提高开闭所供电可靠性的探讨

尹元亚 缪伟 戴刚 葛锦锦

【摘要】开闭所是城市配网的重要电力设施，其稳定安全运行对配电网的可靠性举足轻重。本文通过归纳总结已有的研究，结合工程实际，在阐述提高开闭所可靠性意义的基础上，指出开闭所供电范围优化分区与选址、自动化系统改造、提高继电保护装置动作的正确性以及增强抗干扰性等措施能有效提高开闭所的可靠性。

【关键词】开闭所；可靠性；优化分区；自动化改造

引言

近年来，随着城乡电网改造的深入，城市电网用电负荷猛增，形成负荷密集区，同时，各电力用户对供电的要求也越来越高。当前城网主要区域，尤其是新建住宅区广泛采用“变电站——开闭所——配电站”的全电缆配电网络供电模式[1-2]。开闭所可将各变电站的配电出现连接起来，将放射式的配电网络改造成横闭式网络，增强了城市电力网络结构的稳定性，使供电可靠性得到显著提高；同时，对于供电可靠性要求高的高层建筑，开闭所能实现负荷的再分配，既可以充分利用有限的走廊和主干线路设备，又保证了特殊用户的供电要求[3]。由此可见，开闭所在城市配电网络的安全经济运行中扮演重要角色，研究提高开闭所供电可靠性的措施有着十分重要的社会和经济价值。

本文结合已有对开闭所的研究，从影响开闭所供电可靠性的主要因素进行分析，结合现场实际，提出改进措施，以达到提高开闭所供电可靠性的目的。

1、开闭所供电范围优化分区与选址

在己确定高压变电站的布点及负荷分布的情况下，通过调整开闭所供电范围，减少配电线路供电半径和出线长度，进而建立合理的网架结构和运行方式，从而在整体上提高供电可靠性。

根据已有研究，可采用基于负载率平均原则的配电网供电范围划分方法，并结合禁忌搜索技术进行开闭所供电范围的优化分区。将整个配电网按负载率平均原则进行分区，若各分区负荷接近，则发生故障时方便对受影响的负荷进行转移，有利于整个电网供电的可靠性。开闭所位置的规划一般采用迭代法或是平面多中位选址方法，而若是采用智能优化算法则能得到更加精确和经济的方案，因此可将优化理论引入开闭所的规划。确定了初始站址及每一开闭所的供电范围之后，就相当于将整个供电范围划分为若干个供电区域，在每个供电区域内只有一个变电站，其余的都是站所带负荷。通过计算机软件实现变电站、开闭所站址优化是在满足诸如负荷需求、线路容量、变电站容量等约束的情况下，寻优新建开闭所的位置坐标，使某目标值（例如年综合计算费用、线损等）达到最优。由于变电站位置坐标的寻优为一个非线性规划问题，难以得到目标函数关于决策变量导数的解析表达式，因此为简化问题，在多约束条件下的变电站站址分层优化策略。内层优化结合最小费用最大流法给出在变电站站址坐标给定时的最优网架算法；外层优化通过调用网架优化算法，运用非线性规划中的步长加速法实现变电站站址坐标的最优化。

2、自动化系统改造

自动化系统与传统变电站控制和保护装置相比，功能更多，性能更好，可以更好的满足变电站运行和维护的需要，因此得到了广泛的应用。通过对于目前国内外系统功能的分析，可以看出系统应当具备的功能有：

（1）数据采集

系统采集的数据包括开关量、模拟量、脉冲量等。其中，开关量数据有：断路器状态、隔离开关状态、变压器分接头位置信号、继电保护动作报警信号等。模拟量数据有：电压、电流、功率，频率，相位，变压器油温，变电站室温等。脉冲量有电度表输出的电度脉冲。

（2）控制和操作闭锁

操作人员可通过监视器屏幕对断路器、隔离开关的分合进行操作，可以对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行投切。操作闭锁应包括以下内容：操作出口具有跳合闸闭锁功能；操作出口具有并发行选择闭锁功能；根据实时信息，自动实现断路器及刀闸操作闭锁功能；适应一次设备现场维修操作的“电脑五防”操作及闭锁系统；屏幕操作闭锁功能。只有输入正确的操作口令才有权进行操作控制。

（3）保护功能

保护功能包括线路保护、电容器保护、变压器保护、电源备自投等，各类保护应能够显示及在线修改定值。

（4）事件顺序记录及故障录波测距

事件顺序记录（记录）包括保护动作记录、开关跳合记录等，时间分辨率一般在毫秒级。故障录波可以用微机保护装置完成，为事故分析提供材料，专用的故障录波器一般可以省去。

（5）电压和无功潮流的就地控制

为了将电压和无功潮流调整到预定值，通常通过调整变压器分接头、投切电容器组、投运或断开某条输电线路等方法来实现。

（6）通讯功能

自动化系统应当具有多种通讯方式，并根据实际需要支持多种通讯规约，实现系统内各功能单元间的信息传输。

（7）人机联系功能

主要内容有显示画面与数据、输入数据及控制操作等。系统的人机界面应当非常友好，便于理解和操作，为了满足有人值班和无人值班的需要，系统的所有人机联系功能都应当能够在当地或远方完成。

（8）诊断和自恢复功能

系统内各插件应具有自诊断功能，并且将自诊断信息及时送往后台机和调度中心。当发现局部故障时能自动切除或恢复，以保证系统的正常运行。

3、提高继电保护装置动作的正确性

继电保护是开闭所系统的重要组成部分，是保证其安全稳定运行的重要技术手段。继电保护不合要求的动作，与其他不正常因素的综合效应，常常会而导致系统失稳、发生事故。因此提高继电保护装置动作的正确性对于开闭所正常稳定运行十分重要。

（1）严格继电保护装置及其二次回路的巡检

巡视检查设备是及时发现隐患，避免事故的重要途径，也是发电厂值班人员的一项重要工作。除了交接班的检查外，班中安排一次较全面的详细检查。对继电保护巡视检查的内容有：保护压板、自动装置均按调度要求投入；开关、压板位置正确；各回路接线正常，无松脱、发热现象及焦臭味存在；熔断器接触良好；继电器接点完好，带电的触点无大的抖动及烧损，线圈及附加电阻无过热；CT、PT回路分别无开路、短路；指示灯、运行监视灯指示正常；表计参数符合要求；光字牌、警铃、事故音响情况完好；微机保护打印机动作后，还应检查报告的时间及参数，当发现报告异常时，应及时通知继保人员处理。

（2）提高继电保护运行操作的准确性

运行人员在学习了保护原理及二次图纸后，应核对、熟悉现场二次回路设备。操作严格按照“两票”规定执行，并履行保护安全措施票，按照继电保护运行规程操作。特殊情况下的保护操作，除了部分在规程中明确规定外，运行人员需通过培训学习来掌握。

（3）搞好保护动作分析

保护动作跳闸后，严禁随即复归掉牌信号，而应检查动作情况并判明原因，做好记录。事后做好保护动作分析记录及运行分析记录，内容包括：岗位分析、专业分析及评价、结论等。凡属不正确动作的保护装置，及时组织现场检查和分析处理，找出原因，提出防范措施，避免重复性事故的发生。

（4）加强技术改造工作

选用真空负荷开关一熔断器组合电器柜开闭所的所有出线柜和配电所开关柜均采用真空负荷开关一熔断器组合电器，使用高压限流熔断器。对保护进行重新选型、配置时，首先考虑的是满足可靠性、选择性、灵敏性及快速性，其次考虑运行维护、调试方便，且便于统一管理。优选经运行考验且可靠的保护，个别新保护可少量试运行，在取得经验后再推广运用。

4、增强抗干扰性

对于实际的系统来说，其品质的高低不仅取决于设计上的合理性，最终还取决于是否能够可靠的运行。因此采取适当的抗干扰措施，去除各种来自系统内部及外部的干扰，使系统稳定的运行十分重要。这包括两方面的要求：一方面要求自动化系统在任何基本元件故障或退出运行情况下，都不能造成整个系统瘫痪；另一方面，即使在通信中断情况下，各基本单元仍可执行最基本的监测和控制功能；并且系统在变电站的强电磁干扰下能可靠的工作。提高可靠性和抗干扰性应从硬件和软件两个方面着手。硬件抗干扰措施是通过具体的硬件电路消除干扰信号。它是针对干扰信号的第一道防线，也是最有效的办法，可将大部分外部干扰拒之系统以外。

在硬件上，应在硬件设计上注意装置与现场的各种信号的隔离和屏蔽，包括交流输入量、开关量、数字量、脉冲信号、通信接口等，同时应加入硬件看门狗等措施。同时，在硬件的选择上应通过器件的老化筛选保证硬件的可靠稳定性；在电路板及整体结构设计时，需提高抗干扰能力。在软件上，可采取的防范措施有指令冗余、数据冗余、数字滤波算法及复位监视定时器等。系统软件中的数字滤波算法能有效地将输入通道中的随机脉冲和周期性干扰滤掉；采用数据冗余技术，即重要数据在几个地方同时存放，当原始数据块被破坏时，调用备份数据块，更新修复。一般备份数据应存放在与原始数据块保持相当距离的区域，使得不至于被同时破坏。另外，要注意使数据区远离堆栈，以免万一堆栈溢出造成数据丢失，或读数据操作改变堆栈内容。

5、结论与展望

随着城网建设和改造的发展，开闭所得到了大量应用，并在增强城网的供电能力和可靠性方面起着重要作用。在开闭所的建设和改造时，应将开闭所的可靠性放在重要的位置，以保证城网的稳定、安全、可靠运行。

参考文献

[1]张大立.城市中压配电网接线与开闭所的配置[J].电网技术，2007，31（7）：83-86.

[2]王成山，王赛一.基于空间GIS的城市中压配电网络智能规划（三）带开闭所接线模式的自动布局[J].电力系统自动化，2004，28（7）：58-61

[3]张大立.城市中压配电网接线与开闭所的配置[J].电网技术，2007，31（7）：83-86

作者简介

尹元亚，1972.9，男，汉族，芜湖，工程师，配电运检室主任，电力系统规划与可靠性。