石 娟，夏 陽，于 泳

（1.國(guó)網(wǎng)江西電力公司南昌供電分公司，江西南昌 330006；2.華北電力大學(xué)，河北保定 071003；3.國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

隨著電網(wǎng)傳統(tǒng)發(fā)展模式的漸趨飽和及各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用，智能化己經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，發(fā)展智能電網(wǎng)也已在全球范圍內(nèi)達(dá)成共識(shí)。作為智能配電網(wǎng)的主要實(shí)現(xiàn)手段，配電自動(dòng)化的主要研究?jī)?nèi)容包括：

1）以自動(dòng)化設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的全局監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式及管理的集約化，提升電網(wǎng)整體可靠性和運(yùn)行效率；

2）研究智能配電網(wǎng)自愈、智能配電網(wǎng)調(diào)度、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行以及配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、狀態(tài)估計(jì)等功能和算法，并構(gòu)筑系統(tǒng)以支持；

3）研究與其他系統(tǒng)的互聯(lián)，擴(kuò)展事故緊急處理等應(yīng)用功能[1][2]。

南昌市位于贛江下游，是環(huán)鄱陽湖經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心城市，特別是近十年以來，南昌工業(yè)與城市發(fā)展速度迅猛，用電量增長(zhǎng)較快，配電網(wǎng)規(guī)模呈爆炸式發(fā)展。因此，對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)化改造刻不容緩。2005年，南昌供電公司曾經(jīng)啟動(dòng)過一輪配電自動(dòng)化建設(shè)，涉及兩座變電站的9回10 kV線路。但因城網(wǎng)改造、運(yùn)維沒有及時(shí)跟進(jìn)，以及受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平所限等諸多原因，配電自動(dòng)化系統(tǒng)未能投入實(shí)用化運(yùn)行，因此研究一套適合南昌配網(wǎng)現(xiàn)狀的配電自動(dòng)化改造方案是很有必要的。

1 南昌“高新區(qū)”配網(wǎng)現(xiàn)狀分析

1.1 網(wǎng)架及負(fù)載分析

本次工程實(shí)施區(qū)域10 kV線路共計(jì)29回，線路總長(zhǎng)139.6 km，其中電纜線路70.9 km，占公用線路總長(zhǎng)的55.7%，線路平均分段數(shù)為1.95段/條，聯(lián)絡(luò)比例70%左右。區(qū)域內(nèi)的線路雖以環(huán)網(wǎng)為主，目前已形成11個(gè)站間聯(lián)絡(luò)環(huán)，但仍有9回線路呈單輻射狀。一次網(wǎng)架現(xiàn)狀聯(lián)絡(luò)關(guān)系如圖1所示。

圖1 一次網(wǎng)架現(xiàn)狀聯(lián)絡(luò)圖

區(qū)域內(nèi)中壓公用線路負(fù)載不均衡，部分線路負(fù)載率較高，比如，炬街一線和江大線最大電流超過300 A，電池線最大電流接近300 A，接裝容量超過20 MVA，最大線路負(fù)載率接近100%，此外，部分線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無法滿足N-1原則。因此，需進(jìn)一步完善配電一次網(wǎng)絡(luò)，為配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)提供有力支撐。

1.2 現(xiàn)有設(shè)備狀況

本次工程實(shí)施區(qū)域現(xiàn)有開閉所1座，環(huán)網(wǎng)柜14臺(tái)，電纜分支箱46臺(tái)，柱上開關(guān)31臺(tái)，配變676臺(tái)，配變?nèi)萘?56 MVA。其中，環(huán)網(wǎng)柜多為二進(jìn)四出，電纜分支箱進(jìn)出線均未配備負(fù)荷開關(guān)。柱上開關(guān)中，主線開關(guān)有分段開關(guān)11臺(tái)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)11臺(tái)共計(jì)22臺(tái)；另外，公用支線開關(guān)9臺(tái)。柱上開關(guān)均采用真空斷路器，配置彈簧操作機(jī)構(gòu)，采用手動(dòng)分合閘操作方式。

1.3 通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

目標(biāo)區(qū)域電網(wǎng)通信以光纖通信為主，在原有城網(wǎng)622 M/155 M光通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，升級(jí)為光纖核心環(huán)網(wǎng)和光纖骨干環(huán)網(wǎng)。區(qū)域110 kV及以上變電站光纖化率97.78%，雙通道覆蓋率為91.78%，通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況良好，年平均通信通道保障率高于99.99%。

1.4 存在的問題

1.4.1 配電網(wǎng)架

經(jīng)過多年建設(shè)，實(shí)施區(qū)域配電網(wǎng)架趨于穩(wěn)定，但仍存在一些薄弱環(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)在：

1）存在一定比例的單輻射線路，無法實(shí)現(xiàn)線路間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，如圖1中江大線及電池線；

2）聯(lián)絡(luò)方式不合理，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)設(shè)置在線路首端，如圖1中火炬二線與民園二線聯(lián)絡(luò)；

3）線路分段少，區(qū)域線路平均分段率不到2段/條，部分電纜線路采用分支箱連接，無分段設(shè)備，如圖1中學(xué)院南線及星光線；

4）負(fù)荷分布不均衡，部分線路負(fù)荷電流已接近主線額定電流，限制了線路間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。以電池線為例，當(dāng)電池線主線出現(xiàn)故障停電須聯(lián)絡(luò)線路（青春家園線）轉(zhuǎn)供時(shí)，青春家園線負(fù)荷電流最大將達(dá)到600 A，才能保證轉(zhuǎn)供后不丟失負(fù)荷，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了10 kV線路短時(shí)最大電流。

1.4.2 配電設(shè)備

1）設(shè)備老舊，健康水平低。

2）配電一次設(shè)備技術(shù)水平較低。電纜線路環(huán)網(wǎng)設(shè)備比例低，部分主線采用分支箱連接，無可靠分段，且仍有一定數(shù)量可靠性較低的高架空氣絕緣型分支箱在運(yùn)。

3）配電設(shè)備的自動(dòng)化改造難度較大。所有一次設(shè)備并未配備自動(dòng)化終端、直流電源等設(shè)備，柱上開關(guān)大部分沒有電操機(jī)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)柜未預(yù)留自動(dòng)化設(shè)備柜位。

1.4.3 通信網(wǎng)絡(luò)

1）從變電站即骨干通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)向下覆蓋的配用電通信網(wǎng)尚未建設(shè)。

2）通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理不足。

3）運(yùn)行維護(hù)人員不足。配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)多面廣，維護(hù)量大，需要配備一定數(shù)量并具備一定專業(yè)知識(shí)的通信檢修人員才能滿足配電通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，而公司現(xiàn)有的通信專業(yè)人員數(shù)量明顯不足，急需進(jìn)行人才補(bǔ)充并組織相關(guān)人員的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。

2 自動(dòng)化改造方案研究

2.1 一次網(wǎng)架優(yōu)化改造

為滿足配電自動(dòng)化建設(shè)要求，根據(jù)實(shí)施區(qū)域特點(diǎn)，按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，本文暫擬定對(duì)實(shí)施區(qū)域配電一次網(wǎng)架進(jìn)行改造并達(dá)到如下目標(biāo)[3][4]：

1）實(shí)施區(qū)域線路聯(lián)絡(luò)比例由70%提高到100%，主要通過線路網(wǎng)架改造和新線路的假設(shè)來完成，重點(diǎn)改造線路有新東線、教育線、江大線、電池線等。

2）實(shí)施區(qū)域線路平均分段數(shù)從1.95段/條提高到2.5段/條，架空線路主要通過網(wǎng)架改造和加裝分段及分支開關(guān)來完成，電纜線路主要通過加裝環(huán)網(wǎng)柜，分支箱更換為環(huán)網(wǎng)柜等方式完成。

3）線路“N-1”比例由50%提高到100%，這就要求，在提高一次設(shè)備可靠性的同時(shí)，通過網(wǎng)架改造合理分配線路負(fù)荷壓力。

4）供電可靠性從99.96%提高到99.99%。

為達(dá)到以上目標(biāo)，設(shè)計(jì)從以下幾方面進(jìn)行改造方案的設(shè)計(jì)實(shí)施。

2.1.1 接線方式

根據(jù)負(fù)荷發(fā)展與供電可靠性需求，選擇合適的接線方式。為保證供電可靠性和故障狀態(tài)下的饋線自動(dòng)化轉(zhuǎn)供的實(shí)現(xiàn)，必須實(shí)現(xiàn)線路的全聯(lián)絡(luò)，杜絕單電源線路引起的“跳閘即停電”的無轉(zhuǎn)供情況。綜合考慮成本和施工難度，電纜線路目標(biāo)網(wǎng)架采用單環(huán)網(wǎng)和N供一備（二供一備、三供一備）接線方式。

圖2 N供一備接線

架空線路的故障率及運(yùn)行穩(wěn)定性均不如電纜線路理想，因此，為防止由于轉(zhuǎn)供電不足的問題引起的線路停電，對(duì)于目標(biāo)區(qū)域中尚未下地的架空線路，除單環(huán)網(wǎng)和N供一備接線外，在負(fù)荷密度較高及重要負(fù)荷區(qū)域考慮采用網(wǎng)格式接線。

圖3 網(wǎng)格式接線（四電源井字網(wǎng)架）

2.1.2 聯(lián)絡(luò)方式

目前實(shí)施區(qū)域已形成11個(gè)站間聯(lián)絡(luò)環(huán)，環(huán)內(nèi)最大供電距離不超過6 km。在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上構(gòu)建聯(lián)絡(luò)關(guān)系，節(jié)省投資，施工難度相對(duì)較小。從加強(qiáng)配電網(wǎng)對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的支撐，提高站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，降低局部停、限電風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)，實(shí)施區(qū)域內(nèi)，特別是秀泊變供區(qū)，配電線路宜以站間聯(lián)絡(luò)為主。但高新變供區(qū)范圍大，區(qū)內(nèi)的7回單放射線路位于火炬二路以南，周邊沒有其它110 kV站點(diǎn)。若在該區(qū)域采用站間聯(lián)絡(luò)，不僅投資大，而且將導(dǎo)致供區(qū)重疊，交叉供電。因此，本次網(wǎng)架改造以現(xiàn)有的站間聯(lián)絡(luò)環(huán)為主，高新變供區(qū)采用站內(nèi)聯(lián)絡(luò)。

2.1.3 分段原則

在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，在部分架空主干線上加裝分段開關(guān)，保證單段分段不超過1 km，或者將每個(gè)分段的裝接容量控制在4 000 kVA以內(nèi)，裝接容量超過2 000 kVA或長(zhǎng)度超過0.5 km的支線，加裝分支開關(guān)[5]。

2.2 配電設(shè)備改造與終端建設(shè)

對(duì)運(yùn)行狀況較差的開關(guān)站設(shè)備進(jìn)行整體更換。新設(shè)備配置PT（電壓互感器）、保護(hù)及測(cè)量CT（電流互感器）和DTU（配電站所測(cè)控終端），在條件允許的情況下，優(yōu)先采用專用光纖通信，實(shí)現(xiàn)三遙功能，出線配置微機(jī)保護(hù)，若條件不允許，則考慮無線公網(wǎng)通訊配合二遙的改造方式。

對(duì)運(yùn)行狀況良好的環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行自動(dòng)化加裝和改造，加裝PT、CT、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和DTU，同樣優(yōu)先采用專用光纖通信，實(shí)現(xiàn)三遙功能；區(qū)域內(nèi)新增的環(huán)網(wǎng)柜和開閉所等配置DTU，實(shí)現(xiàn)三遙功能；對(duì)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)、功能不滿足自動(dòng)化需要的戶外環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行整體更換。

架空線路自動(dòng)化改造除新增部分自動(dòng)化開關(guān)外，對(duì)線路上現(xiàn)有的柱上開關(guān)進(jìn)行更換，更換并配備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、PT和FTU（配電饋線測(cè)控終端），內(nèi)置CT，采用專用光纖（無線公網(wǎng)）通信方式，實(shí)現(xiàn)三遙（二遙）功能。對(duì)負(fù)荷較重的分支線路采用帶有電流速斷保護(hù)功能的分支分界開關(guān)，與變電站出線斷路器保護(hù)配合，實(shí)現(xiàn)本地自動(dòng)隔離故障。

對(duì)電纜分支箱加裝故障指示器，采用無線公網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)一遙功能。

2.3 通信系統(tǒng)建設(shè)

目前，我國(guó)配電自動(dòng)化工程通信系統(tǒng)的構(gòu)建常用的主要有四種模式：基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON），無線公網(wǎng)，無線專網(wǎng)，電網(wǎng)載波技術(shù)。

綜合考慮可靠性和成本，根據(jù)公司及線路實(shí)際情況，本次自動(dòng)化改造確定以無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主、無線公網(wǎng)作為補(bǔ)充的技術(shù)方案進(jìn)行，既可保證自動(dòng)化通信的可靠性和安全性，也可以在施工成本較大的情況下提供折中方式。

2.4 饋線自動(dòng)化實(shí)施

通過配電自動(dòng)化工程建設(shè)，配電主站系統(tǒng)可以根據(jù)配電終端采集的實(shí)時(shí)信息，及時(shí)掌握配網(wǎng)運(yùn)行情況，準(zhǔn)確定位配網(wǎng)設(shè)備故障，快速分析并制定最優(yōu)的重構(gòu)方案隔離故障，恢復(fù)非故障區(qū)供電，從而實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化。本次配電自動(dòng)化建設(shè)采用集中型饋線自動(dòng)化方式，調(diào)試期間采用基于終端注入法的饋線自動(dòng)化測(cè)試法完成饋線自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)，保證調(diào)度轉(zhuǎn)供策略的正確性和科學(xué)性，在配電自動(dòng)化建成的初期，在人工干預(yù)下實(shí)現(xiàn)故障的半自動(dòng)處理，待條件具備后，再采用全自動(dòng)方式。

3 預(yù)期成效分析

3.1 管理效益

1）建立較為完善的調(diào)控一體業(yè)務(wù)體系。

通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域的配網(wǎng)自動(dòng)化改造，調(diào)控一體的工作流程將更加簡(jiǎn)化，屆時(shí)，配網(wǎng)調(diào)度在執(zhí)行原有調(diào)度業(yè)務(wù)范圍的同時(shí)，還將負(fù)責(zé)對(duì)所轄范圍內(nèi)的開關(guān)和線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；對(duì)站內(nèi)10 kV開關(guān)以及配電自動(dòng)化線路開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)方倒閘操作；在饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的輔助下，對(duì)開關(guān)事故變位信息或線路故障進(jìn)行監(jiān)視并快速反應(yīng)處理，遙控隔離故障，迅速恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。通過配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮、配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、配網(wǎng)事故應(yīng)急的工作融合[6]。

2）初步形成配電通信數(shù)據(jù)網(wǎng)。

3）提高供電企業(yè)服務(wù)水平。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)故障的快速定位、排除。線路切換、轉(zhuǎn)帶負(fù)荷等正常操作的時(shí)間也大為縮短，極大的減少了用戶的停電時(shí)間，通過停電信息預(yù)發(fā)平臺(tái)，使客戶能及時(shí)準(zhǔn)確的掌握停電信息，從而切實(shí)提高供電可靠率，提高客戶服務(wù)水平，為客戶提供了準(zhǔn)備及時(shí)的停電咨詢信息[7]。

4）提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平。

5）為規(guī)劃改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6）一次網(wǎng)架指標(biāo)提升預(yù)期效果。

配電自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施后，一次網(wǎng)架更加合理可靠，可預(yù)見的是，供電可靠性和電壓合格率等指標(biāo)也將得到提升，10 kV綜合線損進(jìn)一步降低。預(yù)期一次網(wǎng)架技術(shù)指標(biāo)提升情況如表1所示。

表1 一次網(wǎng)架技術(shù)指標(biāo)預(yù)計(jì)提升情況

7）配電自動(dòng)化指標(biāo)提升。

配電自動(dòng)化主站和終端建設(shè)將初見成效，形成以“三遙”為主，“一遙”、“二遙”為補(bǔ)充的多樣化配電自動(dòng)化模式，在保證遙信的前提下，在較關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和設(shè)備上實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控，以較小的成本實(shí)現(xiàn)了區(qū)域自動(dòng)化的要求[8]，實(shí)施區(qū)域配電自動(dòng)化指標(biāo)對(duì)比見表2。

表2 實(shí)施區(qū)域配電自動(dòng)化指標(biāo)對(duì)比

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

1）減少故障恢復(fù)時(shí)間。

故障恢復(fù)方式由原先的人工倒閘轉(zhuǎn)變?yōu)楦脑旌蟮酿伨€自動(dòng)化轉(zhuǎn)供閉環(huán)，預(yù)期故障恢復(fù)時(shí)間由改造前的大于120 min，縮短為小于3到6 min，極大地保證了售電量。

2）減小故障停電區(qū)域。

通過優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及負(fù)荷的合理分配、增加線路分段、增加轉(zhuǎn)供方式等措施，減小了故障時(shí)的停電區(qū)域，保證了售電量。

3）減小電網(wǎng)運(yùn)行成本。

通過自動(dòng)化設(shè)備和主站系統(tǒng)的配合，極大減小了人工成本和操作失誤率，縮減運(yùn)行成本。

4）減小線損及非正常電能損失。

通過對(duì)線路電流功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，幫助消除竊電及查找線損率不正常線路，減小非正常運(yùn)營(yíng)損失，提高配電網(wǎng)運(yùn)行水平，預(yù)期線損率將降至4.5%以下。

3.3 社會(huì)效益

通過上文關(guān)于管理效益和經(jīng)濟(jì)效益的闡述可以看出，配電自動(dòng)化改造將使試點(diǎn)區(qū)域的供電環(huán)境將得到極大的改善，無論是電能質(zhì)量還是供電可靠性，都將得到非常大的提升，由此極大地提高企業(yè)的社會(huì)形象和用戶滿意度，使企業(yè)收到明顯的社會(huì)效益。

4 結(jié)語

本文在對(duì)南昌高新區(qū)配網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，明確了配電自動(dòng)化建設(shè)的必要性。針對(duì)高新區(qū)配網(wǎng)的現(xiàn)狀，分析了存在的問題，并對(duì)應(yīng)地設(shè)計(jì)提出了南昌高新區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)化改造方案和實(shí)施方案，包括改造區(qū)域內(nèi)配電自動(dòng)化主站、一次網(wǎng)架、一次設(shè)備、配電終端、通信系統(tǒng)等的建設(shè)方案及饋線自動(dòng)化實(shí)施方案，具有可操作性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為南昌市將來的進(jìn)一步配電自動(dòng)化改造工程提供了標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，同時(shí)本文提出的方案也可以為其他城市的相關(guān)配電網(wǎng)自動(dòng)化改造工程提供了參考。

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)知識(shí)讀本[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010.

[2]李澍森，楊迎建，吳夕科等.配電技術(shù)概況及發(fā)展趨勢(shì)[J].高電壓技術(shù)，2008，34（1）:113-122.

[3]陳盛燃，邱朝明.國(guó)外城市配電自動(dòng)化概況及發(fā)展[J].規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2012，8.

[4]施進(jìn)平，廖力清.配電網(wǎng)饋線終端的智能化技術(shù)[J].江西電力，2007，4.

[5]藍(lán)毓俊.現(xiàn)代城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)改造[M].北京:中國(guó)電力出版社，2004.

[6]FANZHANG，;CAROL SCHENG.A Modified Newton Method for Radial Distribution System，Power Flow Analysis[J].IEEE Transactionson Power Systems，2008，2（12）:389-397.

[7]國(guó)家電網(wǎng)公司.配電自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo)則（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 382-2013）[Z].2013.

[8]陳霖.城網(wǎng)饋線自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)方式的探討[J].江西電力，2006，5.