)成斷路器智能操控，如圖2 所示。

圖2 戶外永磁真空斷路器+隔離開關(guān)

第二，電源板塊，其構(gòu)成為YH 感應(yīng)取電、充電逆變一體機(jī)和蓄電池。通過YH 二次感應(yīng)電源，且功率大體在400 VA 上下，規(guī)格為長330 mm×寬220 mm×高542 mm，在38 kg 上下，內(nèi)部有熔斷器。具體如圖3所示。

圖3 取電電壓互感器

此外，充電逆變一體機(jī)為當(dāng)下較為成熟的產(chǎn)品。蓄電池利用膠體蓄電池，可在10 kV 斷電狀況下，分合斷路器與微機(jī)保護(hù)模塊、通信模塊的用電。

第三，電路及電壓收集，一次電流電壓收集單元通過2 個(gè)電流互感器與1 個(gè)電壓互感器構(gòu)成。2 個(gè)電流互感器組裝在永磁斷路器外圍。電壓互感器通過取電用互感器、二次側(cè)采集，電壓互感器為兩用設(shè)施。電流電壓收集二次集中通過微機(jī)保護(hù)板塊實(shí)現(xiàn)。微機(jī)保護(hù)板塊則利用操控、保護(hù)和通信。篩選網(wǎng)口保護(hù)板塊能有利于通信板塊關(guān)聯(lián)。保護(hù)種類為三相電流保護(hù)與過壓與失壓、零序保護(hù)。

第四，通信板塊，其構(gòu)成為GPRS 板塊與移動(dòng)公網(wǎng)。中國移動(dòng)GPRS 系統(tǒng)為非常完備的體系，因此無需創(chuàng)建通信網(wǎng)絡(luò)，非常適用于鐵路配電系統(tǒng)終端間距中心較遠(yuǎn)、設(shè)備分布分散特性。由于10 kV 配電網(wǎng)絡(luò)通信信息量少，全部能通過GPRS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通信成本較低。因此選擇GPRS 設(shè)施終端板塊與公網(wǎng)構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。尤其在中心端少選鐵路固定IP 連接方法，最終才能高效確保通信平穩(wěn)性。

4.4 問題處置程序

智能配電網(wǎng)絡(luò)問題排查為綜合解析流程，則要融合配電所全部運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)收集的有關(guān)配電所設(shè)施電流電壓信息，部分信息被運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)及時(shí)傳送至A 鐵路調(diào)度中心計(jì)算機(jī)上，調(diào)控員了解全部所亭運(yùn)轉(zhuǎn)方法。配電系統(tǒng)出現(xiàn)任何問題，調(diào)控員可迅速查看不同終端設(shè)施信息參數(shù)及其故障報(bào)告信息，快速推斷問題性質(zhì)，診斷出問題位于配電所或者區(qū)間內(nèi)部，經(jīng)過倒閘把問題區(qū)間清除后，隨即復(fù)原正常線路完成供電。

5 結(jié)束語

經(jīng)過以上研討，在智能配電網(wǎng)中設(shè)立監(jiān)控技術(shù)、配電信息收集和可視化技術(shù)，能夠完成檢測信息與清除問題一體化建造?；诖?，智能配電網(wǎng)的投入應(yīng)用更有利于確保電壓平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，電氣設(shè)施在用電峰值時(shí)不會(huì)被輕易損壞。