吳濤

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司黃岡供電公司，湖北 黃岡 438000）

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和城市建設(shè)日益完善，家用電器的應(yīng)用使人民群眾對(duì)電能質(zhì)量的需求從單純的傳統(tǒng)的有電用到擇優(yōu)用，同時(shí)隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)多以電能為依托，導(dǎo)致工業(yè)用電標(biāo)準(zhǔn)要求顯著提升。對(duì)供電公司而言，一方面提升電能質(zhì)量，避免諧波、無(wú)功等對(duì)電網(wǎng)造成不良影響，確保大工業(yè)用戶正常用電保障公司經(jīng)濟(jì)效益，另一方面降低跳閘率、縮短故障停電時(shí)長(zhǎng)、保持電壓穩(wěn)定，提升公司社會(huì)形象[1]。

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化的意義

根據(jù)目前電力管理體制和我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，10kV 及以下配電網(wǎng)（即中低壓配電網(wǎng)）直接通過(guò)計(jì)量裝置后接入用戶家中，而國(guó)外一般采用的是36kV 及以下中低壓配電網(wǎng)。而直接對(duì)接用戶設(shè)備，作為用戶感知的基礎(chǔ)電力設(shè)施。①對(duì)于縮小故障停電范圍等方面有積極的意義。②提升客戶的用電感知。③可以通過(guò)查詢功能做到馬上答復(fù)辦理，提升辦事效率。④快速確定故障點(diǎn)的位置、故障出現(xiàn)的原因以及通過(guò)合理運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換后最終確定的停電范圍、以及結(jié)合歷史故障排除時(shí)間給出的復(fù)電時(shí)間，做到咨詢客戶立即答復(fù)，停電區(qū)域用戶短信告知，降低投訴風(fēng)險(xiǎn)，提升社會(huì)效益。⑤故障出現(xiàn)后，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確分析線路故障點(diǎn)，并提供故障原因預(yù)測(cè)，不僅能夠節(jié)省大量故障巡視、設(shè)備操作等人工勞動(dòng)力，同時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化可以整合故障瞬時(shí)電壓、電流、頻率變化，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡視反饋結(jié)果獲取故障信息并進(jìn)行整理歸檔，進(jìn)行事后故障分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備薄弱點(diǎn)和管理優(yōu)化方式方法，提出運(yùn)行建議和整改措施[2-3]，實(shí)現(xiàn)故障分析報(bào)告和運(yùn)行報(bào)告電子化自動(dòng)化，降低員工工作量，提高他們的工作效率和質(zhì)量，提升運(yùn)維水平。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用

所謂配電網(wǎng)自動(dòng)化指的是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、自動(dòng)控制軟件為依托，整合電子、通信、配電自動(dòng)化裝置和其他高新技術(shù)的統(tǒng)籌使用，以達(dá)到在線下和線上配網(wǎng)環(huán)境智能監(jiān)控，因此配網(wǎng)可以保持很長(zhǎng)一段時(shí)間在一個(gè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)化操作狀態(tài)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是主配電站，對(duì)配網(wǎng)監(jiān)控以及管理具有重要作用；配電終端在配電系統(tǒng)中起著監(jiān)測(cè)配電信息的作用。變電站負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，并將數(shù)據(jù)傳輸至主站。在此過(guò)程中，配電通信系統(tǒng)承擔(dān)著連接系統(tǒng)各部分和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾?zé)任，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。

配電系統(tǒng)的重點(diǎn)是通信系統(tǒng)的功能。因此，必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)急機(jī)制和配網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)行完善。目前，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一共有3 種主要模式，分別是光纖通信、無(wú)線通信和串行通信。然而，串行通信局僅限于小帶寬的缺點(diǎn)，滿足不了當(dāng)前電網(wǎng)的需求。而無(wú)線通信大大減少了通信線路的建設(shè)，進(jìn)而降低了投資成本，但從經(jīng)濟(jì)的角度看，日常通信技術(shù)使用成本高，這樣長(zhǎng)時(shí)間給企業(yè)造成了很大的壓力，同時(shí)帶寬還比較小，所以不適合長(zhǎng)時(shí)間使用。一種基于寬帶無(wú)線通信的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 一種基于寬帶無(wú)線通信的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和使用，配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展到了一個(gè)重要的位置，配電網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)在電力企業(yè)中得到應(yīng)用，能源使用率可以提高，在電力轉(zhuǎn)讓時(shí)有效減少電線和能源消耗，幫助電力公司實(shí)現(xiàn)降低能源效率的目標(biāo)。配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控如圖2 所示。

圖2 配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控

2.2 在變電系統(tǒng)中的應(yīng)用

將電子自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于變電站，同樣重要，主要表現(xiàn)有：①通過(guò)保護(hù)線路、變壓器、電容器等，發(fā)揮保護(hù)過(guò)電壓、過(guò)電流的作用，防止設(shè)備的損傷。②通過(guò)強(qiáng)化電網(wǎng)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)站與站之間的相關(guān)性，而且，可以實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的通信、遠(yuǎn)程操作等數(shù)據(jù)的報(bào)告[4]。

2.3 配電系統(tǒng)的應(yīng)用

停電是日常生活中不可避免的，緊急停電的不利影響是供電公司今天面臨的優(yōu)先問(wèn)題。因此，對(duì)整個(gè)電力運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和記錄，然后加以分析，這樣我們就可以對(duì)該地區(qū)的電力使用有一個(gè)明確的了解，考慮到具體情況，合理配電和輸電以減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)，它也可以避免因不合理的電力運(yùn)送造成的不當(dāng)行為問(wèn)題。配電系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)是，及時(shí)分析數(shù)據(jù)并減少故障檢測(cè)所需的時(shí)間。典型設(shè)備的歷史缺陷或故障是基于早期防御措施，這將確保電力供應(yīng)和分發(fā)系統(tǒng)正常運(yùn)作，確保定期提供電力，并滿足社會(huì)各階層的電力需求。

2.4 在電網(wǎng)調(diào)度中應(yīng)用

電網(wǎng)的自動(dòng)調(diào)度涉及發(fā)電廠和變電站之間適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，以便收集、分析數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)、控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移匯總、分析。電網(wǎng)自動(dòng)控制是通過(guò)電網(wǎng)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步傳輸、電動(dòng)自動(dòng)化，從而保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[5]。在電網(wǎng)故障的情況下，及時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化裝置和及時(shí)有效的解決辦法，大大提高了電網(wǎng)的安全效率。為了更好地監(jiān)控實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，控制電網(wǎng)的運(yùn)作、了解電力網(wǎng)絡(luò)目前的狀況、對(duì)潛在能源缺陷的全面控制以及向社會(huì)提供更有效的能源資源[6]。以電網(wǎng)系統(tǒng)故障為例說(shuō)明，自動(dòng)化在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用有：當(dāng)傳統(tǒng)技術(shù)中的數(shù)據(jù)不及時(shí)一致，需要人工介入，并經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。日常自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使電網(wǎng)的日常流程簡(jiǎn)單化，提高立體化和便利性，提高工作效率，縮短工作時(shí)間，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

2.5 在發(fā)電廠中的應(yīng)用

發(fā)電廠的自動(dòng)化，能源系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化有可能以動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行，使工作人員能夠清楚了解發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)作情況。故障設(shè)備能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，并從電源系統(tǒng)中移除，常見(jiàn)缺陷將自動(dòng)修復(fù)，維護(hù)效率將得到提高，在一定程度上保證維修效果。在實(shí)際應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制技術(shù)方面，對(duì)發(fā)電廠的監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集，以此為基礎(chǔ)可以明確認(rèn)識(shí)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)[7]?？焖俨檎夜收希扇「嗟淖赃m應(yīng)措施解決問(wèn)題，同時(shí)合理科學(xué)地利用繼電器保護(hù)裝置，故障發(fā)生后，通過(guò)將發(fā)生故障的設(shè)備從整合系統(tǒng)中自動(dòng)排除，可以將發(fā)電廠電力系統(tǒng)內(nèi)各種故障的損失控制在最小限度。目前，發(fā)電廠中的電氣裝置逐漸向智能化的方向轉(zhuǎn)換，使發(fā)電廠能夠在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中充分發(fā)揮自己的作用。

3 配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 配網(wǎng)自動(dòng)化端口設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動(dòng)化優(yōu)點(diǎn)特出，其操作簡(jiǎn)單，而且占用較小的區(qū)域，操作穩(wěn)定可靠。而配電開(kāi)關(guān)設(shè)備的運(yùn)行將影響整個(gè)地區(qū)配電站的供電和安全運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于絕緣存在問(wèn)題，開(kāi)關(guān)設(shè)備存在微小的部分放電故障，很難對(duì)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化端口的狀況進(jìn)行評(píng)估，因此，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化端口的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作進(jìn)行全面審查，這些端口一般采用不同的篩查方法，充分利用其優(yōu)點(diǎn)，更好進(jìn)行檢測(cè)。

在電源系統(tǒng)的電氣設(shè)備中，高電壓自動(dòng)端口是一個(gè)重要的類(lèi)型，自動(dòng)端口的運(yùn)行將影響配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。另一方面，作為電氣設(shè)備絕緣化的證明，自動(dòng)化端口的部分放電在進(jìn)行電氣設(shè)施的自動(dòng)端口部分放電的聲電聯(lián)合檢測(cè)時(shí)，可以了解自動(dòng)端口電氣設(shè)備中是否存在局部放電，并能確定局部放電的位置、類(lèi)型和特定容量。電力綜合監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和絕緣質(zhì)量差的評(píng)價(jià)提供了依據(jù)，為應(yīng)用有關(guān)措施提供了依據(jù)。組合聲學(xué)方法的原則和定位技術(shù)具有強(qiáng)大的抗干擾能力，并具有較高的定位精確度，可在設(shè)備的部分放電檢測(cè)方法中進(jìn)行精確定位。然而，它將受到不同因素的干擾，有效的聲學(xué)檢測(cè)范圍和關(guān)節(jié)電位檢測(cè)范圍較小，在現(xiàn)場(chǎng)使用也不簡(jiǎn)單、方便。超高頻的方法具有相對(duì)高的靈敏度，不僅可以更準(zhǔn)確和容易找到，而且能在自動(dòng)化端口局部范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位，并能識(shí)別缺陷類(lèi)型。聲學(xué)檢測(cè)和電學(xué)檢測(cè)方法結(jié)合超聲定位和超高頻定位方法，可以更好推進(jìn)這兩種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，避免不利因素的影響。

在10kV 配電室中對(duì)高壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行部分檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化端口的暫時(shí)性電波在檢測(cè)時(shí)值變大，因此可以用于診斷測(cè)試。①超聲測(cè)試采用非接觸式超聲檢測(cè)器檢測(cè)10kV 砂線的701 切換裝置與10kV 沙線的706 自動(dòng)端口之間的偏差。②超高頻電磁波檢測(cè)如果檢測(cè)到自動(dòng)703 號(hào)端口，則超高頻探測(cè)器可以用來(lái)檢測(cè)超高頻信號(hào)的弱點(diǎn)。對(duì)于每次20mm 的重復(fù)放電，放電時(shí)間的振幅變化，放電頻率不恒定，分析結(jié)果表明，絕緣是存在問(wèn)題的。③綜合聲學(xué)和電學(xué)檢測(cè)。確定放電點(diǎn)在1.70ns 差附近的位置，放電點(diǎn)的深度可調(diào)節(jié)到貨柜后面60cm。

3.2 自動(dòng)化端口的防護(hù)措施

（1）選取高壓自動(dòng)端口絕緣擋板材料的時(shí)候，要選擇那些防水性強(qiáng)，不能吸收空氣中水分的擋板，并且絕緣性能要良好，盡量減少擋板受潮的問(wèn)題。

（2）考慮到自動(dòng)化端口與室內(nèi)的溫差，可設(shè)置紅外加熱器，去除柜內(nèi)空氣中的水汽，減少自動(dòng)化口內(nèi)冷凝引起的外絕緣面電氣擊穿和閃絡(luò)。

（3）空調(diào)和排風(fēng)機(jī)可安裝在10kV 自動(dòng)端口的墻上，設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間，調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。此外，還可以根據(jù)安全運(yùn)行的要求進(jìn)行環(huán)境改造。電氣設(shè)備，如自動(dòng)化接口，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)釋放點(diǎn)缺陷等異常情況。通常情況下，運(yùn)營(yíng)部門(mén)可以采用聲電聯(lián)合局部放電檢測(cè)技術(shù)，以獲得制定維護(hù)策略所需的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可以合理調(diào)整維護(hù)計(jì)劃，以確保順利進(jìn)行電氣設(shè)備維護(hù)，最大限度減少維護(hù)過(guò)程中設(shè)備不足或過(guò)剩的問(wèn)題，降低設(shè)備故障的成本，確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 總體技術(shù)方案

3.3.1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信總體結(jié)構(gòu)如下。

規(guī)劃中的配電自動(dòng)化系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu)，即主站層（配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)）和FTU（配電網(wǎng)終端監(jiān)控層），下一步，將根據(jù)資金情況和實(shí)際需要，可以在兩層之間再添加TTU（子站層），最終形成常規(guī)的3 層結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)一個(gè)以“3 個(gè)層次”“兩套網(wǎng)絡(luò)”為構(gòu)想目標(biāo)的城市配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。“3 層”是指主站層、基站層和終端層?！皟蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)”是指骨干網(wǎng)絡(luò)和分支通信網(wǎng)絡(luò)。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信層次結(jié)構(gòu)

3.3.2 主站系統(tǒng)工程

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)按照分期建設(shè)，逐步推進(jìn)的方案建設(shè)，分步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)功能。①監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集：環(huán)柜、配電變壓器等一次設(shè)備設(shè)置監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能，需要在其管轄區(qū)域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。借助搭建好的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)和分步安裝的子站和自動(dòng)化終端，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)城區(qū)配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與運(yùn)行數(shù)據(jù)采集分析，從而實(shí)現(xiàn)升級(jí)現(xiàn)有配電網(wǎng)架的目的。②系統(tǒng)接口：通過(guò)SCADA 調(diào)度接口進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和互連。③網(wǎng)絡(luò)瀏覽：通過(guò)專(zhuān)屬加密網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)終端進(jìn)行配電網(wǎng)信息實(shí)時(shí)查詢的功能。④配電線路的饋線自動(dòng)化：這部分功能主要涵蓋的是故障診斷、故障隔離、停電范圍自動(dòng)計(jì)算等功能。這要求主站必須能實(shí)時(shí)分析監(jiān)控終端上報(bào)的故障信息，故障診斷實(shí)時(shí)、快速，故障定位準(zhǔn)確，并能輔助人工進(jìn)行故障隔離，分析線路轉(zhuǎn)供方案并提供最小停電范圍，恢復(fù)非故障范圍內(nèi)客戶用電。根據(jù)規(guī)劃方案，主站系統(tǒng)應(yīng)由硬件設(shè)施（自動(dòng)化裝置）、操作系統(tǒng)（軟件支撐）、支持平臺(tái)（顯示頁(yè)面）和應(yīng)用（分析功能）這4 個(gè)部分構(gòu)成。其中主站系統(tǒng)應(yīng)采用基于冗余雙網(wǎng)絡(luò)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)核心硬件采用雙機(jī)運(yùn)行及熱備份模式，最終分為3 層、5網(wǎng)。主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Ⅰ/Ⅱ網(wǎng)絡(luò)是主站系統(tǒng)的核心區(qū)域，主要負(fù)責(zé)工作站和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交換的進(jìn)行。

Ⅲ/Ⅳ網(wǎng)絡(luò)是主站系統(tǒng)的處理中樞，負(fù)責(zé)處理基礎(chǔ)層報(bào)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳達(dá)控制指令。

Ⅴ網(wǎng)絡(luò)是主站系統(tǒng)的基礎(chǔ)層，負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)，可與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)采集和傳遞。主站配置如圖5 所示。

圖5 主站配置

3.4 線路走廊設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動(dòng)化的線路走廊選擇，必須咨詢例如建設(shè)局等政府有關(guān)部門(mén)，并考慮地理位置、地形地貌、地域發(fā)展等多種因素后才能最終確定。通常，線路走廊設(shè)置在人行道和景觀樹(shù)的附近。在線路走廊的建設(shè)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)考慮區(qū)域電力負(fù)荷現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于電量大和電力發(fā)展大的區(qū)域，應(yīng)采用不同母線的10kV線路雙回路架設(shè)，以道路為分界線，將用戶分隔到公路兩側(cè)，以減緩區(qū)內(nèi)的電力負(fù)荷。在對(duì)用電量低、低電量增長(zhǎng)、無(wú)重要用戶的區(qū)域進(jìn)行10kV 配電網(wǎng)自動(dòng)化線路設(shè)計(jì)時(shí)，可使用單回路的方案架設(shè)線路。

4 結(jié)論

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)增高，供電用戶對(duì)供電質(zhì)量，特別是供電可靠性的要求越來(lái)越高。因此，不斷提高配電網(wǎng)的運(yùn)行水平和自動(dòng)化管理水平是供電企業(yè)的客觀要求。正是這種需求，使得配電網(wǎng)自動(dòng)化的規(guī)劃和實(shí)施必須進(jìn)行。