高效配電系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)研究

國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司元氏縣供電分公司 王靖楠 劉 勝

1 引言

工業(yè)化和城市化的快速推進(jìn)，電力系統(tǒng)的可靠供電成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)保證。而高效配電系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)可靠供電的關(guān)鍵要素之一。隨著電力負(fù)荷的不斷增加和能源消耗的加劇，提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性成為電力行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

2 配電系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析

2.1 電力負(fù)荷不均衡導(dǎo)致能源浪費(fèi)

電力負(fù)荷不均衡問(wèn)題是指配電系統(tǒng)中一些區(qū)域或設(shè)備承擔(dān)過(guò)大的負(fù)荷，而其他區(qū)域或設(shè)備處于低負(fù)荷狀態(tài)的情況[1]。這種不平衡導(dǎo)致了電力資源的浪費(fèi)，因?yàn)槟承﹨^(qū)域或設(shè)備耗用了更多的電力，但卻沒(méi)有得到有效利用。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取負(fù)荷均衡的措施。例如，通過(guò)合理配置電力負(fù)荷，可以根據(jù)各個(gè)區(qū)域和設(shè)備的實(shí)際需求進(jìn)行負(fù)荷分配，使電力負(fù)荷更加均衡，充分發(fā)揮每個(gè)設(shè)備的潛力，減少能源的浪費(fèi)和不必要的損失。

2.2 設(shè)備損壞和故障風(fēng)險(xiǎn)較高

在配電系統(tǒng)中，設(shè)備損壞和故障的風(fēng)險(xiǎn)較高，這可能是設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、老化以及不當(dāng)使用等原因?qū)е碌?。設(shè)備損壞和故障的發(fā)生會(huì)引起停電和生產(chǎn)中斷，給工作和生活帶來(lái)不便，并且增加了維修和更換設(shè)備的成本。為了降低設(shè)備損壞和故障風(fēng)險(xiǎn)，需要定期進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)。定期地檢查、清潔和維護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施修復(fù)或更換受損設(shè)備，保持設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，減少設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

2.3 運(yùn)行效率低下影響供電能力穩(wěn)定性

運(yùn)行效率低下是指配電系統(tǒng)在供電過(guò)程中存在能源浪費(fèi)和效率降低的情況。這樣的運(yùn)行狀態(tài)不僅導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，還會(huì)增加成本，同時(shí)也增加了供電中斷和負(fù)荷過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)。為提高運(yùn)行效率，可以采取多種措施。例如，合理配置電力負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行負(fù)荷分配，避免過(guò)載或低負(fù)荷狀態(tài)的發(fā)生，提高能源利用效率。

3 解決問(wèn)題的對(duì)策

3.1 合理配置電力負(fù)荷

解決電力負(fù)荷不均衡問(wèn)題的關(guān)鍵在于合理配置電力負(fù)荷，根據(jù)各個(gè)區(qū)域和設(shè)備的實(shí)際需求進(jìn)行負(fù)荷分配[2]。首先，利用負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)歷史用電數(shù)據(jù)和天氣等因素的綜合分析，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的電力負(fù)荷進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性對(duì)于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡至關(guān)重要?；陬A(yù)測(cè)結(jié)果，制定相應(yīng)的電力調(diào)度策略。區(qū)域電源供給調(diào)度情況見(jiàn)表1。

表1 區(qū)域電源供給調(diào)度情況

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，制定了每日的電力調(diào)度策略。根據(jù)不同日期，區(qū)域電源供給情況會(huì)有所變化。當(dāng)某個(gè)區(qū)域的電源供應(yīng)緊張時(shí)，可以采取加大峰時(shí)電價(jià)的措施來(lái)鼓勵(lì)用戶(hù)減少用電負(fù)荷，從而平衡供需關(guān)系，避免電力不足的情況發(fā)生。

其次，差異化電價(jià)政策是平衡電力負(fù)荷的重要手段之一。通過(guò)設(shè)置高峰期和低谷期的電價(jià)差異，鼓勵(lì)用戶(hù)在低負(fù)荷時(shí)段集中使用電力。當(dāng)電力需求較低時(shí)，可以采取靈活的電價(jià)調(diào)控措施，如低谷電價(jià)，引導(dǎo)用戶(hù)在這一時(shí)段增加用電量，提高負(fù)荷穩(wěn)定。例如，早晨到中午時(shí)段和下午到晚上時(shí)段設(shè)定普通電價(jià)，讓用戶(hù)在這些時(shí)間段內(nèi)可正常使用電力，不設(shè)定額外的鼓勵(lì)或懲罰措施。在上午和傍晚時(shí)段，設(shè)置高峰電價(jià)，即提高電價(jià)15%～20%，以鼓勵(lì)用戶(hù)節(jié)約用電或?qū)⒂秒娯?fù)荷轉(zhuǎn)移到低負(fù)荷時(shí)段。這樣可以有效減輕高峰時(shí)段的負(fù)荷壓力，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。差異化電價(jià)調(diào)控措施見(jiàn)表2。

表2 差異化電價(jià)調(diào)控措施

如表2所示，早晨到中午時(shí)段和下午到晚上時(shí)段設(shè)定普通電價(jià)，讓用戶(hù)在這些時(shí)間段內(nèi)可正常使用電力，不設(shè)定額外的鼓勵(lì)或懲罰措施。在上午和傍晚時(shí)段，設(shè)置高峰電價(jià)，即提高電價(jià)15%～20%，以鼓勵(lì)用戶(hù)節(jié)約用電或?qū)⒂秒娯?fù)荷轉(zhuǎn)移到低負(fù)荷時(shí)段。這樣可以有效減輕高峰時(shí)段的負(fù)荷壓力，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。配電維護(hù)通過(guò)差異化電價(jià)政策的制定，可以合理引導(dǎo)用戶(hù)在低負(fù)荷時(shí)段集中使用電力，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡和電力資源的充分利用。具體的電價(jià)調(diào)控措施可以根據(jù)實(shí)際情況和政府部門(mén)的要求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。另外，積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)也是解決電力負(fù)荷不均衡問(wèn)題的重要途徑。智能電網(wǎng)通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的信息通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并可根據(jù)需求自動(dòng)調(diào)整供電策略。有效地掌握各個(gè)區(qū)域和設(shè)備的負(fù)荷狀況，及時(shí)調(diào)整供電策略，式（1）可用于計(jì)算各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷均衡程度：

式（1）中，最大負(fù)荷表示某個(gè)時(shí)間段內(nèi)各個(gè)區(qū)域的最大負(fù)荷值。最小負(fù)荷表示某個(gè)時(shí)間段內(nèi)各個(gè)區(qū)域的最小負(fù)荷值。平均負(fù)荷表示某個(gè)時(shí)間段內(nèi)各個(gè)區(qū)域的平均負(fù)荷值。利用上述公式，可以計(jì)算出負(fù)荷均衡程度，用以評(píng)估各個(gè)區(qū)域的負(fù)荷分布情況。負(fù)荷均衡程度越接近1，表示各個(gè)區(qū)域負(fù)荷分布相對(duì)均衡；而負(fù)荷均衡程度越低，表示存在較大的負(fù)荷不均衡現(xiàn)象。同時(shí)，智能電網(wǎng)還具備快速響應(yīng)能力，可在電力緊張或突發(fā)情況下進(jìn)行靈活調(diào)度，確保供電的穩(wěn)定性和可靠性。用戶(hù)調(diào)整用電行為數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 用戶(hù)調(diào)整用電行為數(shù)據(jù)

通過(guò)收集這些用戶(hù)反饋的數(shù)據(jù)，并結(jié)合智能電網(wǎng)平臺(tái)上的其他相關(guān)數(shù)據(jù)，電力公司可以進(jìn)一步優(yōu)化電力供應(yīng)方案，包括調(diào)整電力分配策略、峰谷電價(jià)政策等，以提升電力負(fù)荷均衡度，確保供電穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 定期設(shè)備檢修與維護(hù)

為了降低設(shè)備損壞和故障的風(fēng)險(xiǎn)，配電系統(tǒng)需要采取一系列預(yù)防性維護(hù)措施。首先，制定嚴(yán)格的設(shè)備檢修和維護(hù)計(jì)劃是關(guān)鍵的一步[3]。配電系統(tǒng)通過(guò)定期的設(shè)備檢查、清潔和維護(hù)，可以確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。這包括定期巡檢設(shè)備運(yùn)行狀況，檢查電纜、插頭及其他連接件的接觸情況，清除污垢和灰塵，替換老化和磨損的零部件等。配電系統(tǒng)設(shè)備巡檢和維護(hù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 配電系統(tǒng)設(shè)備巡檢和維護(hù)數(shù)據(jù)

定期維護(hù)能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，從而避免可能的設(shè)備故障。其次，加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警也非常重要。配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過(guò)采用智能監(jiān)控系統(tǒng)，在配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備上安裝傳感器，如溫度傳感器、電流傳感器、頻率傳感器和電壓傳感器等。這些傳感器通過(guò)無(wú)線或有線方式將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)。智能監(jiān)控系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和算法技術(shù)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。配電系統(tǒng)的功率因數(shù)式：

功率因數(shù)=有功功率/視在功率 （2）

式（2）中，有功功率表示設(shè)備實(shí)際消耗的功率，以瓦特（W）為單位。視在功率表示設(shè)備電流和電壓相乘得到的總功率，以伏特安（VA）為單位。

功率因數(shù)的值通常在0～1，描述了電力設(shè)備消耗電能的效率。若功率因數(shù)接近1，表示電力設(shè)備有效利用電能；若功率因數(shù)較低，表示設(shè)備在消耗電能時(shí)存在較大的功率損耗。采用式（2）來(lái)計(jì)算功率因數(shù)，智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)異常或變化，提醒維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，以提高配電系統(tǒng)的能效和穩(wěn)定性。

3.3 采用先進(jìn)的監(jiān)控和保護(hù)技術(shù)

為提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，可以采取多種措施。首先，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵的一步。通過(guò)合理布置變電站、開(kāi)關(guān)站和線路，可以減少電力傳輸損耗[4]。在設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，電網(wǎng)布局方案通過(guò)減少線路長(zhǎng)度和增加變電站的容量，可以有效降低輸電過(guò)程中的電能損耗，提高電網(wǎng)的傳輸效率。其次，引入智能監(jiān)控和自動(dòng)化控制技術(shù)也是提高配電系統(tǒng)效率的關(guān)鍵措施之一。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流、電壓、頻率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出相應(yīng)的調(diào)整。配電系統(tǒng)智能監(jiān)控和自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 配電系統(tǒng)智能監(jiān)控和自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)

根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)異?；虺鲆?guī)定范圍的情況。例如，節(jié)點(diǎn)A的電流超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值，智能監(jiān)控系統(tǒng)生成了相應(yīng)的操作指令，調(diào)整電流至90A。節(jié)點(diǎn)B的電流、電壓和頻率都在正常范圍內(nèi)，無(wú)須調(diào)整。智能監(jiān)控系統(tǒng)還可以遠(yuǎn)程下發(fā)操作指令到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。例如，對(duì)于節(jié)點(diǎn)C，智能監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到頻率偏低，生成了相應(yīng)的操作指令，調(diào)整頻率至50Hz。根據(jù)上述內(nèi)容可得出，數(shù)據(jù)表格記錄和操作指令的追蹤，可以實(shí)時(shí)了解配電系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況和調(diào)整情況，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。自動(dòng)化控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能化管理，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和效率。采用智能監(jiān)控和自動(dòng)化控制技術(shù)可以及時(shí)處理設(shè)備故障、優(yōu)化負(fù)荷分配、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，從而提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高效配電系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)研究對(duì)于提高配電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。合理配置電力負(fù)荷和進(jìn)行定期的設(shè)備檢修與維護(hù)是關(guān)鍵措施。這些研究為相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士和決策者提供了有益的參考和指導(dǎo)，促進(jìn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。