基于差异化考量的配电自动化规划研究

钱若晨

（国网浙江海盐县供电公司）

基于差异化考量的配电自动化规划研究

钱若晨

（国网浙江海盐县供电公司）

配电自动化是智能配网的重要表征，做好配电自动化规划有助于技术性与经济性协调基础上的供电可靠性大幅提升。首先根据不同受电区域对供电可靠性的合理期望，将配网供区归集为六大典型类属；其次就配电自动化的技术组成进行剖析；再次提出以供区类属为导向的配电自动化系统在配电终端、通信、继保配置等层面的差异化设计原则，并进行相关论证；最后以某中型城市为背景进行实证分析。

配电自动化；供电可靠性；差异化；配电终端

0 引言

配电自动化（DA）是智能配网建设的重要方向，对于提升供电可靠性有着显著功效。但当前的配电自动化建设存在以下问题：①在主站建设上偏重规模追求，希望能实现对供区的全覆盖；②在终端配置追求“高大上”，要求每一个终端均具备“三遥”功能[1]。诚然，理想的配电自动化系统应能实现对全网任一节点的全景式监控，实现对任意故障的自动隔离，但这牵涉到巨量资金的非合理性投入，有违配网工程技术经济性原则。

事实上，不同类属供区对停电事件的可承受程度是不一样的，电力管理层也基于此制定差异化的供电可靠性指标[2]。因此，为了达成电建投资在总体上的高收益率，应根据供区类属对配电自动化进行差异化设计，即：对于高供电可靠性要求的地区按照一步到位原则进行DA配置，以最大程度发挥配电自动化功效；对于低供电可靠性要求的地区按照分步实施原则作选择性建设，以追求特定时段的电力投资性价比最高。

1 配网供区类属划设

根据受电点所处地理环境、负荷密度和对供电可靠性的希冀程度，一般形成如表1所示的供区类属划分[3]。由表可知，由于不同类属供区对供电可靠性的实际要求不一样，进行DA建设必然要体现差异化特征（主要表现在对DA技术细节的择定上）。

表1 配网层面的供区类属划分

2 配电自动化的技术实现

2.1 DA主站

配电自动化主站根据实时信息接入量、软硬件配置等可划分为大、中、小和前置延伸等四种模式[4]，其中，大、中、小模式均基于可扩容平台，经由信息交互总线与EMS、PMS、GIS等系统发生联络，实现对配网的实时监控与故障的实时处置，它们之间的差异比对如图1所示。而前置延伸模式是将DA主站的前置延伸到相关供区实现信息采集，并经由当地工作站完成就地监控。

图1 不同DA主站模式的比对

2.2 DA终端及通信

DA终端可分为两类：即“三遥”终端和“二遥”终端[5]。它们的比对如图2所示。

图2 不同类型DA终端的比对

2.3 配网保护

分农村配网和城市配网两个层面展开阐述。首先对二者的特点进行对比，如图3所示。

图3 不同供区配网的特点比对

显然，农村配网的特点导致线路不同位置发生故障所产生的短路电流在幅值上呈现较大差异[6]，因此，仅依靠主干线的三段式电流保护就可达成故障的选择性切除（主要依赖的是各段保护的启动电流值的差异）。

而城市配网的特点导致不同区段发生故障时的短路电流水平的差异较小，因此主要依靠各级保护的时延级差来确保保护选择性。

3 差异化规划原则的提出

文献[5]就DA建设中终端数量配置问题进行了深入研究。本小节将在此基础上提出更加明确的配电自动化差异化规划原则。

（1）首先是DA主站层面

根据DA主站的分类依据，一般将大型主站应用于大型且重点城市，将中型主站应用于大中型城市，将小型主站应用于中小型城市，将前置延伸模式应用于县城[7]。

（2）其次是DA终端和继保层面

对于I类供区，为满足其非常高的供电可靠性，对每个节点应：①全电缆；②双电源；③“三遥”终端；④光纤通道。

对于II类供区，为满足其高供电可靠性：①全电缆或绝缘导线；②主干线全部“三遥”终端并配置光纤通道；③高故障率架空支线加设断路器（目的是降低支线故障对干线的影响），辅之以具有本地保护功能的“二遥”终端（以GPRS进行通讯）。

对于III类供区的设计原则：①线路间的联络开关配“三遥”终端，除此之外，各线路只设一个“三遥”终端，其他全为基本“二遥”终端，注意终端与通信通道的匹配；②高故障率架空支线加设断路器（须满足保护时延级差的配合）和具本地保护功能的“二遥”终端。

对于IV类供区的设计原则：除不考虑“三遥”终端外，其余同III类供区。

对于V类供区的设计原则：①主干线开关采用断路器，配之以具本地保护功能的“二遥”终端，目标是依托三段式过流保护来选择性切除主干线故障；②高故障率架空支线加设断路器，配之以具本地保护功能的“二遥”终端，目标是依托保护时延级差来排除支线故障对干线的影响。

对于VI类供区：暂不考虑DA建设。

4 差异化规划的关键环节

4.1 终端数量的规划

由前述差异化规划原则可知，对于不同供区，有的全部采用“三遥”终端，有的全部采用“二遥”终端，还有的是二者结合，因此确定各类终端的数量是规划工作的重点。

（1）对于全部为“三遥”终端的情形

假设数量为k3，且每两个终端之间的用户数相等。定义AFset为只考虑故障因素造成停电的可靠性要求。为满足AFset，必须有：

式中，t3指解决故障所需消耗的时间；F指故障发生概率。

（2）对于全部为“二遥”终端的情形

假设数量为k2，且每两个终端之间的用户数相等。为满足AFset，必须有：

式中，t2为故障隔离时间（人工），其余同式（1）。

（3）对于“三遥”、“二遥”相参杂情形

假设k3台“三遥”将馈线等分为k3+1段（每段用户数一样），再在每个“三遥”区段安装h台基本“二遥”。为满足AFset，应有：

4.2 一些参数的确定

在4.1小节中用到了几个参数，AFset、F、t3、t2，它们的取值对于规划结果有着重要影响。因此，进行DA规划，必须对这些参数取值进行讨论。

（1）关于AFset

在当前技术条件下，虽然配网故障不可百分百避免，但造成线路停电的主因是计划停电[8]。计划停电分两块：①有序用电下的计划限电；②检修考量下的计划停电。前文中用于区划供区类属的主要依据是所谓的供电可用率RS-3，该指标的主要特点是不考虑限电因素。因此，根据前文中关于AFset的定义，可用式（4）来进行计算。

其中，ASAI3指的是特定供区的RS-3（如I类供区为99.999%），γ为由故障因素所致的停电户时数占非限电情况下总的停电户时数的比例（一般取多年平均值）。

根据国网公司发布的统计数据，2010～2016年间的γ为22.34%，这里取22%（保证最严格条件），这样就可求得如表2所示的各类属供区的AFset。

表2 各类属供区的AFset数值

（2）关于F、t3等

文献[4]对这些指标进行详细的研究，本文对此进行参照，即架空裸线的F取0.09次/km年，电缆的F取0.03次/km年，电缆－架空混合线的F取0.06次/km年，城市t3为3h/次，农村t3为5h/次，城市t2为1h/次，农村t2为2h/次。

5 实证分析

东部某经济基础优异的中型城市A的各类供区情况：II类供区有馈线50条，全部全电缆线路；III类供区有馈线240条，其中全电缆线路60条、电缆—架空线120条、绝缘线60条；IV类供区有馈线180条，全部为架空裸导线。由于当前的供电可靠性达不到要求，因此期望通过DA建设来进行提升。

首先是主站模式选择。根据前文的差异化规划原则，本案中将采用中型主站。

其次是对于各类供区的配电终端、电操机构、通信通道等的配置规划。

1）II类供区的电缆线（50条）全为“手拉手”连接（每两线经由联络开关联络），均符合“N-1”准则。因此，对于25个联络开关需配置25台“三遥”DTU及EPON通道，并附带电操机构；依托式（1）可知，须用4台带电操机构的可远控开关将每条馈线分割成5段；对于主干和分支中的环网柜的“三遥”终端布置，可以图4为参照进行。最终统计，对于A市的II类供区的DA建设，需“三遥”DTU及EPON通遒各140个，需225套用于环网柜负荷开关的电操机构。

2）III类供区的电缆线（60条）全为“手拉手”连接（每两线经由联络开关联系），均符合“N-1”准则。根据前述规划原则，对这些电缆线路共需使用90台“三遥”DTU及90个EPON通道（其中30个用于联络开关，其余用于每条线），并附带相应数量的电操机构。

图4 电缆馈线“三遥”终端配置参照

III类供区的电缆-架空线（120条）和绝缘线（60条）全为“手拉手”形式，且符合“N-1”准则。根据规划原则，对于这些线路的联络部分，需消耗60+30=90个“三遥”DTU或FTU（对于电缆-架空线为DTU，对于绝缘线为FTU）以及相应数量的EPON通道和电操机构；对于这180条线路自身，需要消耗120+60=180个DTU或FTU，以及对等数量的EPON通道和电操机构。

3）IV类供区的架空裸线（180条）全为“手拉手”连接（每两线经由联络开关联系），均符合“N-1”准则。根据规划原则，对于这些线路的联络部分，需消耗180/2=90个“二遥”FTU和GPRS通道。另外，对于满足保护时间级差的高故障率分支进行具本地保护功能的“二遥”FTU配置（每线3处），对主干线自身再增设在基本“二遥”FTU配置，并附带GPRS通道布设。

4）效果分析。在以上规划作用下，结合相关计算方法，可得到经过规划后的供电可靠性提升：①对于II类供区，其RS-3将由当前的99.9584%提升到99.9918%；②对于III类供区，其电缆馈线部分的RS-3将由当前的99.9584%提升到99.9688%，电缆-架空线和绝缘架空线部分的RS-3将由当前的99.9273%提升到99.9727%：③对于IV类供区，其RS-3将由当前的99.7923%提升到99.9223%。

因此，本规划在不影响供电可靠性提升前提下，实现了电建资金的合理使用和DA建设规模的科学控制。

6 结束语

配电自动化对于提升故障处置水平的意义是非常重大的。但在电建资金有限的情况下，配电自动化建设应该侧重针对性，“好钢用在刀刃上”，而不是逢开关就配终端、逢终端就要“三遥”。本文从不同受电区域对供电可靠性的实际需求出发，提出基于差异化考量的配电自动化规划思路，并就规划中的一些关键性问题进行研究。本文的实证分析表明，基于差异化考量的DA规划可以在提升各类供区供电可靠性的基础上保证投资的合理性和科学性，具有良好的借鉴价值。

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[5]刘健, 程红丽, 张志华. 配电自动化系统中配电终端配置数量规划[J]. 电力系统自动化, 2013, 37（12）： 44-50.

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2017-05-11）