10kV配網自動化建設的規(guī)劃與設計研究

淮北萬里電力規(guī)劃設計院有限公司 孫浩瀚

10kV配網中融合自動運行程序有助于提升供電速度，保證供電平穩(wěn)性，為用戶提供更優(yōu)質的電力服務。在配網設計中，規(guī)劃組織應結合配網的實際運行需求，制定完善的配網方案，優(yōu)化配網功能，形成自動配網體系。現階段國內配網系統組成表現出復雜性，無法保證電力程序運行質量。采取分段設計手法，確保設計方案有效；引入環(huán)形設計思想。優(yōu)化現有配網方案，高效消除配網故障，增強電力程序的運行能效。在配網設計時，以城區(qū)電網項目為主體，融合統籌規(guī)劃思想，引入先進科技，顯著提升各類信息的利用比例，有效化解電力系統中的各類故障[1]。

1 配網自動系統的建設方法

1.1 配網自動程序的組成

主站。在主站程序中進行系統劃分，結合配網運行需求劃分成系統故障診斷程序、配網運行程序等，以此保障配網各系統劃分的有效性，提升配網運行順暢性；終端。以10kV配網為技術方向，合理設計操作終端，加強主站、分站各程序的運行安全性。在各站運行時，如系統有故障，此時自動終端會有故障表現。系統結合問題種類給出相應決策。在構建10kV配網體系時，開發(fā)具有配網輔助功能的設備，以管轄范圍內的電力環(huán)境為主體，嚴格進行用電監(jiān)控，積極解決系統運行不暢問題，增強配網整體程序的運行能效，有效防控系統安全問題。

分支程序。其運行時高效解決各類配網問題，控制配網開關，表現出較強的管理能效，形成嚴格的設備監(jiān)管流程。在分支程序平穩(wěn)運行時，顯著增強了主干線路的運行能力。在電力程序運行時分支程序可高效采集系統資料，經通信處理器加以高效處理采集資料。

1.2 設定配網中心的自動運行功能

在配網運行時準確監(jiān)測配網運行情況是中心站運行的主要事項。10kV配網體系表現出組成的復雜性，包括通信、定位等多個分支程序。在配網設計時應選用光纖通信形式，保證系統資料傳送的高效性，在系統有故障時及時給出警報。結合故障表現給出有效的應對方案，盡量控制故障問題帶來的不利影響。導線選型方法中導線截面（mm）與導線型號（LGJ系列、JKLYJ系列）的對應關系為：50：50/8、50，70：70/10、70，95：95/15、95，120：120/20、120，150：150/20、150，185：185/25、185。

轉變分區(qū)分站，使其成為中轉站。為保障分區(qū)分站運行的有序性，規(guī)劃人員應積極優(yōu)化已有的電能傳輸路線，適時優(yōu)化反饋設備，使用打印機輸出反饋資料，全面了解電流狀況，保障電流控制效果。

1.3 賦予分支站的監(jiān)控能力

在電力程序運行時應保證各機械設備的運行質量，規(guī)劃人員應有序查看各個分支站，保證電力設備狀態(tài)的平穩(wěn)性，設定直屬分支站為運維重點：依據電力程序的運行實況，技術人員應高效檢查配件性能；結合電網實況周期性檢查設備；合理保存各類數據資料，采取圖表分析形式獲取內容詳實、資料完整的報告。

1.4 配網設計的注意事項

運行分段器。在10kV配網運行時多數使用人工形式操控電閘，全面控制電力程序的運行過程。部分變電站為強化自身電閘開關的調控質量引入聲控設備。在自動科技融合配網體系中，應提升電力程序的調控的自動性，使用分段器，借助其自動整合資源優(yōu)勢有效控制電閘，保證配網質量。如果在操作電閘時閘門位置的電壓處于較高狀態(tài)，對分段器進行自動控制，可切斷電路，增強電流安全。

完善環(huán)網供電方案。在規(guī)劃配網時，規(guī)劃次數較高的是：環(huán)網形式。選配間隔較小的配電線路，使電能輸電路線處于環(huán)網狀態(tài)；合理優(yōu)化10kV配網體系，增強配網運行的平穩(wěn)性。在搭建網狀配網體系時，能夠顯著增強配網路線的安全性，提升通信對接的順暢性。

配網原則。模塊化理念。配網規(guī)劃人員，依據配電區(qū)、開閉站的實際設定位置，在柱上開關方位添加FUT，依據模塊設計思想，逐步增強系統功能的延展性；安全設計思想。10kV配網在實際設計時應嚴格管理戶內機箱的安全等級。多數情況下戶內機箱的安全級別應至少為IP43級。戶外極限的安全級別應至少是IP54級。依據通信協議細則發(fā)現：為保障系統運行的安全性，應在控制程序中添加軟件加密規(guī)則，以此保障程序安全；順應功能設計需求。10kV配網管理時應依據功能設計思想保證配網設計合理，切實發(fā)揮系統運行作用。

2 10kV配網優(yōu)化升級的設計分析

2.1 HT電網現狀

HT電網單位成立于1985年，單位經營時投入資金4000余萬元。電網單位長期在職人員有236人，設有多個職能管理工作組，包括行政、人資、安全管理、黨建等，業(yè)務類型有營銷、調度、故障檢測等。電網控制區(qū)域內設立了多組變電站，配有變電所15座，添加26個主變壓設備，變壓容量達到28.5萬kVA。配電變壓設備共有600個、變壓容量總和為6.37萬kVA。供電線路設計時，66kV級別的線路共設14組、長度總和為278km，10kV級別的線路共設64條、線路長度總數為1220km。

HT電網單位形成了較高的用電需求，處于逐年增長狀態(tài)。近年來用電耗電均值為5.1h/戶，每個用戶年均停電1.23次。停電問題主要表現為線路負載較高、線路處于重載狀態(tài)。供電平穩(wěn)性為99.95%。結合近年HT電網的故障跳閘資料可知：由停電引起的跳閘問題約有150條，在各類跳閘問題中，架空線路引發(fā)的跳閘問題在整體跳閘故障的80%，無法保障供電安全。在10kV線路中僅可添加柱上開關，在發(fā)生線路故障時僅能夠進行單一的線路分斷工作，并不能進行線路恢復、線路安全警示，存在線路失穩(wěn)問題，增加了故障排除用時。在此故障形成后，增加了供電用時，配網能效有所降低。

HT供電單位線路的電纜型號、電壓級別、電纜長度（m）、電纜數量（個）分別為：YJV22×240/10kV/220/1，YJV22×240/10kV/210/1，YJV22×240/10kV/1341/4。

2.2 優(yōu)化設計方案

2.2.1 現有配網分析

HT配網體系中服務城區(qū)較多、供電線路使用時間較長，在多個層次中表現出能源浪費問題，極易發(fā)生路段故障問題。在配網設計時，針對HT配網進行優(yōu)化設計，力爭構建區(qū)域內的全環(huán)網互聯體系，保證用電安全，提升電力使用的故障隔離速度，在短時間內高效恢復供電工作。在實踐中，如果使用多聯絡形式會增加段數，形成較高的工程成本。HT區(qū)域中，在進行配電規(guī)劃時線路長度總和為204km，含有電纜1.34km。電纜轉化比例約有0.7%。在實際規(guī)劃時應在目標區(qū)域進行配電自主審計，保障各類應用切換的自如性，緩解“盲調”帶來的資源浪費，增強配電調度能效。

依據“N-1”理念進行用戶配電規(guī)劃，保證多組用戶的配電質量。從單一、兩個、多組等各類聯絡體系中，估算線路負荷的最大值，保證線路運行的經濟性，確保負荷轉換及時；應對負荷較低的區(qū)域，在架空線路時接線方式較多，包括異站聯絡、設定多組分段等。負荷中等時，接線方式包括適度連接、設定多組分段等形式，確保接線質量。高負荷地區(qū)在進行接線時，可從各分段位置添加聯絡線。

優(yōu)化改進線路，維護現有配電網的供電能力，構建新型用網體系，保證環(huán)網運行能效，建立多鏈路供電方案，豐富配電網的運行功能；依據目標網架的建設規(guī)范，在項目初期構建的網架體系，應具備“三遙”能力，給予同步架設。城區(qū)配網優(yōu)化后設備總數為94個，箱式變電設備設計為16個，環(huán)網柜優(yōu)化為4個，開關柜設計為32個，柱上開關使用26個，柱上添加的變壓器共有8個。

2.2.2 預期優(yōu)化目標

運行效率較高的交互程序是保證配網運行能力的關鍵。在電力生產期間，通信流程是保證系統運行平穩(wěn)的重要條件。借助多變的通信路徑，構建出電力調度、業(yè)務營銷、客服、用戶管理等信息交互程序。電力資源調度自主系統中整合了多組應用程序，包括數據采集、資料監(jiān)管、用戶交流、人機交互等，融合分段管理方法，確保系統功能具有可延展性，提升系統運行的平穩(wěn)性，增加系統資料的可操作性。

配電自主站在進行系統建設時，嘗試從信息分享、數據分析、資料加工等多個視角進行配網資料的動態(tài)處理，以此提升供電的平穩(wěn)性，積極融合調度、智能各項科技，順應對智能電網的各項要求，以此達到配電網的管控效果。系統建設時應以HT區(qū)域未來10年的供應需求為出發(fā)點，進行配電網全面的優(yōu)化設計，提升配電自主程序功能的可延展性，保證未來建設質量。

2.2.3 網架優(yōu)化設計

單式鏈路的優(yōu)化設計：各區(qū)內供電工作，采取延伸架設方法，嘗試構建出環(huán)網供電體系，保障10kW供電的運行能效；綜合考量各區(qū)內的負荷分配情況，重新組配負荷，以“N-1”思想消除“超負荷”線路運行問題；在市中心配置的導線，對其非絕緣處理、管徑較小、負載超標各項使用問題，進行絕緣優(yōu)化。在優(yōu)化時使用JKLGYJ系的導線、型號取240號，以此保障線路供電安全。在實踐中供電線路增加了39km，配置8個環(huán)網柜，在優(yōu)化改進后HT區(qū)域形成“多線路互聯”的供電體系。

2.2.4 故障定位

在配電設備中形成的故障問題，主站可在短時間內鎖定故障方位，檢修人員能夠掌握完整的監(jiān)控資料，確定故障地區(qū)，查明故障問題。配網人員在獲取電力故障問題時，可查看故障發(fā)生位置或登錄客服系統，準確查看故障問題。用戶在進行電話申報時系統會引入定位科技，準確獲取報修點位，鎖定區(qū)域內的供電設備位置。主站系統會自主測算電流，判斷接地故障的具體表現，保證故障信息測算的準確性。

2.2.5 故障修復

故障修復時多數有兩種方法：卸除負荷、拓撲潮流。在使用卸除負荷策略時，各類負荷轉移方法均不具有成立的可能性。此時應綜合考量卸除負荷形成的損失，盡量控制卸除損耗量，以最小值控制方式優(yōu)化負荷卸除成本。在卸除負荷時，針對各類優(yōu)先級，以最低級負荷為起點，逐步進行高級負荷的卸除。負荷是一種變量，具有離散性。在卸除負荷時應設定固定的卸除量。在實踐中借助開關閘進行負荷轉化，有效控制支路、饋線各位置的開關量。

2.2.6 事故資料采集

在采集配網資料時，電網含有多個廣域點，具有資料采集的分布性。在系統運行期間，系統中的解列行動具體表現在：分支系統運行時會以就近思想采集系統資料，保證系統監(jiān)視功能的正常性。在資料采集時包括專線、網絡、無線多種渠道。

2.2.7 事故資料處理

前期處理采集資料，保證數據使用的有效性，應準確保存資料副本。在后續(xù)資料采集時進行數據對比。采取前期處理、資料更新等方式，以此有效應對A/D轉換問題；借助變送設備、數據采集程序的供電輸出程序，采取準確基準參數設計方法，確保工程量轉換質量，獲取準確的實際值；數據檢查。如在電路測試結果為“0”時應切斷開關；在邏輯表達體系中獲取狀態(tài)參數，進行邏輯處理。

2.2.8 電流型故障處理及電壓型故障消除

以瞬時故障為例。在變電站內形成的出線開關跳閘問題稱為瞬時事故。在規(guī)定時間內此種故障能夠自主復合，SCADA會給予反饋，在配網監(jiān)測體系中保存故障問題。

以永久故障為例，如圖1所示：在kn1管線路段發(fā)生故障引起Fcb跳閘，形成事故信號。在開關k1、k2處無壓分。在變電站合閘程序中會閉合Fcb1，此時k1開關與時限X不等，會再次跳閘。故障區(qū)為kn1。系統自主運行“自動編制”程序，進行Fcb1、k1的閉合處理，達到自動故障消除的目標，確保供電有序。

圖1 電壓線路故障示意圖

綜上，積極增強10kV配網的運行能力，進行有效規(guī)劃，轉變配網中心站的功能，設定自動布局站，增設監(jiān)控站，構建環(huán)網供電體系，以此保證10kV配網的運行能效，保證供電質量。