關于電力系統配網自動化建設的技術要點探析

石珺 喬嘉誠

引言

隨著我國經濟社會的快速發展，對電力資源的需求不斷增加，同時社會用電量的快速增長，對配電網的運行管理提出了更高的要求。電力系統配網自動化是配電網運行管理中一項重要的工作內容，通過電力系統配網自動化技術應用能夠有效提高電網運行管理水平。目前，我國在電力系統配網自動化技術應用方面還存在一些問題，因此，在今后的工作中需要加強對電力系統配網自動化技術應用情況的了解，針對存在的問題提出相應改進措施，不斷完善我國電力系統配網自動化建設和發展體系。通過電力系統配網自動化技術在電網運行管理中的應用，能夠有效提高電力資源配置效率和供電可靠性，為推動我國社會經濟健康持續發展提供強有力的支撐。

一、當前電力系統配網自動化模式

（一）電力系統配網自動化的集中智能模式

集中智能模式是指在現有配電網自動化系統的基礎上，通過對數據采集、信息處理、保護控制、電能計量、通信等功能模塊的整合，形成一個具有獨立功能的配電自動化系統。該系統具備以下功能：（1）可實現配電自動化與變電站自動化、調度自動化系統的統一協調；（2）能夠實現配電網中智能元件的統一管理和運行，實現故障自動隔離與恢復；（3）可實現對配網中各種設備運行狀態的實時監測；（4）可以將配網中各種設備及故障信息實時上傳至主站，并自動生成報告；（5）具備與主站通信的能力，實現與其他業務系統的接口。該系統已在實際工程中得到應用，其功能得到了良好的驗證[1]。

（二）電力系統配網自動化的分布智能模式

電力系統配網自動化的分布智能模式是指通過信息處理網絡，對配電網的狀態進行監測、診斷、分析，從而實現配電網的運行狀態監測與控制。它主要由現場終端設備和信息傳輸網絡兩部分組成。現場終端設備主要包括傳感器、無線數據采集終端和其他輔助設備。信息傳輸網絡主要由通信系統、信息網絡以及計算機網絡組成。根據電力系統配網自動化的分布智能模式的結構，電力系統配網自動化的分布智能模式主要有以下幾種：分布式智能模式、集中式智能模式、分層式智能模式。此外，還有其他的一些新型智能模式，如基于模糊理論的專家系統等。

二、配網自動化系統運行模式的特點

電力系統配網自動化是指利用計算機技術、通信技術和控制技術等，對電力系統進行全面監測和控制，從而實現配網自動化。電力系統配網自動化主要是通過對各種信息進行有效收集，然后根據實際需求對數據進行分析和處理，從而實現對配電網絡運行狀態的全面掌握。配網自動化系統由智能終端、通信網絡和高級應用軟件等三個部分組成。智能終端是實現配電網自動化的核心設備，能夠實現對配電系統的監控以及對故障信息的采集和分析，同時還能夠對配網系統進行數據采集和分析，為運行人員提供準確、可靠的數據信息，從而提高供電質量。通信網絡是實現配電網自動化的重要基礎設施，能夠將配電網運行中產生的數據進行實時傳輸和處理。高級應用軟件是實現配網自動化的核心支撐平臺，能夠實現配電網運行狀態信息的快速處理和分析，同時還能夠提供多種用電服務。配網自動化系統運行模式的特點主要體現在以下幾個方面：（1）配電自動化系統的數據采集是以變電站為基礎，采用 GPRS技術將變電站終端數據傳送到遠程的監控中心或數據采集系統。通過配網自動化系統對數據進行處理，可以實現配電網中開關設備的狀態監測及故障定位、故障隔離、恢復供電等功能。（2）配網自動化系統的運行模式是以分布式電源為主的多種負荷形式并存，負荷隨季節和時間變化而變化，特別是城市配網中有大量的分布式電源接入。（3）配網自動化系統的運行模式是以單電源供電為主，在多電源供電情況下，當其中一個電源出現故障時，對另外一電源仍能保證正常供電。（4）配網自動化系統運行模式是以遙控操作為主，遙控操作可以使運行人員根據用戶要求選擇不同的操作方式，能夠實現無人值守[2]。

三、電力系統配網自動化建設現狀

（一）資金匱乏、管理混亂

由于我國配網自動化建設的起步比較晚，而且在配網自動化建設中還存在著一些資金匱乏、管理混亂的問題，這就導致了配網自動化建設無法得到進一步的發展。在我國部分地區，由于經濟發展比較落后，電力系統配網自動化建設的資金匱乏問題就更嚴重了。即便如此，在一些經濟比較發達的地區，配網自動化建設還是能夠得到改善和發展，雖然電力系統配網自動化建設也存在著資金匱乏、管理混亂的問題，但是這些地區已經建立了完善的配電網絡管理體系和運行機制，在這些地區要想實現高效、可靠的供電就需要對這些地區進行配網自動化改造。

（二）設備配置與銜接問題

配網自動化技術是一項復雜的系統工程，配網自動化建設要經過規劃設計、設備選型、實施建設和驗收維護四個階段，各階段之間相互聯系、相互影響。設備選型是基礎，只有合理地配置所需設備，才能確保系統的安全可靠運行，而配置不合理則會導致系統的運行問題。例如，電力調控運行系統涉及大量的設備和設施，如發電機組、變電站、輸電線路等，這些設備在使用過程中可能存在質量或老化等問題，導致其運行不穩定或故障。配網自動化建設過程中的設備選型，必須根據配網建設規模、供電范圍、供電可靠性等因素綜合考慮，確保整個系統的安全可靠運行；而對于某些特殊情況下所需要的設備配置，也要根據具體情況進行靈活處理[3]。

（三）網架設備與運行可靠性問題

在電力系統的規劃和設計中，設備和元件的可靠性是重要的指標，而設備和元件的可靠性又取決于其組成元件的可靠性。在電力系統中，一般都是將電力系統分為主干線、支干線、配電點、配電線、分支線等不同級別的網絡。不同級別的網絡，在整個電網中所占比例也是不同的，而主干線上又有輸電線路和配電線路，這樣就形成了一個完整的電網結構，故稱之為網架設備。影響電力系統網架設備可靠性的主要因素：（1）在變電站主變和用戶變壓器上安裝的電壓互感器，由于安裝質量差或運行維護不到位，或者是在線路上接的其他電器設備有電壓互感器二次回路斷線故障等，會導致變電站主變和用戶變壓器上的電壓互感器二次線圈損壞，嚴重時會使電網發生短路。（2）電力系統中的電抗器，由于其質量低劣，導致電網中發生短路故障時電抗器二次側會出現大量過電流，對電網造成極大危害。（3）電力系統中的電容器，由于質量低劣或運行維護不到位，導致電容器損壞或電容器保護裝置拒動。（4）電力系統中的電抗器與電容器是一對反相負荷，在正常運行時相互抵消不會產生過電流。但由于安裝或維護不達標，導致在電網發生短路，進而使得電力系統出現嚴重的非計劃停電事故。影響運行可靠性的主要因素：（1）電網結構不合理，電力線路過長，導致線路潮流分布不合理，輸電能力下降；（2）輸電線路中出現故障，且維護成本較高；（3）電網結構過于復雜，增加了電網的維護成本。

四、電力系統配網自動化技術的應用

（一）加速電力系統配網的建設與改進

電力系統配網自動化技術，是電網實現現代化、智能化發展的關鍵技術，也是當前電力系統發展過程中最為關注的技術，它可以使供電更加安全可靠、供電效率和供電質量大大提高，并能夠通過有效的管理機制，減少和避免配電網運行中發生的故障和異常，提高系統運行的可靠性。電力系統配網自動化技術發展對于電力系統的發展有著重要的意義和作用。電力系統配網自動化技術能夠對電力系統中出現的故障進行準確定位，并及時有效地處理故障；在對用戶進行供電時，能夠根據不同區域內用戶對電力的需求量合理分配供電區域，減少供電企業所需投入成本；能夠將配電網絡中出現的故障及時報告給相關部門和工作人員，并及時解決。電力系統配網自動化技術應用之后能夠提升配電網運行過程中的安全性和穩定性，并且可以減少因故障和異常情況發生后造成的停電現象[4]。

（二）建立電力系統有效的硬件支持系統

電力系統的硬件支持系統，包括各種發電廠和輸電線路。在任何給定的時刻，所有這些設備都是獨立運行的，所以要確保電力系統的正常運行，就必須把它們連接在一起。但是，這些設備之間的連接是不可能被完全預測的。為了保證電力系統運行，必須采取一系列設計措施來確保所有設備都是安全、可靠和有效運行的。任何一個電力系統都有其設計要求和環境限制，包括地理上和時間上的限制，同時，系統中又是還存在著一些薄弱環節，可能會導致諸如電壓和電流不平衡、頻率偏移、網絡中斷和其他一些問題。為了保護電力系統免受這些威脅，需要有一套有效的硬件支持系統。而這種硬件支持系統可以通過在不同地點使用不同類型的設備來實現。硬件支持系統包括電網主站、通信網絡和配電自動化終端。電網主站是配網自動化信息管理的中樞，是一個獨立于配網自動化設備之外的具有強大數據處理能力的平臺。通信網絡是實現配電自動化信息共享和交換的基礎，是實現配網自動化技術所必須具備的硬件支持系統，主要包括光纖通訊網絡、載波通訊網絡和無線通訊網絡三個部分。目前在國內大多數地區已實現光纖通訊網絡和載波通訊網絡。建立完善可靠的電力系統硬件支持系統，既可以滿足電力系統功能要求，又可以有效降低設備成本，提高設備利用率，為配網自動化建設與運行管理提供更好更有效的服務。

（三）完善電力系統的自我診斷功能

電力系統是一個復雜的非線性網絡，需要利用智能技術對其進行自我診斷，以不斷優化運行狀態，保持電能質量。目前，已有許多種智能診斷方法被提出，如基于故障錄波數據的在線分析、基于歷史數據的專家系統、基于人工智能的機器學習等。由于電力系統涉及大量數據信息，單純依靠智能診斷技術進行故障檢測已難以滿足電力系統對實時性和準確性的要求。隨著人工智能技術的發展，其在電力系統故障診斷中的應用將會得到進一步發展。基于智能技術的電力系統故障診斷方法，通過對系統運行數據進行分析處理，以發現故障和異常狀態并進行原因分析，提出相應解決方案。近年來，國內外智能診斷技術不斷取得新進展，為電力系統故障診斷提供了新方法和新思路。未來我國電力行業應積極開發相關智能診斷技術并加以應用，進一步提高電力系統故障診斷能力，以實現對電力系統安全穩定運行的有效保障[5]。

（四）及時維修和更換老化設備

電力系統配網自動化的設備一般是由多個不同類型的設備組成，并且這些不同類型的設備在運行過程中，都會有一定的損耗。如果長期使用，會存在一定的損壞。當損壞比較嚴重時，需要對其進行維修和更換。對于電力系統配網自動化設備的維修和更換來說，注意事項如下：一旦發生停電事故，要立即組織人力進行搶修。其次要在電力系統配網自動化設備中安裝過流保護裝置和自動重合閘裝置，及時發現設備故障并采取相應措施，防止故障進一步擴大。再次要做好配網自動化設備的日常維護和保養工作，及時發現和處理各類事故隱患，確保配網自動化系統運行安全可靠；最后，應根據現場實際情況確定是否需要更換或維修。如果需要更換或維修，則應將其更換或維修后進行測試，以確保設備正常運行并滿足安全運行要求。

（五）科學、合理規劃電力配網自動化

配網自動化是一項復雜的系統工程，是一項多學科相互交叉、滲透的綜合性工程。在進行配網自動化建設時，應從實際出發，科學合理地進行規劃。首先要考慮系統可靠性和經濟性。在可靠性方面，應從配電設備本身和運行條件出發，對配網設備進行綜合評價；在經濟性方面，應從工程投資、運行維護費用以及電能損耗等方面出發進行分析。電力系統配網自動化規劃設計中應遵循以下原則：（1）符合國家、行業及地方相關技術標準和規范要求；（2）在滿足客戶需求和未來發展的基礎上；（3）充分考慮經濟發展水平、城市電網現狀和負荷增長情況；（4）結合配網結構、電源分布及城市電網發展規劃等因素進行設計。配網自動化規劃設計中應充分考慮未來配網發展規劃、設備技術升級、設備選型等因素，提高供電質量和效率。

總結

綜上所述，電力系統配網自動化的建設是一個長期的過程，雖然目前我國的電力系統配網自動化已經有了一定程度的發展，但仍然存在一些問題。傳統配網自動化系統技術與應用不成熟，電力系統配網自動化存在諸多問題。隨著我國經濟發展對電能需求的不斷提高，以及科學技術和現代電子技術、通信技術、計算機技術和網絡技術等先進技術的快速發展，為電力系統配網自動化提供了良好的環境和基礎。通過電力系統配網自動化的建設與改進，可以進一步提高供電能力，提高供電質量和供電可靠性。