關(guān)家華

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及配網(wǎng)自動(dòng)化探討

關(guān)家華

（廣東電網(wǎng)公司佛山南海供電局，528200）

今天，隨著人們生活水平的提高，信息化生活的理念不斷引領(lǐng)著人們走向更高要求的生活。無(wú)論是城市人群還是農(nóng)村群體，都表現(xiàn)出現(xiàn)越來(lái)越大的用電需求，尤其重視供電可靠性。配電自動(dòng)化指利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制配電網(wǎng)，與用戶建立更為密切和負(fù)責(zé)的關(guān)系，提高供電質(zhì)量。本文則以配網(wǎng)結(jié)構(gòu)方式為切入點(diǎn)，探究其優(yōu)化方案和配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)；配網(wǎng)自動(dòng)化；通信

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技水平的不斷提高，社會(huì)對(duì)電力的需求量也在逐漸增大，保證充足的電量以及提高配網(wǎng)供電的可靠性已經(jīng)成為電網(wǎng)部門(mén)的重要工作之一。目前，我國(guó)的大部分電網(wǎng)線路采用的是輻射式供電，這種供電方式的缺陷則在于各條線路連接較為密集，自動(dòng)化水平低，假設(shè)一條線路出現(xiàn)故障，將會(huì)影響周邊大面積用戶的正常用電，尋找故障和修復(fù)加起來(lái)所耗費(fèi)的時(shí)間通常以小時(shí)來(lái)計(jì)算，極大地影響了生活和生產(chǎn)。

1 配網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及配網(wǎng)自動(dòng)化的必要性

配電網(wǎng)是由架空線路、配電變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、電纜、無(wú)功補(bǔ)償電容及一些附屬設(shè)備組成，在電力網(wǎng)中起著重要分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)，可分為城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)。配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)呈輻射狀，由于配電線路的R / X 較大，難以保證在輸電網(wǎng)中常用的這些算法在配電網(wǎng)的潮流計(jì)算中其收斂性。當(dāng)前，為滿足人們用電需求，須采取優(yōu)化配電網(wǎng)供電，改造配電網(wǎng)自動(dòng)化等手段來(lái)提高供電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。隨著城市化的不斷發(fā)展，配網(wǎng)自動(dòng)化的改造技術(shù)越來(lái)越嫻熟，通過(guò)改造配電網(wǎng)自動(dòng)化是提高供電系統(tǒng)的供電性能穩(wěn)定化的前提，也可減低配電網(wǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，降低線路的故障率。

2 配網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

2.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式

2.1.1 環(huán)網(wǎng)形式

根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)形式中所存在的問(wèn)題進(jìn)行環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，從而形成環(huán)網(wǎng)供電，開(kāi)環(huán)運(yùn)行，一次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1中可看出“DL”為變電站開(kāi)關(guān)，B為開(kāi)閉所的斷路器，B（2B4）保護(hù)DL（1DL2）保護(hù)相配合，S為配電室環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)。利用開(kāi)閉所開(kāi)關(guān)減少對(duì)變電站饋線開(kāi)關(guān)的沖擊，變電站所保護(hù)的動(dòng)作次數(shù)也可相應(yīng)減少。將配電終端單元（FTU）裝設(shè)在圖1的B2、S1、S2、S3、S4、S5、B4上，實(shí)現(xiàn)集中式饋線自動(dòng)化以通信系統(tǒng)處理為主。詳細(xì)的處理技術(shù)為：在分閘位置設(shè)置電路開(kāi)關(guān)，內(nèi)側(cè)的開(kāi)關(guān)閉合和余下開(kāi)關(guān)中只要有一個(gè)出現(xiàn)故障，另一個(gè)開(kāi)閉所的開(kāi)關(guān)立即會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置并及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理。當(dāng)電流故障出現(xiàn)在第一個(gè)開(kāi)關(guān)配電終端，判斷其故障所在位置需利用智能終端，并及時(shí)斷開(kāi)一、二開(kāi)關(guān)間的線路，進(jìn)而隔離故障。

圖1 環(huán)同電纜方式

2.1.2 架空配電網(wǎng)的優(yōu)化

采用電流式分段器和重合器實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)供電的主要目的是降低運(yùn)行條件，如負(fù)荷密度不集中或受資金限制，此方式操作簡(jiǎn)單方便，能迅速隔離故障和轉(zhuǎn)移供電，是提高電網(wǎng)供電可靠性的有效技術(shù)方式。以某重合器、分段器配合環(huán)網(wǎng)供電圖為例，從圖2可看出，CB1和CB2重合一次，間隔為T(mén)1；當(dāng)F1出現(xiàn)故障時(shí)，CB1出現(xiàn)斷路器會(huì)檢測(cè)到故障電流開(kāi)斷，如果是永久性故障，CB1重合不成功，會(huì)再次開(kāi)斷閉鎖，如果是瞬間性故障，CB1會(huì)顯示重合成功，線路恢復(fù)送電。聯(lián)絡(luò)重合器是R3檢測(cè)到失壓T2后合閘，則表現(xiàn)成功轉(zhuǎn)移供電。當(dāng)F2出現(xiàn)故障時(shí)，出線斷路器會(huì)檢測(cè)到故障電流開(kāi)斷，S1檢測(cè)到電流越限，CB1會(huì)在電流過(guò)零計(jì)數(shù)一次分閘時(shí)重合成功。

圖2 重合器、分段器配合環(huán)網(wǎng)供電圖

2.1.3 輻射狀配電網(wǎng)優(yōu)化

目前，在農(nóng)村和市郊配電網(wǎng)的主要供電方式仍以輻射型的單電源為主（如圖3所示），設(shè)置單臺(tái)重合器與多臺(tái)分段器配合方式達(dá)到自動(dòng)隔離和恢復(fù)供電要求。針對(duì)輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并在變電站斷路器的基礎(chǔ)上安裝一臺(tái)可以與多臺(tái)分段器配合的重合器，此重合器具有二次重合功能，一旦線路出現(xiàn)故障，可利用重合器切斷電流，既減少近區(qū)短路對(duì)主變的沖擊次數(shù)，還有效解決重合器與分段器的配合需要二次重合問(wèn)題。然而此系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于主要出現(xiàn)一次故障，整個(gè)配網(wǎng)變會(huì)全部條債，影響周圍無(wú)故障配網(wǎng)的供電可靠性，尤其在后期維修時(shí)會(huì)花費(fèi)大量的人力和金錢，因此廣泛運(yùn)用于郊區(qū)線路。

圖3 輻射型供電

3 配網(wǎng)自動(dòng)化通信方式

3.1 自動(dòng)化系統(tǒng)

在電力系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電的輸、發(fā)、供、變及配等功能，同時(shí)是面對(duì)用電用戶的基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)，配網(wǎng)自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸頻繁，尤其通信是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵，由于配電網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)多且面廣，是否經(jīng)濟(jì)可靠和便于安裝等因素成為通信方面重點(diǎn)考慮的一部分。目前以有線、無(wú)線、光纖及載波等組成主要通信方式，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信也正是由多種通信方式混合而成，上述幾種通信方式得到廣泛認(rèn)可的是主干道光纖通信，因其保密性強(qiáng)和通訊穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)則是常運(yùn)用在中低壓配網(wǎng)的通信方式中。光纖通信，是以電作為信息載體實(shí)現(xiàn)的通信，利用光纖傳輸攜帶信息的光波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信，此方式最大的優(yōu)點(diǎn)是速率快、通信容量大、不受外界電磁干擾，但在實(shí)際造價(jià)和安裝方面會(huì)花費(fèi)較大的人力和財(cái)力，因此此通信方式主要在主干網(wǎng)通信方面受到廣泛應(yīng)用。

3.1.1 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中最關(guān)鍵一部分就是通信系統(tǒng)，為了提高事故響應(yīng)速度和更快的分級(jí)分層，可將配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)分為主站、子站及饋線3層。根據(jù)配網(wǎng)規(guī)模的大小把主站層分為主站和區(qū)域站，然而這兩者之間有較大的信息量，自然需要高速可靠的通信通道。由于節(jié)點(diǎn)不多，光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)是運(yùn)用最廣泛的，尤其光纖環(huán)網(wǎng)較為成熟，但光纖以太網(wǎng)是未來(lái)配網(wǎng)通信主要發(fā)展方向，其技術(shù)及相關(guān)設(shè)備正在推廣應(yīng)用并得到實(shí)踐檢驗(yàn)。

3.1.2 通信方案

配電自動(dòng)化通信方案如果從廣義的角度出發(fā)，是主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站和現(xiàn)場(chǎng)單元之間的通信。當(dāng)前所實(shí)施的完整配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方案主站、子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的通信。一般會(huì)統(tǒng)一考慮子站和饋線，其中饋線情況多樣，各地特點(diǎn)都存有差異，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，統(tǒng)一的通信模式很難找到，通常會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)總線、載波、光纖等，將其混合成一起，成為比較符合實(shí)際運(yùn)用原則的通信方案。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)：通過(guò)雙絞線和采用總線技術(shù)，將干線的TTU和支線的FTU連接到干線FTU，之后通過(guò)高速光纖通道將信息上傳至主站、子站上。

3.2 配電管理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要部分是根據(jù)其覆蓋范圍廣、作業(yè)面多等特點(diǎn)做到經(jīng)濟(jì)成本低、安全可靠及時(shí)可靠的通信。配電管理系統(tǒng)涉及到各個(gè)方面的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如供電企業(yè)設(shè)備管理、企業(yè)運(yùn)行管理及用戶服務(wù)等，以配電自動(dòng)化實(shí)時(shí)環(huán)境、綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)組成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用功能子系統(tǒng)。子系統(tǒng)中包括配網(wǎng)自動(dòng)化、配電工作管理、故障投訴管理、自動(dòng)作圖、設(shè)備管理、負(fù)荷管理、配網(wǎng)分析系統(tǒng)等，從而優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理自動(dòng)化，提高供電可靠性的同時(shí)為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。其中配電自動(dòng)化（Distribution Automation）主要實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的運(yùn)行、監(jiān)控、故障診斷與隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)決策。符合管理（Load Management)主要負(fù)責(zé)提供大用戶負(fù)荷采集和控制功能。故障投訴管理（Trouble Complaint Management)主要負(fù)責(zé)投訴電話處理、故障定位與恢復(fù)供電。配電分析系統(tǒng)（Deep Analysis System）主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建模與網(wǎng)路拓?fù)洌W(wǎng)損與壓降分析、電壓/無(wú)功控制、短路電流及負(fù)荷預(yù)測(cè)等。配電工作管理Distribution Work Management)主要負(fù)責(zé)配網(wǎng)運(yùn)行是工作、配電設(shè)計(jì)、施工及檢修管理。

4 具體案例應(yīng)用分析某縣城配電線路總長(zhǎng)度為95km，配電變壓器的容量為38265kv，一共有164臺(tái)，通過(guò)對(duì)該縣城的配電線路進(jìn)行自動(dòng)化改造及更換導(dǎo)線，取得了良好的效果。

4.1 改造方案

結(jié)合某縣城實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況和發(fā)展?fàn)顩r，將本文自動(dòng)化改造的設(shè)計(jì)原則定位通信系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化及配網(wǎng)主站，其目的是可靠、經(jīng)濟(jì)及使用。

4.1.1 設(shè)計(jì)原則和總體方案：本文所研究縣城的配網(wǎng)改造設(shè)計(jì)方案完全是根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展及配電網(wǎng)狀況綜合而定，運(yùn)用終端單元FTU、配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)及配變檢測(cè)終端于系統(tǒng)配變和饋線中，在建立配調(diào)主站可沿著原有的通信光纜，便于更符合實(shí)際配網(wǎng)運(yùn)行。之后在配變監(jiān)測(cè)終端TTU和屏蔽雙絞線介入光纖環(huán)網(wǎng)，建立配網(wǎng)主站的目的是向其它信息系統(tǒng)傳遞配網(wǎng)信息和調(diào)節(jié)自動(dòng)化通信系統(tǒng)。

4.1.2 通信系統(tǒng)：在分析縣城地理情況時(shí)，充分考慮到設(shè)計(jì)配網(wǎng)通信系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型及可靠性等方面因素，從而確定采用光纖通信結(jié)合有線通信的方式，還考慮到本文所研究縣城未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，必然會(huì)增加用電量，特沿著主干通信網(wǎng)架設(shè)八芯普通光纜組成具有雙環(huán)自愈功能的光纖環(huán)網(wǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)保證整個(gè)用戶體系安全用電的重要因素，在整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，配網(wǎng)電網(wǎng)工程作為供電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，占據(jù)著十分重要的位置。同時(shí)配電網(wǎng)自動(dòng)化集數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備于一身的綜合管理系統(tǒng)，尤其近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)供電質(zhì)量要求越來(lái)越大，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)減輕運(yùn)行管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高供電可靠性起著重要的促進(jìn)作用，也是保證城市正常高質(zhì)供電的基礎(chǔ)。

[1] 王海燕,曾江,劉剛等.國(guó)外配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)模式對(duì)我國(guó)配網(wǎng)建設(shè)的啟示[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(11):125-129,134.

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To investigate the distribution network structure optimization and distribution automation

Guan Jiahua
（Guangdong Grid Co Foshan South Power Supply Bureau，528200）

The combination of distribution automation refers to the use of computer and network technology, communication technology and electric power equipment, monitoring,protection,and control of distribution network, and users to establish closer relations and responsibility,improve the quality of power supply. In this paper,the network structure as the breakthrough point,the realization of optimization and distribution automation.

network structure;distribution automation;communication