基于配網自動化技術的供電可靠性分析研究

(三峽大學，湖北 宜昌 443002)

1 引言

隨著電網建設的不斷加快和人民生活水平不斷提高，用電客戶對用電需求也是與日俱增，隨之而來的供電可靠性以及穩定性要求也不斷提高。配電網在電力系統中直接與用戶緊密連接，直接關系到用戶的用電質量，其可靠性受關注受關注程度也是居高不下[1]。

電力系統中針對配網可靠性的提高主要從以下兩方面進行：降低配電網故障次數和降低故障給配網帶來的影響。配網故障次數主要受實際運行條件和設備質量以及環境條件影響，變化系數很大，很難進行預估。在電力系統內，針對配網可靠性的提高，大多研究也是朝著降低故障對配網影響方向進行發展。配電自動化(DA)是一個集成微機技術，自控技術，數據傳輸技術，用戶及地理圖形于一體的自動化系統，它可以實現配網監控自動化管理以及信息化管理[2]。

目前，蒙特卡羅模擬法[3-5]和解析法已經在配網的可靠性評估中廣泛應用。根據方法研究方向的不同，分析法又分為以下常用幾種：故障模式影響分析法[6]，狀態空間法，網絡等效法以及最小路徑法。但是現有的方法對于配網評估是將預想事故整體考慮，對于故障處理的流程并沒有仔細研究，因此評估的準確性大打折扣。目前，隨著電網的不斷延伸發展，配網自動化出現各種各樣的模式，不同模式的功能對配網可靠性的影響均有所不同。本文主要從四類配網自動化模式進行闡述，根據其不同功能進行實例分析并針對配網可靠性評估[7]進行定量分析。

2 配電網的可靠性指標

配電網可靠性指標根據功能不同分為如下兩類：負荷點指標和系統指標[7]。負荷點指標主要又細分為三個小指標：平均故障率λ，平均斷電時間U以及每次故障平均停電持續時間γ(γ=U/λ)，三個小指標構成一個簡單的閉環。系統的可靠性指標根據功能又劃分為如下幾個小指標：平均供電可用度，長時停電效率，短時停電效率，長時停電持續時間，系統總電量不足以及系統平均電量不足等。

隨著科技和經濟的發展，越來越多的數字高科技設備在企業中應用，這些設備對用電質量有嚴格要求，停電甚至短期停電都會造成嚴重的經濟損失。特別是配網自動化技術不斷普及后，短時停電現象常有發生，給供電可靠性帶來嚴重的影響，也使之成為在用戶停電事件中的比重“巨頭”，無法預期短期停電是現有配網可靠性評估方法的一種極為重要的缺陷。

3 配網自動化模式

3.1 故障定位系統模式

配網故障定位系統主要功能是當配網線路發生故障時，工作人員能通過后臺監控及時發現故障信息，從而確定故障區域，采取有效措施解決故障。它一般只能對故障進行跟蹤定位并且指示，不能自動進行故障處理，通過配網自動化技術，可實現故障信息集中上報，重要故障信息篩選以及在線監控。

圖1為配網故障定位系統的結構模型圖。在線路上由多個柱上開關組成，在圖中用圓圈表示。其中實體代表開關閉合，空心代表開關打開；故障指示燈在圖中用ID表示，當故障電流流過時會進行反轉變色，其本身不具備遠程通信功能。當故障發生在柱上開關J和K之間時，如果B、C及J開關處的故障指示燈發生變色而其他地方的故障指示燈不變色，從而可以判斷故障發生在J和K柱上開關之間的區域。

圖1 配網故障定位系統結構模型圖

3.2 就地饋線自動化系統模式

就地饋線自動化系統主要功能是在配網線路發生故障時實現故障區域自動判斷和隔離，并通過自動化技術實現故障區域供電自動恢復，它主要通過設備相互配合或采用光纖“網絡式”來實現。就地饋線自動化系統模式具有自動處理故障功能，相比故障定位系統更具優勢，配合先進的自動化技術，可擴展實現配網線路的運行監控，實現遙控，遙信，遙測及對時。

一般分為如下兩種典型模式：自動重合器饋線自動化模式和智能分布模式。

智能分布式模式的工作原理示意圖如圖2所示，主要由開關、分合閘以及保護終端設備(FTU)組成，其中開關用矩形框表示，合閘、分閘分別用實心和空心表示，標有不同編號的開關都和相應保護終端設備(FTU)相互連接。在模式圖中，通信線路用虛線表示，FTU的上行及下行方向分別用“A”和“B”表示。

圖2 智能分布模式工作原理示意圖

如圖2所示，當2和3開關之間故障發生時，根據潮流方向保護終端設備1和2能夠快速檢測到故障電流并迅速中斷保護。同時，根據保護裝置的速動性和準確性，保護終端設備2向裝置1和3分別發出分閘閉鎖報文。根據保護裝置的雙向性，保護終端設備1也對保護終端設備2發出分閘報文。保護終端設備2和3接收到報文后立即進行開關分閘，保護終端設備1因收到分閘閉鎖報文而維持相應的開關處于合閘狀態。在經過短暫的延時，保護終端設備4檢測到其一側失壓而啟動延時合閘計數器進行驅動相應開關合閘，實現隔離故障區段，恢復受故障影響的健全區域段供電。

3.3 集中饋線自動化系統模式

集中饋線自動化主要功能是通過數據采集終端設備[8]在配網正常運行期間對配網實時在線監控及遠程控制；當配網發生故障時，能夠自動判斷故障區域并確定遠離故障區，自動完成受故障影響的健全區域的供電系統恢復[9]。

集中饋線自動模式根據功能不同可劃分如下幾種：故障處理，正常運行監控，變電站饋線監測。通過自動化技術進行功能擴展還可實現故障指示功能、變電站饋線遙控功能以及GIS等功能。具體而言，可分為兩種類型：全自動和半自動。

(1) 全自動方式。配網主站或子站通過采集區域內配電終端信息進行配網運行狀態的確定，通過故障識別及定位自動對故障進行隔離及非故障區的電源恢復。

(2) 半自動方式。配網主站或子站通過采集區域內配電終端信息進行配網運行狀態的確定，通過故障識別及定位遙控或人工進行故障隔離及非故障區恢復供電。

3.4 調/配一體化平臺的自動化系統模式

調/配一體化平臺的自動化系統是一個能實現生產信息管理系統、集約化調度系統、GIS系統、計量自動化和配網集成系統數據共享的實時應用系統，能全面支持配電網生產管理，實現配網經濟運行。調/配一體化平臺的自動化系統能夠對故障信息上報和自動排除，對配網運行具有監控功能以及實現變電站監控功能。還可以根據故障指示進行選擇。調/配一體化平臺的自動化系統可以將縣級電網調度自動化系統和無人值班變電站控制系統集成在一起。城市配電網自動化系統和配電地理信息系統(GIS)功能，減少設備冗余并確保數據一致性。

4 配網自動化對供電可靠性的影響

配電自動化設備對于配網的故障診斷及故障處理具有重要的作業，一旦配網自動化設備失去作用，將導致整個饋線處于斷電狀態，同時實現故障定位也十分困難。故障定位需要人工進行逐項排查，現場查找故障點，而且排查期間受天氣環境影響，故障所在饋線將長期處于停電狀態，并且需要人工多次分合閘，對配網可靠性指標造成嚴重影響。引入配電自動化設備以提高供電可靠性主要體現在縮小故障范圍和縮短故障處理時間。

4.1 縮小故障影響范圍

如圖3所示，是一個典型的“手拉手”環狀配電網。A和G表示饋線出線開關，B、C、E和F為分段開關，D為聯絡開關。在配電網運行正常情況下，整個配網處于開環狀態，D斷開，B、C、E和F閉合，兩條饋線的供電由兩個配電站提供。

當故障發生在A和B之間時，如果配電網饋線監控終端安裝在A～G開關上，通過網絡連接到配電網主站的后臺計算機，自動斷開開關B、關閉開關D進行隔離故障，實現b、c區段供電，縮小故障影響范圍。

圖3 配網運行狀態

4.2 縮短故障處理所需時間

以應用配電自動化系統的某供電公司為例。當配網主變發生故障時，自動操作只需要5min，工作人員人工操作需要30min；如果其他變壓器組合其他配電站，由配網自動化系統完成需要15min，人工操作則需要120min。當配電網運行線路出現故障時，通過配電自動化系統自動控制恢復送電時間平均為3min，如果由人工操作則需要55min。

5 結論

在我國電力系統建設“一強三優”堅強智能電網的背景下，配網自動化建設是電網發展和人民需求的必然趨勢和要求。通過現有的配網自動化技術對配網運行數據進行監控分析，通過分析進行故障診斷及隔離，及時高效進行反饋處理，提高供電可靠性。結合先進的大數據統計分析技術，配網自動化技術將得到新的發展，為供電可靠性帶來進一步的提升。