谈通过配网自动化提高供电可靠性

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摘要：供电可靠性直接反映了供（农）电系统对用户的供电能力，同时也反映出电力工业对国民经济电能需求的满足程度，是供（农）电系统的规划、设计、设备制造、生产运行等方面质量和管理水平的综合体现。主要结合目前吉林城郊地区农电系统10kV配电网的设备及网络结构的现状，结合该地区未来配电网络的规划方向，探讨了如何通过合理提高配网自动化功能以提高供电可靠性的可行方案，重点谈到以实现配电开关站自动化为突破，实施配电自动化的可行性。

关键词：供电可靠性；配电网；配电自动化

作者简介：王辉（1969-），男，吉林省吉林市人，吉林省农电有限公司吉林城郊分公司经理，高级工程师。（吉林 吉林 132013）

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0188-02

随着经济建设突飞猛进地发展和人民生活水平日新月异地提高，城乡配电网正面临着提高供电可靠性的迫切要求。吉林市城郊地区的配电网也在逐步地改进和发展，从无到有，从放射到环网。但办公设施的现代化、生活用品的电气化以及企业设备的自动化都无法忍受任何理由的哪怕是很短时间的停电。而城乡配电线路的现状是：设备陈旧、故障率多、停电影响面积大，配电网供电可靠性较低，即使是相对较好的市区供电可靠性也不过为99.97%左右，而农村的供电可靠性则更低。这一切都说明结合电网的规划发展配电自动化，已经成为保证吉林市城郊地区供电可靠性的一个重要支柱了。

一、通过增强配网自动化以提高供电可靠性的构想

配网自动化是指对配电线路的故障能够进行快速诊断、自动隔离，以缩小故障停电范围，快速恢复非故障段供电，提高供电可靠性。配电自动化是把现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将对配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，包含电力企业中与配电系统有关的全部功能数据流和控制，能够实时监控、协调、管理配电网各环节设备，实现整个配电网优化运行。

配电线路自动化的开发是一个高投入、高技术、高难度、长周期、多方位的系统工程。电力相关部门应该立足于国情和电网现状，保证供电质量，提高服务水平，减少运行费用。为此，提出以下构想：

1.配网自动化涉及范围的确定

涉及的范围：已经实现自动化的部位有调度自动化、66kV变电自动化，10kV及以下配电网尚未实现自动化。因此，在本文当中配电自动化系统主要是指10kV及以下配电网的自动化。配网自动化的范围应以10kV馈线自动化为主，覆盖了0.4V低压配电台区自动化。

2.配网自动化对提高供电可靠性的作用

配电线路安装的自动重合闸装置动作的成功率一般达到40%～50%的水平（按照全国的继电保护统计），那么重合闸不成功的部分将希望由馈线自动化来承担。

变电站备用电源自动切换的动作成功率一般达到97%～98%的水平，它可以使变电站的停电的母线再一次得到电源，它已经大大减少了外来电源对配电线路失去电源的影响和供电变压器的停电影响。

电源侧的线路的自动恢复供电的功能（包括上级线路的自动重合闸和电源的自动切换），也很大程度上减少了因外部的影响而停电的情况。

馈线自动化的动作行为是对上述三点装置供电连续性的补充，而最主要的是对配电线路本身永久性故障时的补充，但它不能代替上面装置全部的动作行为。

那么，整个上述部分的自动化综合起来就实现了10kV配电网自动化，对电网的供电可靠性起到很大的提高作用。

二、配网自动化的几种方式

目前实现配电自动化大体有以下几种方式：

第一种方式：在10kV辐射型或树枝型线路装设重合器、分段器的方式。由于不需要配置通信通道和主站系统，依靠重合器和分段器自身功能进行线路故障时的故障隔离和恢复供电，因而其实施较容易。但这种方式在线路故障时会出现多次的重合冲击，这对很多用户来说是无法承受的。而如果在重合器和分段器上配至馈线远方终端（FTU），并架设通讯通道、设置主站，依靠FTU信息来缩短故障定位时间，就能克服多次重合的缺点，但因架空线路路径都很长，投资也要相应增加许多，所以架空的通讯的方式增加了故障的几率。

第二种方式：在10kV环形电缆配电网中采用重合器，配合环网柜实现配电自动化。但此项需要重合器的保护曲线与环网柜的熔丝和用户变压器的熔丝保护间紧密配合，因而只适合小区电网的配电自动化需求。

第三种方式：在10kV环形电缆配电网中采用环网柜加FTU的配电自动化系统。环网柜一般有两进两出，数个环网柜构成一个供电单元。主站根据各环网柜上FTU送来的信息经过逻辑运算，发出指令遥控各环网柜的负荷开关，达到迅速确定故障位置和恢复供电的目的。这种方式的故障隔离时间一般为1分钟左右，适合于城郊类的集中供电区。

第四种方式：我国原有的城区大多是延街道敷设的架空绝缘导线构成的10kV配电网络。针对这种网络，目前一般都先将网络优化改造为来自两个变电所电源的“手拉手”环网线路，线路分段器改造为可遥控的负荷开关，主站通过处理每个开关的FTU信息，遥控开关的开断，对故障进行隔离，此种方式一般适用于电网改造。

前两种方式为过去的馈线自动化（FA），已无法满足当今配电网发展的需要，今天通常说的配电自动化是指配电网自动化（DAS）。

三、城郊配电自动化建议模式

吉林城郊地区配电自动化实施有现实的难度，但配电自动化是未来的发展方向，需要合理的配电网结构和配电设备（主要指开关）以满足自动化的要求。

城郊地区采用断路器式的大型开关站有其历史和现实的原因。东北地区采用的是500/220/66/10的电压体系，这个体系是历史遗留的。在高密度城郊类城乡配电网中，单用户的容量普遍较大，在66/10的电压体系中如采用分散的小开闭所的环网模式会给66kV变电所出口数量造成较大压力。这方面东北地区与南方地区的35/10电压体系有所不同，当然将电压从10kV提高到20 kV可解决以上问题，但这项改造涉及问题很多，本文中就不再论述。

因此笔者认为在城郊农网以开关站电缆网系统为主体，逐步实现全网的配电网自动化是吉林城郊农网最实、经济效益最明显、最实用化的自动化发展模式。

下面就此模式中的自动化问题分析如下：

1.配电开关站自动化方案

（1）配电网络结构。城郊网格式电缆配网结构最适用于实现配电自动化。一般双母线工作，分段开关处于热备用状态。开关站大部分采用电缆出线，各段线路长度较短。

（2）配电开关站自动化实现的基本功能。模拟量采集：三相电压、电流、有功、无功、计算电量、功率因素、频率等；开关量采集：开关状态、贮能状态等；远方/就地控制：对开关进行分合闸操作；进线/出线/分段继电保护功能；分段备自投；故障自动隔离；故障隔离后的负荷恢复。

（3）配电开关站自动化的基本配置。从完成的功能来看可选择：纯FTU模式和保护监控合一模式。采用纯FTU模式时：一般开关柜已有常规继电器保护或熔断器。FTU安装于各回路上，采集各类数据及故障电流。其故障隔离及恢复供电由子站/主站系统完成。

2.保护动作和故障隔离

若开关站内某段母线连接的线路中有两回（含进线）以上的FTU采集到故障电流，则为站外出线故障。符合分闸条件的开关全跳开，CB重合后电源进线合闸恢复供电。

若开关站内只有一回FTU采集到故障则为母线故障。变电所CB跳闸，开关站A FTU检测到故障，跳A开关，跳B开关，闭锁重合闸及受进线开关的重合闸，其他开闭所备自投启动。此时需故障处理后人工恢复送电。

若开关站内没有一回FTU采集到故障，在电压为零后则为电源故障，分段备自投启动。

由上可见，在电源开关处启用重合闸，各开关站投入备自投后，该配电网络任一点故障，均能按正确要求隔离故障点并在10秒左右恢复供电。

3.配电网自动化的其他方面

（1）远动系统：配电自动化系统的远动主要实现FTU、TTU对线路开关、配电台区（变压器）的监控。远动系统及设备的可靠主要包括保护动作、环网控制、远方控制、就地手动等四方面。配电自动化远动系统的主要问题是线路电源（仪表与操作电源）和传输规约。

在开关站电缆网中实现对配电自动化系统的电源问题的解决要比在架空线上和环网箱内方便得多。

需合适规约作为远动传输标准，并为此预留接口，满足开关站自动化向整体配电自动化扩展的需要，如新的101规约已得到了一定程度的应用。

（2）通信方案：广义的配电自动化的通信方案包括主站对子站、主站对现场单元、子站对现场单元、子站之间、现场单元之间的通信等较广的范围。

目前实施的完整配电自动化试点工程系统的通信方案指主站对子站、主站对现场单元的通信。通信是配电自动化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，通信方案也多种多样：光纤、电力载波、有线电缆、微波、扩频等。而对城郊的开关站自动化来讲，通信干线采用光纤有较高的性价比（因其供电半径较短，而且城郊的电缆敷设以管网为主，有良好的光纤敷设通道）。

（3）主站网络与软件功能：配电自动化的主站功能包括SCADA实时监控、GIS（地理信息系统）在线管理、电网经济运行分析等。但在实施配电网自动化工程中，应避免走入这样的误区：以GIS代SCADA，实时处理图形，增加了计算机工作负担，人为地降低了系统安全可靠性。以提高供电可靠性为第一目标的电网，SCADA实时监控是重点同时确保主站信息处理及时，GIS在线管理为次，应区别对待。

从吉林城郊农电局的实际需要和发展需求来看，目前的配电自动化系统应该实现配（网）调（度）合一的设计；技术上统一平台、管理上易于维护、经济上节约资金（包括节约建设资金和维护费用），为电力企业奠定信息化管理的基础。

四、城郊配网规划、建设与配电自动化的注意事项

1.一次网络规划合理，接线方式简单，具有足够的负荷转移能力

在电网规划和用户供电方案的制定当中，充分利用现有的资源做好配网的环网互倒，减少放射型线路。利用配电网的联网能力提高供电可靠性，不再采用传统的为了保证辐射型馈线可靠性，而在变电所端加双母线带侧路的复杂方式。

不能把一条供电线路的容载能力一次全部利用，要充分考虑实施配电自动化时，负荷在各变电所、线路间切换时的余量。一般应按N-1的可靠性原则来规划，这是中压环网安全的保证。

2.配电设备自身可靠，有一定的容量裕度，并具有遥控和智能功能

配电设备应选择更长时限免维护的产品，在开关站建设中最好选用那些一次二次设备统一集成好，并具有串行通讯接口供远方监控用的开关设备。在开关站的设计和开关选择时，要对柜门的防震能力和间隔尺寸提出要求，以便开孔施工安装集成化的测量、控制和保护的自动化设备。

五、结束语

目前在吉林城郊地区实现配电自动化还有诸多困难，但这是配电发展的趋势。再者，城郊地区是一个经济发展比较迅猛的地方，用户对于供电可靠性的要求相当高，提高供电可靠性实现配电自动化是一项非常重要的工作，也是为了提高供电企业管理水平以适应当前市场经济的变革需要。