陳靈根?黃紅荔?鄭國華?鄭艷嬌

摘要：供電可靠性是衡量電網(wǎng)優(yōu)越性的重要指標(biāo)，配電自動化的引入對提高電網(wǎng)的安全、可靠及高效運(yùn)行有著重要作用，但由于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，目前國內(nèi)使用的配電自動化系統(tǒng)效果有待提高，著重研究如何通過對現(xiàn)有配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的改造以達(dá)到提高供電可靠性的目的。

關(guān)鍵詞：供電可靠性；配電自動化；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

作者簡介：陳靈根（1982-），男，福建三明人，泉州電力技能研究院自動化培訓(xùn)處，講師；黃紅荔（1964-），女，福建泉州人，福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，副教授。（福建 泉州 362000）

基金項(xiàng)目：本文系福建省教育廳社會科學(xué)院項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：JA12441）的研究成果。

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0180-02

電力系統(tǒng)可靠性是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的重要內(nèi)容。統(tǒng)計(jì)表明， 用戶的停電事故中約有80%是由于配電網(wǎng)的故障引起的，提高供電可靠性已成為電力部門的迫切任務(wù)。[1]

一、影響配電網(wǎng)供電可靠性的主要因素[2]

衡量配電網(wǎng)可靠性的指標(biāo)主要包括停電次數(shù)和每次停電的時間，而影響供電可靠性的因素又可分為故障引起的停電和計(jì)劃停電兩類。

1.影響停電次數(shù)的因素

據(jù)統(tǒng)計(jì)，影響停電的主要因素包括計(jì)劃檢修和故障停電。計(jì)劃檢修包括電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的計(jì)劃性停電檢修，以及與配網(wǎng)相連的上級線路及變電所的檢修、改造等。故障停電主要包括設(shè)備老化、外力破壞、氣候因素等。其中，氣候因素及外力破壞因素占到了絕大多數(shù)。

2.影響停電時間的因素

影響停電時間的主要因素包括：故障查找時間；搶修隊(duì)伍到達(dá)故障現(xiàn)場的時間；隔離故障及非故障部分恢復(fù)供電時間；搶修時間以及搶修后故障點(diǎn)的恢復(fù)供電時間等。

二、傳統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)存在的問題對供電可靠性的影響

功能設(shè)計(jì)單一。傳統(tǒng)配電自動化設(shè)計(jì)以提高配電網(wǎng)供電可靠性為主要目的，而現(xiàn)階段影響供電可靠性的主要因素是人為干預(yù)因素，傳統(tǒng)的配網(wǎng)自動化無法提高供電可靠性，它只是將簡單的數(shù)據(jù)監(jiān)控及采集加上配電自動化等同于配電自動化系統(tǒng)，缺少配電管理系統(tǒng)（DMS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等較完整的配電自動化實(shí)時管理系統(tǒng)，這樣的狀況影響了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)對故障點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性，并且加長了故障處理時間；設(shè)備選擇中的盲目求新，無法取得整體優(yōu)化的效果，進(jìn)而無法體現(xiàn)提高供電可靠性的功能；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在顧此失彼的現(xiàn)象，基礎(chǔ)設(shè)備老化，如果只是把先進(jìn)的配電自動化系統(tǒng)裝在陳舊的配電網(wǎng)架上，其效果難以實(shí)現(xiàn)；配電自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在重系統(tǒng)、輕客戶，重技術(shù)、輕管理，重形式、輕實(shí)效的思維定式；不同地區(qū)配電自動化系統(tǒng)判斷各類故障的軟件設(shè)計(jì)沒有從實(shí)際出發(fā)，生搬硬套導(dǎo)致判斷準(zhǔn)確率差，若利用此系統(tǒng)進(jìn)行故障處理，反而加長了故障影響時間。[3]

三、基于提高供電可靠性的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)改造方案

1.方案總則

根據(jù)國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)導(dǎo)則的要求，配電自動化系統(tǒng)應(yīng)具有較高的安全性、可靠性、實(shí)用性、開放性、擴(kuò)展性和容錯性。

2.具體實(shí)施

如上所述，影響供電可靠性的主要指標(biāo)有停電次數(shù)及停電時間，這兩者主要與配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備狀況、管理方式及配網(wǎng)自動化監(jiān)控能力有關(guān)。以下將對這幾方面的改造方式進(jìn)行研究。

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施及管理方式的改造措施：相關(guān)單位應(yīng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，多使用環(huán)網(wǎng)及多分段多聯(lián)絡(luò)等結(jié)構(gòu)方式，提高供電可靠性；多采用先進(jìn)的高效低耗的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備；強(qiáng)化配網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)及運(yùn)行管理工作，設(shè)備出現(xiàn)異常時能及時調(diào)整運(yùn)行方式，確保各類設(shè)備都在合理的情況下工作；嚴(yán)格配電設(shè)備停電計(jì)劃的審批及管理工作，合理安排檢修計(jì)劃，多采用帶電作業(yè)技術(shù)進(jìn)行檢修作業(yè)，最大限度減少計(jì)劃性停電；采用高性能的避雷器，確保架空線路避雷線接地性能完好，采用高性能的絕緣子，配電變壓器、電力線纜、柱上開關(guān)的引線采用高性能的絕緣導(dǎo)線，多采用電纜線路等，以避免大風(fēng)影響；加強(qiáng)巡視、監(jiān)控，定期清掃絕緣瓷件，減少線路發(fā)生故障的幾率；加強(qiáng)標(biāo)示，減少外力對配電線路相關(guān)設(shè)施的外力破壞；加強(qiáng)對用戶的安全用電知識宣傳力度，減少違規(guī)用電造成的設(shè)備故障。

3.配網(wǎng)自動化系統(tǒng)改造[4，5]

通過配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、配網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備的升級或改造，為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化技術(shù)升級或改造提供了必要的基礎(chǔ)。配電自動化系統(tǒng)主要包括變電站自動化及饋線自動化。變電站自動化需完成對變電站的監(jiān)視控制功能，而饋線自動化結(jié)合自動化開關(guān)設(shè)備和通信技術(shù)等，則要完成對配電網(wǎng)的監(jiān)控控制，以期提高整個系統(tǒng)的供電可靠性。本文著重介紹饋線自動化系統(tǒng)升級改造。

（1）國內(nèi)常見的饋線自動化系統(tǒng)存在的問題主要包括三類：

1）通過繼電保護(hù)裝置切除故障，再配合故障指示器提示信息實(shí)現(xiàn)故障定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隔離及非故障部分恢復(fù)供電，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但是自動化程度低，停電時間長。

2）通過分段器、重合器的反復(fù)配合動作來自動實(shí)現(xiàn)故障隔離及非故障部分恢復(fù)供電，該系統(tǒng)相對于系統(tǒng)自動化水平有較大提高，但是最終故障切除時間長、斷路器負(fù)擔(dān)重、非故障部分恢復(fù)供電慢。

3）基于饋線終端單元FTU和網(wǎng)絡(luò)通信的饋線自動化系統(tǒng)，通過FTU采集故障信息并上傳給調(diào)度中心完成故障的查找，并由調(diào)度中心通過遠(yuǎn)程操作完成故障隔離以及非故障部分恢復(fù)供電，目前該系統(tǒng)在城市配電自動化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

圖1為一典型配網(wǎng)手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，L1、L2線路分別由變電站A、B供電，QF1、QF2分別為線路L1、L2出口斷路器，QF3是聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常運(yùn)行時處于常開狀態(tài)，如果此時開關(guān)QS1和QS2之間的K點(diǎn)發(fā)生了永久性故障，線路L1出口處保護(hù)動作使斷路器QF1斷開切除故障，由于QF1斷開前QS1開關(guān)處的FTU能監(jiān)測到故障電流，而QS2開關(guān)處的FTU則檢測不到故障電流，因此自動化系統(tǒng)判斷該故障是發(fā)生在開關(guān)QS1和QS2之間的，然后快速地跳開QS1，QS2實(shí)現(xiàn)故障隔離，之后再合上線路出口斷路器QF1，最后再合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF3，恢復(fù)對非故障區(qū)域的供電。

該系統(tǒng)具有更高的自動化水平，開關(guān)只需一次動作，但是它對于通道的依賴性太強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性直接取決于通道的可靠性。

（2）具有無通道保護(hù)功能的新型智能饋線自動化系統(tǒng)。[6]圖2為具有無通道保護(hù)功能的配電自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)將饋線的故障識別和故障隔離下放到第三級（FTU裝置級）來實(shí)現(xiàn)，但與傳統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)（基于FTU及通信系統(tǒng)的饋線自動化）的不同之處在于沿線路分布的FTU之間無通道相連，F(xiàn)TU裝置具有獨(dú)立捕捉故障信息的能力。其中，主站和區(qū)域工作站子站系統(tǒng)仍具有遠(yuǎn)方集中監(jiān)控功能，通過遙控方式來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，并將該項(xiàng)功能作為整個配電自動化方案的主要實(shí)現(xiàn)方式。因此，這種系統(tǒng)大大節(jié)約了建設(shè)投資成本和后期運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用，并且大大降低了對通信系統(tǒng)的依賴，提高了系統(tǒng)可靠性。

上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中也存在弊端，如當(dāng)FTU本身出現(xiàn)故障時，無法完成故障判斷及隔離，故考慮“有主有備”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即根據(jù)通信系統(tǒng)正常與否，配置兩套配電自動化系統(tǒng)控制方案。具體原理如下：

1）在通信正常的情況下，由基于FTU及通信系統(tǒng)的饋線自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)饋線監(jiān)視、故障隔離及恢復(fù)非故障區(qū)的供電等功能。

2）在FTU與子站系統(tǒng)通信出現(xiàn)問題時，F(xiàn)TU直接啟動故障處理功能，以最短的時間切除故障線路，提高電網(wǎng)的可靠性。具體原理如下：饋電線路無通道保護(hù)方案的實(shí)現(xiàn)原理，圖3為典型單電源環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)配電系統(tǒng)，正常情況下，采用“閉環(huán)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運(yùn)行”的方式及聯(lián)絡(luò)開關(guān)R0是打開的，此時，環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)分解形成兩條輻射狀饋電線路獨(dú)立運(yùn)行。另外，此類配電網(wǎng)配置傳統(tǒng)的定時限電流保護(hù)，其啟動電流按躲過最大負(fù)荷電流整定，動作時間整定按照閉環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下的“階梯原則”進(jìn)行整定，每級相差大約0.5s左右，即在規(guī)定正方向情況下，距離電源側(cè)保護(hù)動作時間最長，遠(yuǎn)離電源線路保護(hù)動作時間最短。

此類系統(tǒng)如果僅僅采用傳統(tǒng)的保護(hù)配置及整定原則，當(dāng)L4上發(fā)生永久性短路故障時，由于R4L有較大短路電流通過，而R4R處沒有短路電流通過，此時，應(yīng)當(dāng)由R4L迅速斷開切除故障，但由于保護(hù)整定動作時間為3.5s，故這種保護(hù)配置方案對電網(wǎng)安全運(yùn)行非常不利。而新型保護(hù)則通過判斷負(fù)荷側(cè)保護(hù)整定值較小的保護(hù)是否動作，來決定電源側(cè)保護(hù)是否動作，且電源保護(hù)動作將在加速時間段內(nèi)完成動作。針對圖3系統(tǒng)接線方式，若L4發(fā)生故障時，最快在1.6秒內(nèi)切除故障，并且此類保護(hù)配置可達(dá)到越接近故障點(diǎn)，故障切除時間越短，從而達(dá)到提高電網(wǎng)可靠性的目的。

3）考慮“微電網(wǎng)”情況下的保護(hù)的配置。微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的過渡，也是智能配電網(wǎng)的有機(jī)組成部分，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的城市配電網(wǎng)接入不同規(guī)模的微電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有自治、穩(wěn)定、兼容、靈活、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，并可靈活、高效地利用分布式電源提高電網(wǎng)的利用率，改善用戶供電可靠性和電能質(zhì)量。[6]由于目前國內(nèi)微電網(wǎng)接入主網(wǎng)控制技術(shù)等不夠成熟，導(dǎo)致微電網(wǎng)接入后，不同電源發(fā)電的不規(guī)律性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)給整個配電網(wǎng)的安全控制帶來困難，因此，目前國內(nèi)微電網(wǎng)雖與主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，但大部分運(yùn)行還只能實(shí)現(xiàn)單向功能，即主網(wǎng)可向微電網(wǎng)供電，而微電網(wǎng)不許向主網(wǎng)返送電。[7]

微電網(wǎng)的引入一定程度上提高了供電可靠性，但是如何迅速查找故障點(diǎn)及恢復(fù)非故障部分的供電，為配網(wǎng)自動化提出了新的難題。目前，處理微電網(wǎng)故障的方法主要有：差動電流判別法、電流序分量法、諧波畸變法、擾動電壓量法及無通道保護(hù)法。筆者通過文獻(xiàn)[8]發(fā)現(xiàn)，無通道保護(hù)法原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)，對于不同情況下的微電網(wǎng)故障保護(hù)效果明顯。

綜上所述，對于不同饋線中發(fā)生的不同故障，無通道保護(hù)都能快速地切除故障并恢復(fù)非故障部分的供電，配電自動化系統(tǒng)中若引入此系統(tǒng)對提高配電網(wǎng)供電可靠性有著重要意義，是未來配網(wǎng)自動化改造和發(fā)展的方向。

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（責(zé)任編輯：孫晴）