配電網自動化

摘要：分析配網現狀，用可靠性的方法去判斷正確的投資在配網沿用率，以滿足未來的使用負荷增長，消除配電系統中的投資過度和投資不足的風險，同時以適當的成本提供最可靠的服務。

關鍵詞：配電網 自動化 瓶頸 發展 應用

0 引言

電能的需求在不斷增加。但在一些地區，每天都有超過21%（還不包括偷電）的總發電量的電能損耗在輸電（4-6%）和配電網（15-18%）階段。該地區的電力赤字目前約為18%。顯然，減少配電系統上的電能損耗能顯著降低供電線損。對于這些地區而言，這個損耗可以降到6-8%，如果配電網部門運用了更新的技術方案（包括信息技術），將能更好地監測和控制配電過程。

1 電能是如何輸送到我們這里的

發電廠產生的電能電壓為10-25kV。為了便于長距離傳輸，它被加壓到220kV或330kV，目前中國特高壓已經達到1000kV電能的傳輸由高壓輸電網絡實現。通常，我們將這些運行長度達數百公里，并為用電負荷提供電能的輸電系統稱為網格。網格是通過連接到與用電負荷聯通的35kV（或有時220kV）子線路向網絡中心（市）供電。這些線路最終通向110kV（或35kV）的末端變配電站，在那里，電壓將降到10kV以供配電網絡使用，并被后者降到更低。本文的重點就是以此電壓等級進行研究配電網的自動化運用。

普通人所關注的，一般是供配電網的末端，也就是10kV配電線路以及35kV變電站及其下級配電網。這些從35kV變電站引出的10kV配電線路會通向附近的負荷電（比如行政區、工廠、村莊等）。在這些負荷點，配電電壓將通過0.4kV配電線路供給人們使用，這個低壓電壓包括單相的220伏電壓和三相的0.4kV電壓，輸電線路可以使用入地線或者是架空線。在市區，由于用電負荷密度高，10kV的輸電線路一般到3km就終止，并轉入下一級配電網絡；而在鄉村，10kV的配電線路通常都會綿延10余千米，0.4kV 的輸電線路通常長約0.5-1km，因為太長的低壓線路會加劇電能損耗，造成終端電壓過低。

2 供電可靠性的瓶頸

缺乏基層變電站（35kV）和10kV與415伏供配電線路負荷與運行狀況信息是導致配電網運行效率底下的根本原因。由于缺乏對電力運行的監控，系統過載等問題，導致了系統電壓過低，并增加了變壓器和輸電線路故障的概率。實際上，變壓器故障率高達20%，而在一些發達國家，這個數字低于2%。

由于配電網絡中缺乏開關電器，我們在切除某些負荷時無法保證其他負荷不受影響。唯一的解決途徑就是在35kV變電站（及每一條10kV配電線路）中使用斷路器。然而，這些斷路器按照程序的規定會在線路出現故障時完全隔離下級電路。作為一種負荷管理工具，這種切除方式不可取。這樣做會影響到大量的用電單位。很顯然，我們需要建設一個系統來更精細的管理負荷。

下級電路的任何一處故障，都會導致35kV變電站切除負荷。這樣做的結果就是供電網的大范圍斷電。如果我們可以準確確定故障線路位置，就可以大量減少開關電器的作動范圍，減少非故障區域的切除范圍（作為負荷管理的一方面來講）。

3 努力開發一體的綜合配電自動化

①通信和網絡技術，采用有線和無線媒體。②微控制器的遠程終端裝置（RTU）。③遠程可操作性的10kV和415伏饋線開關。④應用專用集成電路（ASIC）的電氣儀器儀表。⑤大型軟件，遠程監控，報警產生和遠程控制。⑥配電網絡模擬器（一個實物形式的配電網縮比模型）提供了一個先進的技術，零部件和軟件全面測試的平臺。

4 遠程終端

基于頂級RTU設計的微控制器有32個模擬信號通道和16個數字型號通道。并使得RS232實現了全雙工異步通信。系統采集到的數據將用以進行RMS和功率因數計算。該器件的核心設計目標是低成本以及在信號調理模塊級和通信接口方面更高的靈活性和可擴展性。

5 遠程可控開關器件

一種用于10kV中壓電力線路運行的斷路器和一種415伏級別的塑殼低壓斷路器的研發已經進入到試用階段。10kV級別的LBS在80A的運行電流下運行了80毫秒。該斷路器可以在通過16kA電流時在1秒鐘內斷開，以保護電路。通過一個三相異步電動機和齒輪構成的機構，我們可以實施對斷路器的遙控操作。而415伏的塑殼斷路器則擁有一個進線斷路開關和兩個出線斷路開關。這種靈活的配置是為了適應不同電壓級別的接線。對這些斷路器的遠程遙控操作是通過電磁制動機構實現的。

6 電力系統的可靠性評估

電力系統的基本功能是為用戶提供盡可能經濟和可靠的電能。自20世紀40年代起有一些簡單的應用概率方法來進行發電儲備容量計算，但是，電力系統可靠性評估真正受到關注是1965年后才開始，最顯著的影響，是紐約市大停電那一年。可靠性數學運算在不斷變化，以適應不斷發展變化的業務和技術的電力系統的配置。目前，風能和太陽能等可再生能源方面的系統對發電，輸電和配電系統的運行產生重大影響。

7 配電系統的可靠性評估

配電系統可靠性的概念與發電和輸電系統不同在于，它有更多的用戶負載點，而不是被系統定向導向，它和當地的配電系統集成，而不是考慮涉及發電和輸電整個系統。發電和輸電的可靠性也強調供應能力和負荷損失的比例，涉及所有工程分布的可靠性：設計，策劃和運行。由于配電系統沒有綜合發電和輸電系統時的復雜性，涉及數學的概率遠比發電和輸電可靠性評估所需的簡單。

重要的是要注意，配電系統是大多電力系統及其客戶之間的重要環節。在許多情況下，這些都是放射狀的，他們容易被單一用戶停電事件打斷。一個放射狀的配電線路通常使用主饋線和橫向的分配線路供給用戶電能需求。在過去，配電系統可靠性很少像發電和輸電系統可靠性那樣受到關注。這背后的根本原因是，發電和輸電環節都是資本密集型的，中斷這些部分將會給社會造成廣泛的經濟災難。

據文獻報道，超過80%的用戶斷電發生在配電系統。分配片段是供給來源和用戶負載點之間聯結最弱的環節。雖然相比發電和輸電改進方案單一配電系統加固方案更便宜，但是一個電力公司通常花費大量資金在維護和很多配電改良計劃上。

目前，在許多電力公司中，服務的連續性可以接受的水平是通過比較任意目標實際中斷的頻率和持續時間確定指標。例如，在服務連續性統計月度報告所產生的許多工具包含任意目標系統的可靠性指標性能比較。它長期以來被公認特別是在解除管制的市場環境中，經驗和隱性標準規則不能以一致的方式經常做大量資本維護投資和經營決策。但是可以幾乎不采用概率分布模型對公用事業進行系統功能擴展研究就可得到一些可靠性計劃和有限的功能。不像大部分輸電系統，須在規劃和設計時受制于北美電力可靠性委員會的確定性標準，這種配電系統不受任何既定的規劃標準，配電業只須提供歷史分布系統的性能指標給監管機構。

參考文獻：

[1]電力工業部西北電力設計院著.電力工程電氣設備手冊（上冊）[J].北京：中國電力出版社，1998.

[2]陳珩編.電力系統穩態分析（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]李光琦編.電力系統暫態分析（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：王志芳（1978-），女，山西陽泉人，從事配網調度工作。2009年畢業于山西理工大學計算機及應用專業，助理工程師。