談通過配網(wǎng)自動化提高供電可靠性

摘要：供電可靠性直接反映了供（農(nóng)）電系統(tǒng)對用戶的供電能力，同時也反映出電力工業(yè)對國民經(jīng)濟電能需求的滿足程度，是供（農(nóng)）電系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、設(shè)備制造、生產(chǎn)運行等方面質(zhì)量和管理水平的綜合體現(xiàn)。主要結(jié)合目前吉林城郊地區(qū)農(nóng)電系統(tǒng)10kV配電網(wǎng)的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，結(jié)合該地區(qū)未來配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方向，探討了如何通過合理提高配網(wǎng)自動化功能以提高供電可靠性的可行方案，重點談到以實現(xiàn)配電開關(guān)站自動化為突破，實施配電自動化的可行性。

關(guān)鍵詞：供電可靠性；配電網(wǎng)；配電自動化

作者簡介：王輝（1969-），男，吉林省吉林市人，吉林省農(nóng)電有限公司吉林城郊分公司經(jīng)理，高級工程師。（吉林 吉林 132013）

中圖分類號：TM726 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0188-02

隨著經(jīng)濟建設(shè)突飛猛進地發(fā)展和人民生活水平日新月異地提高，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)正面臨著提高供電可靠性的迫切要求。吉林市城郊地區(qū)的配電網(wǎng)也在逐步地改進和發(fā)展，從無到有，從放射到環(huán)網(wǎng)。但辦公設(shè)施的現(xiàn)代化、生活用品的電氣化以及企業(yè)設(shè)備的自動化都無法忍受任何理由的哪怕是很短時間的停電。而城鄉(xiāng)配電線路的現(xiàn)狀是：設(shè)備陳舊、故障率多、停電影響面積大，配電網(wǎng)供電可靠性較低，即使是相對較好的市區(qū)供電可靠性也不過為99.97%左右，而農(nóng)村的供電可靠性則更低。這一切都說明結(jié)合電網(wǎng)的規(guī)劃發(fā)展配電自動化，已經(jīng)成為保證吉林市城郊地區(qū)供電可靠性的一個重要支柱了。

一、通過增強配網(wǎng)自動化以提高供電可靠性的構(gòu)想

配網(wǎng)自動化是指對配電線路的故障能夠進行快速診斷、自動隔離，以縮小故障停電范圍，快速恢復(fù)非故障段供電，提高供電可靠性。配電自動化是把現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將對配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制，能夠?qū)崟r監(jiān)控、協(xié)調(diào)、管理配電網(wǎng)各環(huán)節(jié)設(shè)備，實現(xiàn)整個配電網(wǎng)優(yōu)化運行。

配電線路自動化的開發(fā)是一個高投入、高技術(shù)、高難度、長周期、多方位的系統(tǒng)工程。電力相關(guān)部門應(yīng)該立足于國情和電網(wǎng)現(xiàn)狀，保證供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運行費用。為此，提出以下構(gòu)想：

1.配網(wǎng)自動化涉及范圍的確定

涉及的范圍：已經(jīng)實現(xiàn)自動化的部位有調(diào)度自動化、66kV變電自動化，10kV及以下配電網(wǎng)尚未實現(xiàn)自動化。因此，在本文當(dāng)中配電自動化系統(tǒng)主要是指10kV及以下配電網(wǎng)的自動化。配網(wǎng)自動化的范圍應(yīng)以10kV饋線自動化為主，覆蓋了0.4V低壓配電臺區(qū)自動化。

2.配網(wǎng)自動化對提高供電可靠性的作用

配電線路安裝的自動重合閘裝置動作的成功率一般達到40%～50%的水平（按照全國的繼電保護統(tǒng)計），那么重合閘不成功的部分將希望由饋線自動化來承擔(dān)。

變電站備用電源自動切換的動作成功率一般達到97%～98%的水平，它可以使變電站的停電的母線再一次得到電源，它已經(jīng)大大減少了外來電源對配電線路失去電源的影響和供電變壓器的停電影響。

電源側(cè)的線路的自動恢復(fù)供電的功能（包括上級線路的自動重合閘和電源的自動切換），也很大程度上減少了因外部的影響而停電的情況。

饋線自動化的動作行為是對上述三點裝置供電連續(xù)性的補充，而最主要的是對配電線路本身永久性故障時的補充，但它不能代替上面裝置全部的動作行為。

那么，整個上述部分的自動化綜合起來就實現(xiàn)了10kV配電網(wǎng)自動化，對電網(wǎng)的供電可靠性起到很大的提高作用。

二、配網(wǎng)自動化的幾種方式

目前實現(xiàn)配電自動化大體有以下幾種方式：

第一種方式：在10kV輻射型或樹枝型線路裝設(shè)重合器、分段器的方式。由于不需要配置通信通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身功能進行線路故障時的故障隔離和恢復(fù)供電，因而其實施較容易。但這種方式在線路故障時會出現(xiàn)多次的重合沖擊，這對很多用戶來說是無法承受的。而如果在重合器和分段器上配至饋線遠方終端（FTU），并架設(shè)通訊通道、設(shè)置主站，依靠FTU信息來縮短故障定位時間，就能克服多次重合的缺點，但因架空線路路徑都很長，投資也要相應(yīng)增加許多，所以架空的通訊的方式增加了故障的幾率。

第二種方式：在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)中采用重合器，配合環(huán)網(wǎng)柜實現(xiàn)配電自動化。但此項需要重合器的保護曲線與環(huán)網(wǎng)柜的熔絲和用戶變壓器的熔絲保護間緊密配合，因而只適合小區(qū)電網(wǎng)的配電自動化需求。

第三種方式：在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)中采用環(huán)網(wǎng)柜加FTU的配電自動化系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)柜一般有兩進兩出，數(shù)個環(huán)網(wǎng)柜構(gòu)成一個供電單元。主站根據(jù)各環(huán)網(wǎng)柜上FTU送來的信息經(jīng)過邏輯運算，發(fā)出指令遙控各環(huán)網(wǎng)柜的負荷開關(guān)，達到迅速確定故障位置和恢復(fù)供電的目的。這種方式的故障隔離時間一般為1分鐘左右，適合于城郊類的集中供電區(qū)。

第四種方式：我國原有的城區(qū)大多是延街道敷設(shè)的架空絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的10kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對這種網(wǎng)絡(luò)，目前一般都先將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造為來自兩個變電所電源的“手拉手”環(huán)網(wǎng)線路，線路分段器改造為可遙控的負荷開關(guān)，主站通過處理每個開關(guān)的FTU信息，遙控開關(guān)的開斷，對故障進行隔離，此種方式一般適用于電網(wǎng)改造。

前兩種方式為過去的饋線自動化（FA），已無法滿足當(dāng)今配電網(wǎng)發(fā)展的需要，今天通常說的配電自動化是指配電網(wǎng)自動化（DAS）。

三、城郊配電自動化建議模式

吉林城郊地區(qū)配電自動化實施有現(xiàn)實的難度，但配電自動化是未來的發(fā)展方向，需要合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配電設(shè)備（主要指開關(guān)）以滿足自動化的要求。

城郊地區(qū)采用斷路器式的大型開關(guān)站有其歷史和現(xiàn)實的原因。東北地區(qū)采用的是500/220/66/10的電壓體系，這個體系是歷史遺留的。在高密度城郊類城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中，單用戶的容量普遍較大，在66/10的電壓體系中如采用分散的小開閉所的環(huán)網(wǎng)模式會給66kV變電所出口數(shù)量造成較大壓力。這方面東北地區(qū)與南方地區(qū)的35/10電壓體系有所不同，當(dāng)然將電壓從10kV提高到20 kV可解決以上問題，但這項改造涉及問題很多，本文中就不再論述。

因此筆者認為在城郊農(nóng)網(wǎng)以開關(guān)站電纜網(wǎng)系統(tǒng)為主體，逐步實現(xiàn)全網(wǎng)的配電網(wǎng)自動化是吉林城郊農(nóng)網(wǎng)最實、經(jīng)濟效益最明顯、最實用化的自動化發(fā)展模式。

下面就此模式中的自動化問題分析如下：

1.配電開關(guān)站自動化方案

（1）配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。城郊網(wǎng)格式電纜配網(wǎng)結(jié)構(gòu)最適用于實現(xiàn)配電自動化。一般雙母線工作，分段開關(guān)處于熱備用狀態(tài)。開關(guān)站大部分采用電纜出線，各段線路長度較短。

（2）配電開關(guān)站自動化實現(xiàn)的基本功能。模擬量采集：三相電壓、電流、有功、無功、計算電量、功率因素、頻率等；開關(guān)量采集：開關(guān)狀態(tài)、貯能狀態(tài)等；遠方/就地控制：對開關(guān)進行分合閘操作；進線/出線/分段繼電保護功能；分段備自投；故障自動隔離；故障隔離后的負荷恢復(fù)。

（3）配電開關(guān)站自動化的基本配置。從完成的功能來看可選擇：純FTU模式和保護監(jiān)控合一模式。采用純FTU模式時：一般開關(guān)柜已有常規(guī)繼電器保護或熔斷器。FTU安裝于各回路上，采集各類數(shù)據(jù)及故障電流。其故障隔離及恢復(fù)供電由子站/主站系統(tǒng)完成。

2.保護動作和故障隔離

若開關(guān)站內(nèi)某段母線連接的線路中有兩回（含進線）以上的FTU采集到故障電流，則為站外出線故障。符合分閘條件的開關(guān)全跳開，CB重合后電源進線合閘恢復(fù)供電。

若開關(guān)站內(nèi)只有一回FTU采集到故障則為母線故障。變電所CB跳閘，開關(guān)站A FTU檢測到故障，跳A開關(guān)，跳B開關(guān)，閉鎖重合閘及受進線開關(guān)的重合閘，其他開閉所備自投啟動。此時需故障處理后人工恢復(fù)送電。

若開關(guān)站內(nèi)沒有一回FTU采集到故障，在電壓為零后則為電源故障，分段備自投啟動。

由上可見，在電源開關(guān)處啟用重合閘，各開關(guān)站投入備自投后，該配電網(wǎng)絡(luò)任一點故障，均能按正確要求隔離故障點并在10秒左右恢復(fù)供電。

3.配電網(wǎng)自動化的其他方面

（1）遠動系統(tǒng)：配電自動化系統(tǒng)的遠動主要實現(xiàn)FTU、TTU對線路開關(guān)、配電臺區(qū)（變壓器）的監(jiān)控。遠動系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性功能主要包括保護動作、環(huán)網(wǎng)控制、遠方控制、就地手動等四方面。配電自動化遠動系統(tǒng)的主要問題是線路電源（儀表與操作電源）和傳輸規(guī)約。

在開關(guān)站電纜網(wǎng)中實現(xiàn)對配電自動化系統(tǒng)的電源問題的解決要比在架空線上和環(huán)網(wǎng)箱內(nèi)方便得多。

需合適規(guī)約作為遠動傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并為此預(yù)留接口，滿足開關(guān)站自動化向整體配電自動化擴展的需要，如新的101規(guī)約已得到了一定程度的應(yīng)用。

（2）通信方案：廣義的配電自動化的通信方案包括主站對子站、主站對現(xiàn)場單元、子站對現(xiàn)場單元、子站之間、現(xiàn)場單元之間的通信等較廣的范圍。

目前實施的完整配電自動化試點工程系統(tǒng)的通信方案指主站對子站、主站對現(xiàn)場單元的通信。通信是配電自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣：光纖、電力載波、有線電纜、微波、擴頻等。而對城郊的開關(guān)站自動化來講，通信干線采用光纖有較高的性價比（因其供電半徑較短，而且城郊的電纜敷設(shè)以管網(wǎng)為主，有良好的光纖敷設(shè)通道）。

（3）主站網(wǎng)絡(luò)與軟件功能：配電自動化的主站功能包括SCADA實時監(jiān)控、GIS（地理信息系統(tǒng)）在線管理、電網(wǎng)經(jīng)濟運行分析等。但在實施配電網(wǎng)自動化工程中，應(yīng)避免走入這樣的誤區(qū)：以GIS代SCADA，實時處理圖形，增加了計算機工作負擔(dān)，人為地降低了系統(tǒng)安全可靠性。以提高供電可靠性為第一目標(biāo)的電網(wǎng)，SCADA實時監(jiān)控是重點同時確保主站信息處理及時，GIS在線管理為次，應(yīng)區(qū)別對待。

從吉林城郊農(nóng)電局的實際需要和發(fā)展需求來看，目前的配電自動化系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)配（網(wǎng)）調(diào)（度）合一的設(shè)計；技術(shù)上統(tǒng)一平臺、管理上易于維護、經(jīng)濟上節(jié)約資金（包括節(jié)約建設(shè)資金和維護費用），為電力企業(yè)奠定信息化管理的基礎(chǔ)。

四、城郊配網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)與配電自動化的注意事項

1.一次網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃合理，接線方式簡單，具有足夠的負荷轉(zhuǎn)移能力

在電網(wǎng)規(guī)劃和用戶供電方案的制定當(dāng)中，充分利用現(xiàn)有的資源做好配網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)互倒，減少放射型線路。利用配電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)能力提高供電可靠性，不再采用傳統(tǒng)的為了保證輻射型饋線可靠性，而在變電所端加雙母線帶側(cè)路的復(fù)雜方式。

不能把一條供電線路的容載能力一次全部利用，要充分考慮實施配電自動化時，負荷在各變電所、線路間切換時的余量。一般應(yīng)按N-1的可靠性原則來規(guī)劃，這是中壓環(huán)網(wǎng)安全的保證。

2.配電設(shè)備自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遙控和智能功能

配電設(shè)備應(yīng)選擇更長時限免維護的產(chǎn)品，在開關(guān)站建設(shè)中最好選用那些一次二次設(shè)備統(tǒng)一集成好，并具有串行通訊接口供遠方監(jiān)控用的開關(guān)設(shè)備。在開關(guān)站的設(shè)計和開關(guān)選擇時，要對柜門的防震能力和間隔尺寸提出要求，以便開孔施工安裝集成化的測量、控制和保護的自動化設(shè)備。

五、結(jié)束語

目前在吉林城郊地區(qū)實現(xiàn)配電自動化還有諸多困難，但這是配電發(fā)展的趨勢。再者，城郊地區(qū)是一個經(jīng)濟發(fā)展比較迅猛的地方，用戶對于供電可靠性的要求相當(dāng)高，提高供電可靠性實現(xiàn)配電自動化是一項非常重要的工作，也是為了提高供電企業(yè)管理水平以適應(yīng)當(dāng)前市場經(jīng)濟的變革需要。

（責(zé)任編輯：宋秀麗）