尹元亞 繆偉 戴剛 葛錦錦

【摘要】開閉所是城市配網(wǎng)的重要電力設施，其穩(wěn)定安全運行對配電網(wǎng)的可靠性舉足輕重。本文通過歸納總結(jié)已有的研究，結(jié)合工程實際，在闡述提高開閉所可靠性意義的基礎上，指出開閉所供電范圍優(yōu)化分區(qū)與選址、自動化系統(tǒng)改造、提高繼電保護裝置動作的正確性以及增強抗干擾性等措施能有效提高開閉所的可靠性。

【關鍵詞】開閉所；可靠性；優(yōu)化分區(qū)；自動化改造

引言

近年來，隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的深入，城市電網(wǎng)用電負荷猛增，形成負荷密集區(qū)，同時，各電力用戶對供電的要求也越來越高。當前城網(wǎng)主要區(qū)域，尤其是新建住宅區(qū)廣泛采用“變電站——開閉所——配電站”的全電纜配電網(wǎng)絡供電模式[1-2]。開閉所可將各變電站的配電出現(xiàn)連接起來，將放射式的配電網(wǎng)絡改造成橫閉式網(wǎng)絡，增強了城市電力網(wǎng)絡結(jié)構的穩(wěn)定性，使供電可靠性得到顯著提高；同時，對于供電可靠性要求高的高層建筑，開閉所能實現(xiàn)負荷的再分配，既可以充分利用有限的走廊和主干線路設備，又保證了特殊用戶的供電要求[3]。由此可見，開閉所在城市配電網(wǎng)絡的安全經(jīng)濟運行中扮演重要角色，研究提高開閉所供電可靠性的措施有著十分重要的社會和經(jīng)濟價值。

本文結(jié)合已有對開閉所的研究，從影響開閉所供電可靠性的主要因素進行分析，結(jié)合現(xiàn)場實際，提出改進措施，以達到提高開閉所供電可靠性的目的。

1、開閉所供電范圍優(yōu)化分區(qū)與選址

在己確定高壓變電站的布點及負荷分布的情況下，通過調(diào)整開閉所供電范圍，減少配電線路供電半徑和出線長度，進而建立合理的網(wǎng)架結(jié)構和運行方式，從而在整體上提高供電可靠性。

根據(jù)已有研究，可采用基于負載率平均原則的配電網(wǎng)供電范圍劃分方法，并結(jié)合禁忌搜索技術進行開閉所供電范圍的優(yōu)化分區(qū)。將整個配電網(wǎng)按負載率平均原則進行分區(qū)，若各分區(qū)負荷接近，則發(fā)生故障時方便對受影響的負荷進行轉(zhuǎn)移，有利于整個電網(wǎng)供電的可靠性。開閉所位置的規(guī)劃一般采用迭代法或是平面多中位選址方法，而若是采用智能優(yōu)化算法則能得到更加精確和經(jīng)濟的方案，因此可將優(yōu)化理論引入開閉所的規(guī)劃。確定了初始站址及每一開閉所的供電范圍之后，就相當于將整個供電范圍劃分為若干個供電區(qū)域，在每個供電區(qū)域內(nèi)只有一個變電站，其余的都是站所帶負荷。通過計算機軟件實現(xiàn)變電站、開閉所站址優(yōu)化是在滿足諸如負荷需求、線路容量、變電站容量等約束的情況下，尋優(yōu)新建開閉所的位置坐標，使某目標值（例如年綜合計算費用、線損等）達到最優(yōu)。由于變電站位置坐標的尋優(yōu)為一個非線性規(guī)劃問題，難以得到目標函數(shù)關于決策變量導數(shù)的解析表達式，因此為簡化問題，在多約束條件下的變電站站址分層優(yōu)化策略。內(nèi)層優(yōu)化結(jié)合最小費用最大流法給出在變電站站址坐標給定時的最優(yōu)網(wǎng)架算法；外層優(yōu)化通過調(diào)用網(wǎng)架優(yōu)化算法，運用非線性規(guī)劃中的步長加速法實現(xiàn)變電站站址坐標的最優(yōu)化。

2、自動化系統(tǒng)改造

自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站控制和保護裝置相比，功能更多，性能更好，可以更好的滿足變電站運行和維護的需要，因此得到了廣泛的應用。通過對于目前國內(nèi)外系統(tǒng)功能的分析，可以看出系統(tǒng)應當具備的功能有：

（1）數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括開關量、模擬量、脈沖量等。其中，開關量數(shù)據(jù)有：斷路器狀態(tài)、隔離開關狀態(tài)、變壓器分接頭位置信號、繼電保護動作報警信號等。模擬量數(shù)據(jù)有：電壓、電流、功率，頻率，相位，變壓器油溫，變電站室溫等。脈沖量有電度表輸出的電度脈沖。

（2）控制和操作閉鎖

操作人員可通過監(jiān)視器屏幕對斷路器、隔離開關的分合進行操作，可以對變壓器分接頭進行調(diào)節(jié)控制，對電容器組進行投切。操作閉鎖應包括以下內(nèi)容：操作出口具有跳合閘閉鎖功能；操作出口具有并發(fā)行選擇閉鎖功能；根據(jù)實時信息，自動實現(xiàn)斷路器及刀閘操作閉鎖功能；適應一次設備現(xiàn)場維修操作的“電腦五防”操作及閉鎖系統(tǒng)；屏幕操作閉鎖功能。只有輸入正確的操作口令才有權進行操作控制。

（3）保護功能

保護功能包括線路保護、電容器保護、變壓器保護、電源備自投等，各類保護應能夠顯示及在線修改定值。

（4）事件順序記錄及故障錄波測距

事件順序記錄（記錄）包括保護動作記錄、開關跳合記錄等，時間分辨率一般在毫秒級。故障錄波可以用微機保護裝置完成，為事故分析提供材料，專用的故障錄波器一般可以省去。

（5）電壓和無功潮流的就地控制

為了將電壓和無功潮流調(diào)整到預定值，通常通過調(diào)整變壓器分接頭、投切電容器組、投運或斷開某條輸電線路等方法來實現(xiàn)。

（6）通訊功能

自動化系統(tǒng)應當具有多種通訊方式，并根據(jù)實際需要支持多種通訊規(guī)約，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各功能單元間的信息傳輸。

（7）人機聯(lián)系功能

主要內(nèi)容有顯示畫面與數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)及控制操作等。系統(tǒng)的人機界面應當非常友好，便于理解和操作，為了滿足有人值班和無人值班的需要，系統(tǒng)的所有人機聯(lián)系功能都應當能夠在當?shù)鼗蜻h方完成。

（8）診斷和自恢復功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應具有自診斷功能，并且將自診斷信息及時送往后臺機和調(diào)度中心。當發(fā)現(xiàn)局部故障時能自動切除或恢復，以保證系統(tǒng)的正常運行。

3、提高繼電保護裝置動作的正確性

繼電保護是開閉所系統(tǒng)的重要組成部分，是保證其安全穩(wěn)定運行的重要技術手段。繼電保護不合要求的動作，與其他不正常因素的綜合效應，常常會而導致系統(tǒng)失穩(wěn)、發(fā)生事故。因此提高繼電保護裝置動作的正確性對于開閉所正常穩(wěn)定運行十分重要。

（1）嚴格繼電保護裝置及其二次回路的巡檢

巡視檢查設備是及時發(fā)現(xiàn)隱患，避免事故的重要途徑，也是發(fā)電廠值班人員的一項重要工作。除了交接班的檢查外，班中安排一次較全面的詳細檢查。對繼電保護巡視檢查的內(nèi)容有：保護壓板、自動裝置均按調(diào)度要求投入；開關、壓板位置正確；各回路接線正常，無松脫、發(fā)熱現(xiàn)象及焦臭味存在；熔斷器接觸良好；繼電器接點完好，帶電的觸點無大的抖動及燒損，線圈及附加電阻無過熱；CT、PT回路分別無開路、短路；指示燈、運行監(jiān)視燈指示正常；表計參數(shù)符合要求；光字牌、警鈴、事故音響情況完好；微機保護打印機動作后，還應檢查報告的時間及參數(shù)，當發(fā)現(xiàn)報告異常時，應及時通知繼保人員處理。

（2）提高繼電保護運行操作的準確性

運行人員在學習了保護原理及二次圖紙后，應核對、熟悉現(xiàn)場二次回路設備。操作嚴格按照“兩票”規(guī)定執(zhí)行，并履行保護安全措施票，按照繼電保護運行規(guī)程操作。特殊情況下的保護操作，除了部分在規(guī)程中明確規(guī)定外，運行人員需通過培訓學習來掌握。

（3）搞好保護動作分析

保護動作跳閘后，嚴禁隨即復歸掉牌信號，而應檢查動作情況并判明原因，做好記錄。事后做好保護動作分析記錄及運行分析記錄，內(nèi)容包括：崗位分析、專業(yè)分析及評價、結(jié)論等。凡屬不正確動作的保護裝置，及時組織現(xiàn)場檢查和分析處理，找出原因，提出防范措施，避免重復性事故的發(fā)生。

（4）加強技術改造工作

選用真空負荷開關一熔斷器組合電器柜開閉所的所有出線柜和配電所開關柜均采用真空負荷開關一熔斷器組合電器，使用高壓限流熔斷器。對保護進行重新選型、配置時，首先考慮的是滿足可靠性、選擇性、靈敏性及快速性，其次考慮運行維護、調(diào)試方便，且便于統(tǒng)一管理。優(yōu)選經(jīng)運行考驗且可靠的保護，個別新保護可少量試運行，在取得經(jīng)驗后再推廣運用。

4、增強抗干擾性

對于實際的系統(tǒng)來說，其品質(zhì)的高低不僅取決于設計上的合理性，最終還取決于是否能夠可靠的運行。因此采取適當?shù)目垢蓴_措施，去除各種來自系統(tǒng)內(nèi)部及外部的干擾，使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行十分重要。這包括兩方面的要求：一方面要求自動化系統(tǒng)在任何基本元件故障或退出運行情況下，都不能造成整個系統(tǒng)癱瘓；另一方面，即使在通信中斷情況下，各基本單元仍可執(zhí)行最基本的監(jiān)測和控制功能；并且系統(tǒng)在變電站的強電磁干擾下能可靠的工作。提高可靠性和抗干擾性應從硬件和軟件兩個方面著手。硬件抗干擾措施是通過具體的硬件電路消除干擾信號。它是針對干擾信號的第一道防線，也是最有效的辦法，可將大部分外部干擾拒之系統(tǒng)以外。

在硬件上，應在硬件設計上注意裝置與現(xiàn)場的各種信號的隔離和屏蔽，包括交流輸入量、開關量、數(shù)字量、脈沖信號、通信接口等，同時應加入硬件看門狗等措施。同時，在硬件的選擇上應通過器件的老化篩選保證硬件的可靠穩(wěn)定性；在電路板及整體結(jié)構設計時，需提高抗干擾能力。在軟件上，可采取的防范措施有指令冗余、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)字濾波算法及復位監(jiān)視定時器等。系統(tǒng)軟件中的數(shù)字濾波算法能有效地將輸入通道中的隨機脈沖和周期性干擾濾掉；采用數(shù)據(jù)冗余技術，即重要數(shù)據(jù)在幾個地方同時存放，當原始數(shù)據(jù)塊被破壞時，調(diào)用備份數(shù)據(jù)塊，更新修復。一般備份數(shù)據(jù)應存放在與原始數(shù)據(jù)塊保持相當距離的區(qū)域，使得不至于被同時破壞。另外，要注意使數(shù)據(jù)區(qū)遠離堆棧，以免萬一堆棧溢出造成數(shù)據(jù)丟失，或讀數(shù)據(jù)操作改變堆棧內(nèi)容。

5、結(jié)論與展望

隨著城網(wǎng)建設和改造的發(fā)展，開閉所得到了大量應用，并在增強城網(wǎng)的供電能力和可靠性方面起著重要作用。在開閉所的建設和改造時，應將開閉所的可靠性放在重要的位置，以保證城網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、可靠運行。

參考文獻

[1]張大立.城市中壓配電網(wǎng)接線與開閉所的配置[J].電網(wǎng)技術，2007，31（7）：83-86.

[2]王成山，王賽一.基于空間GIS的城市中壓配電網(wǎng)絡智能規(guī)劃（三）帶開閉所接線模式的自動布局[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（7）：58-61

[3]張大立.城市中壓配電網(wǎng)接線與開閉所的配置[J].電網(wǎng)技術，2007，31（7）：83-86

作者簡介

尹元亞，1972.9，男，漢族，蕪湖，工程師，配電運檢室主任，電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性。