配網結構優化及配網自動化探討

關家華

配網結構優化及配網自動化探討

關家華

（廣東電網公司佛山南海供電局，528200）

今天，隨著人們生活水平的提高，信息化生活的理念不斷引領著人們走向更高要求的生活。無論是城市人群還是農村群體，都表現出現越來越大的用電需求，尤其重視供電可靠性。配電自動化指利用計算機及網絡技術、通信技術與電力設備相結合，監測、保護、控制配電網，與用戶建立更為密切和負責的關系，提高供電質量。本文則以配網結構方式為切入點，探究其優化方案和配網自動化的實現。

配網結構；配網自動化；通信

隨著我國經濟和科技水平的不斷提高，社會對電力的需求量也在逐漸增大，保證充足的電量以及提高配網供電的可靠性已經成為電網部門的重要工作之一。目前，我國的大部分電網線路采用的是輻射式供電，這種供電方式的缺陷則在于各條線路連接較為密集，自動化水平低，假設一條線路出現故障，將會影響周邊大面積用戶的正常用電，尋找故障和修復加起來所耗費的時間通常以小時來計算，極大地影響了生活和生產。

1 配網結構優化及配網自動化的必要性

配電網是由架空線路、配電變壓器、隔離開關、電纜、無功補償電容及一些附屬設備組成，在電力網中起著重要分配電能作用的網絡，可分為城市配電網、農村配電網和工廠配電網。配電網一般采用閉環設計、開環運行，結構呈輻射狀，由于配電線路的R / X 較大，難以保證在輸電網中常用的這些算法在配電網的潮流計算中其收斂性。當前，為滿足人們用電需求，須采取優化配電網供電，改造配電網自動化等手段來提高供電網絡的安全可靠性。隨著城市化的不斷發展，配網自動化的改造技術越來越嫻熟，通過改造配電網自動化是提高供電系統的供電性能穩定化的前提，也可減低配電網工作人員的勞動強度，提高工作效率，降低線路的故障率。

2 配網結構優化方案

2.1 配電網結構形式

2.1.1 環網形式

根據目前網絡環網形式中所存在的問題進行環網結構優化，實現饋線自動化，從而形成環網供電，開環運行，一次網絡結構如圖1所示。從圖1中可看出“DL”為變電站開關，B為開閉所的斷路器，B（2B4）保護DL（1DL2）保護相配合，S為配電室環網負荷開關。利用開閉所開關減少對變電站饋線開關的沖擊，變電站所保護的動作次數也可相應減少。將配電終端單元（FTU）裝設在圖1的B2、S1、S2、S3、S4、S5、B4上，實現集中式饋線自動化以通信系統處理為主。詳細的處理技術為：在分閘位置設置電路開關，內側的開關閉合和余下開關中只要有一個出現故障，另一個開閉所的開關立即會啟動保護裝置并及時對故障進行處理。當電流故障出現在第一個開關配電終端，判斷其故障所在位置需利用智能終端，并及時斷開一、二開關間的線路，進而隔離故障。

圖1 環同電纜方式

2.1.2 架空配電網的優化

采用電流式分段器和重合器實現配網線路自動化環網供電的主要目的是降低運行條件，如負荷密度不集中或受資金限制，此方式操作簡單方便，能迅速隔離故障和轉移供電，是提高電網供電可靠性的有效技術方式。以某重合器、分段器配合環網供電圖為例，從圖2可看出，CB1和CB2重合一次，間隔為T1；當F1出現故障時，CB1出現斷路器會檢測到故障電流開斷，如果是永久性故障，CB1重合不成功，會再次開斷閉鎖，如果是瞬間性故障，CB1會顯示重合成功，線路恢復送電。聯絡重合器是R3檢測到失壓T2后合閘，則表現成功轉移供電。當F2出現故障時，出線斷路器會檢測到故障電流開斷，S1檢測到電流越限，CB1會在電流過零計數一次分閘時重合成功。

圖2 重合器、分段器配合環網供電圖

2.1.3 輻射狀配電網優化

目前，在農村和市郊配電網的主要供電方式仍以輻射型的單電源為主（如圖3所示），設置單臺重合器與多臺分段器配合方式達到自動隔離和恢復供電要求。針對輻射網絡結構并在變電站斷路器的基礎上安裝一臺可以與多臺分段器配合的重合器，此重合器具有二次重合功能，一旦線路出現故障，可利用重合器切斷電流，既減少近區短路對主變的沖擊次數，還有效解決重合器與分段器的配合需要二次重合問題。然而此系統的缺點在于主要出現一次故障，整個配網變會全部條債，影響周圍無故障配網的供電可靠性，尤其在后期維修時會花費大量的人力和金錢，因此廣泛運用于郊區線路。

圖3 輻射型供電

3 配網自動化通信方式

3.1 自動化系統

在電力系統中，配電系統主要實現電的輸、發、供、變及配等功能，同時是面對用電用戶的基礎設施。近年來，配網自動化在國內電力系統自動化領域的應用逐漸頻繁，尤其通信是實現配網自動化的關鍵，由于配電網絡點多且面廣，是否經濟可靠和便于安裝等因素成為通信方面重點考慮的一部分。目前以有線、無線、光纖及載波等組成主要通信方式，配電網自動化通信也正是由多種通信方式混合而成，上述幾種通信方式得到廣泛認可的是主干道光纖通信，因其保密性強和通訊穩定等優點則是常運用在中低壓配網的通信方式中。光纖通信，是以電作為信息載體實現的通信，利用光纖傳輸攜帶信息的光波，進而實現通信，此方式最大的優點是速率快、通信容量大、不受外界電磁干擾，但在實際造價和安裝方面會花費較大的人力和財力，因此此通信方式主要在主干網通信方面受到廣泛應用。

3.1.1 通信網絡結構

配網自動化系統中最關鍵一部分就是通信系統，為了提高事故響應速度和更快的分級分層，可將配網自動化系統分為主站、子站及饋線3層。根據配網規模的大小把主站層分為主站和區域站，然而這兩者之間有較大的信息量，自然需要高速可靠的通信通道。由于節點不多，光纖環網和光纖以太網是運用最廣泛的，尤其光纖環網較為成熟，但光纖以太網是未來配網通信主要發展方向，其技術及相關設備正在推廣應用并得到實踐檢驗。

3.1.2 通信方案

配電自動化通信方案如果從廣義的角度出發，是主站對子站、主站對現場單元、子站對現場單元、子站和現場單元之間的通信。當前所實施的完整配電自動化系統的通信方案主站、子站對現場單元的通信。一般會統一考慮子站和饋線，其中饋線情況多樣，各地特點都存有差異，結構復雜，統一的通信模式很難找到，通常會采用現場總線、載波、光纖等，將其混合成一起，成為比較符合實際運用原則的通信方案。常見的結構：通過雙絞線和采用總線技術，將干線的TTU和支線的FTU連接到干線FTU，之后通過高速光纖通道將信息上傳至主站、子站上。

3.2 配電管理系統

實現配電網自動化的重要部分是根據其覆蓋范圍廣、作業面多等特點做到經濟成本低、安全可靠及時可靠的通信。配電管理系統涉及到各個方面的計算機網絡系統，如供電企業設備管理、企業運行管理及用戶服務等，以配電自動化實時環境、綜合性數據庫系統及地理信息系統為基礎組成多個相對獨立的應用功能子系統。子系統中包括配網自動化、配電工作管理、故障投訴管理、自動作圖、設備管理、負荷管理、配網分析系統等，從而優化配網運行，實現配電網管理自動化，提高供電可靠性的同時為用戶提供優質服務。其中配電自動化（Distribution Automation）主要實現配網的運行、監控、故障診斷與隔離、網絡重構決策。符合管理（Load Management)主要負責提供大用戶負荷采集和控制功能。故障投訴管理（Trouble Complaint Management)主要負責投訴電話處理、故障定位與恢復供電。配電分析系統（Deep Analysis System）主要負責網絡建模與網路拓撲，網損與壓降分析、電壓/無功控制、短路電流及負荷預測等。配電工作管理Distribution Work Management)主要負責配網運行是工作、配電設計、施工及檢修管理。

4 具體案例應用分析某縣城配電線路總長度為95km，配電變壓器的容量為38265kv，一共有164臺，通過對該縣城的配電線路進行自動化改造及更換導線，取得了良好的效果。

4.1 改造方案

結合某縣城實際經濟情況和發展狀況，將本文自動化改造的設計原則定位通信系統、饋線自動化及配網主站，其目的是可靠、經濟及使用。

4.1.1 設計原則和總體方案：本文所研究縣城的配網改造設計方案完全是根據當地經濟發展及配電網狀況綜合而定，運用終端單元FTU、配電自動化開關及配變檢測終端于系統配變和饋線中，在建立配調主站可沿著原有的通信光纜，便于更符合實際配網運行。之后在配變監測終端TTU和屏蔽雙絞線介入光纖環網，建立配網主站的目的是向其它信息系統傳遞配網信息和調節自動化通信系統。

4.1.2 通信系統：在分析縣城地理情況時，充分考慮到設計配網通信系統的經濟型及可靠性等方面因素，從而確定采用光纖通信結合有線通信的方式，還考慮到本文所研究縣城未來經濟發展狀況，必然會增加用電量，特沿著主干通信網架設八芯普通光纜組成具有雙環自愈功能的光纖環網。

5 結語

綜上所述，優化配網結構對保證整個用戶體系安全用電的重要因素，在整個供電網絡系統中，配網電網工程作為供電網絡的基礎，占據著十分重要的位置。同時配電網自動化集數據傳輸、控制技術、現代化設備于一身的綜合管理系統，尤其近年來隨著我國經濟的不斷增長，人們對供電質量要求越來越大，配網結構優化及配網自動化對減輕運行管理人員勞動強度和提高供電可靠性起著重要的促進作用，也是保證城市正常高質供電的基礎。

[1] 王海燕,曾江,劉剛等.國外配網自動化建設模式對我國配網建設的啟示[J].電力系統保護與控制,2009,37(11):125-129,134.

[2] 朱偉文.配網結構優化及配網自動化探討[J].科技創新與應用,2012,(2):89-89.

[3] 宋華輝.渤海新區城區配網自動化現狀及規劃[J].中國電力教育,2011,(3):134-135.

[4] 曾勇波,張玻,楊鈞等.主副線帶開關的分支箱結構優化配網結構[J].四川電力技術,2009,32(2):48-50.

[5] 劉海霞.國內配網自動化整合方案的研究與應用[J].世界華商經濟年鑒·科技財經,2012,19(6):21.

To investigate the distribution network structure optimization and distribution automation

Guan Jiahua
（Guangdong Grid Co Foshan South Power Supply Bureau，528200）

The combination of distribution automation refers to the use of computer and network technology, communication technology and electric power equipment, monitoring,protection,and control of distribution network, and users to establish closer relations and responsibility,improve the quality of power supply. In this paper,the network structure as the breakthrough point,the realization of optimization and distribution automation.

network structure;distribution automation;communication