電網(wǎng)安全是配電網(wǎng)自動化必由之路

隨著電網(wǎng)的發(fā)展和自動化程度的提高， 調(diào)度自動化系統(tǒng)已成為調(diào)度員實施生 產(chǎn)指揮和控制電網(wǎng)運行必不可少的工具。但在實際運行過程中，由于調(diào)度自動化 系統(tǒng)自身也可能出現(xiàn)各種異常情況，如:自動化系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)中斷、數(shù)據(jù)采集 通道中斷、系統(tǒng)軟件異常等，倘若發(fā)生異常情況而沒有及時發(fā)現(xiàn)，則可能導(dǎo)致調(diào) 度人員無法進(jìn)行正常的調(diào)度指揮，嚴(yán)重時可能影響整個電網(wǎng)的安全運行，造成巨 大的經(jīng)濟(jì)損失。 調(diào)度自動化系統(tǒng)的另一重要任務(wù)是，保證電能質(zhì)量，保持頻率、電壓、波形 合格。這就必須時刻保持發(fā)電和用電的瞬時平衡。由于電能不易大量貯存，而用 戶的用電是隨機(jī)的，要時刻保持供需平衡，就要求調(diào)度必須提前預(yù)計社會用電需 求，并依此進(jìn)行事前的電力電量平衡，編制不同時段的調(diào)度計劃和統(tǒng)一安排電力 設(shè)施的檢修和備用。 在實際運行過程中調(diào)度一方面要依靠先進(jìn)的調(diào)度自動化通信 系統(tǒng)，密切監(jiān)視發(fā)電廠、變電站的運行工況和電網(wǎng)安全水平，迅速處理時刻變化 的大量運行信息，正確下達(dá)調(diào)度指令;另一方面要實時調(diào)整發(fā)電出力以跟蹤負(fù)荷 變化，滿足用電需求。 在實際的調(diào)度過程中，還需要綜合考慮國家能源政策和環(huán)保政策，以及電源 分布、負(fù)荷需求、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及防汛、環(huán)保等因素，按照公平、公正的原則合理 安排發(fā)電，實現(xiàn)發(fā)電資源的優(yōu)化利用，以提高國家電力能源利用效益。 配網(wǎng)自動化就是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)配電系 統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制和配電管理的現(xiàn)代化。隨著國民經(jīng) 濟(jì)的高速發(fā)展和改革開放的深入， 電力用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來 越高，電壓波動和短時的停電都會造成巨大的損失。因此，需要結(jié)合電網(wǎng)改造在 配電網(wǎng)中實現(xiàn)配電自動化，以提高配電網(wǎng)的管理水平，為廣大電力用戶不間斷的 提供優(yōu)質(zhì)電能。 通常，10kV 及以下電力網(wǎng)絡(luò)屬于配電網(wǎng)絡(luò)，其中35kV 及以上屬于高壓配電 網(wǎng);1kV 及以上屬于中壓配電網(wǎng);380/220V 屬于低壓配電網(wǎng)。本文要討論的配電自動化特指 10kV 中壓配電網(wǎng)的自動化。

1、配網(wǎng)自動化的內(nèi)容

配網(wǎng)自動化的功能應(yīng)包括配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集與控制(SCADA) ，饋線自動化 (FA，即故障定位、隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù)) 、負(fù)荷管理、地理信息系統(tǒng) (AM/FM/GIS) 、配電應(yīng)用分析(PAS)等。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的特點是：①信息量 大;②在線分析和離線管理緊密結(jié)合;③應(yīng)用分析和終端設(shè)備緊密結(jié)合;④一次設(shè)備和二次設(shè)備緊密結(jié)合。本文認(rèn)為配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)包括以下五方面： 配電網(wǎng)架規(guī)劃、饋線自動化的實施、配電設(shè)備的選擇、通信系統(tǒng)建設(shè)和配網(wǎng)主站 建設(shè)。

1.1.配電網(wǎng)架規(guī)劃

合理的配電網(wǎng)架是實施配電自動化的基礎(chǔ)， 配電網(wǎng)架規(guī)劃是實施配電自動化 的第一步，配電網(wǎng)架規(guī)劃應(yīng)遵循如下原則： (1)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)實際; (2)主干線路宜采用環(huán)網(wǎng)接線、 開式運行，導(dǎo)線和設(shè)備應(yīng)滿足負(fù)荷轉(zhuǎn)移的 要求; (3)主干線路宜分為 3~5 段，并裝設(shè)分段開關(guān)，分段主要考慮負(fù)荷密度、負(fù) 荷性質(zhì)和線路長度; (4)配電設(shè)備自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遙控和智能功能。

1.2.饋線自動化的實施

配電網(wǎng)中的停電包括兩部分：檢修停電和故障停電，提高供電可靠性就是要 在正常檢修時縮小因檢修造成的停電范圍;在發(fā)生故障時，減小停電范圍，縮短 停電時間。這就要求對具有雙電源或多電源的配電網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行檢修時，只對檢 修區(qū)段進(jìn)行停電，通過倒路操作給非檢修區(qū)段進(jìn)行供電;故障時快速的對故障進(jìn) 行定位、隔離、恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。 配電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成有電纜和架空線路兩種方式。 電纜網(wǎng)絡(luò)多采用具有遠(yuǎn)方操作 功能的環(huán)網(wǎng)開關(guān)，對一次設(shè)備和通信系統(tǒng)的要求高，適合于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城區(qū);對 于大多數(shù)縣級城市， 配網(wǎng)改造必須綜合考慮資金和效果兩個因素， 采用以重合器、分段器和負(fù)荷開關(guān)為主的架空網(wǎng)絡(luò)方案比較合適。其中，架空線路雙電源手拉手 供電是最基本的形式。線路主干線分段的數(shù)量取決于對供電可靠性要求的選擇。 理論上講，分段越多，故障停電的范圍越小，同時實現(xiàn)自動化的方案也越復(fù)雜。 在手拉手供電方式下，要求系統(tǒng)對各分段的故障能夠自動識別并切除，最大限度 縮短非故障區(qū)域的停電時間。 實現(xiàn)故障的自動隔離、非故障區(qū)段的恢復(fù)可以采取多種方法，取決于自動化 裝置的技術(shù)特點和整體方案。一般有就地控制和主站控制兩種方式，就地控制以 饋線終端單元(FTU)之間的配合為主，不需要通信通道，通過對線路過流或失 壓的監(jiān)測， 以及對開關(guān)分合閘的邏輯控制實現(xiàn)故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)段的供 電恢復(fù);主站控制方式需要有可靠的通信通道，通過主站軟件對 FTU 上傳信息的 分析判斷，制定合理的隔離策略和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略，遠(yuǎn)方控制配電開關(guān)實現(xiàn)故障區(qū) 段的隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)。

1.3. 配電設(shè)備的選擇

在配電自動化系統(tǒng)中，配電設(shè)備應(yīng)包括一次設(shè)備——配電開關(guān)，二次設(shè)備— —饋線遠(yuǎn)方終端(FTU) 、配變終端單元(TTU)等，以及為一、二次設(shè)備提供操 作電源和工作電源的電源設(shè)備。 實施配電自動化，必須以重合器、分段器、負(fù)荷開關(guān)等具有機(jī)電一體化特性 的自動配電開關(guān)設(shè)備為基礎(chǔ)， 在架空線路上作為分段和隔離故障用的開關(guān)應(yīng)該具 有免維護(hù)、操作可靠、體積小和安裝方便的特點，并且能適應(yīng)戶外嚴(yán)酷的環(huán)境條 件。 饋線遠(yuǎn)方終端(FTU)用于采集開關(guān)的運行數(shù)據(jù)、控制開關(guān)的分合，為了達(dá) 到“四遙”功能，必須具有通信功能。 配變終端單元(TTU)用于采集配電變壓器低壓側(cè)的運行數(shù)據(jù)，控制低壓電 容器投切用于無功補償，通信的實時性要求低于 FTU。 開關(guān)的操作電源和 FTU 的工作電源要根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的具體情況確定， 可以從 380/220V 低壓網(wǎng)絡(luò)直接取得，也可以從 10kV 線路通過互感器獲得;采用 蓄電池或 UPS 作為后備電源，也可以從其它配電線路獲得后備電源。 需特別注意的是，配電設(shè)備都在戶外布置，其工況條件惡劣，必須達(dá)到特定的運行環(huán)境要求，否則實施配電自動化不但無法提高供電可靠性，還會降低供電 可靠性。

1.4.通信系統(tǒng)建設(shè)

通信系統(tǒng)是主站系統(tǒng)與配電網(wǎng)終端設(shè)備聯(lián)接的紐帶， 主站與終端設(shè)備間的信 息交互都是通過通信系統(tǒng)完成，因此必須有穩(wěn)定可靠的通信系統(tǒng)，才能實現(xiàn)配電 自動化的功能。通信方式有：光纖通信、電力線載波、有線電纜、無線擴(kuò)頻、借 助公眾通信網(wǎng)等多種。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通信具有終端設(shè)備多，單臺設(shè)備的數(shù)據(jù) 量小，實時性要求不同的特點，因此應(yīng)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件確定 合理的通信系統(tǒng)，同時要考慮調(diào)度自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)。一般的，城區(qū) 10kV 主干線路采用光纜通信，建成光纜主干網(wǎng)，用于配電開關(guān)和主站間的實時通信; 城區(qū) 10kV 分支線路、變臺監(jiān)控、無功補償?shù)炔捎糜芯€通信，就近接入光纜主干 網(wǎng)，或采用其它通信方式。

1.5.配網(wǎng)主站建設(shè)

配網(wǎng)主站是整個配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，應(yīng)完成以下功能： (1)配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)采集與控制(SCADA) ：通過終端設(shè)備和通信系統(tǒng)將配 電網(wǎng)的實時狀態(tài)傳送到主站，在主站對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制， 與調(diào)度 自動化類似。包括配電開關(guān)的狀態(tài)，保護(hù)動作信息，運行數(shù)據(jù)等。 (2)提供主站控制方式下的饋線自動化功能，用于完成線路故障的快速定 位、隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)，要求適用于各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。 (3)配電地理信息管理(AM/FM/GIS) ：以地理圖為背景對配電設(shè)備、配電 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層次管理，包括查詢、統(tǒng)計等。 (4)配電網(wǎng)應(yīng)用分析(PAS) ：對 SCADA 系統(tǒng)采集 的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算， 為調(diào)度員提供輔助決策， 包括： 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?狀態(tài)估計、 潮計算、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、無功優(yōu)化、仿真培訓(xùn)等， 配電網(wǎng)具有與輸電網(wǎng)不同的特點， 因此配電網(wǎng)應(yīng)用分析的算法與能量管理系統(tǒng)(EMS)有所不同。 (5)與其它應(yīng)用系統(tǒng)(如 MIS 系統(tǒng))接口：根據(jù)生產(chǎn)和管理的要求，配電 主站系統(tǒng)需要與其它應(yīng)用系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)， 給供電企業(yè)內(nèi)部其它部門提供配電網(wǎng)的信息。 配網(wǎng)主站的建設(shè)應(yīng)遵循統(tǒng)籌規(guī)劃分步實施的原則， 在規(guī)劃時要考慮系統(tǒng)的安 全可靠、實用和易于擴(kuò)展。配網(wǎng)主站管理的對象是配電線路中的設(shè)備，而調(diào)度管 理的是變電所內(nèi)的設(shè)備，兩者結(jié)構(gòu)類似，因此從投資和系統(tǒng)投入運行后維護(hù)管理 的方便性考慮，對于縣級電網(wǎng)宜考慮配調(diào)一體化的主站設(shè)計方案。