配電網架空線路自動化技術應用研究

摘 要：本文就配網架空自動化技術的應用進行了探討。提出了自己的一些看法，可供同行參考借鑒。

關鍵詞：配網；自動化技術；應用

1 前言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對電能質量的要求也日益提高。為了適應新的發展形勢，滿足生產和生活的需要，保證配電網絡安全、穩定、高效地運行就顯得非常重要。配網自動化系統正是為此而生的，它可以對與用戶直接相關的低壓電網運行狀態進行實時監測，及時發現和杜絕供電隱患，從而保證配網地安全、穩定、有效地運行。因此，配網自動化系統的研究對配網的穩定運行具有一定的指導意義。

2 配網自動化在電力系統中的位置

電力系統由發電、輸電、變電、配電和用電五個環節組成。其中發電、輸電、變電幾個環節的監視、控制和管理屬能量管理系統EMS，包括監視控制和數據采集SCADA、自動發電控制AGC、管理信息系統MIS和其它名目繁多的EMS高級應用軟件。配電和用電的監視、控制和管理屬配電管理系統DMS，包括SCADA、負荷管理LM/負荷控制、故障管理、自動繪圖AM/設備管理FM/地理信息系統GIS/投訴電話熱線TC，配電網高級應用軟件等功能。

EMS和DMS兩者均以SCADA系統為起點，由于電力是發、供、用一次完成，兩者有分工，但對于較小的系統兩者可合而為一。配網自動化DA與配電管理系統DMS密切相關，從供電網絡結構來看，主要包括變電站自動化和配電網自動化。配電網自動化又包括架空線路自動化和電纜網饋線自動化。

架空饋電線監視控制和數據采集、架空饋電線故障定位與架空饋電線隔離和自動恢復供電是柱上開關、分段器、重合器完成的功能。其中監視控制和數據采集也可用“遙信、遙控、遙調、遙測”四遙來描述。這“四遙”功能，最后要與配電管理系統DMS平臺相配合，涉及到通訊方式及通訊規約問題。①通訊方式目前有：有線、無線、光纖、電力載波等。有線通訊：抗干擾能力強，需架設通訊線路或租用電話線；②無線通訊：架設方便，存在頻道資源限制及無線干擾問題；③光纖：干擾小、可靠、可與電纜同時鋪設，成本較高；④電力載波：經濟性好，但由于配電網絡復雜、開關斷點多，需信號耦合、解決電容器組信號短路和變壓器信號衰減問題。

3 柱上一次開關設備

⑴架空饋線自動化一次設備也稱為柱上一次開關設備。柱上自動化設備分為重合器與分段器兩種，具有故障檢測與識別功能、測量與控制功能、計量功能、通訊功能和維護功能。

⑵柱上斷路器。①使用條件：所有故障都應獲得作為瞬時故障處理的機會，避開涌流的影響，分閘后閉鎖應僅發生于永久性故障的情況，因此分閘后閉鎖而切除的線路區段應盡可能少。②根據負荷大小和線路長短經濟合理地安排和選擇分段點及開關設備。③根據安裝地點選定額定電流，開斷和關合短路電流能力，動、熱穩定電流。④正確設置其保護配合。

4 架空饋電線自動化一次設備運行模式

⑴日本東芝模式：在架空線相間短路故障隔離及恢復供電方面有效，適用于配電饋線的初級階段，對于饋線綜合自動化的功能方面是不完善的。①沒有接地故障檢測功能。當出現接地故障時，若象對待短路故障一樣全線跳閘，再重合的辦法來隔離故障，則對于占總故障數 90%的接地故障來說會出現頻繁跳閘的現象，失去了中性點不接地的優點，采用中性點接地方法比之為好。②要求出線側開關具有重合功能。負荷重的地方一般不允許變電站內出線側開關再重合，應加裝重合器，這樣日本東芝的自動配電開關需依賴于重合器，就整個配電配置而言屬從屬位置了。③故障隔離時間長，級數越多隔離時間越長。④對故障判別和隔離，自身解決，對于負荷控制，SCADA功能仍需依賴于通訊線路。且操作平臺不適合中國國情。

⑵分布智能控制模式：FTU監控終端+斷路器（重合器），在一定區域內的斷路器實現故障隔離和恢復供電，但需建設該區域內斷路器之間的通道。

該模式要求柱上斷路器具有電動操作機構，FTU監控終端將檢測到的電流、電壓信號，斷路器狀態信號進行比較處理，通過點對點通信，FTU把故障后斷路器狀態及記錄信息傳送到臨近斷路器的FTU，識別出故障區段并自動隔離，然后對非故障區段自動恢復供電；其特點是增加了斷路器間通訊，技術較為先進，是配網自動化的過渡階段。對于有重合器配置，首先要使接地電流檢測靈敏度提高，并將接地故障改為慢速跳閘方式，站內應加裝接地故障微機選線裝置。

⑶遠方集中控制模式：配調中心站+FTU監控終端+負荷開關，由控制中心（分中心）判斷故障、隔離故障、恢復供電。該模式將FTU監控終端檢測的信息通過通信網絡傳送至配調控制中心（分中心），進行全面的計算機管理；在饋線發生故障后，由控制中心（分中心）自動判別后遙控斷路器隔離故障區段、恢復非故障區段供電。該模式采用國產優質斷路器加智能控制器 FTU，在出口端具有重合器功能，其它各段相當于分段器功能。具有小電流接地檢測功能，靈活的通訊方式，適用于配電自動化的通訊規約和性能好的配電自動化平臺體系。雖需建設通信通道和控制中心（分中心），投資較高。但該模式是一種技術上更為先進的饋線自動化，是目前配電自動化的最高級階段。

5 智能控制與智能電器

近來，在電器領域出現了智能電器和智能開關柜，具有自診斷功能、在線檢測功能作為智能電器特征，有將能在各種環境下可靠工作作為其特征。智能控制的核心在高層控制，即組織控制。其任務在于對實際環境或過程進行組織，即決策和規劃。為此，需要采用符號信息處理、啟發式程序設計、知識表示以及自動推理和決策等相關技術。這些問題求解過程與人腦的思維過程具有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。 以二元結構智能開關為電量傳感器不同于以往電流，電壓互感器，而是寬范圍線性傳感器，不僅以電流電壓幅值作為判斷量，而要判斷其相位，功率因數及過零點。非電量傳感器包括行程、溫度、密度、濕度等高性能，以上各參量需進行傳感信息分析，并可以得到如線圈斷線，觸頭剩余壽命等間接參數。 在線檢測和自診斷功能保證智能電器只有處于正常工作狀態方能進行操作，否則報警閉鎖并指示對開關如何檢修。這對于提高其可靠性是有益的但不是智能電器的主要特征。

最重要的是問題求解和規劃，它不是簡單地按速斷或反時限動作，而是考慮到以前狀態，當前線路各種特征值，以專家系統的方法進行操作包括選相合分閘、根據不同阻抗特性選擇不同分、合閘速度，以達到操作過電壓最小，載流過電壓最低，避免重燃、重擊穿，根據線路短路狀況柔性開斷以限制短路電流等，對于智能化重合器、分段器應具有監視控制和數據采集，中性點接地和短路故障的定位、隔離和自動恢復供電等功能。

6 柱上開關配電自動化運行模式的選擇

⑴柱上斷路器應采用真空開關管滅弧，SF6氣體絕緣。⑵操動機構應首選永磁機構，但要解決啟動電容以及電子控制線路的壽命、溫度特性問題。彈簧機構密封后，近期將是一個適宜于柱上的操動機構。⑶柱上開關配電自動化運行模式應采用遠方集中控制模式。⑷智能電器隨著相關技術的發展，而不斷完善，要克服智能電器型號多、變化快且隨意使用的現象。

7 結束語

配電自動化系統是整個配電管理系統中的重要環節，是一項投資較大、牽涉范圍廣、系統集成多的綜合工程。隨著科學技術的不斷進步和發展，大中城市的電網工程越來越多地采用配電自動化系統，但對于配電自動化的認識仍然眾說紛紜。因此如何搞好配網自動化，并使它產生較大的效益，仍需要我們不斷積累經驗，實踐探索。

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