配電自動化的供電可靠性分析

吳耀華 郭瑩 吳絲竹

摘 要：隨著經濟的快速發展，我國的電力企業也在不斷的發展。其中，配電網絡在電力系統安全、穩定的運行過程中起著至關重要的作用。在這一過程中，配電網絡的安全性與可靠性對我國經濟的發展以及人們的生活質量有非常直接的影響。因此，本文對配電網絡供電的可靠性進行了深入的分析與研究，并提出了幾條相關的合理化建議。

關鍵詞：電力系統;配電運行;可靠性;影響因素;措施

1 引言

在我國經濟發展的新時期背景下，配電網絡已經成為了整個電力系統的重要組成部分，配電網絡的可靠性與工業、農業的生產活動有著密不可分的聯系。由于配電網絡的結構比較復雜，因此，在電力系統運行的過程中，其出現的問題也比較多。因此，增強配電網絡的可靠性不僅可以提高電力企業的生產技術與管理水平，而且還能夠在一定程度上極大的提高電力企業的經濟利益與社會效益。

2配電自動化的意義

2.1為配電系統的運行和管理功能提供了便利

配電自動化可以全程監視配電系統的運行，并對其進行有效控制，這主要是通過對配電網絡中狀態量和模擬量的收集，以及通過功率、電壓、電流等數據而實現的。由于可以對配電系統的運行進行適時的監控，因此，當出現問題時，可通過遠程控制配電系統，即對變壓器的分接頭進行調節，或是對合閘或跳閘進行開關，便可完成保護動作，這樣既保護電路，又提高了配電系統供電的可靠性。

2.2可以模擬配電網的運行狀態

通過對電網負荷的估算和有功無功的潮流計算以及倒閘操作和事故的模擬就能達到模擬配電網運行狀態的目標。可以模擬配電網運行狀態，能夠分析出配電網的實際情況，以及預測出進一步的發展情況，這樣就可以針對其現實情況，編制出合理的遙控操作的指令，現場的操作人員結合這些指令，完成其操作任務，就可以完成倒閘操作的計劃，并及時通知有可能受到影響的用戶，使用戶對于這些情況有所準備，降低斷電所帶來的負面影響。與此同時，配電自動化還能根據電網的負荷量，安排入網關口的電量，這樣就能夠降低用電損耗，從而降低購電成本，并且還能保證供電的質量。

3提高供電可靠性的方法

3.1 配電系統自動化的電源配電

（1）以分組供電形式配電

在實際生產工作中，電源線會引發很多干擾，在供電線路的設計中應將這種干擾最小化，將干擾較大的設備區分于測控裝置采用不同相線進行供電，最好的辦法是從配電室直接用屏蔽電纜引出兩相供電。

（2）測控裝置與動力設備各自獨立供電

測控系統中的被控設備一般采用交流電源，容量大、干擾嚴重，負載換標的影響大，不對稱負載時中性點易發生較大便宜。而測控裝置使用的交流低壓電源容量小，但其使用要求干擾盡量小、電壓盡量穩定。由此可見，兩種電源應分開供電。可采用配電箱分開供電和電源變壓器分開供電兩種方式。

（3）合理選擇電源功率容量

整機電源較大儲備量能讓測控裝置更適應負載較大范圍變化、防比以電源引起的內部干擾并使其動態特性較好。可見，電源容量的增幅與體積、成本息息相關，因此一般應選取0. 5—1倍裕量。

3.2配電系統自動化的電源隔離

交流電網中諧波、雷擊浪涌、高頻干擾等噪音的存在，使利用交流電源供電下的控制裝置與電氣設備不得不采取抑制交流電源干擾的措施。將測控系統與供電電網電源各自獨立開來，能規避因公共電阻引起的禍合，降低負載波動的影響，有時為了保障安全，會將1：1的隔離變壓器添加于電源變壓器與低通濾波器之前。當前國外研制出的NCT能切斷差模噪聲電壓與共模噪聲電壓，是較為理想的隔離變壓器。在優化供電方案中，也可通過DC-DC變換器的運用隔離直流電源，提升系統對電磁干擾的抑制能力。若生產過程中需要將控制裝置與電氣設備的內部子系統隔離開，那么氣直流供電電源也應分別供電。

3.3配電系統自動化電源的冗余技術

交流供電利用雙路冗余供電能提升供電系統的穩定J哇。兩點路分別來組不同變電站，當出現問題時能自動切換到另一線路供電。不間斷電源UPS能有效保障計算機，具有高度可靠性，但UPS本身電氣裝置的老化會使個別零件過早實效引起UPS故障。為保障其穩定性運行，可利用UPS冗余技術，UPS雙機熱備份，備用機的輸出端接至主機、同一市電電源洗可接入兩臺UPS的交流電源輸入端，熱備份機可保障負載設備在市電暫停時的正常供電圈。避免因斷電造成的生產數據、設備、系統等問題的產生。為提升直流供電系統的穩定性與可靠性，可通過二極管冰潔兩個直流電源，保障系統的一個直流電源故障時的正常工作。二極管的選用上應盡量考慮導通電壓的值，盡量選擇獨立但接近的二極管，使兩個電源符合均勻，保障二極管故障時的高效處理。

4實例分析

某工業建筑生產線技改項目，為滿足設備可靠性方面的要求，該系統核心設備均具有雙電源輸入能力。目前，各個站所均由兩臺容量為10kVA的UPS并聯供電理論上，整個系統能提供2 x 10kVA供電容量，在日常情況下，平均總負載為3.4kVA.UPS并機負載率在30%左右。

4.1優越可靠的拓撲結構

該項目整個UPS供電系統是由獨立市電輸入的，市電1電源、市電2電源、自動切換開關，兩臺UPS和輸電配電柜共同組成的“雙輸入，單輸出”供電系統，屬于典型的雙機冗余單總線輸出供電系統。

正常情況下，兩路市電輸入中有一路作為主輸入電源，旁路開關斷開，UPSl和UPS2輸入開關閉合，市電經過兩臺UPS后輸出波形良好的220VAG電源。在輸出方面，單電源設備直接連接在輸出總線上，而雙電源負載設備則通過并聯方式連接在兩路總線的分線上。如果主路市電發生故障，自動切換開關能在比較短的時間內（80—100ms）自動執行切換操作，同時UPS的輸入電源會出現短暫的停電，但由于UPS設備能在短時間內（4ms）對設備恢復供電，對于系統負載來說并無任何影響。

4.2方便可靠的可操作性

倘若某臺UPS出現故障時，在UPS并機邏輯控制板的調控下，通過執行選擇性脫機操作，還能將故障的這臺UPS從并機系統的輸出總線中脫離出來，由剩下的一臺UPS不間斷地向負載供電，提高了系統的供電可靠性。

作為UPS的電輸入，以來自不同變壓器的雙路市電輸入為例，雙機冗余并聯是利用A'Tv將雙市電互投為一路輸出，兩臺UPS共用一條輸入總線，原來以市電1電源為主電源，市電2電源為備用電源，此時自動切換開關通常就接通市電1電源到UPS組。當市電1電源停電時，自動切換開關斷開市電1電源而將市電2電源轉為UPS組輸入。正常情況下，只要有一路市電正常，自動切換開關通過電源切換都能保證UPS組輸入正常。

作為UPS電源的輸出，由于雙機冗余的單總線輸出結構，無論是單電源輸入的負載，還是雙電源輸入的負載都被連接在同一條UPS的輸出總線上，兩臺UPS正常運行時，兩臺主機互相跟蹤輸出的幅值、頻率、相位，保證鎖相同步以保持同期，當其中一臺主機停機或故障時，其旁路是不導通的，此時另一臺正常工作的主機跟蹤旁路，并與其保持同期。只有當兩臺UPS主機逆變器都停機或故障時，兩臺主機的旁路都導通。

而當運行中的任一臺UPS電源系統本身出現故障時，有自動切換功能有故障的UPS退出供電，正常運行的那臺UPS帶全部負載，輸出負載不間斷運行，可以對其進行檢修且可停運所需的任何一臺UPS，使檢修，供電互不影響。

4.3提高系統可靠性的措施

為了提高控制系統供電的運行可靠性，一般采用的方法有兩種，即供電系統冗余連接負載設備。目前，提高系統可用性有兩個途徑：提高電源的平均無故障時間和縮短平均修復時間。經過分析總結，可以通過以下幾個方面提高UPS可靠性：（1）元器件的選用;（2）UPS的拓撲結構;（3）UPS的制造工藝;（4）冗余技術。

一般情況下，當機器的質量達到一定程度后，再增大平均無故障時間的代價較大，而且效果也不太顯著（因為不能將平均無故障時間做到無窮大工然而縮短平均修復時間的效果卻比較明顯，如果平均修復時間縮短為零（這種可能性是存在的，而且也不難實現），那么可用性就是100%。根據以上UPS冗余并機系統的工作原理，不難發現其優點：

（1）優化UPS的拓撲結構，是提高控制系統穩定重要措施;

（2）應用冗余技術，是大幅提升系統可靠性必要措施。

5 結束語

通過對配電自動化條件下配電系統供電可靠性的相關研究，我們可以發現，該項工作良好效果的取得，有賴于對其涉及到的多項因素的充分掌控，有關人員應該從配電自動化條件的客觀實際出發，研究制定最為符合實際的應對實施策略。