陳嘉敏，趙天煜

（1.杭州市電力設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310000；2.國網(wǎng)杭州供電公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

通過進(jìn)一步強(qiáng)化配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可提升配電網(wǎng)對復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力，加強(qiáng)對現(xiàn)有配電網(wǎng)自動化設(shè)備運(yùn)維的運(yùn)行效率，同時充分利用現(xiàn)有自動化設(shè)備收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，深度挖掘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)價值，為規(guī)劃、運(yùn)維、檢修等生產(chǎn)管理方面提供精細(xì)化的指導(dǎo)性建議，以此進(jìn)一步深化“堅強(qiáng)智能電網(wǎng)”目標(biāo)。

著重發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，應(yīng)用傳感、定位、通信和邊緣計算等技術(shù)，實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間的連接，對物理世界進(jìn)行數(shù)字化反映，并通過數(shù)據(jù)處理作出一系列反應(yīng)和操作。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可有效診斷內(nèi)部運(yùn)營問題，識別外部需求，準(zhǔn)確定位到業(yè)務(wù)管控節(jié)點(diǎn)，更好地推進(jìn)精益化管理，滿足客戶的多元要求，快速響應(yīng)市場變化。依托物聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)內(nèi)部感知能力，進(jìn)一步增強(qiáng)對生產(chǎn)運(yùn)營的感知度，增強(qiáng)企業(yè)內(nèi)在活力和服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會的能力，助力構(gòu)建低碳清潔、安全高效的能源體系。

無論是各方專家對配電網(wǎng)可靠性的研究，還是當(dāng)前進(jìn)行的規(guī)劃設(shè)計，均針對各種模型的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益計算進(jìn)行分析，對主配網(wǎng)銜接的模型設(shè)計無相應(yīng)的精準(zhǔn)模型。

1 國內(nèi)外配電網(wǎng)一二次規(guī)劃介紹

1.1 法國配電網(wǎng)

著名的小巴黎配電網(wǎng)采用20 kV中壓集群供電，每回主干線路上配置2～3個自動化控制節(jié)點(diǎn)。中壓保護(hù)整定根據(jù)接地方式相應(yīng)配套，但包括安全自動裝置，總體配置非常簡單。

1.2 新加坡配電網(wǎng)

新加坡配電網(wǎng)采用22 kV花瓣式供電結(jié)構(gòu)?！盎ò辍遍g開環(huán)運(yùn)行，互為備用。每個環(huán)網(wǎng)室進(jìn)出線配置配網(wǎng)自動化裝置，主干線路配置縱差保護(hù)。

1.3 雄安配電網(wǎng)

雄安10 kV配電網(wǎng)規(guī)劃分單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)和雙花瓣3種典型接線[1]。配網(wǎng)自動化按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)全覆蓋配置，而高可靠性區(qū)域采用分布式DTU，逐步適應(yīng)網(wǎng)架自愈功能。

2 研究內(nèi)容

本次研究立足于高供電可靠性和高電能質(zhì)量，積極探索三型兩網(wǎng)的指導(dǎo)思想在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方面的實踐，將自動化、通信、人工智能以及綜合能源服務(wù)站等內(nèi)容統(tǒng)籌納入，將有配電網(wǎng)規(guī)劃從原本有的單純能源網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃拓展為能源網(wǎng)+數(shù)據(jù)信息網(wǎng)。正如“三型兩網(wǎng)”是一個有機(jī)整體，一方面一次網(wǎng)架規(guī)劃嚴(yán)格遵循配電網(wǎng)規(guī)劃的技術(shù)指導(dǎo)原則提出要求，另一方面將泛在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的智能設(shè)備、通信等基礎(chǔ)設(shè)施配置納入規(guī)劃設(shè)計，同時優(yōu)化PT、CT以及開關(guān)等元件選型。

2.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

針對不同網(wǎng)格內(nèi)用戶差異化可靠性需求，可采用各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一般如單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、N供1備、大型開關(guān)站等[2]接線形式，但應(yīng)具備向更高可靠性過渡的條件。例如，大型開關(guān)站雙路供電可拓展為配對式中壓合環(huán)運(yùn)行模式。

在諧波治理方面，對于諧波采用多電源點(diǎn)直流供電系統(tǒng)，避開了交流系統(tǒng)下不同源電源點(diǎn)無法環(huán)網(wǎng)供電的問題，可在部分電源故障的情況下真正做到供電高可靠性（供電可靠性逼近100%），同時為光伏發(fā)電、儲能站以及電汽車等直流電源的接入提供便利。

針對未來不停電作業(yè)的需求，將設(shè)備選型和配置要求納入規(guī)劃和設(shè)計中，進(jìn)一步減少計劃停電時間，提高供電可靠性。

2.2 智能設(shè)備

配電網(wǎng)系統(tǒng)在未來不僅將作為能源網(wǎng)，而且勢必將成為承載龐大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)。如此龐大的數(shù)據(jù)流無法通過少量的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行計算處理，尤其是底層大量實時性要求極高的電氣數(shù)據(jù)。因此，在將配電網(wǎng)自動化發(fā)展成為泛在物聯(lián)網(wǎng)的道路上，引入了邊緣計算的理念。對不同類型的數(shù)據(jù)，采取分層分區(qū)的方式，針對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行就地及建設(shè)子站先行處理的方案進(jìn)行自動化規(guī)劃，可減少通信通道建設(shè)投資，并降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè)難度。

2.3 保護(hù)配置

將配電網(wǎng)保護(hù)配置納入規(guī)劃范圍內(nèi)，在宏觀上為精準(zhǔn)投資提供了參考依據(jù)。通過分析多類地區(qū)的故障類型，在原有網(wǎng)架規(guī)劃原則的基礎(chǔ)上，相應(yīng)配置保護(hù)裝置，以解決主干線故障定位不準(zhǔn)確、保護(hù)定值極差配合難以及人工轉(zhuǎn)供時間長等問題。針對不同的供電可靠性要求，配置相應(yīng)保護(hù)及供電恢復(fù)的控制設(shè)備，研究制定了相應(yīng)數(shù)據(jù)支持配置原則。

2.4 通信配置

在通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，各類通信資源是各方爭奪的主戰(zhàn)場，也是泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)必不可少的一環(huán)。將通信納入配電網(wǎng)規(guī)劃范圍，可進(jìn)一步加強(qiáng)精準(zhǔn)投資的力度，同時為泛在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)打好數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.5 數(shù)據(jù)處理

在加強(qiáng)配電網(wǎng)終端各類數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，探索對數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)基站以及終端等多層級數(shù)據(jù)處理應(yīng)用與價值的挖掘，提高用戶用電的體驗。

2.6 運(yùn)維方式

在采用上述自動化配置后，精確的故障定位將縮短人工尋找故障點(diǎn)的時間，智能化的負(fù)荷轉(zhuǎn)供將縮短人工恢復(fù)非故障段的時間。在大幅度減少搶修、運(yùn)維的人工工作量的同時，它也能大幅度提高搶修及運(yùn)維效率。需要注意，規(guī)劃中需充分考慮不停電作業(yè)對一次設(shè)備選型和配置的需求，從管理的角度進(jìn)一步提高供電可靠性。

2.7 全感知

配網(wǎng)狀態(tài)的全感知，即通過先進(jìn)可靠的設(shè)備和系統(tǒng)實現(xiàn)對配電網(wǎng)正常運(yùn)行、狀態(tài)預(yù)警、故障發(fā)生和清除時重要數(shù)據(jù)的收集，做出智能判斷，以提高調(diào)度、運(yùn)行和控制能力，實現(xiàn)配網(wǎng)的可觀可控。這個實現(xiàn)過程包括了設(shè)備的升級，即采用集成、環(huán)保、低損耗的智能化設(shè)備和管理系統(tǒng)升級到更自動化、信息化和智能化的狀態(tài)。

3 保護(hù)自動化配置技術(shù)模型

各種自動化保護(hù)配置方式下，各類故障導(dǎo)致的停電時間不同。若要繼續(xù)降低停電時間，提升供電可靠性，可通過解耦和提速兩個途徑來實現(xiàn)。

3.1 故障分析

對于出口斷路器故障，若不采用合環(huán)供電的方式，將影響線路上所有負(fù)荷的供電。但是，聯(lián)絡(luò)開關(guān)可以配置為斷路器，并安裝相應(yīng)的自愈功能。

對于線路故障，需基于大量的訓(xùn)練提高人工操作速度，難度較大。

對于分段開關(guān)故障，快速更換故障分段開關(guān)是縮短同一節(jié)點(diǎn)負(fù)荷故障停電時間的有效手段，而采用斷路器作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)也能縮短停電時間。

對于母線故障，同一母線上的所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)均會停電。采用斷路器，靠近電源側(cè)的負(fù)荷不會受到影響，可以縮短停電時間。

對于配變故障，可通過采用分氣箱開關(guān)縮短開關(guān)或配變更換時間。此外，即使同一母線其他配變的復(fù)電時間仍然為1 h，但如果提高分支線保護(hù)的性能，可使得對其他配變的影響相關(guān)系數(shù)降低到1%。

國網(wǎng)典型城市中壓配網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)自動化配置[3]，如表1所示。

3.2 高可靠性區(qū)域配置

若采用保護(hù)自愈配置，將線路分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)改成斷路器，可提高分支線保護(hù)的可靠性，并采用分氣箱的環(huán)網(wǎng)柜，能滿足A+區(qū)域?qū)╇娍煽啃缘囊蟆?/p>

該配置適用于A+類區(qū)域、存在分布式能源的A+以及A類區(qū)域雙環(huán)網(wǎng)。通過三遙實現(xiàn)電氣狀態(tài)實時監(jiān)控，差動保護(hù)實現(xiàn)主干線故障定位隔離，饋線保護(hù)實現(xiàn)饋線故障隔離，站間備投完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供。詳細(xì)配置及投資估算如表2所示。

表1 國網(wǎng)典型城市中壓配網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)自動化配置推薦

該配置適用于A、B類區(qū)域無分布式能源接入雙環(huán)網(wǎng)。通過三遙實現(xiàn)電氣狀態(tài)實時監(jiān)控，配調(diào)主站配合人工操作實現(xiàn)故障定位、負(fù)荷轉(zhuǎn)供功能。詳細(xì)配置及投資估算如表3所示。

表2 雙環(huán)網(wǎng)（站間備投）投資預(yù)算表

表3 雙環(huán)網(wǎng)（三遙）投資預(yù)算表

4 結(jié) 論

本文用近似估算法分析了國網(wǎng)典型城市電纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)在配置不同保護(hù)和配網(wǎng)自動化方式下的故障停電時間。結(jié)果表明：站間備投/多路徑自愈（解列）和分段差動+（簡易）母差可以滿足A+類供區(qū)可靠性要求。同理，各類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在不同自動化、保護(hù)、通信、PT、CT以及分段開關(guān)配置下可產(chǎn)生相應(yīng)的可靠性結(jié)果，也會對智能感知的需求產(chǎn)生不同的適應(yīng)性。

5 成 效

在配電一次網(wǎng)架規(guī)劃的前提下，應(yīng)用自動化和保護(hù)系統(tǒng)后，通過精確的故障隔離和快速的負(fù)荷轉(zhuǎn)供，可減少線路故障情況下用電負(fù)荷的失電。將智能設(shè)備應(yīng)用于日常檢測和運(yùn)維，可以大幅提高部分檢測、運(yùn)維的工作效率，配合帶電作業(yè)及發(fā)電車的應(yīng)用，大幅減少計劃停電時間。自動化及保護(hù)系統(tǒng)能夠直接減少配電網(wǎng)各類開關(guān)設(shè)備日常倒閘操作等運(yùn)行維護(hù)的工作量。在線路預(yù)安排停電或調(diào)整線路運(yùn)行方式時，可通過遠(yuǎn)程操作減少運(yùn)維人員現(xiàn)場操作的時間和行程。自動化及保護(hù)系統(tǒng)能夠最大限度地發(fā)揮低壓配網(wǎng)的供、配電能力，充分利用相關(guān)一次設(shè)備資源，降低一次設(shè)備閑置率，從而改善低壓配網(wǎng)設(shè)備的整體運(yùn)行環(huán)境，推遲設(shè)備更新?lián)Q代的新建投資。