電力調度自動化系統中配電自動化設備的應用分析

王智勇

（國網甘肅省電力公司 平涼供電公司，甘肅 平涼 744000）

0 引 言

智能電網建設是國內電力行業為提升供配電質量和發電量而開展的重要舉措。國家在電力規劃過程中針對智能電網領域的發展投入了數百億元資金，在眾多資金技術的支持下，配電自動化設備與電力調度自動化系統深度融合，為電力調度智能化方向發展提供更多助力，有效解決傳統調度模式下因人員誤操作等問題帶來的安全風險，對于提升電力調度質量和效率具有積極意義。

1 配電自動化設備的應用現狀

配電自動化設備實現了電氣設備與自動化、智能化技術的高度融合，在不改變配電設備既有功能的情況下，新增配置了自動化監控相關功能，有效解決了傳統電力設備調度管理過程中存在的人力資源消耗大的問題，能夠結合監測數據結果實現對電力設備的自動控制，在故障隔離、遙測、遙信等方面具有較好的應用效果，同時也可以進一步降低人為操作對設備使用壽命的影響，對于供電質量的提升具有積極意義[1]。配電自動化終端是配電自動化設備的關鍵部分，能夠滿足電力調度對現場配電設備的遠程遙控要求，實現對配電設備運行情況的實時監測與故障報警，在故障應急、故障排查等方面的應用效果良好。電網公司近幾年在配電自動化終端方面的使用率逐年提升，如表1所示，由2017年的47%增長至2020年的90%以上，傳統終端設備中的FLD與站所終端（Distributionn Terminal Unit，DTU）已具有較大的滲透率，因此在年采購數量方面逐年降低，而新型的配電變壓器監測終端（distribution Transfomer supervisong Teminal Unit，TTU）設備使用需求則逐年提升，充分表明了電力企業對于配電自動化終端設備推廣應用與優化升級等相關工作的重視，配電自動化設備在電力調度自動化系統中發揮的作用也將逐步提升。

表1 電網公司配電自動化終端使用情況

2 配電自動化設備結構組成及功能特性

配電自動化設備主要包括人機接口、中心監控、通信終端等相關組成部分。配電自動化設備對電力系統各設備功率、電壓、電流等相關參數的監測數據結果需要借助人機接口顯示給電力調度工作人員，同時也是各設備配置與維護的重要窗口。在實際應用過程中，工作人員可以借助人機接口掌握配電自動化終端相關設備狀態，也可以對設備進行優化設計，是發揮配電自動化設備功能的重要組成部分。

監控模塊主要是為工作人員提供監測和控制配電系統相關設備的功能，能夠對配電網運行過程中的故障隱患進行快速監測，也能夠更好地發揮配電自動化設備的遠程通信功能。該模塊主要包括故障檢測、模擬量輸入、遠程通信以及功率參數計算相關功能。

通信終端用于建立配電自動化設備之間的通信聯系，主要具有無線通信、光纖通信以及載波通信等多種形式，對于滿足配電自動化設備遠程監控、故障隔離、故障診斷等功能需求具有重要作用[5]。

3 配電自動化設備在電力調度自動化系統中的應用優勢

3.1 改善供配電質量

配電自動化設備能夠輔助電力調度實現對配電線路的全面測控，有效解決偏遠區域供配電狀態的監測難題，在滿足設備運行狀態實時記錄分析需求的基礎上，能夠在故障時實現對故障點位的快速定位，并借助遠程控制系統完成相關調控與維修處理操作[2]。在對供配電質量優化過程中，配電自動化設備能夠輔助電力調度自動化系統將頻率偏差控制在0.5 Hz乃至0.2 Hz范圍內，在電壓參數超出規定范圍時完成自動化動作，對電力系統運行期間產生的多次諧波、電壓波動等異常情況進行抑制乃至消除。如在電力系統運行過程中，如果出現過壓、欠壓、斷電等異常情況時，不間斷電源系統（Uninterruptible Power Supply，UPS）等配電自動化設備能夠滿足系統的短時供配電質量調整需求，為故障應急處理預留充足時間。

3.2 改善電力系統設備運行效率

配電網設備運行過程中常見過負荷、欠負荷等運行效率低下的問題，這與設備容量的規劃調整不到位存在關聯，也存在輸電線路承壓不均勻等異常情況。針對影響配電設備運行效率的各類問題，配電自動化設備能夠對相關電力參數進行監測，并在電力調度自動化系統中發出相關預警信息，同時也可以結合智能化應用對數據進行分析應用，為調度工作人員提供可靠的處理措施，甚至能夠自動完成斷路器切除、調壓等相關操作，實現對故障影響的進一步控制。在10 kV配電網中，電力企業常用的設備之一為支柱負載開關，該開關設備與配電自動化設備聯合應用，能夠對電網停電范圍進行有效控制，大幅度緩解了故障危害，對于維護電力企業經濟效益具有重要意義。此外，配電自動化設備的應用能夠完成對電力設備的遠程自動控制與智能化調節，對于設備狀態檢修的推行具有積極意義，避免耗費較多人力資源進行設備維護或操作[3]。

3.3 故障預測以提升電力系統運行穩定性

電力調度自動化系統運行過程中，能夠依靠SA與SE等功能應用實現對電力設備運行狀態的評估分析，通過提前預測故障的方式提升電力系統的運行穩定性。SA即為安全分析，具有動態分析與靜態分析2種形式，旨在通過對配電網相關設備運行參數的分析，同時依靠人為、外界影響以及系統內部等各類故障數據實現對故障情況的有效預測，并依靠數據庫中存儲的同類故障處理措施匹配出適宜的故障解決策略[4，5]。由于輸配電系統涉及的設備數量多、運行參數復雜多樣，在故障預測過程中無法單純依靠最基礎的數據將故障情況有效地展示出來，最終用于故障判斷的數據結果需要依靠大量的計算工作來獲取，此時則需要借助SE進行數據處理，實現對輸配電系統運行狀態的評估分析。當前配電自動化設備在實際應用過程中通常選擇配置SE與SA等專業軟件，實現了對電力系統運行穩定性的有效提升。

4 電力調度自動化系統中配電自動化設備的具體應用

配電自動化設備主要的功能是故障隔離、狀態監測、設備通信等，能夠從安全、效率等方面為電力調度自動化系統提供幫助。配電自動化設備的具體應用如下文所述。

4.1 設備通信

配電自動化系統依靠獨立配電子站實現對現場設備狀態參數的采集與發送相關工作，子站不僅能夠對所轄設備數據進行處理，也能夠與周邊配電自動化終端建立通信聯系，實現對相關數據的發送與接收，為自動控制提供通信基礎。隨著通信技術發展，配電自動化系統子站能夠借助光纖網絡、數值同步相關技術建立具有更高傳輸效率的穩定傳輸通道，用于配電主站與子站之間的通信連接。傳統通信技術在傳輸距離遠、分布范圍廣的配電網數據通信過程中缺乏實用性，在新技術的支持下，電力企業能夠徹底解決電壓狀態監測范圍方面的限制，滿足電力調度自動化系統對輸配電線路狀態的監測與遠程控制需求。

4.2 狀態監測與故障報警

為提升電力系統的運維管理可靠性，電力企業通常選擇為系統設備裝設故障監測與報警相關功能，避免因故障長時間未被發現導致嚴重的經濟、社會影響。在電力調度自動化系統中，配電自動化設備在狀態監測與故障報警方面的常見應用類型為單向接地故障或相間短路故障監測，系統對2類故障的監測數據需要借助配電自動化設備進行傳輸，配電自動化主站能夠根據子站提供的數據信息進行對比分析，實現對故障狀態和故障位置的精準判斷，在為調度工作人員發出報警信息的同時，還可以借助專家系統等智能化應用提供故障解決策略。

故障指示器是電力調度自動化系統中常用的配電自動化設備之一，能夠滿足系統對線路故障的監測與定位需求，常用于電力電纜、開關柜、架空線路等設備中。在故障指示器應用時需要基于區域內線路供電情況進行綜合分析，借助通信終端、故障定位主站以及故障指示器對線路故障進行精準定位。常用的處理模式包括故障指示器模式、故障指示器與通信終端聯合應用模式以及通信終端、定位主站與故障指示器聯合應用模式。第1種模式需要人員現場進行巡視和查看；第2種模式能夠借助無線網絡遠程查看故障信息；第3種模式能夠直接完成故障線路電流相關信息的遙測與分析，為工作人員提供故障處理策略。

4.3 故障隔離

輸配電線路短路等故障發生后，電力調度自動化系統應及時將故障線路切除，避免對非故障現場造成影響，實現對故障影響范圍的有效控制。故障隔離是配電自動化設備的重要應用形式之一，配電自動化設備能夠對輸配電線路、斷路器相關設備狀態進行監測和自動控制，在故障發生后能夠快速切除相關斷路器，保障非故障線路正常供電的同時為故障線路的處理預留更多時間。

FTU饋線終端主要用于解決傳統架空線路故障時處理效率低下、人力資源需求等問題。傳統FTU終端設備為電壓-時間相關聯的自動化設備，在故障發生后需要借助主站實現對各終端設備的數據交換，進而完成線路故障點位判斷，最終需要耗費的時間相對較多。在智能分布式饋線自動化設備的支持下，各FTU之間能夠直接建立聯系，通過連續重合的方式將故障區段隔離，以更高的效率恢復供電。

饋線自動化開關作為配電自動化設備的重要類型，對于隔離故障線路、提升設備運行穩定性具有重要意義。例如，智能柱上斷路器內部設有保護模塊與自動控制模塊，能夠在配網故障情況下實現對零序電流、負荷電流或短路電流的自動切除，更高效地完成自動重合閘、斷路器保護等相關工作，通常裝設于饋線干線或支線區域，并采取保護邏輯規避誤動問題；智能柱上負荷開關具備無壓延時或有壓延時等自動合閘控制功能，具有電壓型與電流型等多種形式，能夠實現對零序或負荷電流的自動切除以及故障點的自動隔離，常用于饋線主線或支線；饋線智能控制器則能夠連接負荷開關、重合器以及斷路器等設備，有效提升配網故障處理效率。

5 結 論

在電力調度自動化系統中應用配電自動化設備對于改善電力系統供電質量、提升設備運行效率與運行穩定性具有重要作用，相關電力企業需要持續加強對配電自動化設備通信技術、故障隔離技術、故障監測分析技術的研究應用，持續提升電力調度自動化系統的智能化水平，確保電力系統的平穩可靠運行。