海寧市金能電力實(shí)業(yè)有限公司 宋 蓮 施誠(chéng)羽

縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

海寧市金能電力實(shí)業(yè)有限公司 宋 蓮 施誠(chéng)羽

圍繞縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施方案，對(duì)其建設(shè)的必要性和可行性進(jìn)行了研究分析，提出了縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的目標(biāo)。同時(shí)結(jié)合縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施的建設(shè)步驟、系統(tǒng)建設(shè)等問題進(jìn)行了規(guī)劃和分析，提出了縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)意見以及對(duì)原有配電網(wǎng)進(jìn)行一、二次改造的建議。

配網(wǎng)自動(dòng)化；縣區(qū)級(jí)；改造

引言

“十三五”時(shí)期是全面建成小康社會(huì)的決勝階段，我國(guó)將在創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展觀念下進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場(chǎng)化和國(guó)際化。新的五年中，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城市化的快速推進(jìn)，用電量將大幅度增加，許多電力設(shè)備面臨高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的局面，頻發(fā)的自然災(zāi)害如東南沿海的臺(tái)風(fēng)、東北地區(qū)的暴風(fēng)雪、四川云南的地震等也對(duì)電力系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)的安全問題已迫在眉睫。近年來，隨著配網(wǎng)自動(dòng)化水平的不斷提升，電網(wǎng)保持正常運(yùn)行逐漸成為了可能，但仍存在大部分縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)發(fā)展落后，無法滿足供電能力和供電質(zhì)量的新要求，還存在著很多亟待解決的問題：①普遍存在線路重載和輕載、開關(guān)站間隔浪費(fèi)或緊缺的兩極化現(xiàn)象；②線路發(fā)生故障時(shí)，不能及時(shí)完成故障點(diǎn)的自動(dòng)隔離和恢復(fù)供電，對(duì)用戶造成較大的影響；③電網(wǎng)諧波含量高，部分變壓器三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡，變壓器損耗大等。

1.配網(wǎng)自動(dòng)化概述

1.1 概念

所謂配電自動(dòng)化系統(tǒng)，是利用現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。

1.2 縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的功能

在我國(guó)，縣區(qū)級(jí)供電單位主要負(fù)責(zé)35kV以下中、低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行管理，所以縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)的主要功能就是中、低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理自動(dòng)化功能。

1.2.1 中、低壓配電網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)化功能

①數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能：調(diào)度人員可通過SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和調(diào)節(jié)；②故障自動(dòng)隔離及恢復(fù)供電：配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)定位線路故障點(diǎn)并隔離故障區(qū)域，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，以縮小停電范圍和縮短停電時(shí)間；③電壓及無功管理：通過自動(dòng)調(diào)整變壓器分接頭檔位，控制無功補(bǔ)償?shù)耐肚幸赃_(dá)到供電電壓合格及線損最小的目的；④負(fù)荷管理：根據(jù)用戶的用電量、分時(shí)電價(jià)以及供暖特征等綜合分析，確定最優(yōu)運(yùn)行和負(fù)荷控制計(jì)劃，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。⑤自動(dòng)讀表：通過通信手段讀取遠(yuǎn)方用戶電表的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)及分析，生成電費(fèi)報(bào)表和曲線，支持分時(shí)電價(jià)的實(shí)施，加強(qiáng)對(duì)客戶用電的管理和服務(wù)。

1.2.2 中、低壓配電網(wǎng)管理自動(dòng)化功能

①設(shè)備管理：通過繪圖工具將變電站、饋線、變壓器、斷路器等設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)反映在地理背景圖上，支持設(shè)備檔案的計(jì)算機(jī)檢索、調(diào)閱等；②用戶信息管理：CIS對(duì)用戶名稱、地址、賬號(hào)、電話、用電量和負(fù)荷、供電優(yōu)先級(jí)、停電記錄等進(jìn)行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍；③檢修管理：在設(shè)備檔案管理的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的檢修計(jì)劃，對(duì)檢修工作票、倒閘操作票、檢修過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理，提高檢修水平和工作效率；④停電管理：在接到停電投訴后迅速查明故障地點(diǎn)和影響范圍，選擇合理的操作順序和路徑，達(dá)到減少停電范圍，縮短停電時(shí)間，提高用戶服務(wù)質(zhì)量的目的。

1.3 縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)

縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配電主站控制中心、遠(yuǎn)方測(cè)控終端和通信三部分組成。

1.3.1 主站

主站由一系列工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和高級(jí)應(yīng)用軟件等組成，主要負(fù)責(zé)采集、管理整個(gè)系統(tǒng)中區(qū)域工作站（子站）傳上來的數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)方的控制、事故的報(bào)警隔離、無故障區(qū)域的供電恢復(fù)，完成配網(wǎng)信息的管理和維護(hù)。

1.3.2 終端

配網(wǎng)自動(dòng)化終端主要安裝在環(huán)網(wǎng)室（箱）、柱上開關(guān)、配電變壓器等處，分為饋線遠(yuǎn)方終端FTU、站所遠(yuǎn)方終端DTU和配電變壓器遠(yuǎn)方終端TTU三大類，主要負(fù)責(zé)采集配電網(wǎng)設(shè)備的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并執(zhí)行上級(jí)下發(fā)的控制命令。

1.3.3 通信

通信部分由通信主機(jī)、適配器和通信介質(zhì)等組成，提供現(xiàn)場(chǎng)終端與配電自動(dòng)化主站之間的通信通道。

2.縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的可行性研究

我國(guó)西北地區(qū)是電能凈輸出的區(qū)域，能源資源豐富，用電量需求相對(duì)較小，電能足而有余。相對(duì)的，東南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，電網(wǎng)建設(shè)密集，但能源資源貧乏，難以支撐現(xiàn)在的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，容易出現(xiàn)重載甚至超載，電網(wǎng)改造亟待解決?！笆濉逼陂g通過對(duì)城鄉(xiāng)電網(wǎng)的升級(jí)改造，電網(wǎng)健康水平大大提高，倒負(fù)荷方案選擇性變大，且東南沿?？h區(qū)級(jí)配電網(wǎng)網(wǎng)架相對(duì)穩(wěn)定、電纜化程度較高、負(fù)荷變化區(qū)間和負(fù)荷分布性變動(dòng)不大，電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)成熟，已具備配網(wǎng)自動(dòng)化改造的條件。

2.1 縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化改造有利之處

①配電網(wǎng)已普遍實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電方式，且分段聯(lián)絡(luò)合理，網(wǎng)架不需要大規(guī)模改造；②電網(wǎng)結(jié)構(gòu)成熟，負(fù)荷及負(fù)荷分布穩(wěn)定；③大部分環(huán)網(wǎng)室（箱）已預(yù)留DTU安裝的空間及接口；④已完成的試點(diǎn)地區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)為新的五年規(guī)劃提供了良好的發(fā)展建設(shè)方向等。

2.2 縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)不利之處

①大部分環(huán)網(wǎng)柜和開關(guān)不具備電動(dòng)操作的條件，不利于自動(dòng)化建設(shè)實(shí)施；②部分線路存在分支線路規(guī)模較大、負(fù)荷集中在分支線路的情況；③供電單位運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足、相關(guān)運(yùn)行維護(hù)制度不健全；④規(guī)劃區(qū)電纜管道未預(yù)留二次電纜及通信專用管道等。

3.縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

3.1 縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)

3.1.1 主站

縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)建設(shè)包含硬件和軟件兩個(gè)主要內(nèi)容，其中硬件系統(tǒng)配置采用分布式結(jié)構(gòu)，包含工作站、服務(wù)器、主站局域網(wǎng)、對(duì)時(shí)裝置GPS等；軟件系統(tǒng)分為應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、管理層、平臺(tái)層。

3.1.2 終端

饋線遠(yuǎn)方終端FTU為“二遙”終端，安裝在饋線回路的柱上等處，采集開關(guān)狀態(tài)及線路的電流等信息，依靠自身的保護(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)故障定位與隔離；

站所遠(yuǎn)方終端DTU為“二遙”、“三遙”終端，安裝在饋線回路的環(huán)網(wǎng)室（箱）和配電站等處，采集開關(guān)狀態(tài)及故障信息，依賴于與主站通信分析確定故障范圍，并執(zhí)行主站下發(fā)的遙控命令實(shí)現(xiàn)故障隔離與非故障區(qū)域恢復(fù)供電；

配電變壓器遠(yuǎn)方終端TTU為“一遙”終端，安裝在配電變壓器、箱式變電站旁，采集配變的負(fù)荷信息。

3.1.3 通信

在縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)中，通信方式是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們應(yīng)在滿足通信網(wǎng)絡(luò)要求的前提下，結(jié)合縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性等綜合分析，確定最合理的配置方案。

3.1.3.1 主站通信

主站內(nèi)通信采用主備雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由交換機(jī)連接服務(wù)器和主網(wǎng)計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)，管理信息網(wǎng)的網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)，包括配電設(shè)備服務(wù)器、GIS服務(wù)器、配電管理工作站等。

3.1.3.2 主站與子站通信

主站與子站之間信息量大、實(shí)時(shí)性要求高，但節(jié)點(diǎn)相對(duì)不多，采用光纖通信網(wǎng)絡(luò)。

3.1.3.3 子站與配電終端通信

子站到配電終端的距離較遠(yuǎn)，采用單/雙以太網(wǎng)，通過光纖發(fā)生器與連接DTU、FTU的單模光纖自愈雙環(huán)網(wǎng)相連。

3.1.3.4 用電終端通信

用電終端由低壓配電線載波或屏蔽雙絞線將信息送至就近的“集中器”，或采用GPRS/CDMA通信方式。

3.2 縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)改造

實(shí)現(xiàn)縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)自動(dòng)化是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工程，應(yīng)具備較為完善的城市規(guī)劃及電源路徑分布以及各種較為先進(jìn)的設(shè)備，要按照以上建設(shè)方案實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化并綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)原有配電網(wǎng)及設(shè)備的升級(jí)改造也是其中重要的工作。

3.2.1 一次部分改造

3.2.1.1 供電方式

目前縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)供電方式主要有單回路供電、雙回路供電、單環(huán)網(wǎng)供電、雙環(huán)網(wǎng)供電等，單回路供電的可靠性差、雙回路供電存在線路浪費(fèi)的問題。在縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化改造中，為了實(shí)現(xiàn)在不浪費(fèi)線路資源的前提下能夠盡快恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，線路間應(yīng)具備相互聯(lián)絡(luò)的條件且線路供電能力應(yīng)滿足規(guī)劃期負(fù)荷增長(zhǎng)和負(fù)荷轉(zhuǎn)帶的需要。因此，對(duì)采用單回路供電和雙回路供電的電網(wǎng)應(yīng)進(jìn)行環(huán)網(wǎng)改造。

3.2.1.2 設(shè)備改造

①需要進(jìn)行自動(dòng)化改造的線路應(yīng)安裝或更換自動(dòng)化開關(guān)，主干線上每臺(tái)自動(dòng)化開關(guān)配置2臺(tái)PT和三相CT，分別作為檢測(cè)斷線故障和測(cè)量電流用；②環(huán)網(wǎng)室（箱）內(nèi)每段母線應(yīng)安裝1臺(tái)PT柜，用于測(cè)量電壓或提供220V電源；對(duì)進(jìn)線環(huán)網(wǎng)柜加裝電動(dòng)機(jī)構(gòu)、CT以實(shí)現(xiàn)“三遙”，對(duì)出線環(huán)網(wǎng)柜加裝故障指示儀，并將信息接入DTU以實(shí)現(xiàn)“一遙”；③戶外的配電設(shè)備安裝蓄電池以維持停電后的運(yùn)行需求，并配置充電器與逆變器，環(huán)網(wǎng)室（箱）和配電站內(nèi)可配置所用變，作為可靠的站用電源。

3.2.2 二次部分改造

二次改造是在原有一次設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行的，應(yīng)對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行徹底排查，對(duì)不能滿足要求的設(shè)備需要安排及時(shí)改造升級(jí)或者更換處理。主要工作是在一次設(shè)備改造的基礎(chǔ)上加裝繼電器，引出遙控、遙信接點(diǎn)；與現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)分合閘接觸器回路的輔助觸點(diǎn)連接，敷設(shè)二次控制電纜，改造二次設(shè)備的接線及閉鎖等；建設(shè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)二次電纜通道和通信專用管道以保證控制電纜和光纖網(wǎng)絡(luò)的組建。

4.結(jié)論

本文圍繞縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)施方案，對(duì)其必要性和可行性進(jìn)行了研究分析，論文的主要工作和取得的研究成果包括：①重點(diǎn)分析了實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的必要性，提出了縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的目標(biāo)，為縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化項(xiàng)目的規(guī)劃實(shí)施等提供了有價(jià)值的指導(dǎo)；②對(duì)縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的可行性進(jìn)行了重點(diǎn)分析，明確了縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)規(guī)劃及實(shí)現(xiàn)手段；③對(duì)縣區(qū)級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施的建設(shè)步驟、系統(tǒng)建設(shè)等問題進(jìn)行了規(guī)劃和分析，提出了縣區(qū)級(jí)配電網(wǎng)建設(shè)的意見以及對(duì)原有電網(wǎng)進(jìn)行一、二次改造的建議。

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