胡愛春

（福州萬山電力咨詢有限公司，福建福州 350108）

電力能源是我國非常重要的基礎能源之一，為國民基本生活和社會經濟發(fā)展做出了非常重要的貢獻。隨著人們生活質量的不斷提升，如何保障配電網運行過程的可靠性和穩(wěn)定性是供電企業(yè)亟需解決的問題[1]。通過對電力系統(tǒng)中的配電網進行智能化設計，能夠顯著提升配電網運行的可靠性[2]。基于智能配電網能夠在第一時間發(fā)現線路中出現的故障問題，同時對出現故障問題的線路進行有效隔離，縮小由于電路故障導致的停電范圍[3]。隨著我國電力領域的不斷發(fā)展，目前智能配電網在實踐中的應用越來越廣泛。本文主要介紹了電力系統(tǒng)中智能配電網的設計及其應用情況。對于提升電力系統(tǒng)中配電網運行的安全性和可靠性，具有一定的實踐意義。

1 智能配電網的整體結構設計

1.1 整體框架

電力系統(tǒng)中配電網是需要與電力用戶直接連接的線路，所以在運行過程中特別容易出現各種故障問題。如果處理不當，由于故障問題導致的停電范圍會擴大，影響電力用戶的使用體驗。通過建立智能化配電網系統(tǒng)，能夠對配電網中出現的故障問題進行及時定位，并對故障線路進行自動化隔離，從而縮小故障導致的停電范圍。結合實際情況設計的電力系統(tǒng)智能配電網整體結構方案如圖1 所示。由圖可知，整個框架方案由多個部分構成，分別為通訊信道、配電終端以及主站/子站系統(tǒng)等。

1.2 運行基本原理

結合當前的實際情況，實現電力系統(tǒng)中配電網的智能化運行方式主要有兩種，分別為集中型和就地型。

第一，就地型。通過配電網中設置的配電終端，主要包括DTU 和FTU 對線路中出現的故障問題進行檢查，另外，線路中的配電終端、負荷開關以及斷路器等硬件設施會將相關的信息通過無線網絡的方式，目前主要是通過4G 網絡信號，傳輸到子站系統(tǒng)中，然后子站系統(tǒng)將線路的故障信息、開關狀態(tài)信息等匯總后傳輸給主站系統(tǒng)，最后主站系統(tǒng)對相關信息進行研判后，通過短信管理系統(tǒng)將故障信息發(fā)送給運維人員進行處理。

第二，集中型。這種形式的特點就是沒有子站系統(tǒng)，線路中設置的各種硬件設施采集到的信息，全部直接傳輸到主站系統(tǒng)中進行分析和處理。其中，DTU 和FTU 的作用主要就是對線路中的電流、電壓、開關狀態(tài)等信息進行收集，主站系統(tǒng)對搜集的信息進行綜合分析后，如果認為某個線路存在故障問題，就會下達指令對開關進行控制，切斷相關的故障線路。本系統(tǒng)中采用的是就地型運行模式，能夠提升系統(tǒng)整體的可靠性。

2 主要硬件設施的選型設計

以下主要對智能配電網中的主站系統(tǒng)、配電終端以及通信設備進行詳細的介紹。

2.1 主站系統(tǒng)

選用E8820 型配電網用調度技術支持系統(tǒng)，內部中使用的處理器具有多核并行運算能力，擁有非常優(yōu)越的數據處理能力，完全能夠滿足智能配電網運行過程中的計算需要。主站系統(tǒng)中設置有30 塊容量為1TB 的硬盤，系統(tǒng)在實際運行過程中可以根據需要對硬盤的數量進行擴展。主站系統(tǒng)可以對區(qū)域范圍內所有的電力用戶進行集中管理，對配電網運行狀態(tài)數據進行實時監(jiān)控，對出現的故障問題進行分析，還可以對配電網的歷史運行數據進行調取分析，基于先進的數據處理技術對潛在的故障隱患進行預測。配電網管理人員可以基于主站系統(tǒng)實時掌握配電網的運行狀態(tài)和故障警告信息，第一時間對故障問題進行處理，縮短停電的時間和縮小停電的范圍。

2.2 終端FTU 選型設計

在智能配電網中，配電終端的主要作用是對線路運行過程中的各種狀態(tài)信息進行收集并傳入主站系統(tǒng)中進行分析。本研究中選用的控制終端（FTU）型號為RDCU-1A/X，該型號終端采用的是模塊化設計，CPU 采用的是32 位微處理器，具有非常強勁的數據計算處理能力，且有很好的拓展性能，方便配電網智能化系統(tǒng)后續(xù)各項功能的拓展。使用的軟件具有很好的兼容性，能夠兼容市面上常見的硬件設施，具有豐富的接口。環(huán)境適應性方面，可以在-40℃～70℃范圍內正常工作，所以完全可以適應室外的工作需要。如圖2 所示為控制單元面板。

圖2 控制單元面板

利用RDCU-1A/X 型號控制終端可以對配電網中的關鍵運行狀態(tài)信息進行遙測、遙信和遙控。另外，還可以與其他配電網中的智能控制終端實現通信，實現整個電力系統(tǒng)的分布式智能化監(jiān)測與控制?？刂平K端有多種數據信息通信方式，包括工業(yè)以太網和RS485，基于這兩種通信形式可以與外部計算機進行連接，以便對其進行升級維護。

開關選用的是斷路器，具體型號為ZW20-12/630。該斷路器具有很好的保護功能，一旦配電網線路中出現了故障問題，導致線路中產生較大的故障電流時，斷路器可以快速對相關線路進行切斷處理，以達到隔離故障線路的目的。開關內部已經配備了三相CT 和獨立的零序CT，同時配備了三相五柱PT，可以對三相線路中的電壓值以及零序電壓量進行檢測。

2.3 通信設備選型

如圖3 所示為電力系統(tǒng)中智能配電網通信系統(tǒng)的整體結構示意圖。從圖中可以看出，配電網系統(tǒng)中使用的各種硬件設施與配網主站系統(tǒng)之間，主要是通過GPRS 公網實現數據信息的交互。這樣可以規(guī)避了鋪設大量有線通信網絡的困難，提升通信過程的便捷性和可靠性。為了實現該功能，需要為配電網中所有的終端配備GPRS 模塊，并且基于通信網絡公司提供的VPN 專用通道實現與主站系統(tǒng)的連接。本研究中選用的GPRS模塊型號為WD-500C，該裝置具有通信加密功能，可以對無線傳輸的數據信息進行加密處理，避免了數據信息泄露。

圖3 智能配電網的通信系統(tǒng)結構示意圖

3 智能配電網的實踐應用研究

3.1 工程概況

某10kV 配電網共設置有54 臺變壓器，需要向4300 多電力用戶進行供電，整體的線路長度將近46 km，根據設計方案對該線路進行了智能配電網技術改造。改造完成后進行了6 個月時間的測試。在測試期間，系統(tǒng)針對配電網中出現的故障問題進行了4 次有效隔離，半年時間內，用戶同期的用電量增長了33 萬kW·h，電價按照0.6 元/kW·h 進行計算，則半年時間內為供電企業(yè)創(chuàng)造了19 多萬元的經濟效益。另外，由于智能配電網中具有故障的自動隔離、自動定位等先進技術，對于故障的排除效率提升了3 倍以上。

3.2 自動隔離故障技術的應用

通過智能配電網技術改造，在配電網中安裝了很多故障指示器和自動化開關。通過這些硬件設施的使用，系統(tǒng)可以快速定位出現故障問題的位置，縮短了故障的定位時間，提升了故障排除效率。同時，還可以有效隔離故障線路，第一時間恢復非故障區(qū)域的供電。本案例中，半年時間內該10 kV 配電網共出現了4 次故障問題，智能配電網系統(tǒng)均在第一時間對故障問題進行定位并隔離，平均的故障定位時間為15 s。未進行智能配電網改造前，每次出現故障都需要安排6 名工作人員進行故障排除，平均的故障定位時間為4.5 h?？梢?，通過使用智能配電網，不僅顯著降低了人工的勞動強度，還急劇提升了故障排除效率，為電力用戶的可靠用電奠定了堅實的基礎。

3.3 短信提示信息技術的應用

一旦智能配電網中出現了故障問題，位于現場的各種硬件設施，比如智能開關、故障指示器等，會將相關的故障信息第一時間上傳到主站服務器中。智能配電網系統(tǒng)中的短信管理系統(tǒng)會將相關故障信息通過短信的方式發(fā)送給電網運行維護工作人員的手機上。如果是電壓時間型開關出現了保護動作，那么短息中會給出開關的具體位置、保護是否閉鎖或者恢復等信息；如果是普通保護型開關出現了保護動作，那么短信中會給出開關的具體位置、保護種類、重合閘等信息；如果是故障指示器出現保護動作后，短信中會給出具體位置以及具體的故障種類信息。配電網運維人員根據短息提示，可以快速達到故障現場開展工作，有效保障了故障排除的效率。

3.4 故障導航可視化以及巡檢管理模塊的應用

配電網中出現故障問題以后，系統(tǒng)會發(fā)出警報并通過短信方式提醒運維人員，運維人員確認故障信息后，系統(tǒng)可以自動化生成配電網線路位置的規(guī)劃圖。規(guī)劃圖中會具體顯示故障的具體位置以及現場的照片，故障及其簽單的時間和人員等信息，所有信息一目了然。另外，系統(tǒng)還可以根據現場實際情況，自動化生成到達故障地點的路線規(guī)劃圖，運維人員根據路徑規(guī)劃圖可以在最短時間內到達故障地點。此功能對于運維人員來說非常方便，因為配電網中涉及很多的硬件設施并且比較分散，基于路徑規(guī)劃圖能顯著地縮短運維人員在路途中的時間。運維人員到達配電網故障地點后，正式開展運維工作前，系統(tǒng)會彈出相關核實確認單，確認無誤后即可開展工作，降低了出現人為失誤的概率。

4 結論

已有的實踐經驗表明，對電力系統(tǒng)中的配電網進行智能化建設，能顯著提升配電網運行過程的穩(wěn)定性，降低配電網出現故障問題的概率，為電力用戶提供更加完美的服務，所以配電網的智能化建設是未來發(fā)展的必然趨勢。本文結合實際情況，對配電網進行了智能化設計，介紹了整個設計框架方案，對系統(tǒng)中使用的主要硬件設施進行了詳細闡述。最后將設計的智能配電網應用到某10kV 線路中，對其各項功能進行測試，發(fā)現均達到了預期效果。智能配電網的成功應用，為電力用戶提供了更加穩(wěn)定的電力服務，為供電企業(yè)創(chuàng)造了更好的經濟效益。