我國配電自動化實施技術路線的研究現(xiàn)狀綜述

郭建宇

(國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術研究院,河南鄭州 450052)

我國配電自動化實施技術路線的研究現(xiàn)狀綜述

郭建宇

(國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術研究院,河南鄭州 450052)

本文結(jié)合我國各地區(qū)配電自動化研究和實施工作,從一次網(wǎng)架和設備的改造、配電自動化主站建設、配電自動化終端配置、配電自動化通信系統(tǒng)幾個環(huán)節(jié)分別展開論述,綜述了我國配電自動化實施的四個關鍵環(huán)節(jié)和各個的關鍵技術以及現(xiàn)階段存在的問題,針對技術路線各環(huán)節(jié)存在的問題提出簡單建議。

配電自動化 電力設備

1 一次網(wǎng)架和設備的改造

1.1 配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設備應滿足的基本條件和改造原則

根據(jù)《配電自動化建設與改造標準化設計技術規(guī)定》,配電網(wǎng)一次網(wǎng)架應滿足的基本條件有:

(1)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構布局相對合理、成熟穩(wěn)定,供電可靠性指標已經(jīng)達到99．9%或更高；

(2)規(guī)劃饋線自動化的區(qū)域,配電網(wǎng)線路滿足供電安全N-1準則要求；

(3)對于網(wǎng)絡中關鍵性節(jié)點,如主環(huán)網(wǎng)上的開關設備、線路聯(lián)絡開關、聯(lián)絡環(huán)網(wǎng)柜等配置“三遙”功能；網(wǎng)絡中重要節(jié)點配置“二遙”功能。

(4)配電網(wǎng)站房節(jié)點能夠為規(guī)劃建設配電自動化和通信終端等設備提供足夠安裝和檢修空間。

1.2 我國配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設備存在的問題

(1)網(wǎng)絡互供能力不足。用電高峰期出現(xiàn)線路超重載現(xiàn)象；部分線路無法通過線路N-1校驗；部分變電站、開閉所無法通過變電站N-1校驗。以河南省某地級市為例,該地區(qū)10kV配電網(wǎng)絡架空線路單聯(lián)絡和多聯(lián)絡占線路總數(shù)的44%左右,架空線絕緣化率為15．62%；電纜化率為2．46%,電纜線路全部為單環(huán)或雙環(huán)網(wǎng)。所有配電線路中能滿足N-1準則的僅為39%,聯(lián)絡線路不足50%。

(2)一次網(wǎng)架和設備預留空間不足。由于一次設備的設計和配電自動化的實施脫節(jié),導致部分線路和設備不具備安裝配電自動化設施的空間。一些地方的電纜網(wǎng)改造都采用了緊湊型環(huán)網(wǎng)柜,造成內(nèi)部空間很小,使得加裝電流互感器和電壓互感器很困難,且沒有安裝終端裝置的空間。對于這種情況需采取外掛甚至整體更換,造成額外的資金投入。

(3)復雜的聯(lián)絡配電網(wǎng)絡存在簡化的必要性。配電網(wǎng)結(jié)構日益復雜在增加網(wǎng)絡互供能力的同時,導致線路容載比過高,線路利用率不足。這無疑大大增加了配電網(wǎng)運行方式的復雜性,也帶來了經(jīng)濟效益的降低。

2 主站建設

2.1 功能規(guī)劃

(1)基本功能。基本功能主要是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)。基本功能對應于主站的簡易型或?qū)嵱眯徒ㄔO模式,能夠滿足縣級供電企業(yè)配電自動化的功能配置。

(2)擴展功能。擴展功能包括和饋線故障處理功能(FA)、配電網(wǎng)分析應用和智能化分析應用。完整的FA功能對應于標準型建設模式。配電網(wǎng)分析應用包括拓撲分析、解合環(huán)潮流、負荷轉(zhuǎn)供、狀態(tài)估計、網(wǎng)絡重構、短路電流計算、電壓/無功控制和負荷預測等,該擴展功能對應于標準型或集成型主站模式。智能化分析應用包括配電網(wǎng)自愈控制(包括快速仿真、預警分析等)、分布式電源/儲能裝置/微電網(wǎng)的接入及應用等,增加該功能的主站應建成智能型配電自動化主站。

2.2 平臺設計

圖1 基于集成平臺的主站信息交互

配電主站應構建在標準、通用的軟硬件基礎平臺上。硬件設備主要包括數(shù)據(jù)庫服務器、前置機、網(wǎng)絡設備、時鐘同步裝置、二次安全防護設備和其他設備等。軟件支持平臺包括操作系統(tǒng)軟件和應用軟件支持平臺。Linux操作系統(tǒng)是近幾年興起的自由共享軟件,性能穩(wěn)定切擴展方便,基于Linux的主站已應用于實際工程。應用軟件支持平臺則是在操作系統(tǒng)、支撐平臺基礎上開發(fā)的。各個獨立的系統(tǒng)分別處于不同的安全區(qū)域,Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)采用防火墻隔離,Ⅰ、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)之間采用物理隔離。

圖2 EPON系統(tǒng)結(jié)構

2.3 信息交互

為了實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)與相關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互,實現(xiàn)系統(tǒng)間規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換,建設了全面遵循IEC61970/61968國際標準統(tǒng)一信息交換總線。總線定義了標準和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換模型,開發(fā)了系統(tǒng)間的規(guī)范化接口,將目前“多對多”模式調(diào)整為“多對一”的模式,從根本上改變目前數(shù)據(jù)交換落后的現(xiàn)狀,不同程度上實現(xiàn)了配電自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度系統(tǒng)、配電GIS系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)、CIS系統(tǒng)、95598系統(tǒng)等系統(tǒng)的互連,消除信息孤島。基于集成平臺的配電自動化主站信息交互如圖1所示。

2.4 主站建設過程中存在的問題

由于目前配電自動化實施的范圍很小,致使配電自動化系統(tǒng)的基礎信息和拓撲數(shù)據(jù)缺口很大,使得配電網(wǎng)分析應用軟件功能的運行條件仍不具備。另外,大多數(shù)試點單位在前期信息化建設時,由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模和信息格式標準,造成試點工程實施時信息交互還存在一些障礙。

3 終端配置

3.1 終端故障檢測技術

配電終端接入保護電流互感器(TA)的二次電流,通過判斷線路電流是否超過整定值來檢測短路電流,而電流整定值的選擇原則是躲過最大負荷電流值。有些線路在投入運行時,負荷“冷啟動”電流可能很大,要用一延時躲開。在采用小電阻接地方式的系統(tǒng)中,配電終端通過判斷零序電流是否超過整定值來檢測單相接地短路,零序電流整定值要大于正常運行時零序不平衡電流值。

3.2 饋線自動化的實現(xiàn)方式

饋線自動化的實現(xiàn)方式分為就地型、集中型。配電主站/子站與配電終端之間具備主從通信條件且開關設備具備電動操動機構的配電線路,一般采用集中型全自動方式；通信通道性能不滿足遙控要求或開關設備不具備電動操動機構的配電線路,則采用集中型半自動方式；配電終端之間具備對等通信條件的配電線路,則采用就地型智能分布式；不具備通信手段或通道性能不滿足遙控要求的配電線路,在配電一次網(wǎng)架具備雙電源供電手拉手條件時,則采用就地型重合器方式[1]。

關于饋線自動化的具體實現(xiàn)方案,國內(nèi)學者進行了大量的研究,詳細論述了兩級極差保護下集中式故障處理策略和多級級差保護與電壓時間型饋線自動化的配合；具體論述了傳統(tǒng)的電流保護、重合器方式的饋線保護和基于集中監(jiān)控的饋線保護,提出了饋線保護的發(fā)展趨勢；提出了一種新型智能配電自動化終端的設計方案,配電自動化終端的自描述功能可有效地提高現(xiàn)場施工的調(diào)試效率。為了解決快速自愈分布智能型饋線自動化系統(tǒng)的瞬時性故障的快速恢復供電,進一步提高其可靠性,提出了一種分布智能型配電自動化實現(xiàn)方式,可有效地實現(xiàn)瞬時性故障的快速恢復供電,并能在通信通道障礙情況下使系統(tǒng)仍能有效恢復供電。

3.3 終端不間斷供電技術

配電終端一般通過PT取電,需要配置儲能電容或蓄電池保證失去外部電源后不間斷供電8小時,并提供至少3次分合操作。

3.4 終端配置存在的問題

配電自動化系統(tǒng)的終端設備眾多,且有大量的戰(zhàn)端設備必須安放在戶外,他們通常要能在-25～80攝氏度的環(huán)境下工作,因此必須考慮雷擊、過電壓、低溫和高溫工作、雨淋、振動和電磁干擾等因素的影響,這就導致了設備制造標準的提升和造價的提高[2]。此外,終端設備有一定的運行年限,考慮到設備眾多,其維修和更換的工作量和工程造價也不容小覷。

4 通信系統(tǒng)

4.1 現(xiàn)有通信技術

現(xiàn)有通信技術主要分為有線通信技術和無線通信技術。有線通信中,光纖通信采用光纖介質(zhì),具有傳輸速率高、抗干擾性能強、可靠性高的優(yōu)點。近年來,以太無源光網(wǎng)絡(EPON)以其良好的兼容性、相對成本低、維護簡單、易擴展、易升級的特點,得到了廣泛的應用。無線通信技術包括G P R S技術、全球微波接入互操作系統(tǒng)(WiMAX)、配電載波技術。文獻[3]介紹了各種通信方案,并從帶寬、傳輸距離、建設成本、可靠性、通訊實時性、信息安全、標準化程度、影響因素等方面進行比較,給出了各種通信方式的適用場合。

4.2 EPON系統(tǒng)結(jié)構

一個典型的EPON系統(tǒng)由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡單元(ONU)和無源光分路器(POS)組成．系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示。

OLT放在通信機房,ONU放在配電終端設備附近或與其一體化,POS是連接OLT與ONU的無源設備,其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。ONU由光纖和一個或多個無源光分路器和相關無源光器件等組成,提供OLT和ONU見的傳輸通道。OLT既是一個交換機或路由器,又是一個多業(yè)務提供平臺。

5 結(jié)語

通過對配電自動化實施各個環(huán)節(jié)關鍵技術和存在問題的現(xiàn)狀研究,總結(jié)出配電自動化實施的技術路線和下一步工作方向。

(1)對配電網(wǎng)一次網(wǎng)架和設備進行改造升級。針對我國一次網(wǎng)架的現(xiàn)狀,適當增加電源點和聯(lián)絡開關,增強線路互供能力,對一次設備進行自動化升級。在合理改造的同時增加線路的供電能力,降低線路容載比,達到經(jīng)濟性要求。

(2)規(guī)劃主站功能配置,搭建軟硬件平臺和信息交互總線。要解決當下信息共享難的問題,須加快配調(diào)一體化方案設計和實施的步伐。

(3)根據(jù)節(jié)點的類型和重要程度合理配置配電終端和終端功能。不斷改善終端設備的性能和延長設備使用年限,減少終端的人工維護量,以提高配電網(wǎng)自動化程度。

(4)通信系統(tǒng)的建設則是保證配電自動化實施的重要手段。要綜合多種通信方式保證通信系統(tǒng)的可靠性。針對光纜敷設困難的問題,對于已有線路可采取其他通信方式作為代替,新建的線路要預留光纖敷設通道。

總之,配電自動化的實施需采取“超前規(guī)劃、功能實用、逐步擴展”的方針,要結(jié)合不同區(qū)域特點和規(guī)模,因時制宜、因地制宜地推進我國配電自動化建設的步伐。

[1]DL/T 814-2002配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范.2002.

[2]陳盛燃,邱朝明.國外城市配電自動化概況及發(fā)展[J].廣東輸電與變電技術,2008,(4):64-67.

[3]沈兵兵,吳琳,王鵬,等.配電自動化試點工程技術特點及應用成效分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2012,36(18):27-32.