佛山配電網基于供電可靠性的配電自動化建設研究

吳盛友

摘 要：供電網絡是否安全、可靠、優質、經濟地向用戶提供電能越來越受到人們的關注，提高配電網供電可靠性最直接有效的方法是在配電網中安裝分段開關和聯絡開關，形成“多分段、多聯絡”的供電格局，采用配電自動化中的故障區段定位功能自動判斷并快速隔離故障區段，從而達到減少停電時間和停電范圍。文章結合佛山配電自動化建設實踐，針對在工程規劃和實施過程中重點解決的問題，從配電網典型接線模式、配電自動化系統設計和饋線主動化配置等方面論述了提高系統供電可靠性的方法。

關鍵詞：配電網；接線模式；供電可靠性；配電自動化

前言

隨著我國國民經濟的發展，電力用戶對電力供應的可靠性和電力服務的要求越來越高，市場經濟的發展對電力企業自身的供電能力和電力服務水平也提出了更高的要求。配電網是電力產品生產、輸送、銷售環節中面向廣大用戶的最后一環，位于電力系統與電力消費者的交互位置，將電力產品（電能）轉化為商品進入流通領域，電力系統的效益在配電網這一環節直接體現。

實施配電自動化可以減少故障次數，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據，為配網運行提供現代化的管理手段，提高配網運行管理水平和工作效率，從而有利于供電企業提供持續、穩定、優質的電能，為社會政治、經濟、文化發展和人民日常生活提供穩定有力的電力保障，以進一步滿足社會生產發展和人民生活水平提高的需要。

1 國內外配電自動化建設現狀

1.1 國外

日本發展了以遠方監控、故障后按時限自動順序送電為主的配網自動化技術。以九州電力為例，該公司從1985年開始在配電網中引入自動化技術，此時配電網的停電時間是18分/年戶，1994年實現所有負荷開關的遠方控制后，到1999年為止的統計數據顯示，全公司配電網的停電時間保持在1～2分/年戶水平。用戶的停電次數也從1985年的0.32次/年戶降到1995年以后的0.02-0.03次/年戶。可見：配網自動化提高了故障定位、隔離和恢復能力，對因事故而引起的用戶平均停電時間大大縮短，提高了用戶供電的可靠性。

美國配電網在80年代已經具有較好的網絡結構，環網率高，其配網自動化技術也已達相當高的水平。以紐約長島照明公司為例，為提升客戶滿意度，該公司在1993年投運了由850個DART RTU和無線數字電臺組成的以配電網故障快速隔離和負荷轉移為主的配網自動化系統，可在43s內完成故障區間隔離和非故障區間的自動恢復送電。整個系統的建設大致經歷了3個階段，主要有：自動化分段，引入通信和SCADA系統，非故障段自動恢復供電。

1.2 國內

廣州、深圳配網自動化注重信息交互，將配網自動化系統通過“準實時數據平臺”（PI數據庫）與調度自動化、計量自動化系統等其他系統交互數據，將配網自動化系統納入到“大信息化”系統中去，以GIS和配電數據采集系統為基礎，為上層的配電管理系統提供數據和模型支持，在企業應用總線（EAI）的基礎上，實現多系統的“統一平臺，統一模型，統一數據，靈活應用”。主要實現配網SCADA、網絡拓撲和故障檢測與處理的功能；未來根據實際需要，實現配網潮流、網絡重構、無功優化、配網仿真等高級功能。中山市針對城市中心區重點推進配網自動化“三遙”建設；針對電纜網推廣使用電纜短路故障定位系統，實現“二遙+故障定位”功能；針對架空線推廣饋線自動化技術，實現“二遙+饋線自動化”功能。同時，接入計量自動化系統終端負荷數據，基本實現了10kV配電網負荷分布功能和故障的快速定位。

2 佛山10kV配電網典型接線模式

2.1 電纜線路接線模式

為有效利用現有的單環網網架基礎，進一步優化網絡結構，增加電源點，佛山供電局借鑒雙環網設計思路，在單環網之間增設聯絡線，聯絡線設在重要負荷處，實現單環網三電源兩主一備供電，如圖1所示。通過在兩組獨立的單環網之間設置聯絡線，可在單環網兩側電源全部失去的情況下，通過投入單環網間的聯絡線，將本環網負荷轉移由對側環網供電，從而提高供電可靠性。核心區已建成區域的環網基本全部為單環網。但由于通道和現場條件限制，建成區域的單環網改造成雙環網難度高。在城市核心區內的新建開發用地，優先采用雙環網四電源接線，自兩個變電站的不同段母線各引出一回線路或同一變電站的不同段母線各引出一回線路，一般同路徑敷設，構成雙環式接線方式。雙環網中對于每個負荷節點，均存在4回電源進線，因此負荷轉移能力強，供電可靠性高。另外，雙環網運行方式靈活，通過開環點的設置能夠對環間負荷進行平衡。

2.2 架空線接線模式

以滿足饋線“N-2”停運要求為目標，架空線應在失去兩路電源后仍能夠向外轉移全部非故障段負荷。如采用兩聯絡接線模式，架空線正常運行時的負載率不能高于50%。如采用三聯絡接線模式，架空線正常運行時的負載率不能高于66%。核心區架空線優先采用三聯絡，分段數不低于聯絡數，即四分段三聯絡一主三備，如圖2所示。

3 佛山配電自動化建設實踐

3.1 配電自動化體系結構

配網自動化體系結構決定了配網監控數據的流程、通信系統的結構以及管理工作的流程。選擇一種實用的、穩定的、可持續發展的體系結構對于整個配網自動化的建設和發展是至關重要的。佛山配電自動化建設采用的是集中采集、集中應用模式，體系結構如圖3所示，其中，配網自動化主站系統在企業應用集成總線（EAI）基礎上，以GIS為平臺，集成基于實時應用的配網自動化和基于信息化應用的配電管理系統；配網自動化終端設備包括用于變電站的配電自動化通信匯集點、DTU、FTU等；通信方式按照配網自動化需求，根據各信息量傳輸速度和時間要求，因地制宜的建設相對獨立、先進通信系統，采用光纖和無線公網等多種通信手段。

3.2 配電自動化系統設計原則

配電自動化系統必須遵循IEC61970/IEC61968標準，在現有自動化的基礎上，統一構建數據采集及生產管理平臺，做到各個相關自動化系統及管理系統最大程度地信息共享，按照電監會《電力二次系統安全防護總體方案》關于網絡安全區域劃分的規定，結合佛山配電網實時數據中心系統以及生產管理系統的建設，為實現應用服務的智能化集成與管理，在建設配電自動化系統時需同步建設主站運行服務總線OSB。配電自動化主站系統與其他系統的信息集成建立在數據中心基礎上，各類數據信息的交互通過OSB總線或Web Service方式實現。

3.3 饋線自動化建設方案

實施饋線自動化的目的一是對饋線進行快速地故障定位、故障隔離、非故障區域供電恢復，最大限度地減少故障引起的停電范圍、縮短故障恢復時間；二是對配電網正常運行狀態進行監控。要減少故障引起的停電范圍，就必須使線路合理分段，故障時只跳開靠近故障區域的下游開關，使開關動作引起的停電范圍最小。另外，在進行故障隔離和供電恢復的過程中，盡量使開關不做不必要的動作，以減少開關動作次數，延長開關的使用壽命。

3.3.1 10kV架空線路。10kV配網中性點接地方式以中性點經消弧線圈接地為主，10kV架空線路以單放射型和“2-1”聯絡型為主，主干線上帶有多條分支線，分支線再延伸出多條小分支線，線路結構復雜，而且分支線上的每一次永久或瞬時故障均會引起全條饋線停電，影響范圍較大。因此，10kV架空線路按“電壓-時間”型自動化方案配置，當10kV線路最長路徑（指變電站到最遠10kV用戶的路徑）超過8kM時，或主干線用自動化分段開關分段超過3段時，應配 主干線分段斷路器。主干線分段斷路器FB（配備時限保護）將主干線分為兩段，分段原則主要考慮線路的負荷分布，開關兩側的饋線負荷或線路長度應盡可能相等[1]。

3.3.2 10kV電纜線路。隨著電纜化率的不斷提高，電纜線路故障率增長態勢比較明顯，且線路故障都會導致變電站饋線開關跳閘（或手切），造成整條線路的用戶停電，故障定位和故障隔離等技術手段的欠缺，不能滿足日益增長的供電可靠性要求。由于佛山現狀光纖通道匱乏，不具備實施三遙自動化的通信條件。電纜線路配電自動化參考架空饋線自動化的技術路線實施就地控制型自動化，實現故障定位和故障隔離。主干線分段點采用具有電壓-時間時序邏輯判別和設定時間內故障過流分閘閉鎖功能（簡稱UIT模式）的智能開關柜單元，通過與變電站饋線開關重合閘配合，不依賴主站和通信，自動完成主干線路的故障隔離。分支線開關柜配置過流、零序保護，就地切除短路和接地故障[2]。

3.3.3 環網開關配置。基于提高供電可靠性為主要目的，如不從經濟性和維護工作量考慮，所有環網開關均設置自動化設備，可最大限度的縮小故障區段范圍，對更多的用戶進行及時轉供電。對非專線重要用戶，對重環網設備實現“三遙”，以及對轉供電聯絡點進行“三遙”，在其他區段線路或用戶設備故障時，可進行快速的轉供電，有效保障重要用戶的供電可靠性。

4 結束語

配電自動化一次網絡合理的情況下，能發揮一定的作用，特別是快速隔離故障區域、恢復非故障區域的供電及提高供電可靠性方面有一定的作用。但是，不能過分夸大配電自動化的作用，尤其是配電網絡優化沒有達到合理的程度時，配電自動化對提高可靠性是相當有限的。配電自動化還需重視信息管理功能，不能過份追求和強調故障的尋址、隔離、恢復供電等功能而淡化信息管理功能。信息管理是配電自動化的重要組成部分，它可提高運行、生產管理、規劃水平，從而達到配網真正的優化，提高供電可靠性、改善電壓質量，降低線路損耗、減人增效。

參考文獻

[1]宋若晨，徐文進，楊光，等.基于環間聯絡和配電自動化的配電網高可靠性設計方案[J].電網技術，2014（07）.

[2]沈兵兵，吳琳，王鵬.配電自動化試點工程技術特點及應用成效分析[J].電力系統自動化，2012（18）.