基于供電可靠性的配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃方法

郭大鑫

（廣東電網(wǎng)公司汕頭潮陽(yáng)供電局和平供電所，廣東 汕頭 515100）

配電自動(dòng)化技術(shù)的推廣應(yīng)用，有助于提高供電可靠性［1－2］。但是必須對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃才能夠保證供電可靠性與經(jīng)濟(jì)效益的匹配［3－5］。實(shí)際上不同的區(qū)域?qū)τ诠╇娍煽啃缘囊蟠嬖谝欢ú町悾潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃要結(jié)合供電可靠性來(lái)進(jìn)行。本文從供電可靠性等級(jí)的角度出發(fā)，對(duì)供電區(qū)域進(jìn)行了科學(xué)合理的劃分，在此基礎(chǔ)上提出了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的差異性規(guī)劃方法，并對(duì)所提出的差異性規(guī)劃方法進(jìn)行了深入的分析和驗(yàn)證［6］。

1 供電可靠性等級(jí)劃分

根據(jù)供電可靠性等級(jí)，將供電區(qū)域進(jìn)行了合理的劃分，具體的劃分結(jié)果如表1所示［7］。

表1 供電區(qū)域等級(jí)劃分列表

2 配電自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化主站

配電網(wǎng)自動(dòng)化主站可以構(gòu)建為四種典型的結(jié)構(gòu)形式，分別為大型模式、中型模式、小型模式、前置延伸型模式，其中前三種模式均具備擴(kuò)展功能［8］。配電網(wǎng)自動(dòng)化主站彼此之間通過(guò)數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的交互、信息的高效整合，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷。配電網(wǎng)自動(dòng)化主站功能配置如表2所示［9－10］。

表2 配電網(wǎng)自動(dòng)化主站功能配置列表

2.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化終端及數(shù)據(jù)通信

配電網(wǎng)自動(dòng)化終端可以分為兩種，即遙信－遙測(cè)－遙控終端和遙信－遙測(cè)終端。遙信－遙測(cè)－遙控終端所控制的開(kāi)關(guān)必須具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，并且采用光纖通信方式；遙信－遙測(cè)終端所控制的開(kāi)關(guān)選配電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，采用無(wú)線專網(wǎng)或無(wú)線公網(wǎng)通信方式［11］。

2.3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)

繼電保護(hù)策略應(yīng)當(dāng)從城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)兩個(gè)方面來(lái)分析［12］。

城市配電網(wǎng)具有系統(tǒng)容量大、線路分支多、供電半徑小的特點(diǎn)，一條線路的不同區(qū)段發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的差異不顯著，保護(hù)整定不容易確定，普遍情況下通過(guò)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間的級(jí)差實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作。對(duì)于變電站來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)用戶端、分支線路、出線端的斷路器實(shí)現(xiàn)三級(jí)配合保護(hù)，實(shí)現(xiàn)主干線路與分支線路保護(hù)，做到互不影響。

農(nóng)村配電網(wǎng)具有系統(tǒng)容量小、線路分支少、供電半徑大的特點(diǎn)，一條線路的不同區(qū)段發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的差異顯著，在主干線上配置三段式過(guò)流保護(hù)和斷路器就能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性切除功能。

3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃原則

3.1 配電網(wǎng)自動(dòng)化主站規(guī)劃原則

配電網(wǎng)自動(dòng)化主站的規(guī)劃需要與城市規(guī)模、主站的點(diǎn)數(shù)相匹配，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動(dòng)化主站規(guī)劃匹配關(guān)系

3.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化終端及繼電保護(hù)規(guī)劃原則

（1）A級(jí)區(qū)域：供電可靠性等級(jí)要求最高；采用雙電源供電模式，重要設(shè)備配置備用，最大限度縮短由于檢修和故障造成的停電；全部采用遙信－遙測(cè)－遙控終端，實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離與停電的快速恢復(fù)；全部采用電纜供電。

（2）B級(jí)區(qū)域：采用單電源供電模式，重要設(shè)備配置備用，最大限度縮短由于檢修和故障造成的停電；全部采用電纜或絕緣導(dǎo)線供電；故障率較高且具備一定條件的架空支線配置斷路器和遙信－遙測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)故障線路的快速切除。

（3）C級(jí)區(qū)域：聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)配置遙信－遙測(cè)－遙控終端，每條供電線路配置一個(gè)遙信－遙測(cè)－遙控終端，線路上其余為遙信－遙測(cè)終端；故障率較高且具備一定條件的架空支線配置斷路器和遙信－遙測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)故障線路的快速切除。

（4）D級(jí)區(qū)域：全部采用遙信－遙測(cè)終端；故障率較高且具備一定條件的架空支線配置斷路器和遙信－遙測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)故障線路的快速切除。

（5）E級(jí)區(qū)域：主干線路開(kāi)關(guān)配置為斷路器和三段式過(guò)流保護(hù)，另外配置具備重合閘功能的遙信－遙測(cè)終端，能夠?qū)崿F(xiàn)故障快速切除；故障率較高且具備一定條件的架空支線配置斷路器和遙信－遙測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)故障線路的快速切除。

（6）F級(jí)區(qū)域：不配置配電自動(dòng)化系統(tǒng)。

4 配電網(wǎng)自動(dòng)化終端數(shù)量分析

4.1 城市配電網(wǎng)自動(dòng)化終端數(shù)量分析

對(duì)于全部安裝遙信－遙測(cè)－遙控終端的饋線，假設(shè)饋線上配置的遙信－遙測(cè)－遙控終端數(shù)量為N3，該條饋線會(huì)被分成N3＋1等份，則基于由故障因素造成的停電可靠性要求λ，N3應(yīng)當(dāng)滿足條件：

對(duì)于全部安裝遙信－遙測(cè)終端的饋線，假設(shè)饋線上配置的遙信－遙測(cè)終端數(shù)量為N2，該條饋線會(huì)被分成N2＋1等份，則基于由故障因素造成的停電可靠性要求λ，N2應(yīng)當(dāng)滿足條件：

對(duì)于安裝遙信－遙測(cè)－遙控終端和遙信－遙測(cè)終端相結(jié)合的饋線，假設(shè)饋線上配置的遙信－遙測(cè)－遙控終端數(shù)量為N3，該條饋線會(huì)被分成N3＋1等份，再在由遙信－遙測(cè)－遙控終端分出的區(qū)段內(nèi)配置數(shù)量為N′2的遙信－遙測(cè)終端，則基于由故障因素造成的停電可靠性要求λ，N′2應(yīng)當(dāng)滿足條件：

其中，ρ為故障發(fā)生概率，T3為故障恢復(fù)耗時(shí)，T2為基于故障定位前提下人工對(duì)故障進(jìn)行恢復(fù)耗時(shí)。

4.2 農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化終端數(shù)量分析

對(duì)于輻射狀配電網(wǎng)，在饋線上配置遙信－遙測(cè)終端的數(shù)量為N2，該條饋線會(huì)被分成N2＋1等份，則基于由故障因素造成的停電可靠性要求λ，N2應(yīng)當(dāng)滿足條件：

5 實(shí)例分析

在我國(guó)東南沿海某城市，準(zhǔn)備在其市區(qū)建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，其中該城市的中心地區(qū)是負(fù)荷密集區(qū)域，并且對(duì)于供電可靠性等級(jí)要求為B級(jí)，包括了50條電纜供電的饋線；市區(qū)除中心區(qū)域外大部分地區(qū)負(fù)荷集中，對(duì)供電可靠性等級(jí)要求為C級(jí)，包括260條饋線（其中電纜饋線60條，電纜架空混合饋線120條，架空絕緣饋線80條）；其余區(qū)域負(fù)荷不集中，對(duì)供電可靠性等級(jí)要求為D級(jí)，包括架空裸線饋線180條，共計(jì)490條饋線。根據(jù)本文所提出的規(guī)劃方法，得到的規(guī)劃方案如表3所示。

表3 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃方案

由于變電站的出現(xiàn)開(kāi)關(guān)采用的是暫態(tài)電流速斷保護(hù)方式，但是饋線上出現(xiàn)的故障普遍情況下是三相相間短路故障，其下一級(jí)的故障保護(hù)與變電站出線端的斷路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)級(jí)差配合保護(hù)，所以饋線不配置本地故障保護(hù)，并且環(huán)網(wǎng)柜選用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

6 結(jié)論

配電自動(dòng)化是提高供電可靠性的重要手段，但是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃必須要根據(jù)不同供電區(qū)域的供電可靠性來(lái)進(jìn)行，以保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和功能性的兼顧，避免開(kāi)關(guān)必配終端、終端必須是遙信－遙測(cè)－遙控終端的情況。適當(dāng)配置遙信－遙測(cè)終端對(duì)于強(qiáng)化配電網(wǎng)的故障診斷與處理能力至關(guān)重要。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中合理配置遙信－遙測(cè)終端和遙信－遙測(cè)－遙控終端的數(shù)量，既能夠保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能性，又能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，并且減少開(kāi)關(guān)設(shè)備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的次數(shù)，有效降低了工程成本以及工作量。