10 kV配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)計與實施探究

黃潘永，唐冠宏

（肇慶電力設(shè)計院有限公司，廣東 肇慶 526040）

0 引 言

在科技不斷發(fā)展的今天，配電網(wǎng)的智能水平得到了有效提升，各種先進自動化技術(shù)的應(yīng)用不斷增加，進一步提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在開展自動化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要能有效把握系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵點，充分做好系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化工作，實現(xiàn)對電網(wǎng)的有效控制，從而提升輸電的安全性，降低電力生產(chǎn)成本，進一步提升電力行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

分析配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的過程中，通常會從結(jié)構(gòu)開始，掌握其采用的分層分布體系。在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行的過程中，主站層發(fā)揮著信息管理的作用，是配網(wǎng)控制中心的重要部分，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和傳輸加工等基本功能。工作站層也是其結(jié)構(gòu)的重要組成部分，屬于配網(wǎng)站層的核心。此外，通過應(yīng)用測控設(shè)備層，能夠?qū)⒄麄€系統(tǒng)有效整合起來，主要負(fù)責(zé)采集配網(wǎng)開閉所、配電變壓器以及箱式變壓器的多種信息。

2 配網(wǎng)自動化技術(shù)在配網(wǎng)運維中的具體應(yīng)用

在配網(wǎng)的實際運行過程中往往會產(chǎn)生非常多的信息，通過分析這些信息，可以掌握當(dāng)前配網(wǎng)的實際運行狀態(tài)，為后期開展的配網(wǎng)運行維護工作打下一個良好的基礎(chǔ)。為了有效收集信息，可以應(yīng)用配網(wǎng)自動化技術(shù)，通過配網(wǎng)自動化來打造信息收集網(wǎng)絡(luò)，及時收集配網(wǎng)運行的信息[1]。

2.1 配網(wǎng)自動化技術(shù)在配網(wǎng)質(zhì)量管理中的應(yīng)用

配網(wǎng)管理過程中的一個重要方面就是提升配網(wǎng)運行的質(zhì)量和效率，這需要依靠配網(wǎng)自動化技術(shù)來實現(xiàn)。為了采集配網(wǎng)中各種配網(wǎng)設(shè)備的運行狀態(tài)，需要打造專門的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，應(yīng)該根據(jù)配網(wǎng)的規(guī)模進行選擇。如果配網(wǎng)的規(guī)模較大，可以直接采用以太網(wǎng)技術(shù)；如果配網(wǎng)的規(guī)模較小，為了降低成本，可以采用串口通信網(wǎng)絡(luò)。在配網(wǎng)運行過程中，各種傳感器會直接采集配網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)信息量，并將采集到的信息通過專門的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器中。通過服務(wù)器處理這些數(shù)據(jù)，就可以準(zhǔn)確判斷網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并排除隱患故障，避免隱患故障發(fā)展成為大故障。

2.2 配網(wǎng)自動化技術(shù)在配網(wǎng)安全管理中的應(yīng)用

電力行業(yè)的故障率相對較高，對管理有著較高的要求。由于配網(wǎng)故障導(dǎo)致人員傷亡的情況非常多見，所以需要認(rèn)真做好安全管理工作，做好安全防護知識的宣傳，將先進的配網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用其中，做出科學(xué)的預(yù)防方案。這對相關(guān)人員提出了更高的要求，需要他們加強業(yè)務(wù)素質(zhì)，了解哪些因素會對配網(wǎng)的安全運行造成威脅，提前規(guī)避這些因素，還應(yīng)該制定科學(xué)的操作規(guī)范，建立一套應(yīng)急處理機制，避免配網(wǎng)發(fā)生各種突發(fā)性故障。

2.3 配網(wǎng)自動化技術(shù)在調(diào)度管理中的應(yīng)用

隨著電力需求量不斷發(fā)展，供電的影響因素越來越復(fù)雜，這對配網(wǎng)調(diào)度管理提出了更高的要求。一旦配網(wǎng)調(diào)度管理不當(dāng)，就容易導(dǎo)致配網(wǎng)發(fā)生運行負(fù)荷不均勻的情況，對安全平穩(wěn)供電構(gòu)成了較大的威脅[2]。為了有效解決這個問題，可以通過配網(wǎng)自動化技術(shù)來打造配網(wǎng)調(diào)度信息化系統(tǒng)，通過傳感器采集配網(wǎng)的運行狀態(tài)信息，掌握配網(wǎng)負(fù)荷的實際分配情況。一旦發(fā)現(xiàn)電力分配不均，部分線路運行負(fù)荷過高的情況，就會及時開展配網(wǎng)調(diào)度工作，保證電網(wǎng)電力傳輸?shù)囊恢滦裕行嵘潆娋W(wǎng)運行的安全性和可靠性，還能進一步提升相關(guān)人員的人身安全。

3 配網(wǎng)設(shè)備自動化的設(shè)計

3.1 柱上開關(guān)的設(shè)計

柱上開關(guān)設(shè)計是否合理，對二遙和三遙功能的發(fā)揮有著非常直接的影響，同時還影響著三遙的設(shè)計。在不采用光纖通信的情況下，可以直接采用二遙設(shè)計，并使用通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）實現(xiàn)通信。柱上開關(guān)設(shè)備主要包括ABB柱上真空斷路器、負(fù)荷開關(guān)、負(fù)荷刀閘以及電動操作機構(gòu)等。

3.2 環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜

在環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量采用引進來的原則，合理應(yīng)用各種技術(shù)，最大程度保證設(shè)計的性價比和可靠性，保證三遙點設(shè)計的科學(xué)性與規(guī)范性。此外，還需認(rèn)真做好二次接線、DTU、電動操作機構(gòu)以及CT等設(shè)計。

3.3 通信系統(tǒng)

在配電自動化系統(tǒng)的運行過程中，通常需要使用專網(wǎng)與公網(wǎng)結(jié)合的通信方式。專網(wǎng)通信過程中通常會采用光纖通信的方式，部分也會采用無線通信技術(shù)。在公網(wǎng)接入層節(jié)點設(shè)計的過程中，可以直接通過二遙監(jiān)控節(jié)點和光纖通信設(shè)備來實現(xiàn)。該體系結(jié)構(gòu)通常會采用集中采集處理的方式，配電主站可以統(tǒng)一處理配電終端采集到的信息。在信息系統(tǒng)的設(shè)計過程中，系統(tǒng)的優(yōu)化工作是非常重要的，只有保證設(shè)計的合理性，才能保證通信過程的穩(wěn)定進行，避免發(fā)生信息丟失和干擾情況，進一步推動配網(wǎng)自動化的發(fā)展。此外，還應(yīng)該合理控制系統(tǒng)的投切，保證各種指令數(shù)據(jù)收發(fā)的準(zhǔn)確性，及時做出投切反應(yīng)。一旦發(fā)生設(shè)備不能正常反應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送的情況，應(yīng)該及時開展故障排查工作，確保控制器可以對上位機發(fā)出的指令進行正確反應(yīng)。電器正常工作過程中可以及時開展參考數(shù)據(jù)的收錄工作，并直接對上位機進行反應(yīng)，并在上位機收到數(shù)據(jù)后及時發(fā)出指令，實現(xiàn)對下位機運行的有效監(jiān)控。

3.4 優(yōu)控投切

通過有效優(yōu)化配電網(wǎng)和系統(tǒng)變電裝置，可以有效提升配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。通過采用合理的電網(wǎng)補償裝置有效補償配電網(wǎng)功率，能夠保證配電網(wǎng)運行在比較穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)。如果投切參數(shù)出現(xiàn)過大的誤差，和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值的偏離程度較大，就容易導(dǎo)致發(fā)生電網(wǎng)運行安全隱患。為了有效提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，各種補償設(shè)備在收到投切指令后需要及時開展設(shè)備隔離動作。在各種檢測結(jié)果達(dá)標(biāo)后，系統(tǒng)會直接輸出各種投入指令，進一步保證系統(tǒng)的正常運行。

3.5 補償性電容器

配電自動化系統(tǒng)運行過程中的影響因素相對較多，需要在系統(tǒng)電壓監(jiān)測中投入足夠的力度，及時掌握電壓運行的異常情況。為避免饋線功率因素造成太大的影響，需要合理設(shè)計安排裝置；為保證靜電容最大程度發(fā)揮補償作用，需要合理設(shè)計無功補償。此外，還應(yīng)該保證補償電容投切裝置設(shè)計的合理性。

4 配電網(wǎng)自動化實施的關(guān)鍵點

4.1 最大程度保證設(shè)計的可靠性

在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行過程中，通常會對電網(wǎng)工作狀態(tài)開展自動檢測。影響供電網(wǎng)平穩(wěn)運行的各種因素較多，通常包括配電網(wǎng)架構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的智能化程度。通過對控制系統(tǒng)可以有效監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，保證線路配電設(shè)備處于最佳的工作狀態(tài)。配網(wǎng)自動化終端主要通過光纖進行通信連接，需要關(guān)注通信技術(shù)的有效性。為了保證通信質(zhì)量，可以采用遠(yuǎn)距離光纖通信設(shè)計，但設(shè)計費用通常較高。在設(shè)計通信系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該重視通信系統(tǒng)的經(jīng)濟性，但這通常是開展配網(wǎng)配網(wǎng)自動化設(shè)計當(dāng)中的難點和重點。

4.2 配電線路電源

配電線路電源在配電系統(tǒng)運行中是非常關(guān)鍵的。電源變壓器通常不會直接從供電線路上取電，因此需要認(rèn)真做好蓄電池的配置工作，在出現(xiàn)緊急供電故障后，可以直接從備用電源取電。DTU柜可以直接向PT供電，其主要通過直流電源模塊實現(xiàn)。此外，可以直接將配置蓄電池作為后備電源進行使用。環(huán)境溫度對蓄電池工作往往會產(chǎn)生不良的影響，在電源的實際運行過程中，應(yīng)該認(rèn)真做好環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)工作。

4.3 戶外運行

很多電力配電自動化系統(tǒng)設(shè)備是在戶外運行的。在其實際運行過程中容易受到風(fēng)沙、環(huán)境溫度以及環(huán)境濕度的影響，很容易導(dǎo)致發(fā)生設(shè)備故障問題。為了有效避免出現(xiàn)這些問題，就需要認(rèn)真做好元器件的篩選和設(shè)計工作，認(rèn)真做好開關(guān)絕緣材質(zhì)的調(diào)整工作，提升配電線路設(shè)備的抗老化性能，避免其產(chǎn)生嚴(yán)重的凝露現(xiàn)象。

4.4 故障檢測

配電自動化系統(tǒng)的運行受到各種因素的影響，容易發(fā)生各種故障現(xiàn)象。如果不能處理好，不僅會影響供電的穩(wěn)定性，還容易發(fā)生各種事故，因此需要認(rèn)真做好故障檢測工作。通過開展配電網(wǎng)檢測工作，可以及時掌握線路運行的實際情況，有效檢測配電網(wǎng)運行，發(fā)現(xiàn)傳輸線路運行中的各種故障并及時向總部反應(yīng)。此外，系統(tǒng)還能夠及時整理客戶反應(yīng)的問題，并利用各種通信裝備開展系統(tǒng)診斷，實現(xiàn)對電容器運行的有效監(jiān)測，及時隔離各種故障，為后期故障維護工作的開展奠定一個良好的基礎(chǔ)，保證配電線路的穩(wěn)定運行[3]。

4.5 促進配電網(wǎng)的高效運行

通過將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用到配電系統(tǒng)運行中，可以在地理信息收集、整理以及傳輸過程中發(fā)揮應(yīng)有的作用。通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS），可以有效收集變電裝置和用戶環(huán)境信息，并在此基礎(chǔ)上有效優(yōu)化各種數(shù)據(jù)信息。此外，在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)該有效結(jié)合電網(wǎng)特點開展自動化管理。例如，可以直接使用GIS技術(shù)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后形成一套科學(xué)合理的配電網(wǎng)工作方案，并在該方案指導(dǎo)下開展配電網(wǎng)自動工作，充分保證其服務(wù)水平。

4.6 進一步提升供電服務(wù)水平

通過將配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用到供電網(wǎng)中，可以為用戶提供更加高品質(zhì)的用電服務(wù)。例如，可以多開展一些電話投訴項目，使用戶在用電過程中的各種意見和建議可以直接通過項目進行反饋。一旦用戶在用電過程中遇到問題，可以直接進行反饋，開展故障查詢，收集必要的信息，為工作人員開展故障檢修提供必要的信息，保證配電網(wǎng)的服務(wù)水平。通過將無線通信技術(shù)應(yīng)用到配電網(wǎng)運行過程中，可以給用戶提供高品質(zhì)的供電服務(wù)，提升用戶的用電體驗，讓用戶直接全面反映用電中出現(xiàn)的問題，及時開展故障查找工作，提升供電服務(wù)水平。

5 將先進技術(shù)應(yīng)用到配電自動化系統(tǒng)中

目前，智能技術(shù)高速發(fā)展，很多技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷增加，在自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。其中，分層自動化裝置非常適合應(yīng)用于電壓配電系統(tǒng)，并已經(jīng)在智能配電保護系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，其將人工智能技術(shù)、微機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及綜合自控技術(shù)有效融合起來。綜合性是配電自動化的重要發(fā)展方向，能夠在很大程度上提升配電系統(tǒng)運行的安全性。當(dāng)前配網(wǎng)當(dāng)中的自動化技術(shù)發(fā)展非常迅速，使用了國際上公認(rèn)的信息模型，將輸電網(wǎng)理論算法和高級軟件技術(shù)聯(lián)合起來進行應(yīng)用，提升了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化程度，有效解決了很多技術(shù)難題。通過應(yīng)用該技術(shù)，使得PLC和智能技術(shù)聯(lián)系更加緊密。PLC技術(shù)的仿真系統(tǒng)可以為配電系統(tǒng)提供相應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以為研究人員研發(fā)新的電力產(chǎn)品提供技術(shù)參數(shù)。這些控制裝置最后都可以組成閉環(huán)系統(tǒng)，為提供更加優(yōu)質(zhì)的控制方案打下良好的基礎(chǔ)。

隨著配電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，相關(guān)自動化標(biāo)準(zhǔn)更新速度很快，對計算機現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用越來越多，配電系統(tǒng)中的電氣技術(shù)發(fā)展速度加快，電氣自動化技術(shù)發(fā)展越來越規(guī)范化，相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺。這對于該領(lǐng)域的研究技術(shù)人員來說，需要在開展研究的過程中做好與國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對接，將相關(guān)設(shè)計規(guī)范應(yīng)用到自己的研究工作，將各種先進的智能技術(shù)更進一步融入到配電自動化技術(shù)中，提升相關(guān)設(shè)備運行的智能化程度，降低對工作人員的依賴，實現(xiàn)對故障的自動診斷和決策，避免配網(wǎng)運行出現(xiàn)嚴(yán)重的故障，及時調(diào)整配網(wǎng)運行狀態(tài)，保證配網(wǎng)高效運行。當(dāng)前通信技術(shù)高速發(fā)展，應(yīng)該引起對配電自動化通信速度較慢這一現(xiàn)實的足夠重視，將更加先進的通信技術(shù)應(yīng)用到配網(wǎng)通信中，使配網(wǎng)信息的傳遞變得更加及時且高效，并及時調(diào)整配網(wǎng)運行狀態(tài)，充分發(fā)揮該技術(shù)的作用。

6 結(jié) 論

隨著時代的不斷發(fā)展，對10 kV配電網(wǎng)設(shè)計提出了更高的要求。為進一步提升配電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，有必要將配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用其中，并認(rèn)真做好相關(guān)設(shè)計工作，充分保證其功能得到發(fā)揮。