新型電力系統背景下配電臺區智能化分析

廣東中網電力有限公司 趙穎嫻

近年來，助力實現“雙碳”目標，我國在能源方面正在向綠色低碳方向轉型，電力作為我國能源的重要構成部分，建立新型電力系統是實現綠色低碳轉型的關鍵環節[1]。隨著我國新型電力系統的不斷建設與發展，用戶對供電要求越來越高，不僅具備較高的電能質量，同時也要確保用電的可靠性。配電臺區是實現電力用戶與電力系統聯系的重要環節，提升配電臺區的智能化水平對于保障用戶的用電質量較為重要[2]。

1 配電臺區智能化體系結構

如圖1所示為新型電力系統背景下配電臺區智能化體系結構圖。由圖1可知，系統整體上分為三個層級，分別為過程層、間隔層和站控層。站控層網絡的作用是對本層設備與其他層設備進行網絡連接，實現數據信息交互。站控層的重要作用是對一次設備以及間隔設備等進行控制，達到遠程信息傳輸的效果。配電臺區采集的所有數據信息都上傳到站控層中進行動態更新。利用相關設備將數據信息傳輸至對應的數據中心。

圖1 配電臺區智能化體系結構圖

站控層根據內置算法對數據進行分析，可以實現電力系統故障的自動化分析。間隔層網絡可以對間隔層和站控層、過程層的設備進行網絡連接，實現數據信息傳輸。間隔層可以利用設備對狀態數據進行獨立采集并分析，進而實現控制。

比如，可以對一次設備的運行狀態數據進行采集并分析，掌握相關設備的實時工作狀態，在此基礎上實現設備控制。間隔層可以同時對多個具有不同優先等級的指令進行處理，優先處理等級較高的指令。

過程層設備主要涉及一次設備、二次設備等，利用配電臺區智能化系統，可以對這些設備的運行狀態，比如溫度、濕度等進行實時監測，設備可以根據上層發送的控制指令完成對應的動作。

2 配電臺區智能化建設主要技術

2.1 確保工作環境安全的多重保障措施

目前，我國一些配電站房的智能化甚至自動化水平都比較低，所以有必要強化配電站房工作環境的安全監控技術[3]。比如，在配電站房中增加設置門禁監控系統，避免非工作人員擅自闖入引起安全事故；可以在配電站房附近設置圖像監控系統、SF6氣體濃度監控系統等。具體要求如下。

一是監控屏柜。主要作用是對工作環境相關的狀態參數，包括視頻信號、水位信號、防盜信號、煙感信號、門禁信號等進行采集，在此基礎上實現照明、水泵、空調、風機等的綜合控制，所有數據信息利用光纖網絡全部上傳至監控后臺以及總服務器。

二是門禁監控系統。硬件方面主要包括門禁控制器、電控鎖以及IC 卡刷卡器。具有防盜功能、門禁控制功能，一旦出現非法入侵，系統會發出聲光警報。配電臺區內所有的配電站房全部使用智能鎖具，利用智能數據管理系統對這些鎖具進行統一管理、維護，所有開鎖記錄全部保存在服務器中。

三是管溝水位異常監控系統。配電站房附近通常會設置排水溝，避免下雨時雨水進入站房。為避免特殊情況下站房中進水，需要利用管溝水位異常監控系統，對相關水位進行實時監控。同時，需要利用水位傳感器進行監測，結合實際情況設置水位安全閾值，一旦超過設置的安全閾值，系統發出警告。如果配電站房地勢較低容易積水，需要配套使用水泵，特殊情況下利用水泵進行排水處理。

四是輔助照明聯動單元。一旦配電站房的門被打開，站房內的照明燈具會自動開啟，為工作人員提供照明。室內照明系統也可以實現遠程的開啟與關閉。

五是環境監控系統。配電站房環境會對設備的穩定可靠運行產生直接影響，因此需要對相關環境參數進行實時監控，主要監控站內的煙霧、溫度、濕度、SF6氣體濃度等。一旦超過了系統設定的安全閾值，系統會發出警告。系統還可對站房內設置的水泵、空調、風機等進行智能化控制，利用以上設備將環境參數控制在合理范圍內。

六是視頻圖像監控系統。可以在配電站房附近安裝360°全景球機，利用視頻設備對站房內的關鍵設備及工作人員的狀態進行實時監控，數據上傳至服務器中進行存儲。

2.2 運行狀態全感知技術

工程實踐表明，氧化以及接頭松動等問題，是導致配電網常出現故障的根本原因。接頭在長時間運行過程中受到振動，以及熱脹冷縮等外部因素影響，不可避免地會出現老化以及接觸電阻變大等問題。當負荷電流較大且接頭電阻大時，接頭部位會出現發熱現象，嚴重時出現起火，進而對其他電力設施造成損壞，擴大安全事故影響范圍。所以，需要對重要的接頭位置進行溫度監測。

目前，可以實現溫度監測的技術主要包括紅外測溫技術、無線測溫技術、光纖光柵技術等，其中無線測溫技術不需要與被測對象接觸，在實踐中的應用比較廣泛。除需要監測溫度以外，其他關鍵用電參數包括主要位置配電的電流、電壓等也需要進行監測。這就需要面向配電臺區建立廣泛的運行狀態全感知網絡系統，通過部署智能設備對上述關鍵參數進行實時感知。

2.3 用戶信息采集營配一體化技術

對所有電力用戶的電表進行更換，使用HPLC模塊電能表，電能表與配電臺區設置的智能配變終端之間通過寬帶載波進行數據通信。利用智能配電終端可對配電臺區全范圍內的營配數據進行采集，采集的數據信息主要包括：戶變拓撲識別信息、用戶停電事件信息、末端運行實時數據信息等。所有采集的信息利用5G 網絡，或者光纖網絡上傳到主站以及配電自動化主站中。基于這些數據信息達到營配深度融合的效果，降低末端設備資金投入以及設備后期運行維護費用。

3 運行模式自適應優化技術

3.1 配變與低壓線路保護技術

在對低壓線路進行保護時，考慮具體情況在低壓線路中設置過負荷保護、速斷保護以及剩余電流保護等。另外，我國現代中心城市的城鎮化率高，對市容市貌的要求較高，為了滿足市容市貌相關要求，在城區中使用的變壓器大多為箱式變壓器，也可根據實際情況利用配電室進行供電。對于配電中壓進線側開關柜需要增加設置弧光保護。在此保護的作用下，一旦出現故障問題可以在20ms 時間內切除對應故障，盡量壓縮故障影響范圍。

弧光保護是專門針對中低母線研制的一種快速保護技術，可以實現無延時保護，其優點體現在以下幾點：一是降低了甚至完全避免電弧對工作人員造成的損害；二是減少了開關柜的損壞率，降低設備維護保養成本；三是壓縮故障停電時間，加快故障處理速度。

實踐經驗表明，一旦開關柜內部出現接地放電問題，弧光是變化情況最快的特征物理量。所以，針對弧光設計保護動作可靠性高、速度快。弧光保護的動作時間在20ms 范圍，但通常情況下可以控制在10ms 范圍內。隨著人們對生產安全要求的不斷提高，利用弧光保護確保相關人員安全顯得很有必要。

3.2 配電臺區無功補償技術

具體實踐過程中，配電臺區的低壓無功補償可進一步細分為以下兩種類型：第一類為變壓器低壓側的無功集中補償技術。該項補償技術的優勢在于安裝過程簡單、后期維護很便捷。該項技術的補償容量可以在幾十到幾百范圍內調整，具體補償容量需要充分考慮實際情況來確定。可以實現動態無功補償，確保配電臺區無功損耗的平衡性。

第二類為用戶側分散無功補償技術。該項技術又稱為隨機補償技術，在所有的配電網無功損耗中，中低壓設備占據比例較大，所以關注中低壓設備的無功損耗情況即可。所以在靠近電力用戶側利用分散式無功補償技術可取得很好的效益。考慮到第1類無功補償技術具有投資少、維護簡單的特征，因此選取第1類無功補償技術。

同時，結合實際情況選用晶閘管接頭電容器組的補償方式。該方式具備較多優勢，比如沖擊涌流小、精確控制、響應時間短等。可以應對大負荷投入使用時對電網造成的電壓突變沖擊，使整個配電臺區的功率因素保持在最佳狀態。

3.3 三相負荷不平衡優化技術

配電臺區三相負荷在運行過程中難免會出現不平衡的現象，根本原因在于三相四線制系統中單相負荷接入三相中出現分布不均衡的問題。如果配電臺區的負荷管理不科學，使得單相負荷接入三相時沒有計劃性，加上電力用戶末端負荷存在隨機性的特點，使得三相不平衡問題難以從根本上解決。

現階段，低壓三相負荷不平衡的優化調節技術可以分為以下三類，分別為換向開關型兩相負荷自動調節設備、電容型三相負荷自動調節設備、電力電子型三相負荷自動調節設置。

其中，換向開關型兩相負荷自動調節設備使用較多，該設備主要由多個換相開關，以及一個智能換相終端共同構成，后者的作用是對三相負荷大小進行監測，內置換相算法，實現對多個換相開關的控制。基于該設備可以對三相不平衡度進行分析計算，且系統內置有不平衡度閾值一旦超過該閾值系統會下達控制指令，開展換向操作，使配電臺區負荷分配均衡。

3.4 低壓分路分段線損分析

應用配電臺區智能化網絡系統可對區域內每個小時、每天的用電量數據進行實時統計，在此基礎上對每小時、每日的線損率進行計算。也可以對每個分支線路、饋線的小時、日線損率進行統計計算，及時發現潛在的線損異常問題，并采取措施進行處理，保障電力企業的經濟效益。

4 結語

新型電力系統背景下實現配電臺區智能化，可以構建系統全面的硬件軟件一體化系統解決方案，實現配電臺區信息的實時化采集，運行狀態的可視化監控以及控制，可以達到信息管理、安全保障、優化電能效能等目的，能夠為電力用戶的高質量用電提供堅實保障，大幅度提升用電管理水平。

本文主要從配電臺區智能化體系結構，智能化建設中涉及的多項技術，運行模式自適應優化技術等進行詳細介紹。通過以上技術的實踐應用，可以實現配電臺區的智能化運行與管理。同時，可以降低工作人員的勞動強度，達到免維護、少檢修的效果，為電力企業創造良好的社會效益以及經濟效益。