山區(qū)配電網(wǎng)自動化建設的難點分析及對策

李 巍

（國網(wǎng)谷城縣供電公司，湖北 襄陽 441000）

電力系統(tǒng)跟隨社會發(fā)展的第一步就是配電網(wǎng)自動化，能夠監(jiān)督配網(wǎng)運行是否正常并及時查出異常點，快速隔離故障區(qū)，并降低因電力故障導致的供電異常，大幅度縮短停電時間。在配電網(wǎng)無異常的情況下，根據(jù)配電網(wǎng)電壓合理控制無功能負荷和電壓水平，合理控制用電負荷。目前用戶的各方面意識越來越高，不管城市還是山村都對供電可靠性提出了更高的要求。目前，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是提高電網(wǎng)管理水平的重要手段之一。該系統(tǒng)已在中心城市的近郊地區(qū)試點，未來將根據(jù)可行性與山區(qū)特點合理建設配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。

1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)簡介及可行性標準

1.1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)簡介

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是結(jié)合了現(xiàn)代多種電子設備技術的產(chǎn)物，使配電網(wǎng)不管在故障時期還是正常過情況下都能正常運行，可以將監(jiān)測、控制、隔絕和供電管理等融為一體，以此做出最有效率的決策，減少因故障問題而導致的用戶用電問題。配電網(wǎng)自動化的建設也能拉動用戶對企業(yè)的信任，建立良好的關系，以更優(yōu)的用電質(zhì)量來滿足用戶的多重需求，提高供電的經(jīng)濟性與安全可靠性[1]。配電網(wǎng)自動化建設是保證城市用電的關鍵因素，也是電力系統(tǒng)建設的重要部分。

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容如下：1）饋線自動化。該自動化內(nèi)容主要完成饋電線路的監(jiān)測、控制及診斷、隔離與重構(gòu)。2）變電站自動化。具體包括自動控制技術、信息處理、傳輸技術3 個技術類型，通過技術或自動裝置系統(tǒng)對變電站進行一系列自動化系統(tǒng)。3）配電管理系統(tǒng)。DMS 是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的中心基站，管理整個配電站的一系列自動化系統(tǒng)，包括控制、隕石和管理等。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的基本運行圖如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的基本運行圖

1.2 配電網(wǎng)運行可靠性的標準

配電網(wǎng)運行的可靠性是運行前至關重要的因素，如果出現(xiàn)問題，將會對農(nóng)業(yè)、工商業(yè)和山區(qū)農(nóng)民造成不可估量的損失，因此這一可靠性的標準建立要慎重。根據(jù)《供電等級標準》中供電可靠率的有關規(guī)定，供電可靠性/可靠率的計算公式是（1-每家用戶的平均停電時間/統(tǒng)計時間）×100%。對可靠性的管理知識表層管理更是對整個電力行業(yè)的約束與安全問題的管控，它代表著電力公司的管理水平、供電情況，決定企業(yè)的經(jīng)濟效益，因此供電公司對可靠性這一標準非常重視。

2 山區(qū)配電網(wǎng)自動化建設重難點

2.1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設的重點

2.1.1 根據(jù)山區(qū)環(huán)境進行整改

山區(qū)環(huán)境比城市復雜得多，而且迫害性強，樹枝、鳥類等均有可能引發(fā)故障。修補故障需要耗費大量的人力與時間精力。由于山區(qū)較大，兩點之間距離較遠、分支較多、情況復雜難辨[2]，因此如果不及時修繕，會嚴重影響公司的形象與經(jīng)濟利益，還會影響公司的售電量。如何在路況、交通都復雜的地方快速找到故障點并解決故障是需要攻克的難題。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)將較好地解決該難題，因此不管從宏觀角度來說，還是從可實用性來講，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是必要的。

2.1.2 轉(zhuǎn)換適應山區(qū)發(fā)展需要的構(gòu)架

該文將主題結(jié)構(gòu)分為3 層，來適應山區(qū)的具體情況，3層結(jié)構(gòu)分別為配電網(wǎng)主站、配電網(wǎng)分站以及各個電力維修人員所需要配備的配電服務終端。這3 層逐級檢查能及時發(fā)現(xiàn)使用中的問題，并對癥下藥，即時解決。對面積寬闊廣大的山區(qū)來說，可適當增加配電站分站的數(shù)量，并根據(jù)當?shù)氐牡貐^(qū)情況和人口分布來調(diào)整機構(gòu)分布[3]。3 層系統(tǒng)對互聯(lián)網(wǎng)的要求極高，最大的實用性在于能夠?qū)⑸絽^(qū)配電網(wǎng)的所有信息及時有效地傳遞出去，從而提升配電網(wǎng)建造的有效性，并對逐漸開放、發(fā)展現(xiàn)代經(jīng)濟的山區(qū)來說，3 層有效系統(tǒng)的發(fā)明也是推動山區(qū)向城市發(fā)展的方式之一。

2.1.3 加快山區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整與設備升級

山區(qū)自動化建設先要進行山區(qū)配電網(wǎng)架構(gòu)的調(diào)整與升級，網(wǎng)架線路最大負載率是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)整的第一步，為了實現(xiàn)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體合理性，最重要的一步是控制網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最大負載率，控制公式如公式（1）所示。

式中：T為最大負載率；P為線路容量；M為備用容量；Y為最大載流值。

公式（1）中所有字母所標注的意思都是基于山區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為前提。調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時，“T”要始終低于“Y”，這樣才能確保整體結(jié)構(gòu)的科學性、合理性和可用性。與此同時，技術設備的技術升級也是山區(qū)配電網(wǎng)建設的重要措施，應用當下新品研發(fā)的自動化設備，通過引進措施來達到配電網(wǎng)自動化的整體建設標準。

2.1.4 合理進行配電通信網(wǎng)絡建設

合理的配電通信建設是解決山區(qū)配電通信網(wǎng)絡搭建的關鍵措施，針對光纖線路搭建難問題，可以采用“替換式”解決方法，將光纖通信替換成無線公用通信。該措施對降低通信效率有很大作用，但根據(jù)山區(qū)實際情況可知，山區(qū)人口密度稀疏，老齡化嚴重，因此該方法已經(jīng)基本能夠滿足山區(qū)群眾的通信要求。但在想到解決辦法之前，已經(jīng)有部分山區(qū)先一步鋪設光纖網(wǎng)絡線路，在該情況下，將2 種線路鋪設方式合二為一是解決問題的最好方式。該部分山區(qū)配電網(wǎng)自動化建設建議以ENOP 技術為主。當配電線路過長時（40m 以上），無限公用通信方式最合適；配電線路較短時，光纖通信方式最合適[4]。在山區(qū)配電通信網(wǎng)絡中，最重要的是既要保證主電站與配電站相互聯(lián)系，也要保證實時性。可以根據(jù)自身情況對2 種方式種進行合理選擇，即可建立起合理的配電通信網(wǎng)絡。

2.1.5 提高配電網(wǎng)建設效率

關于山區(qū)配電網(wǎng)建設的影響因素層出不窮，目前配電網(wǎng)發(fā)展的重點就是提高發(fā)展效率。首先，需要使配電網(wǎng)自動化建設的目標與未來發(fā)展規(guī)劃達到統(tǒng)一。其次，不斷調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并加速網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新升級，以此來吸引人才造福山區(qū)，提前組建未來關于山區(qū)配電網(wǎng)的人才隊伍。再次，要想改變配電網(wǎng)絡塔搭建難度大的問題，需要制定完整的計劃來進行配電通信系統(tǒng)的建設。山區(qū)配電網(wǎng)自動化建設策略示意圖如圖2所示。

圖2 山區(qū)配電網(wǎng)自動化建設策略示意圖

2.2 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設的難點——DG 接入對饋線自動化的影響

電流保護是以保護裝置為基礎，為了保證配網(wǎng)線路和設備的安全，保護裝置在電流幅值超過一定閾值時，會對保護點的監(jiān)測電流幅值進行動作響應[5]。分散式電源接入配網(wǎng)后，配網(wǎng)從傳統(tǒng)的單電源供電網(wǎng)變?yōu)閱坞娫垂╇娋W(wǎng)，網(wǎng)源結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，會對自動化開關的電流保護配置帶來如下重大影響。

首先，當故障發(fā)生后，一些分散的電源對短路的電流有輔助增強的能力，當這些分散電流在穿越故障點時，短路電流會增大，由于分散電流的進入打亂了短路電流原有的走向，因此對保護裝置影響較大。

其次，當這些分散的電源接入后，配電網(wǎng)變成上、下兩端的供電設施。當故障點連接在上游時，故障電流不會按照正常軌跡進行，而是會產(chǎn)生反方向電流。如果以裝置安全為前提，不設置方向箭頭，會導致保護勿動，影響其準確性。含小水電線路模型如圖3所示。以圖3 模型為例，在PSASP中進行DG 接入對饋線自動化影響的建模仿真分析。

模型中，L1和L2分別是采用就地重合閘式和電流級差饋線自動化的10kV 配電線路，其中F1～F5為智能斷路器，W1和W2為智能負荷開關，大系統(tǒng)容量為335.5MVA，設定線路長度為9.1km，型號為LGJ-120。設置L2接入小水電，分別設置K1～K4三相短路，設置5MVA 接入小水電容量，接入前后各故障點短路電流見表1。

表1 短路電流計算

由以上結(jié)果可知，在該參數(shù)模型下，影響各個短路電流的是5MVA 的小水電接入。但當K1、K2、K3點的短路電流接入時，系統(tǒng)提供的電流遠不及DG 的短路的流量，與系統(tǒng)流量相差較小的是K4、K5點DG 短路電流。各短路狀態(tài)下，影響自動化開關的小水電接入影響情況如下：1）K1點故障，小水電接入激增了短路電流。由于小水電在故障點下游，對F1開關動作沒有影響，因此F1正常動作，新增的短路電流分量流經(jīng)F3。如果此時F3無方向判別元件且小水電容量足夠大，F(xiàn)3誤動作[6]。2）K2點故障，雖然小水電接入增加了短路電流總量，但不影響流經(jīng)F3的短路電流分量，F(xiàn)3開關正常動作，同時小水電機組自身保護響應，小水電與系統(tǒng)斷開[6]。3）K3點故障，小水電新增的短路電流分量直接疊加，加速了F4開關的動作響應。此時，F(xiàn)4仍正常動作，但可能會擴大保護范圍，其余開關不受影響。4）K4點故障，由于小水電短路電流分量影響，當F4無方向判別元件且小水電裝機容量足夠大時，F(xiàn)4誤動作[7]。5）K5點失效，相鄰線路的小水電短路電流分量使F2的動作加快，可能會使F2 的保護范圍擴大，同時，在F3無方向判別元件且小水電裝機量足夠大的情況下，F(xiàn)3會發(fā)生F3新增分量流經(jīng)F3的錯誤動作。

圖3 含小水電線路模型

整體而言，小水電接入對饋線自動化的影響主要體現(xiàn)在保護范圍的擴大，主要是對3 分段式電流級差型自動化和對相鄰線路自動化開關動作的影響。針對上述影響，可采取如下措施進行饋線自動化施工。1）自動化開關主要是指帶方向元件的，這樣可以有效減少分散電流引起的開關誤動作。2）采用此類分上、下兩端的自動化模式，分散電流都經(jīng)過同一路線，會導致快關保護范圍變大[8]。3）采用首端斷路器帶方向保護+就地重合器自動化建設模式，該模式與分散的電源不會互相影響，但會使2 條相近路線的分散電源接入受影響。

3 計及DG 接入的饋線自動化規(guī)劃策略

結(jié)合上述分析，該文提出計及DG 接入的饋線自動化規(guī)劃策略，下面從規(guī)模型的操作流程進行闡述。

含分布式電源接入的山區(qū)配電網(wǎng)饋線自動化規(guī)劃配置步驟如圖4所示。

圖4 山區(qū)饋線自動化規(guī)劃流程

為了得到具有普適性和適應性的自動化規(guī)劃策略，對上述計算過程進行擴展，得出如圖5所示的具有實用意義的山區(qū)配電網(wǎng)自動化規(guī)劃流程。

圖5 山區(qū)配電網(wǎng)饋線自動化規(guī)劃流程

4 算例分析

4.1 單輻射線路自動化規(guī)劃

取一實際饋線線路A，線路A 全長4.2km，負荷為3.2MW，其簡要單線圖如圖6所示。

圖6 實際饋線簡要單線圖

其實際線路自動化配置及該文方法推薦配置對比情況見表2。

表2 饋線A 已有自動化終端策略與該文方法對比結(jié)果

由上可知，該文方法在滿足一定可靠性前提下，在經(jīng)濟性方面具有優(yōu)越性[7]。

4.2 單環(huán)網(wǎng)線路自動化規(guī)劃

對于單環(huán)網(wǎng)線路，仿真設置環(huán)網(wǎng)組線路負載率均滿足線路全線轉(zhuǎn)供要求，單環(huán)網(wǎng)線路由上述模型求解得到的結(jié)果見表3。可根據(jù)單輻射線路自動化同一原理來實際驗證表3 的有效性。

表3 單環(huán)網(wǎng)最優(yōu)自動化規(guī)劃推薦表

5 結(jié)語

電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展是我國國民經(jīng)濟的關鍵，這樣才能保證用戶的用電質(zhì)量。綜上所述，雖然城市配電網(wǎng)朝著良好的態(tài)勢發(fā)展，但山區(qū)不論在科技、機械，還是在人才與運行管理上都存在較大問題。在山區(qū)建設配電網(wǎng)系統(tǒng)化建設需要突破很多障礙，從而將山區(qū)的配電網(wǎng)系統(tǒng)化建設得更好，創(chuàng)造一個良好的用電環(huán)境。