高壓電器智能化與配電網保護自動化研究

王豫民

(平高集團有限公司，河南 平頂山 467099)

高壓電器智能化是電力系統的一項歷史性的革命，它全面的改變了傳統變電工程的建設和運行與維護模式，并且實現了以較少的經濟投入獲得較高的經濟產出的目的，這種具有高效益、高可靠性的新的思維模式正在從多個方面影響著社會的發展和進步[1]。此外，高壓電器的智能化還在一定程度上促進了電器的系統化和網絡化，高壓電器可以將斷路器、接觸器、起動器、保護用電器和重合器連接在一起，以此組成局域網和以太網，以一個更為開放的網絡系統的形式存在。隨著電力工業的快速發展，高壓電器的智能化被全面的提上了日程，在國民生活和工業生產領域得到了前所未有的有效應用。同時，對于高壓電器智能化的工作而言，配電網保護自動化的趨勢也越來越明顯，對其進行投資的數額也越來越大，得到了電力行業的廣泛關注。尤其在微電子技術、計算機技術與通信傳遞信息技術的共同作用下，配電自動化技術的應用范圍和應用成效不斷得到顯現。基于此，本文對高壓電器智能化與配電網保護自動化問題進行了全面的研究，得出了一些結論，旨在通過本文的工作為這一領域的實踐提供可供借鑒的信息。

1 智能控制與智能電器

當前，在電器領域涌現出了智能電器與智能開關柜，它們都具有自診斷功能與在線檢測功能，該功能是智能電器主要特征。而智能控制的重點是在高層控制，就是指組織控制。它的主要任務就是對實際環境或者過程開展組織，就是進行決策與規劃。因此，應該運用符號信息處理、啟發式程序設計與自動推理與決策等主要技術。此類問題求解過程和人腦的思維過程有一定的類似性，就是具備一定程度的“智能性”[2]。而在變電站綜合自動化與配電自動化系統當中，智能電器是一個重要組成部分，它的動作要與總體規劃相適應，通常這要涉及到和上級通訊，就需要通過四元結構進行分析。因此，我們把智能電器可以當做:只要是按照外界指定訊號與要求，使用專家控制系統等智能控制方法，不需要人的干預，就可以進行獨立地接通與斷開電路，斷續或者連續地轉變電路參數進而實現對電路或者非電對象轉換、控制、維護、檢測、變更以及調節使用的電氣設備類智能電器。通常智能電器的技術方案包括計算機數據處理技術、自動控制原理、傳感器相應技術、通信技術以及電力技術等方面。

2 高壓智能電器的配電保護自動化解析

配電系統保護自動化作為配電自動化系統控制與管理的主要構成部分，通常主要以下四個功能:其一是把故障區段隔離，降低停電事故與故障時間;其二是對電力系統網絡的過負載進行監測;其三是實時調整與變換電網運行方式與負載的轉移活動;其四是改善用戶服務質量，減低電能損耗，降低總體投資，降低配電檢修維護成本，提升供電質量與供電可靠性能[3]。當前，完成上述功能的配式如下:配電方一種是英美方式;另一種則為日本方式。英美方式主要運行機電一體化功能的重合器與分段器;日本方式主要利用日本東芝真空開關作為自動配電智能開關。

在八十年代后期，我國農村先后引進的大量機電一體化開關設備，諸如自動重合器、分段器以及配電開關等，大部分內已經在農村小型化戶外變電站應用，通常作為變電站十千伏出線保護。如今，配電系統只有柱上油開關與跌落式負荷開關兩種，還沒有其他保護設備，所以，一旦配電網上發生永久性故障的狀況，主要利用變電站出口重合器，讓它跳閘，使得整個線路斷電。重合器只是相當于具備重合功能的斷路器，發揮變電站戶外10kV開關的功能，但是智能設備技術性能的優勢沒有得到很好發揮。重合器的主要功能不但可以進行變電站保護，還需要和網上的分段器與配電開關進行配合，從而對整體形成有層次與有邏輯的遞進的保護，最終實現配電系統自動化功能。

3 高壓智能電器配電網保護自動化系統的構建

3.1 配電調度主站系統

配電調度主站系統是整個配電自動化系統的重中之重，它管理著各個子站系統，不但具備信息處理、配電事故順序記錄處理、配電事故追憶、相關數據標識與人工置數、數據網絡拓撲著色、配電事件/報警處理、各種表格及打印、程序運行控制以及操作等SCADA作用，同時還具備自動故障診斷、對故障進行隔離、對故障線路進行重構等DA作用及其綜合網絡數據分析、潮流計算、對網絡進行重組、負荷管理、電壓與無功優化以及安全性與可靠性分析等DMS強大功能。電鍍主站系統通常采用分布式環境支撐軟件、通用性非常強的商用數據庫、客戶與服務器技術，通過應用軟總線進行數據的交換，為用戶提供開放式應用程序接口與數據庫接口，能夠和MIS系統與調度自動化系統進行聯接，有效實現數據共享，同時能夠逐步和地理信息系統進行有機地結合，從而使得配網設備運行管理邁進一個嶄新階段。

3.2 變電站子站系統

變電站子站系統一般利用實時與多任務操作系統作為它的基礎軟件平臺，一定要實時性良好、可靠性較高，能夠進行遠程維護，便于擴展[4]。變電站子站系統在完成基本的SCADA功能的同時，還需要具備故障檢測、故障定位、自動隔離以及系統恢復功能。由于配網中監控設備點多面廣，所以不可能把全部的終端設備直接與配電主站進行連接，因此，站端系統需要分級分層，在配電主站與終端設備之間一定要增設中間一級配電子站，通過它管理所轄線路上的配電終端相關監控設備，實現“數據集中器”的功能，完成信息上傳下達的任務，最后完成線路故障的就地隔離、定位以及恢復。然而負荷轉移一定要通過調度主站DMS分析軟件計算之后實現此功能，這樣就可以有效地規避負荷轉移的盲目性。

3.3 配電房終端裝置

配電房終端裝置通常要求具備遙測、遙信以及遙控作用;自檢與嚴格校驗作用;能夠進行模塊化設計，各個功能可以自由組合;同時該裝置具有體積小，防塵與防潮、抗干擾性較強，可靠性較高等特征;同時其對穩定性要求較高，一般運行溫度介于 －40℃ －+85℃之間[5];可以記錄運行工況，且接口靈活，能夠支持多種通信規約;該裝置的人機界面非常直觀，可操作性較強，方便維護;備用電源要求十分可靠需要高溫下才能確保它的穩定性。不但要求對FTU可靠、實用以及靈活，而且對配電房的一次設備的要求也需要具備可靠與穩定的性能，尤其是對開關機構要求功耗較低、可靠性較高，通過應用光纖互感器成套對故障設備進行檢測，可以檢測出線路上很多故障，如果具備錄波功能，能夠安全與準確地反映故障點，可以為配電自動化系統建設很好的數據源，也可以為檢修人員提供詳細的數據資料，這在很大程度上提高了檢修效率[6]。

4 結束語

由于電力工業的高速發展，城市建設與經濟發展與電力密切相關，而且對電能需求量在不斷提高，城區配電網絡也在進一步壯大，網架結構非常復雜，對電壓的質量要求非常高，同時電力管理正在走向商品化與市場化，所以供電企業面臨著前所未有的挑戰。由此可知，可靠性較高的配電網及其配電自動化對可靠供電非常重要，我們要認真地規劃配電網，不斷完善網架結構，要利用先進的技術，逐步建立配網自動化系統，最終提升配電網絡的自動化水平與能力。

[1]XIAO Shijie.Consideration of technology for constructing Chinese smart grid.Automation of Electric Power Systems，2009(9):1－4.

[2]劉培宏.智能化高壓電器與配電網保護自動化[J].上海電力學院學報，2001(6):35－40.

[3]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配電網與配電自動化[J].電力系統自動化，2009(17):38 －41.

[4]National Energy Technology Laboratory，U.S.Department of Energy.The modern grid imitative[R/OL].[2008－10－10].http://www.netl.doe.gov/moderngrid/docs.

[5]蔣先乾.配電網自動化技術問題初探[J].中國水運，2007(5):56－57.

[6]曾杰峰.配電網自動化發展展望[J].武漢船舶職業技術學院學報，2006(3):81－84.