鄭麗姬

配網自動化的規(guī)劃建設常見問題探討

鄭麗姬

福建省電力有限公司泉州電業(yè)局

該文總結電力系統配網自動化的要求、合理規(guī)劃與建設方案，分析了電力系統配電自動化的應用現狀、應用原則、應用要求及自動化模式方案，以加快配網自動化的發(fā)展，提高配網供電可靠性。

配網自動化 應用原則 建設方案

隨著我國科學技術的進步和經濟的發(fā)展，對電力安全可靠性和電能質量的要求越來越高，配電網作為電力系統中直接面對用戶的輸電系統，配電自動化是保證配電網可靠性的重要手段。配電網的可靠性指標是整個電力系統結構及運行特性的集中反映。國家電網公司提出了打造統一堅強智能電網的思路，旨在建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發(fā)展的堅強電網為基礎，以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領先的堅強智能電網。

1 配電網自動化的應用現狀

長期以來，由于我國電力建設資金短缺，配電網建設滯后于輸電網的發(fā)展，配電網的自動化程度遠低于輸電網，然而目前故障停電有80%以上是由配電網系統引起的，電網有一半的損耗發(fā)生在配電網。電力作為一種商品進入市場，配電網供電可靠性已是電力經營者必須考慮的主要問題，開展智能配網及其技術支持系統研究具有重要意義。

智能配電網是配電自動化技術的發(fā)展，配電自動化是智能配電網技術支持系統的重要內容。配電自動化技術利用現代計算機、微電子、網絡及通信技術，實現配電網的運行監(jiān)控及管理的自動化、信息化，以保證配電網的安全經濟運行，提高供電質量及生產管理效率。

配電自動化是一個龐大復雜、綜合性很高的系統性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統有關的全部功能數據流和控制。從保證對用戶的供電質量，提高服務水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統一的整體。目前實現配電自動化大體有以下幾種方式：

（1）在10kV輻射線路或樹狀線路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系統，依靠重合器和分段器自身的功能進行線路故障時的故障隔離和恢復供電，因而實施比較容易，投資較節(jié)省。

（2）在10kV環(huán)形電纜配電網絡中采用重合器，配合環(huán)網柜實現配網自動化。

（3）在10kV環(huán)形電纜配電網絡中采用環(huán)網柜加裝FTU，并設置配電網自動化系統，環(huán)網柜可以是戶外的，也可以是戶內式的。

（4）我國城市大多數是由沿城市街道敷設的架空絕緣導線構成10kV配電網絡。針對這種配電網絡，目前采用的配電自動化方式是首先進行網絡優(yōu)化改造，形成多個環(huán)網或“手拉手 ”線路，使每一用戶有2個供電源。

以上幾種應用方式雖在各地得到一些應用，其應用效果不是很理想，由于各地經濟條件、社會需求及技術發(fā)展的差異，需要優(yōu)化改進的地方很多。

2 配網自動化的應用原則

配網自動化是一項綜合性系統工作，最基本的條件是應具有較為完善的多路電源的配電網點，涉及到城市建設，配網規(guī)劃，設備選擇等一系列繁雜工程，內容豐富，技術性強。目前，配網自動化還處于起步、摸索階段，配電網絡和設備還存在許多問題需要解決，如網絡環(huán)網率低，線路互供能力差，卡脖子線路較多，大量高能耗變壓器及重載、過載線路需改造等。配電網自動化最基本的條件是應具有結構合理的一次網架，具有一定的備用容量和足夠的負荷轉供能力，具有較為可靠的設備。

2.1 配網自動化的發(fā)展應實行分期、分階段進行

從整體上劃分為兩個實施階段：

第一階段：（1）配電自動化首先要求實現實時及準實時數據采集的兩遙（即遙測和遙信）功能，在有條件、有實際需求時可考慮增加遙控功能。對饋線自動化要求實現故障告警和定位功能。（2）配電生產MIS首先實現基于GIS的自動制圖和設備管理（即AM/FM/GIS）功能，在此基礎上逐步實現其他相關應用功能。

第二階段：（1）配電自動化實現遙控功能。饋線自動化在條件具備的情況下，實現故障自動隔離及恢復供電，條件具備且有實際需要時可考慮配置相關配網高級應用功能。（2）全面實現配電生產MIS功能。

2.2 配網自動化的建設原則

2.2.1采用電流控制式的原則

由于重合斷路器經常有合分操作以及瞬時性故障時自動重合，使得配電開關頻繁動作，導致設備可靠性降低，影響使用壽命。另外，自動配電開關有個合閘延時時間，故障時在并聯組數較多的線路，最末級完成合閘的時間達幾十分鐘，合閘時間明顯大于故障判斷時間，影響供電的連續(xù)性。

2.2.2適應性原則

適應城鄉(xiāng)經濟條件的原則。結合當地實際條件，將配網自動化系統的規(guī)劃設計納入其中，統一協調配合，以保證改造后的配網在供電可靠性、電壓合格率以及技術與經濟效益等目標指標的實現。

2.2.3適應配電網發(fā)展的原則

配網自動化的建設應遵循“統籌考慮，全面規(guī)劃；分析現狀，優(yōu)化設計；因地制宜，分步實施；信息共享，增強效益；充分利用，適當改造；領導重視，專業(yè)協作”原則。發(fā)展的配電網，更需要實現自動化，并逐步向智能配電網過渡。

2.2.4適應定時限保護的原則

定時限保護方式采用電流階梯和時間階梯重合，可使上下級保護配合方便、協調。

2.2.5實用性原則

配網自動化實施尤其應注重實用化要求，應根據實際需要適當簡化功能要求，以降低運維的難度和工作量，盡量擴大覆蓋范圍以實現規(guī)模效益。對新上系統和設備應考慮先進、可靠、經濟、實用的方針，注重性價比。

3 配網自動化的要求

配電網自動化是以實時方式就地或遠方對配電網進行數據收集、控制、調節(jié)和事故處理的技術，其基本原理是將環(huán)網結構開環(huán)運行的配電網線路通過分段開關把供電線路分割成各個供電區(qū)域。當某區(qū)域發(fā)生故障時，及時將分割該區(qū)域的開關跳開，隔離故障區(qū)域；隨后，將因線路發(fā)生故障而失電的非故障區(qū)域迅速恢復供電，從而避免了因線路出現故障而導致整條線路連續(xù)失電，大大減少了停電范圍，提高了供電可靠性。

3.1 配網自動化對配網規(guī)劃提出的要求

（1）供電線路要連接成環(huán)網，且至少具備雙電源，對供電密集區(qū)甚至要考慮構成多電源供電系統。

（2）干線分段。避免線路某處出現故障，導致整條線路都連續(xù)失電，即通過分段開關的倒閘，將非故障區(qū)域負荷轉移。分段原則是:根據具體情況，或按負荷相等，或按線長相等，或按用戶數量均等原則；且應考慮投資效益，一般線長在3km以內的宜分3段，線路更長時，分段不超過5段。

（3）分段開關使用負荷開關，不使用斷路器，這將節(jié)省部分一次設備的投資。線路發(fā)生故障后，分段開關的作用是隔離故障區(qū)域，而不是切除故障電流。故障發(fā)生后，變電站內10kV出口斷路器分開，切除故障電流，此后，劃分故障區(qū)域的分段開關才跳開隔離故障，此時，故障電流已經切除。

（4）分段開關不使用負荷開關，使用斷路器。目前，我國開關生產廠家已經生產出作為分、合負荷電流，過載電流及短路電流用的10kV戶外真空斷路器。這種設備能同計算機的遙控技術和數據傳輸終端設備連接，能夠實現遙控操作、數據信息等功能。

3.2 配網自動化的功能

1）通過系統監(jiān)測功能及時發(fā)現用戶計量表故障，防止竊電，避免用電量損失。具備可靠、高速率的通訊。具備完善的、能識別故障電流、滿足室外惡劣環(huán)境的故障控制器，以及實現斷路器遠方操作。

2）通過系統監(jiān)測功能及時計算線路線損，使線路能在最佳的經濟狀態(tài)下運行。系統的電量控制和功率控制可促進電費回收。配電網自動化的主站系統應具有擴充性和開放性功能，主站軟件功能完善、硬件上有足夠的處理速度和裕度。

3）通過實時監(jiān)控系統監(jiān)測每條線路上的負荷運行情況，及時發(fā)現不安全因素，消除事故隱患，使配電網安全運行。

4 配電網自動化模式方案

配網自動化的目的在于提高供電可靠性，減少停電時間，提高配網的運行管理水平，提高客戶的服務質量，增加用戶的滿意度。

4.1 饋線自動化模式

1)就地控制模式，即利用“重合器+分斷器”的方式實現。

2)計算機集中監(jiān)控模式，即設立控制中心，饋線上各個自動終端采集的信息通過一定的通信通道遠傳回主站。在出現故障的情況下，由主站根據采集的故障信息進行分析判斷，切除故障段并實施恢復供電的方案。

3)就地與遠方監(jiān)控混合模式，采用斷路器，智能型負荷開關，并且各自動化開關具有遠方通信能力。這種方案可以及時、準確地切除故障，恢復非故障段供電，同時還可以接受遠方監(jiān)控，配電網高度可以積極參與網絡優(yōu)化調整和非正常方式下的集中控制。

4.2 通信方案

配網自動化的通信包括主站對子站、主站對現場終端、子站對現場終端、子站之間、現場終端之間的通信等廣義的范圍。通信是實施配網自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，通信方案也多種多樣，主要有光纖、有線電纜、電力載波、微波、擴頻等，但就目前配網自動化技術不夠成熟的情況下，采用混合通信方案比較符合實際。

4.3 變電站主斷路器與饋線斷路器配合方案

由變電站出線保護開關和饋線開關相配合，并由兩個電源形成環(huán)網供電方案。也就是說，優(yōu)化配網結構，推行配電網“手拉手”站電變，出線保護開關具有多次重合功能，重合命令由微機控制，線路開關具有自動操作和遙控操作功能，遠動裝置，事故信息、監(jiān)控系統由微機一次完成。設備與線路故障由主站系統判斷，確認故障范圍后，發(fā)令使故障段開關斷開。

4.4 自動重合器方案

此方案是將兩電源連接的環(huán)網分成有限段數，每段線路由相鄰的兩側重合器作保護。故障時，由上一級重合器開斷故障，盡可能避免由變電站斷路器進行分合。當任一段發(fā)生故障時，應使故障段兩端重合器分斷，對故障進行隔離，線路分支線故障由重合器與分斷器動作次數相配合來切除。

4.5 自動重合分段器方案

每段事故由自動重合分段器根據關合故障時間來判斷。此方案在時間設置上，應保證變電站內斷路器跳開后，線路斷路器再延時斷開。然后站內斷路器進行重合，保證從電源側向負荷側送電，當再次合上故障點時，站內斷路器再次跳開，同時故障點兩側線路斷路器將故障段鎖定斷開，確保再次送電成功。

目前我國配電自動化系統的建設重心尚不是全面推行饋線自動化系統的建設，而是優(yōu)先發(fā)展以實時監(jiān)控為基礎，提高配電網運行管理規(guī)劃水平的綜合管理信息系統。從提高供電可靠性的目的出發(fā)，由于饋線自動化的主要作用是減少故障停電時間，對于計劃停電無能為力，因此，我國的配網自動化建設也需要根據自身的條件和需求進行建設。我國許多城市的電網建設及基礎管理比較好，用戶對供電可靠性及服務質量提出了更高的要求，完全有必要上馬包括饋線自動化在內的配網自動化系統，以進一步提高電網運行管理水平。

5 配網自動化實施中應注意的問題

5.1 后備電源應具有較高的可靠性

配電終端設備中的電源用于控制開關動作，正常情況下從線路中取得，因此，線路失電后的后備電源應具有較高的可靠性。

5.2 對運行人員提出較高的要求

實施配網自動化降低了運行人員的勞動強度，提高了勞動效率，使運行人員對網絡的運行狀況掌握得更全面、更快捷，為供電企業(yè)創(chuàng)造更好的經濟效益和社會效益。配網自動化的實施，改變了配電網傳統的運行管理方式，但對運行人員提出了較高的要求。

5.3 要做好配網自動化的規(guī)劃

配電自動化系統涉及專業(yè)多、覆蓋面大，系統接入設備型號繁多，通道形式多樣，相關技術標準尚未統一。因此，配網自動化的規(guī)劃是必不可少的，配電自動化系統的建設應保證系統的兼容性、開放性、安全性、先進性與實用性，避免因系統發(fā)展和技術進步引起大規(guī)模改造甚至推倒重來。

5.4 戶外運行環(huán)境對開關設備、配電終端設備提出更高要求

配電線路設備的戶外運行環(huán)境，對開關設備、配電終端設備等提出了更高的要求，必須考慮雷擊過電壓、低溫和高溫工作、雨淋和潮濕、腐蝕、風沙、振動、電磁干擾等因素的影響，在開關的外絕緣材料、電子設備的設計、元器件的篩選等方面綜合考慮其性價比。

5.5 堅持建設與管理并重

配網結構調整和設備改造頻繁，圖形參數維護工作量巨大，在配電自動化系統設計和建設中，應充分考慮運行維護的業(yè)務流程設計，評估配電自動化系統投運后的管理成本，提高系統的投入產出效益，堅持建設和管理并重。

5.6 要實現整個電網模型、圖形統一創(chuàng)建和維護

配電自動化系統的數據維護，完善配網GIS與配電自動化系統的數據接口，實現GIS圖形參數的全模型和增量模型自動導入，確保配電自動化系統的數據質量，避免重復維護圖形數據。完善配網GIS與主網系統的模型拼接，按照IEC61970/61968等標準升級和擴展各自動化系統，做好安全防護，做到系統統一維護。建立配網圖形參數的維護流程，提高GIS數據質量，確保系統維護質量和維護效率，實現整個電網模型、圖形的統一創(chuàng)建和維護。

5.7 配電自動化終端設計及設備選擇

配電自動化終端設備的選擇在通信方式選擇上優(yōu)先考慮利用已有的光纖通道資源，兼容電纜屏蔽層載波、GPRS/CDMA、Wimax等靈活多樣的通道方式，優(yōu)選出最佳通信方式組合。在終端設備選擇和配置上，采用系統供電和電池相結合的混合供電模式，提高系統免維護運行時間。將配網自動化作為配網建設和改造的必備條件，將配電自動化系統終端納入配網標準設計，確保系統覆蓋率。

6 結束語

電網改造將給配網自動化技術與可靠性水平帶來前所未有的發(fā)展機遇，電網應在未來的幾年內加速網架結構建設和配網自動化系統建設，提高供電質量和供電可靠性，以滿足現代化建設的供電需求。對此，應該及早規(guī)劃建設適應現代化需求的配網自動化系統。隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展，將會有越來越多的新技術應用于配電網中，配網自動化技術會逐步成熟，為配電網安全高效的運行提供技術保證。隨著電力市場化的實行，供電企業(yè)對配電網運行的安全性和經濟性要求越來越高，配網自動化是解決這一需求的必由之路。我們相信，配網自動化建設必將為我國的配電網發(fā)展作出巨大貢獻。

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