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        10kV配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

        2014-03-06 07:11:32陳世華
        機(jī)電信息 2014年6期
        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)故障設(shè)備

        陳世華

        (福建宏瑞建設(shè)工程有限公司,福建 福州350003)

        0 引言

        近年來(lái),配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)蓬勃興起,它是一種將配電網(wǎng)和自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)等充分融合的新興系統(tǒng)。

        配網(wǎng)自動(dòng)化的意義在于:當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)能通過(guò)各類(lèi)終端(FTU、DTU、TTU等)傳送上來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),分析配電網(wǎng)的運(yùn)行工況,并給出相應(yīng)的優(yōu)化方案,從而為配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供輔助決策;當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)能快速診斷出故障區(qū)間并進(jìn)行自動(dòng)隔離,從而最大程度地減少停電范圍以提升供電可靠性。

        因此,從全局層面來(lái)說(shuō),自動(dòng)化是配網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)端方向,是智能電網(wǎng)的重要組成部分,是必須予以盡快實(shí)施的。但是,配網(wǎng)自動(dòng)化機(jī)理復(fù)雜,牽涉面廣,這就給其設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的困難,需要進(jìn)行具體分析并給出解決思路。

        1 配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施條件

        配網(wǎng)自動(dòng)化的強(qiáng)大功能是建立在一定的條件之上的,只有配電網(wǎng)具備了這種條件,配網(wǎng)自動(dòng)化才能“如魚(yú)得水”。換言之,配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)成功與否,與現(xiàn)有電網(wǎng)的狀態(tài)(如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、一次設(shè)備功效等)是息息相關(guān)的。

        我們知道,配網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)顯著特征和主要內(nèi)容是能實(shí)施對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視和控制。所謂監(jiān)視,就是掌控配網(wǎng)全景數(shù)據(jù);所謂控制,就是能改變運(yùn)行方式。顯然,要達(dá)到這樣的目的,必然要求:

        (1)配網(wǎng)網(wǎng)架合理,每段線路的負(fù)荷比較均勻且滿(mǎn)足N-1準(zhǔn)則(放射狀線路可以除外)。原因:故障發(fā)生時(shí),需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來(lái)隔離故障,這樣,原先的正常運(yùn)行方式將被打破。此時(shí),若相關(guān)線路的備用容量不足,必然無(wú)法接受轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的新增負(fù)荷,結(jié)果造成線路過(guò)載,有可能擴(kuò)大故障范圍。

        (2)承載自動(dòng)改變配網(wǎng)運(yùn)行方式的一次設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足“三遙”要求,即預(yù)留安裝配電終端所需要的空間以及擁有配電終端操控所需要的端子、接口、電機(jī)等。

        (3)快速、準(zhǔn)確的通信應(yīng)保障到位,否則當(dāng)海量數(shù)據(jù)來(lái)臨時(shí),配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)必然陷于癱瘓的境地。

        以上對(duì)影響配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施的主要條件進(jìn)行了一個(gè)羅列,而這些條件,恰恰就是制約配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的瓶頸問(wèn)題,是需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以重點(diǎn)關(guān)注的。

        2 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)深度探討

        由上文內(nèi)容可以看出:配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì),并非是將已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)軟件進(jìn)行服務(wù)器安裝,將相關(guān)配電終端隨意找?guī)讉€(gè)地方進(jìn)行布置這么簡(jiǎn)單,它需要統(tǒng)籌兼顧(既考慮技術(shù)前瞻,又考慮實(shí)施難度),需要綜合平衡(既考慮效能,又考慮經(jīng)濟(jì)性),因此,從某種意義上講,配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)是一個(gè)全局性工作,其設(shè)計(jì)深度至關(guān)重要。

        2.1 當(dāng)前存在的一些設(shè)計(jì)誤區(qū)

        縱觀全國(guó)各地的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),有運(yùn)行一段時(shí)日的,也有剛剛起步的,但都或多或少都在以下幾個(gè)方面暴露出設(shè)計(jì)上的不足之處:

        (1)片面追求相關(guān)設(shè)備的先進(jìn)性,導(dǎo)致全系統(tǒng)新老設(shè)備的不兼容和不穩(wěn)定。

        (2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周,造成通信通道容量受限,從而影響控制端與終端之間的互聯(lián)。

        (3)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)單一,且對(duì)可擴(kuò)展接口預(yù)留不足。

        2.2 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

        針對(duì)以上設(shè)計(jì)誤區(qū),制定如下設(shè)計(jì)原則:

        (1)改變以往“二次跟隨一次”的做法,做到“二次引領(lǐng)一次”,即從全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)角度,對(duì)轄區(qū)配電網(wǎng)進(jìn)行重新規(guī)劃,包括合理設(shè)置分段開(kāi)關(guān)、科學(xué)建設(shè)“手拉手”線路、適當(dāng)增加開(kāi)關(guān)站等。目的是使一次系統(tǒng)接線方式能靈活滿(mǎn)足各種正?;蚍钦_\(yùn)行態(tài)勢(shì),從而為有效發(fā)揮配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的“威力”奠定基礎(chǔ)。

        (2)堅(jiān)決克服“畢其功于一役”的錯(cuò)誤理念,做好分步設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的打算。配網(wǎng)自動(dòng)化是一個(gè)超大系統(tǒng),同時(shí)它的各項(xiàng)技術(shù)尚在不斷完善之中,想要一步到位建設(shè)完善是不切實(shí)際的。最主要的工作是摸清各方需求,制定總體框架和目標(biāo),然后分片、分層進(jìn)行設(shè)計(jì),并注意各階段之間的無(wú)縫銜接。

        (3)由于配電網(wǎng)的復(fù)雜性,不能期待以某一種模式(如全網(wǎng)采用單一設(shè)備)來(lái)“一統(tǒng)天下”,而應(yīng)追尋多種模式的組合。

        2.3 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

        配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容不厘清,勢(shì)必導(dǎo)致設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量低下,進(jìn)而影響配網(wǎng)自動(dòng)化的穩(wěn)步建設(shè)。經(jīng)過(guò)研究,現(xiàn)總結(jié)出以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn):

        (1)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的層次確定。一般而言,配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)有2種結(jié)構(gòu):一種是三層體系,包含主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)以及終端;另一種為兩層體系,即只含主站系統(tǒng)和終端。至于采用哪一種體系,需要根據(jù)配網(wǎng)規(guī)模來(lái)確定。

        通常情況下,縣域及以下的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)因數(shù)據(jù)量不大,采用兩層結(jié)構(gòu)足矣。具體如圖1所示。

        (2)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站功能確定。主站系統(tǒng)是整個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的中樞,是關(guān)乎配網(wǎng)效益能否得到提升的核心。它應(yīng)具備可靠性、安全性和可擴(kuò)展性。雖然不同規(guī)模的配電網(wǎng)對(duì)主站模塊的配置要求不一樣,但以下幾個(gè)方面的功能應(yīng)該是所有主站都必須具備的,是設(shè)計(jì)人員對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員的最低要求。

        圖1 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)兩層結(jié)構(gòu)

        1)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

        2)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,如有功、無(wú)功、遙控次數(shù)等。

        3)遙控和遙調(diào),且具有防誤閉鎖功能。

        4)圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、報(bào)表打印、配電終端在線管理和配電通信網(wǎng)絡(luò)狀況監(jiān)視等。

        5)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。即當(dāng)故障發(fā)生時(shí),能結(jié)合各類(lèi)上傳信息,計(jì)算故障區(qū)域,并給出操作預(yù)案(這個(gè)可以看作配網(wǎng)自動(dòng)化第一階段應(yīng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)),或者直接控制終端設(shè)備發(fā)生開(kāi)、合變位(這個(gè)可以看作配網(wǎng)自動(dòng)化最終應(yīng)達(dá)到的目的)。

        (3)信息量計(jì)算。設(shè)計(jì)人員只有在充分掌控信息量點(diǎn)數(shù)的前提下,才能進(jìn)行正確的通信設(shè)計(jì),并合理配置交換機(jī)、光網(wǎng)絡(luò)單元等通信設(shè)備,以做到既不導(dǎo)致信道阻塞,又不使設(shè)備過(guò)于冗余。

        (4)配電終端選型。要點(diǎn)是在保證各項(xiàng)必備功能(如“三遙”、定值遠(yuǎn)方修改、故障檢測(cè)等)的前提下,該終端能支持多種通信方式,且工作電源易于解決,并具有良好的抗雷擊、抗振動(dòng)以及抗電磁干擾的能力。

        (5)一次設(shè)備選型。用于配網(wǎng)自動(dòng)化的一次設(shè)備不僅要滿(mǎn)足普通電氣設(shè)備所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo),還應(yīng)具備某種程度的“自動(dòng)化潛能”。

        (6)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵在于解決信息傳輸問(wèn)題,目前,可用的通信方式有光纖通信、載波通信和無(wú)線通信等。各種通信方式各有其優(yōu)缺點(diǎn),也各有其適用市場(chǎng),設(shè)計(jì)中就是要找到通信方式的合理組合,以期用最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的方式消除信息孤島。

        關(guān)于(5)(6),筆者認(rèn)為它們是整個(gè)配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的核心,因此在下文予以單獨(dú)闡述。

        3 一次設(shè)備選型問(wèn)題

        在配網(wǎng)自動(dòng)化中,一次設(shè)備承擔(dān)著各種計(jì)算策略最終“自動(dòng)實(shí)現(xiàn)”的職能,因此其重要性是不言而喻的。

        從總體上講,我們的配電網(wǎng)可分為城市型和農(nóng)村型2類(lèi)。所謂城市型,即線路以電纜為主,且環(huán)網(wǎng)程度較高;所謂農(nóng)村型,即線路以架空線路為主,且“手拉手”程度較低。

        這樣,我們進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí),針對(duì)不同類(lèi)型的線路,應(yīng)選用具有不同“自動(dòng)化潛能”的一次設(shè)備。

        3.1 城市配網(wǎng)

        在這類(lèi)配網(wǎng)中,連接電纜的設(shè)備無(wú)疑就是各種環(huán)網(wǎng)柜。為了讓環(huán)網(wǎng)柜具有被遙控的能力,其操作機(jī)構(gòu)必須為電動(dòng)機(jī)構(gòu),相應(yīng)地應(yīng)配置有低壓箱(包括二次元件燈、按鈕、中間繼電器、空氣開(kāi)關(guān)等)、分合閘線圈、輔助接點(diǎn)等。

        3.2 農(nóng)村電網(wǎng)

        農(nóng)村電網(wǎng)分2種情況:

        (1)一種是偏遠(yuǎn)地區(qū)的單電源輻射式線路。對(duì)于這種線路,考慮到其故障的80%都為瞬時(shí)性故障,因此可采用重合器作為主要的一次設(shè)備。理由是重合器能夠?qū)λ矔r(shí)故障進(jìn)行及時(shí)切除,并且也能夠及時(shí)恢復(fù)供電,且不依賴(lài)于通信系統(tǒng),這對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō),既提高了供電可靠性,還不至于帶來(lái)大量投資(指通信建設(shè)費(fèi))。

        (2)另一種情況是擁有“手拉手”能力的線路。對(duì)于這些線路,考慮到其供電半徑多在5km以下,一般將主干線路進(jìn)行三開(kāi)關(guān)四分段布置(每個(gè)分段開(kāi)關(guān)均采用真空斷路器,可被遙控),對(duì)分支線路配置重合器,從而形成遠(yuǎn)方集中控制和分布式就地控制2種控制方式相結(jié)合的合理格局。

        4 配網(wǎng)自動(dòng)化通信設(shè)計(jì)問(wèn)題

        配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信的要求如下:

        (1)穩(wěn)定可靠,具有自愈功能。

        (2)組網(wǎng)靈活,可擴(kuò)展性強(qiáng)。

        (3)具有雙向通信能力。

        (4)安全性和實(shí)時(shí)性好。

        就目前的通信方式看,最符合上述要求的當(dāng)屬光纖通信。它不但通信容量大,而且抗干擾和抗雷擊能力強(qiáng)。因此,作為骨干通信網(wǎng),采用光纖方式是毫無(wú)疑問(wèn)的。具體來(lái)說(shuō),就是采用以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)技術(shù)。EPON技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò),它由變電站側(cè)的OLT(光線路終端)、配電終端側(cè)的ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)以及ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))組成。終端設(shè)備通過(guò)ONU的以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)與主站通信,傳遞電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息。

        另外,我們也注意到:農(nóng)村配網(wǎng)中,極個(gè)別地區(qū)進(jìn)行光纜敷設(shè)是困難的或得不償失的,對(duì)于這種情況,就要視通信距離的長(zhǎng)短分別采用載波通信方式或通用分組無(wú)線電業(yè)務(wù)方式。

        5 結(jié)語(yǔ)

        10kV配網(wǎng)是整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中“承上啟下”的一環(huán),實(shí)現(xiàn)這個(gè)層面的自動(dòng)化意義重大。進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)浩大的工程,需要充分考慮配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備改造、通信系統(tǒng)架設(shè)等復(fù)雜問(wèn)題,需要在實(shí)踐中不斷研究和改進(jìn)。

        [1]李志永.10kV配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2012(23)

        [2]葛永亮,繆剛,李慶彪.配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中EPON技術(shù)的應(yīng)用[J].電氣技術(shù),2013(7)

        [3]袁海星.配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問(wèn)題探討[J].北京電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010(11)

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