10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化改造

黃鉅錦

（廣州城北電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國電力網(wǎng)絡(luò)在得到快速發(fā)展的同時(shí)，社會對于電力供應(yīng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性及安全性要求也在日益提升。在此背景下，為提高電力供應(yīng)質(zhì)量，滿足社會對于電力供應(yīng)的實(shí)際需求，需要推動電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)施自動化改造。據(jù)此，本文將以10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路為例，對電力系統(tǒng)自動化改造方案進(jìn)行分析介紹，以期能夠?yàn)楹罄m(xù)10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化改造提供理論參考。

1 10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路自動化的概念及配置原則

1.1 配電線路自動化的概念

配電線路自動化就是通過現(xiàn)代化通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對配電線路的用戶信息、實(shí)時(shí)信息、地理信息、離線信息、結(jié)構(gòu)參數(shù)等多方面信息進(jìn)行有效集成利用，進(jìn)而構(gòu)成可以實(shí)現(xiàn)配電線路自動化管理的自動化管理系統(tǒng)。通常情況下，配電線路自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)配電線路正常運(yùn)行條件下的各類數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測，并將獲取數(shù)據(jù)與既定數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對比，從中分析出配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，若是發(fā)現(xiàn)配電線路運(yùn)行中存在異常數(shù)據(jù)，則會根據(jù)異常數(shù)據(jù)通過專家系統(tǒng)初步判斷問題根源，提出針對性解決方案，進(jìn)而提出應(yīng)對方案，為配電線路的正常運(yùn)行提供保護(hù)及管理支持，促使配電線路時(shí)刻處于安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 配電線路簡要介紹

環(huán)形配電線路是指在同一變電站或不同變電站在不使用總線的情況下，為配電線路提供2 次或者2 次以上的反饋線與相連接，進(jìn)而形成環(huán)形供電模型，促使電源與雙環(huán)電源網(wǎng)絡(luò)達(dá)成相互連接，保障電源供應(yīng)及操作的可靠性。10 kV 配電線路通常需要在配電總線上配置安培開關(guān)設(shè)備，并由此來實(shí)現(xiàn)不同10 kV 配電線路之間的相互連接，進(jìn)而形成環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)，提高供電可靠性。具體相對于常規(guī)配電線路來說，環(huán)網(wǎng)配電線路可以在線路故障的情況下，及時(shí)規(guī)避故障區(qū)域，為配電線路提供其他電源保障，避免因單一電源引發(fā)大規(guī)模停電事故問題，不僅可以滿足當(dāng)前社會用電需求，還能夠降低停電損失，提高配電線路維修效率，降低維修成本，多方面提供配電線路運(yùn)營經(jīng)濟(jì)價(jià)值。配電系統(tǒng)典型拓?fù)鋱D如圖1 所示。

圖1 配電系統(tǒng)典型拓?fù)鋱D

1.3 配電線路自動化的配置原則

結(jié)合實(shí)際情況來看，當(dāng)前10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路自動化運(yùn)行進(jìn)程中仍然存在電纜饋線故障、系統(tǒng)用戶側(cè)故障、溝道敷設(shè)電纜故障等一系列故障問題，相關(guān)故障的情況將會對中國配電線路自動化發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙，所以必須要結(jié)合10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路自動化運(yùn)行故障的具體特點(diǎn)，合理提出相應(yīng)的優(yōu)化改造配置方案，進(jìn)而確保改造后的10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路自動系統(tǒng)可以滿足具體應(yīng)用需求，充分發(fā)揮出其應(yīng)用成效。

此外，由于不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、線路負(fù)荷等方面的實(shí)際情況存在較大差異，所以各地區(qū)環(huán)網(wǎng)配電線路自動化的主要目標(biāo)也存在一定差異，因此需要以主要目標(biāo)為基礎(chǔ)，合理實(shí)施配電線路自動化系統(tǒng)配置及改造，并保障改造配置后，環(huán)網(wǎng)配電線路自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)配電線路運(yùn)行檢測、生產(chǎn)管理、調(diào)度控制等多方面功能。具體來說，在系統(tǒng)用戶側(cè)設(shè)備方面，應(yīng)確保環(huán)網(wǎng)配電線路自動化改造后，用戶側(cè)設(shè)備能夠具備信息自動化采集上傳、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集等功能；在自動化系統(tǒng)方面，改造后的系統(tǒng)應(yīng)具備故障線路自動診斷、故障區(qū)段自動診斷等功能，進(jìn)而為檢修人員對故障的快速判斷及解決提供重要支持。

2 10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路場站及終端設(shè)備自動化

2.1 變電站及開閉所

在10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路中，變電站和開閉所作為配電線路的電源點(diǎn)，其自動化改造效果將會直接影響整體環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化水平，所以必須加倍重視。在具體變電站和開閉所自動化改造過程中，應(yīng)合理應(yīng)用綜合自動化裝置，以此來實(shí)現(xiàn)變電站饋線與配網(wǎng)調(diào)度中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)變電站饋線信息的實(shí)時(shí)采集和故障分析，以便于饋線故障問題的統(tǒng)一調(diào)度及處理。此外，在開閉所方面，若是開閉所存在斷路器設(shè)備，則開閉所的自動化改造應(yīng)優(yōu)先采用綜合自動化裝置，從而將開閉所的多元數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)上傳到配網(wǎng)調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)度中心對開閉所的遠(yuǎn)程調(diào)度及控制效果；若是開閉所存在負(fù)荷開關(guān)，則需要優(yōu)先采用環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)測裝置來實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)上傳。同時(shí)，還需要對負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，并由此來為負(fù)荷開關(guān)合理配置輔助接點(diǎn)，尤其需要對負(fù)荷開關(guān)中的熔斷器進(jìn)行輔助接點(diǎn)配置，確保負(fù)荷開關(guān)熔斷器發(fā)生熔斷情況后數(shù)據(jù)信息能及時(shí)被上傳并進(jìn)行處理。

2.2 環(huán)網(wǎng)柜

在對環(huán)網(wǎng)柜實(shí)施自動化改造過程中，應(yīng)明確環(huán)網(wǎng)柜的多方面參數(shù)性能，并由此來制定更為科學(xué)合理的自動化改造方案，為后續(xù)環(huán)網(wǎng)柜自動化改造提供重要約束及參考，其中環(huán)網(wǎng)柜饋線應(yīng)作為環(huán)網(wǎng)柜自動化改造的分段及互聯(lián)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，在環(huán)網(wǎng)配電線路終端環(huán)網(wǎng)柜自動化改造中，若是用戶側(cè)室內(nèi)及環(huán)網(wǎng)柜中采用了斷路器，那么在環(huán)網(wǎng)柜自動化改造時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用綜合自動化裝置，并根據(jù)用戶側(cè)室內(nèi)及環(huán)網(wǎng)柜實(shí)際情況來具體制定綜合自動化裝置配置方案。不過若是環(huán)網(wǎng)柜不適合采用綜合自動化裝置，那么可以采用DTU（Data Transfer unit）裝置實(shí)施自動化改造。在完成自動化改造后，要求環(huán)網(wǎng)柜各類數(shù)據(jù)信息均能夠被上傳到配網(wǎng)控制中心，便于配網(wǎng)控制中心對環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行自動化監(jiān)測及遠(yuǎn)程遙控。

若是環(huán)網(wǎng)柜中采用了負(fù)荷開關(guān)，則環(huán)網(wǎng)柜自動化改造中應(yīng)優(yōu)先選用DTU 裝置，該裝置不僅需要具備數(shù)據(jù)采集和上傳功能，還需要具備線路故障指示功能，為環(huán)網(wǎng)柜故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決提供重要保障。對于環(huán)網(wǎng)柜所配置的熔斷器等關(guān)鍵設(shè)備，還應(yīng)配置輔助接點(diǎn)，確保環(huán)網(wǎng)柜關(guān)鍵設(shè)備在發(fā)生故障后配網(wǎng)控制中心可以及時(shí)獲取故障數(shù)據(jù)，便于故障的快速發(fā)現(xiàn)和解決。此外，針對負(fù)荷開關(guān)等環(huán)網(wǎng)柜控制關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)在環(huán)網(wǎng)柜自動化改造過程中對設(shè)備進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況合理配置電動操作機(jī)構(gòu)，以便于遠(yuǎn)程控制中心對環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。

2.3 環(huán)網(wǎng)柜與DTU 接口

為能夠進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)網(wǎng)柜遠(yuǎn)程控制效果，需要為環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)配置電動控制機(jī)構(gòu)，相關(guān)機(jī)構(gòu)的電源可選用24 V 電源，保障遠(yuǎn)程控制效果的同時(shí)，降低環(huán)網(wǎng)柜實(shí)際能耗。此外，環(huán)網(wǎng)柜自動化改造時(shí)應(yīng)為綜合自動化裝置和DTU 裝置預(yù)留出必要的安裝位置，以確保自動化裝置應(yīng)用中的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，在環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)位置，應(yīng)增設(shè)環(huán)氧樹脂干式電壓互感器以及裙帶熔斷器，2 類設(shè)備主要用于環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集。其中，電壓互感器應(yīng)采用全封閉式安裝模式，即將電壓互感器設(shè)置在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部，保障電壓互感器的運(yùn)行安全，提高電壓互感器數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性。

環(huán)網(wǎng)柜的自動化改造應(yīng)在電力中斷的情況下進(jìn)行，避免因誤操作等情況威脅操作人員的人身安全。每個環(huán)網(wǎng)柜均需要加裝電池，并保障電池容量能夠滿足環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行控制要求；對于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的開關(guān)設(shè)備，則需要提出對應(yīng)的位置及接地刀輔助接點(diǎn)；對于負(fù)荷開關(guān)，則需要為其配套熔斷器設(shè)置輔助接點(diǎn)；對于環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線和出線，均應(yīng)設(shè)置兩相保護(hù)電流互感器，并確保所采用的電流互感器精度可以滿足環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控要求；對于DTU 裝置安裝，不僅需要保障環(huán)網(wǎng)柜與DTU接口連接的有效性，還需要做好DTU 設(shè)備的接地工作，并確保接地電阻控制在10 Ω以內(nèi)。

2.4 電纜溝道監(jiān)測

應(yīng)根據(jù)改造區(qū)實(shí)際情況，合理選用適當(dāng)?shù)沫h(huán)網(wǎng)配電線路鋪設(shè)方式。通常情況下，環(huán)網(wǎng)配電線路鋪設(shè)中最常用的2 種鋪設(shè)方式為直埋法和溝道鋪設(shè)法，此2種方法不僅鋪設(shè)操作較為簡單，而且還可以保障環(huán)網(wǎng)配電線路的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。但結(jié)合實(shí)際情況來看，如今環(huán)網(wǎng)配電線路在運(yùn)行過程中仍然存在外力破壞情況，所以在環(huán)網(wǎng)配電線路自動化改造過程中，為進(jìn)一步保障配電線路的運(yùn)行穩(wěn)定性，必須要加強(qiáng)對電纜溝道的監(jiān)測，確保自動化系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝道外力破壞情況，從而保障配電線路外力破壞故障被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。

此外，電纜接口和開關(guān)切口作為故障易發(fā)點(diǎn)，應(yīng)為其配置溫度監(jiān)測設(shè)備，并將溫度監(jiān)測設(shè)備與DTU 設(shè)備相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對接口溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保環(huán)網(wǎng)配電線路完成自動化改造后，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電線路發(fā)熱點(diǎn)，及時(shí)采用針對性應(yīng)對方案，保障配電線路安全隱患被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除。對于電纜溝道監(jiān)測，應(yīng)采用紅外傳感器等設(shè)備，以此來獲取電纜溝道內(nèi)部人員活動信息，并及時(shí)通過自動化裝置將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到配網(wǎng)控制中心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)報(bào)警，進(jìn)而及時(shí)安排人員解決現(xiàn)場故障問題。

3 10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化改造方案

3.1 復(fù)合光纜通信方案

近些年來，隨著電力通信技術(shù)的快速發(fā)展，如今城市配電網(wǎng)均開始向電纜化方向發(fā)展，再加上各類自動化系統(tǒng)的持續(xù)普及及完善，相關(guān)技術(shù)均為10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化改造提供了重要硬件支持。在實(shí)施10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路自動化改造過程中，應(yīng)對電纜實(shí)施通信通道改造，例如架空電纜及光纜在改造過程中應(yīng)通過溝道敷設(shè)的方式進(jìn)行改造作業(yè)。相對于架空電纜和光纜敷設(shè)方式來說，溝道敷設(shè)方式更有利于后期維護(hù)，可以有效保障線路改造后的可靠性。此外，當(dāng)前在220 kV 電纜工程改造過程中引入了復(fù)合光纜技術(shù)，此種技術(shù)不僅應(yīng)用成本相對較低，而且還可以保障應(yīng)用效果，所以應(yīng)將復(fù)合光纜技術(shù)推廣到10 kV 電纜工程改造中，以此來保證配電線路自動化改造后自動化系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)降低自動化改造的綜合成本。

3.2 電力載波通信方案

電力載波通信技術(shù)可以利用當(dāng)前的電力線路，通過載波的方式將數(shù)字信號和模擬信號進(jìn)行高速傳輸，此技術(shù)無需另行架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，可以通過現(xiàn)有電力線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信傳輸。基于電力載波通信技術(shù)的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用電力載波通信技術(shù)可以有效降低配電線路自動化改造中的綜合成本，所以從經(jīng)濟(jì)性角度可將電力載波通信技術(shù)改造方案作為可選方案之一。現(xiàn)階段，城市配電網(wǎng)絡(luò)常用的環(huán)網(wǎng)供電方式為“手拉手”發(fā)放時(shí)，即將配電線路劃分為多段線路，并將劃分后的線路構(gòu)成“環(huán)網(wǎng)鏈”結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)中無論是在電纜分段處，還是電纜分支箱處，均需要對電纜屏蔽層進(jìn)行接地處理，此種情況也將會導(dǎo)致采用電力載波通信技術(shù)后，自動化系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將會出現(xiàn)“信號接地短路”情況，部分問題嚴(yán)重的區(qū)域甚至?xí)?dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。針對此種情況，可以采用載波組網(wǎng)通信技術(shù)或者分級組網(wǎng)技術(shù)來保證電力載波通信信號質(zhì)量，其中載波組網(wǎng)通信技術(shù)是在環(huán)網(wǎng)配電線路中引入高頻網(wǎng)橋，分級組網(wǎng)技術(shù)則是在環(huán)網(wǎng)配電線路中引入載波中繼技術(shù)，采用2 種技術(shù)均可有效提高電力載波通信信號質(zhì)量，進(jìn)而保障自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，如今社會對于電力供應(yīng)的持續(xù)性、穩(wěn)定性及安全性要求也在日益提升。在此背景下，10 kV 環(huán)網(wǎng)配電線路應(yīng)持續(xù)推進(jìn)自動化改造進(jìn)程，并在此過程中著重關(guān)注變電站及開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、環(huán)網(wǎng)柜與DTU 接口、電纜溝道監(jiān)測等配電線路關(guān)鍵設(shè)備的自動化改造工作，保障環(huán)網(wǎng)配電線路的自動化改造效果。同時(shí)，為能夠加強(qiáng)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信質(zhì)量，在實(shí)施自動化改造中還應(yīng)根據(jù)本地區(qū)實(shí)際特點(diǎn)，合理選用復(fù)合光纜通信改造方案或者電力載波通信改造方案，促使自動化系統(tǒng)運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)配電線路上關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制，綜合提升配電線路自動化水平。