面向供電可靠性的配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃研究

陳春橋

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昭通供電局昭陽分局，云南 昭通 657000）

0 引 言

為有效增強供電可靠性，確保科學(xué)合理開展配電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計工作，首要任務(wù)是以市區(qū)覆蓋規(guī)模為依據(jù)進行優(yōu)化配置，全面考慮各區(qū)域的實際用電需求。為獲得理想的配電自動化效果，還需及時改良并更新各配電操作設(shè)備，借助配置功能全面的終端，將操作、通信及遙測等結(jié)合在一起，使用具有更強密集性的光纖，在改良配電通道的基礎(chǔ)上，進一步增強主站的電力配給能力，從而實現(xiàn)小區(qū)域配電自動化。

1 規(guī)劃設(shè)計供電可靠性配電自動化系統(tǒng)的重要意義

近年來，社會各項生產(chǎn)取得了顯著進步，對電力方面的需求呈現(xiàn)出日益增長的趨勢。然而，我國不少地區(qū)還存在著供電缺乏可靠性、供配電不合理等一系列問題，嚴重阻礙著社會的進一步發(fā)展[1]。其中，供電可靠性的前提是配電系統(tǒng)的合理設(shè)計。但是，在不少配電自動化設(shè)計中，不夠重視地區(qū)差異，未能從地區(qū)實際發(fā)展情況出發(fā)制定有針對性的、科學(xué)的設(shè)計方案，導(dǎo)致無法真正發(fā)揮配電自動化系統(tǒng)的功用。此外，在供電站電力生產(chǎn)過程中，各級配電自動化系統(tǒng)未能嚴格按相關(guān)功能標(biāo)準(zhǔn)進行應(yīng)用。智能供電技術(shù)應(yīng)用不夠或缺乏合理應(yīng)用，未能獲得理想的協(xié)調(diào)效果，大大降低了配電自動化系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)用性。可見，只有從各區(qū)域不同配電標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，合理應(yīng)用各種智能供電技術(shù)，科學(xué)規(guī)劃配電自動化系統(tǒng)，才能為社會各項生產(chǎn)活動提供更加安全可靠的供電服務(wù)[2]。

2 合理劃分供電區(qū)域

在規(guī)劃設(shè)計面向供電可靠性的配電自動化系統(tǒng)前，應(yīng)以區(qū)域配電標(biāo)準(zhǔn)和對供電可靠性要求為依據(jù)，合理劃分供電區(qū)域，然后對配電自動化系統(tǒng)展開針對性規(guī)劃。其中，供電區(qū)域通常可劃分為以下幾類。

（1）A+區(qū)域：指的是電力負荷密集，超過30 MW/km2，對供電可靠性的要求達到99.999%的國家級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、東部重點城市及直轄市的市中心區(qū)等區(qū)域。

（2）A類區(qū)域：電力負荷比較密集，在15～30 MW/km2范圍內(nèi)，對供電可靠性的要求達到99.99%的中西部重點城市市中心及直轄市市區(qū)等區(qū)域。

（3）B類區(qū)域：電力負荷集中，在6～15 MW/km2范圍內(nèi)，對供電可靠性的要求達到99.965%的省級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、重點城市市區(qū)及地級市市中心區(qū)等區(qū)域。

（4）C類區(qū)域：電力負荷相對比較集中，在1～6 MW/km2范圍內(nèi)，對供電可靠性的要求達到99.897%的發(fā)達城鎮(zhèn)、地級市區(qū)等區(qū)域。

（5）D類區(qū)域：電力負荷比較分散，在0.1～1 MW/km2范圍內(nèi)，對供電可靠性的要求為99.828%的一般城鎮(zhèn)、農(nóng)村等區(qū)域。

（6）E類區(qū)域：電力負荷非常分散，一般不超過0.1 MW/km2，對供電可靠性的要求僅需達到對社會承諾便可的偏遠農(nóng)牧區(qū)等區(qū)域。

3 實現(xiàn)供配電自動化系統(tǒng)合理規(guī)劃的常用技術(shù)

3.1 主站規(guī)劃設(shè)計技術(shù)

在開展面向供電可靠性的配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃時，首先應(yīng)將自動化主站劃分為高、中、低三個等級。等級不同，采取的延伸模式也不相同。此外，應(yīng)當(dāng)以等級標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，選擇GIS、PMS等交互型建模平臺，確保能夠及時傳遞并共享信息，從而建立科學(xué)、完善的故障處理和電網(wǎng)監(jiān)控等系統(tǒng)[3]。硬件方面，以信息容量大小為依據(jù)進行合理配置，接入容量不超過40萬點的軟件模塊。隨后合并主站中的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)與服務(wù)器，調(diào)配妥當(dāng)故障處理器，借助信息交互軟件模塊達到信息數(shù)據(jù)共享的目的。需要注意，在中型站內(nèi)，同樣需要配置好相應(yīng)的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，而大型主站配置的軟件應(yīng)用模塊等級也應(yīng)當(dāng)更高。

3.2 配電網(wǎng)終端與通信技術(shù)

在配電自動化系統(tǒng)中，配電網(wǎng)終端是不容忽視的一部分，可分為三遙和二遙兩類終端。其中，三遙終端能夠整合故障信息，向功能配電端上報，同時具備遙控、遙測和遙信等功能。該終端通常需使用光纖通道，并展開非對稱加密，要求控制的開關(guān)具備電動操作的機構(gòu)。二遙終端指的是具備電流遙測、故障信息上報等功能的配電終端，不具有遙控的功能，但具備本地保護功能，可采用GPRS或無線專網(wǎng)的方式。

3.3 繼電保護技術(shù)

此項技術(shù)的主旨是確保供電的可靠性。在城市配電網(wǎng)方面，它具有供電半徑短、短路時容量高等特點。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時，電流水平差異較小，給電力定值整定工作帶來了一定難度。此時，可采取級差保護措施，保證主干線與分支線在故障狀態(tài)下也不會產(chǎn)生干擾。在農(nóng)村配電網(wǎng)方面，它具備供電半徑長、分支多和短路時容量低等特點。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時，電流水平差異比較明顯，通過安裝斷路器將三段式過流保護設(shè)置在主干線上等方式，便可將故障快速切除[4]。

4 配電終端和繼電保護的差異化配置

4.1 配電終端的估算

相關(guān)研究人員指出，配電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿足N-1準(zhǔn)則條件時，估算配電終端數(shù)量的方法。其中，全部安裝三遙終端或全部安裝二遙終端時，計算方式略有差異。當(dāng)結(jié)合三遙與二遙終端時，假設(shè)每條饋線安裝的三遙終端為k3臺，將饋線分為用戶均等的k3+1段，在每個三遙終端劃分的區(qū)段內(nèi)，安裝二遙終端h臺，那么為確保可靠性AFset符合要求，h應(yīng)當(dāng)滿足條件：

式中，F(xiàn)為故障率，t2與t3分別為故障定位指引下，人工隔離故障區(qū)域所需的時間和修復(fù)故障所需的時間。

4.2 確定相關(guān)分析參數(shù)

在劃分六類區(qū)域時，主要以可靠性指標(biāo)RS-3（供電可用率）進行劃分。統(tǒng)計全國近幾年來不同城市10 kV用戶供電的可靠性發(fā)現(xiàn)，在不考慮限電因素的前提條件下，故障停電戶時數(shù)百分比平均數(shù)γ達到22%。假設(shè)允許供電可用率為ASAI3，那么以該比例進行折算，可得出只考慮故障因素造成停電可靠性指標(biāo)AFset的公式為：

近年來，我國配電網(wǎng)檢測、狀態(tài)檢修等技術(shù)得到顯著發(fā)展，用電管理水平日益升高，非限制性停電用戶的比例明顯降低。同時，在不同區(qū)域內(nèi)，平均故障停電用戶時數(shù)也會有所上升，AFset在ASAI3指標(biāo)恒定條件下也會發(fā)生一定程度的下降。為充分促進電力配置可靠性的提高，應(yīng)當(dāng)遵循普遍適用原則，全面提高各區(qū)域的用電管理水平。

此外，通過統(tǒng)計不同區(qū)域的用電故障率發(fā)現(xiàn)，區(qū)域架空線故障率較低，電纜故障率由之前的升高而變?yōu)榱私档蚚5]。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，將架空線路裸線故障率和電纜故障率分別選定為每年0.2次/km及0.05次/km。待確定相關(guān)參數(shù)后，以全國10 kV供電用戶可靠性數(shù)據(jù)為依據(jù)，可計算不同年份的停電時數(shù)平均值，也可以得出修復(fù)故障的時間及次數(shù)。

4.3 差異化原則的確定

①對于A+類區(qū)域，可采取全電纜的供電模式，并采用三遙配電終端，有效降低故障發(fā)生率的同時，確保故障發(fā)生后能夠?qū)⒐╇娂皶r恢復(fù)。②對于A類區(qū)域，可采取三遙配電終端，供電線路則可選擇絕緣導(dǎo)線或者電纜等。而為有效降低線路故障發(fā)生率，應(yīng)將二遙終端、本地保護以及GPRS通道等融入其中。③對于B類區(qū)域，線路及聯(lián)絡(luò)開關(guān)方面可配置三遙終端，其他可采用GPRS和二遙終端，有效降低電路故障率。④C類區(qū)域的所有終端都可采用GPRS通道和二遙配電終端。⑤D類區(qū)域除了可使用斷路器外，還可選擇三段式過流保護模式，同時結(jié)合GPRS通道和二遙配電終端能夠快速切除故障。實際開展配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃過程中，應(yīng)根據(jù)A+區(qū)域的方式來科學(xué)規(guī)劃重要用戶的相關(guān)系統(tǒng)。

5 結(jié) 論

綜上所述，通過對配電自動化系統(tǒng)展開科學(xué)合理規(guī)劃，可充分提高供電可靠性。實際規(guī)劃設(shè)計時，需要按照供電可靠性的要求來劃分不同的供電區(qū)域，科學(xué)應(yīng)用關(guān)鍵性技術(shù)，通過引入差異化規(guī)劃原則，讓不同供電區(qū)域內(nèi)建設(shè)的配電系統(tǒng)可以滿足供電可靠性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進而促進電力系統(tǒng)快速發(fā)展。

[1] 鄭進嘉.面向供電可靠性的配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃探討[J].科技與創(chuàng)新，2017，26（12）：103.

[2] 劉 健，程紅麗，張志華，等.配電自動化系統(tǒng)中配電終端配置數(shù)量規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（12）：44-50.

[3] 張春躍.基于供電可靠性的配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃分析[J].建材與裝飾，2016，8（25）：223-224.

[4] 吳思謀，蔡秀雯，王海亮.面向供電可靠性的配電網(wǎng)規(guī)劃方法與實踐應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2014，18（6）：70-75.

[5] 陳 凱，戴 建.基于供電可靠性下配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃探討[J].南方農(nóng)機，2017，16（23）：164，166.