电力配网自动化设计探讨

2022-04-01吴涛

大科技 2022年11期

吴涛

（国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司，湖北黄冈 438000）

0 引言

近年来，随着国内经济水平的不断提高和城市建设日益完善，家用电器的应用使人民群众对电能质量的需求从单纯的传统的有电用到择优用，同时随着高新技术产业多以电能为依托，导致工业用电标准要求显著提升。对供电公司而言，一方面提升电能质量，避免谐波、无功等对电网造成不良影响，确保大工业用户正常用电保障公司经济效益，另一方面降低跳闸率、缩短故障停电时长、保持电压稳定，提升公司社会形象[1]。

1 配电网自动化的意义

根据目前电力管理体制和我国电网的发展现状，10kV 及以下配电网（即中低压配电网）直接通过计量装置后接入用户家中，而国外一般采用的是36kV 及以下中低压配电网。而直接对接用户设备，作为用户感知的基础电力设施。①对于缩小故障停电范围等方面有积极的意义。②提升客户的用电感知。③可以通过查询功能做到马上答复办理，提升办事效率。④快速确定故障点的位置、故障出现的原因以及通过合理运行方式转换后最终确定的停电范围、以及结合历史故障排除时间给出的复电时间，做到咨询客户立即答复，停电区域用户短信告知，降低投诉风险，提升社会效益。⑤故障出现后，配电网自动化系统可以快速准确分析线路故障点，并提供故障原因预测，不仅能够节省大量故障巡视、设备操作等人工劳动力，同时，配网自动化可以整合故障瞬时电压、电流、频率变化，结合现场巡视反馈结果获取故障信息并进行整理归档，进行事后故障分析，发现设备薄弱点和管理优化方式方法，提出运行建议和整改措施[2-3]，实现故障分析报告和运行报告电子化自动化，降低员工工作量，提高他们的工作效率和质量，提升运维水平。

2 配网自动化的应用

所谓配电网自动化指的是以计算机为基础、自动控制软件为依托，整合电子、通信、配电自动化装置和其他高新技术的统筹使用，以达到在线下和线上配网环境智能监控，因此配网可以保持很长一段时间在一个安全、可靠、经济、高效的优化操作状态。配电自动化系统的核心是主配电站，对配网监控以及管理具有重要作用；配电终端在配电系统中起着监测配电信息的作用。变电站负责对数据进行分类，并将数据传输至主站。在此过程中，配电通信系统承担着连接系统各部分和数据传输的重要责任，是配电自动化系统的重要组成部分。

配电系统的重点是通信系统的功能。因此，必须通过网络和计算机技术来对应急机制和配网自动化进行完善。目前，网络通信系统一共有3 种主要模式，分别是光纤通信、无线通信和串行通信。然而，串行通信局仅限于小带宽的缺点，满足不了当前电网的需求。而无线通信大大减少了通信线路的建设，进而降低了投资成本，但从经济的角度看，日常通信技术使用成本高，这样长时间给企业造成了很大的压力，同时带宽还比较小，所以不适合长时间使用。一种基于宽带无线通信的配电网自动化系统如图1 所示。

图1 一种基于宽带无线通信的配电网自动化系统

2.1 配网自动化监控技术的应用

配电网自动化技术的开发和使用，配电网自动监控技术的发展到了一个重要的位置，配电网自动监控技术在电力企业中得到应用，能源使用率可以提高，在电力转让时有效减少电线和能源消耗，帮助电力公司实现降低能源效率的目标。配网自动化监控如图2 所示。

图2 配网自动化监控

2.2 在变电系统中的应用

将电子自动化控制技术应用于变电站，同样重要，主要表现有：①通过保护线路、变压器、电容器等，发挥保护过电压、过电流的作用，防止设备的损伤。②通过强化电网自动化控制技术的应用，可以实现电网站与站之间的相关性，而且，可以实现电力数据的通信、远程操作等数据的报告[4]。

2.3 配电系统的应用

停电是日常生活中不可避免的，紧急停电的不利影响是供电公司今天面临的优先问题。因此，对整个电力运行数据的统计和记录，然后加以分析，这样我们就可以对该地区的电力使用有一个明确的了解，考虑到具体情况，合理配电和输电以减少了资源浪费，同时，它也可以避免因不合理的电力运送造成的不当行为问题。配电系统自动化技术应用的优点是，及时分析数据并减少故障检测所需的时间。典型设备的历史缺陷或故障是基于早期防御措施，这将确保电力供应和分发系统正常运作，确保定期提供电力，并满足社会各阶层的电力需求。

2.4 在电网调度中应用

电网的自动调度涉及发电厂和变电站之间适当的系统，以便收集、分析数据、监测、控制、数据转移汇总、分析。电网自动控制是通过电网服务器网络自动化，实现数据的同步传输、电动自动化，从而保证电网运行的稳定性[5]。在电网故障的情况下，及时提供网络自动化装置和及时有效的解决办法，大大提高了电网的安全效率。为了更好地监控实时动态，控制电网的运作、了解电力网络目前的状况、对潜在能源缺陷的全面控制以及向社会提供更有效的能源资源[6]。以电网系统故障为例说明，自动化在电网调度中的应用有：当传统技术中的数据不及时一致，需要人工介入，并经过计算后发现问题。日常自动化技术的应用，使电网的日常流程简单化，提高立体化和便利性，提高工作效率，缩短工作时间，为产业的发展打下基础。

2.5 在发电厂中的应用

发电厂的自动化，能源系统电力系统自动化有可能以动态的方式进行，使工作人员能够清楚了解发电厂的实际运作情况。故障设备能及时被发现，并从电源系统中移除，常见缺陷将自动修复，维护效率将得到提高，在一定程度上保证维修效果。在实际应用网络自动控制技术方面，对发电厂的监测和实时数据的收集，以此为基础可以明确认识电气设备的运行状态[7]。快速查找故障，采取更多的自适应措施解决问题，同时合理科学地利用继电器保护装置，故障发生后，通过将发生故障的设备从整合系统中自动排除，可以将发电厂电力系统内各种故障的损失控制在最小限度。目前，发电厂中的电气装置逐渐向智能化的方向转换，使发电厂能够在实际运行过程中充分发挥自己的作用。

3 配网自动化设计要点

3.1 配网自动化端口设计

配电网自动化优点特出，其操作简单，而且占用较小的区域，操作稳定可靠。而配电开关设备的运行将影响整个地区配电站的供电和安全运行。实验结果表明，由于绝缘存在问题，开关设备存在微小的部分放电故障，很难对网络自动化端口的状况进行评估，因此，可以对网络自动化端口的结构和运作进行全面审查，这些端口一般采用不同的筛查方法，充分利用其优点，更好进行检测。

在电源系统的电气设备中，高电压自动端口是一个重要的类型，自动端口的运行将影响配电网运行的可靠性。另一方面，作为电气设备绝缘化的证明，自动化端口的部分放电在进行电气设施的自动端口部分放电的声电联合检测时，可以了解自动端口电气设备中是否存在局部放电，并能确定局部放电的位置、类型和特定容量。电力综合监测结果对电力设备运行稳定性和绝缘质量差的评价提供了依据，为应用有关措施提供了依据。组合声学方法的原则和定位技术具有强大的抗干扰能力，并具有较高的定位精确度，可在设备的部分放电检测方法中进行精确定位。然而，它将受到不同因素的干扰，有效的声学检测范围和关节电位检测范围较小，在现场使用也不简单、方便。超高频的方法具有相对高的灵敏度，不仅可以更准确和容易找到，而且能在自动化端口局部范围内实现准确的定位，并能识别缺陷类型。声学检测和电学检测方法结合超声定位和超高频定位方法，可以更好推进这两种检测方法的优点，避免不利因素的影响。

在10kV 配电室中对高压开关进行部分检测时，发现自动化端口的暂时性电波在检测时值变大，因此可以用于诊断测试。①超声测试采用非接触式超声检测器检测10kV 砂线的701 切换装置与10kV 沙线的706 自动端口之间的偏差。②超高频电磁波检测如果检测到自动703 号端口，则超高频探测器可以用来检测超高频信号的弱点。对于每次20mm 的重复放电，放电时间的振幅变化，放电频率不恒定，分析结果表明，绝缘是存在问题的。③综合声学和电学检测。确定放电点在1.70ns 差附近的位置，放电点的深度可调节到货柜后面60cm。

3.2 自动化端口的防护措施

（1）选取高压自动端口绝缘挡板材料的时候，要选择那些防水性强，不能吸收空气中水分的挡板，并且绝缘性能要良好，尽量减少挡板受潮的问题。

（2）考虑到自动化端口与室内的温差，可设置红外加热器，去除柜内空气中的水汽，减少自动化口内冷凝引起的外绝缘面电气击穿和闪络。

（3）空调和排风机可安装在10kV 自动端口的墙上，设定启动时间，调节室内湿度。此外，还可以根据安全运行的要求进行环境改造。电气设备，如自动化接口，在运行过程中会出现释放点缺陷等异常情况。通常情况下，运营部门可以采用声电联合局部放电检测技术，以获得制定维护策略所需的关键标准。此外，还可以合理调整维护计划，以确保顺利进行电气设备维护，最大限度减少维护过程中设备不足或过剩的问题，降低设备故障的成本，确保设备安全、稳定运行。

3.3 总体技术方案

3.3.1 配电自动化系统通信结构

配电自动化系统通信总体结构如下。

规划中的配电自动化系统为两层结构，即主站层（配电网监控系统）和FTU（配电网终端监控层），下一步，将根据资金情况和实际需要，可以在两层之间再添加TTU（子站层），最终形成常规的3 层结构。

设计一个以“3 个层次”“两套网络”为构想目标的城市配电自动化网络。“3 层”是指主站层、基站层和终端层。“两个网络”是指骨干网络和分支通信网络。具体结构如图3 所示。

图3 配电自动化系统通信层次结构

3.3.2 主站系统工程

配电自动化主站系统按照分期建设，逐步推进的方案建设，分步实现自动化系统功能。①监控与数据采集：环柜、配电变压器等一次设备设置监控与数据采集功能，需要在其管辖区域内进行监控。借助搭建好的光纤通讯网络和分步安装的子站和自动化终端，最终实现对城区配电设备的运行状态监控与运行数据采集分析，从而实现升级现有配电网架的目的。②系统接口：通过SCADA 调度接口进行数据共享和互连。③网络浏览：通过专属加密网络服务器连接互联网，实现用户通过终端进行配电网信息实时查询的功能。④配电线路的馈线自动化：这部分功能主要涵盖的是故障诊断、故障隔离、停电范围自动计算等功能。这要求主站必须能实时分析监控终端上报的故障信息，故障诊断实时、快速，故障定位准确，并能辅助人工进行故障隔离，分析线路转供方案并提供最小停电范围，恢复非故障范围内客户用电。根据规划方案，主站系统应由硬件设施（自动化装置）、操作系统（软件支撑）、支持平台（显示页面）和应用（分析功能）这4 个部分构成。其中主站系统应采用基于冗余双网络的分布式网络结构；系统核心硬件采用双机运行及热备份模式，最终分为3 层、5网。主站系统结构如图4 所示。

图4 主站系统结构

Ⅰ/Ⅱ网络是主站系统的核心区域，主要负责工作站和服务器之间数据交换的进行。

Ⅲ/Ⅳ网络是主站系统的处理中枢，负责处理基础层报送的实时数据，传达控制指令。

Ⅴ网络是主站系统的基础层，负责收集数据，可与其他系统进行数据交互，实现采集和传递。主站配置如图5 所示。

图5 主站配置

3.4 线路走廊设计

配电网自动化的线路走廊选择，必须咨询例如建设局等政府有关部门，并考虑地理位置、地形地貌、地域发展等多种因素后才能最终确定。通常，线路走廊设置在人行道和景观树的附近。在线路走廊的建设规划时，应考虑区域电力负荷现状及发展趋势，对于电量大和电力发展大的区域，应采用不同母线的10kV线路双回路架设，以道路为分界线，将用户分隔到公路两侧，以减缓区内的电力负荷。在对用电量低、低电量增长、无重要用户的区域进行10kV 配电网自动化线路设计时，可使用单回路的方案架设线路。