关于电力系统配网自动化建设的技术要点探析

石珺 乔嘉诚

引言

随着我国经济社会的快速发展，对电力资源的需求不断增加，同时社会用电量的快速增长，对配电网的运行管理提出了更高的要求。电力系统配网自动化是配电网运行管理中一项重要的工作内容，通过电力系统配网自动化技术应用能够有效提高电网运行管理水平。目前，我国在电力系统配网自动化技术应用方面还存在一些问题，因此，在今后的工作中需要加强对电力系统配网自动化技术应用情况的了解，针对存在的问题提出相应改进措施，不断完善我国电力系统配网自动化建设和发展体系。通过电力系统配网自动化技术在电网运行管理中的应用，能够有效提高电力资源配置效率和供电可靠性，为推动我国社会经济健康持续发展提供强有力的支撑。

一、当前电力系统配网自动化模式

（一）电力系统配网自动化的集中智能模式

集中智能模式是指在现有配电网自动化系统的基础上，通过对数据采集、信息处理、保护控制、电能计量、通信等功能模块的整合，形成一个具有独立功能的配电自动化系统。该系统具备以下功能：（1）可实现配电自动化与变电站自动化、调度自动化系统的统一协调；（2）能够实现配电网中智能元件的统一管理和运行，实现故障自动隔离与恢复；（3）可实现对配网中各种设备运行状态的实时监测；（4）可以将配网中各种设备及故障信息实时上传至主站，并自动生成报告；（5）具备与主站通信的能力，实现与其他业务系统的接口。该系统已在实际工程中得到应用，其功能得到了良好的验证[1]。

（二）电力系统配网自动化的分布智能模式

电力系统配网自动化的分布智能模式是指通过信息处理网络，对配电网的状态进行监测、诊断、分析，从而实现配电网的运行状态监测与控制。它主要由现场终端设备和信息传输网络两部分组成。现场终端设备主要包括传感器、无线数据采集终端和其他辅助设备。信息传输网络主要由通信系统、信息网络以及计算机网络组成。根据电力系统配网自动化的分布智能模式的结构，电力系统配网自动化的分布智能模式主要有以下几种：分布式智能模式、集中式智能模式、分层式智能模式。此外，还有其他的一些新型智能模式，如基于模糊理论的专家系统等。

二、配网自动化系统运行模式的特点

电力系统配网自动化是指利用计算机技术、通信技术和控制技术等，对电力系统进行全面监测和控制，从而实现配网自动化。电力系统配网自动化主要是通过对各种信息进行有效收集，然后根据实际需求对数据进行分析和处理，从而实现对配电网络运行状态的全面掌握。配网自动化系统由智能终端、通信网络和高级应用软件等三个部分组成。智能终端是实现配电网自动化的核心设备，能够实现对配电系统的监控以及对故障信息的采集和分析，同时还能够对配网系统进行数据采集和分析，为运行人员提供准确、可靠的数据信息，从而提高供电质量。通信网络是实现配电网自动化的重要基础设施，能够将配电网运行中产生的数据进行实时传输和处理。高级应用软件是实现配网自动化的核心支撑平台，能够实现配电网运行状态信息的快速处理和分析，同时还能够提供多种用电服务。配网自动化系统运行模式的特点主要体现在以下几个方面：（1）配电自动化系统的数据采集是以变电站为基础，采用 GPRS技术将变电站终端数据传送到远程的监控中心或数据采集系统。通过配网自动化系统对数据进行处理，可以实现配电网中开关设备的状态监测及故障定位、故障隔离、恢复供电等功能。（2）配网自动化系统的运行模式是以分布式电源为主的多种负荷形式并存，负荷随季节和时间变化而变化，特别是城市配网中有大量的分布式电源接入。（3）配网自动化系统的运行模式是以单电源供电为主，在多电源供电情况下，当其中一个电源出现故障时，对另外一电源仍能保证正常供电。（4）配网自动化系统运行模式是以遥控操作为主，遥控操作可以使运行人员根据用户要求选择不同的操作方式，能够实现无人值守[2]。

三、电力系统配网自动化建设现状

（一）资金匮乏、管理混乱

由于我国配网自动化建设的起步比较晚，而且在配网自动化建设中还存在着一些资金匮乏、管理混乱的问题，这就导致了配网自动化建设无法得到进一步的发展。在我国部分地区，由于经济发展比较落后，电力系统配网自动化建设的资金匮乏问题就更严重了。即便如此，在一些经济比较发达的地区，配网自动化建设还是能够得到改善和发展，虽然电力系统配网自动化建设也存在着资金匮乏、管理混乱的问题，但是这些地区已经建立了完善的配电网络管理体系和运行机制，在这些地区要想实现高效、可靠的供电就需要对这些地区进行配网自动化改造。

（二）设备配置与衔接问题

配网自动化技术是一项复杂的系统工程，配网自动化建设要经过规划设计、设备选型、实施建设和验收维护四个阶段，各阶段之间相互联系、相互影响。设备选型是基础，只有合理地配置所需设备，才能确保系统的安全可靠运行，而配置不合理则会导致系统的运行问题。例如，电力调控运行系统涉及大量的设备和设施，如发电机组、变电站、输电线路等，这些设备在使用过程中可能存在质量或老化等问题，导致其运行不稳定或故障。配网自动化建设过程中的设备选型，必须根据配网建设规模、供电范围、供电可靠性等因素综合考虑，确保整个系统的安全可靠运行；而对于某些特殊情况下所需要的设备配置，也要根据具体情况进行灵活处理[3]。

（三）网架设备与运行可靠性问题

在电力系统的规划和设计中，设备和元件的可靠性是重要的指标，而设备和元件的可靠性又取决于其组成元件的可靠性。在电力系统中，一般都是将电力系统分为主干线、支干线、配电点、配电线、分支线等不同级别的网络。不同级别的网络，在整个电网中所占比例也是不同的，而主干线上又有输电线路和配电线路，这样就形成了一个完整的电网结构，故称之为网架设备。影响电力系统网架设备可靠性的主要因素：（1）在变电站主变和用户变压器上安装的电压互感器，由于安装质量差或运行维护不到位，或者是在线路上接的其他电器设备有电压互感器二次回路断线故障等，会导致变电站主变和用户变压器上的电压互感器二次线圈损坏，严重时会使电网发生短路。（2）电力系统中的电抗器，由于其质量低劣，导致电网中发生短路故障时电抗器二次侧会出现大量过电流，对电网造成极大危害。（3）电力系统中的电容器，由于质量低劣或运行维护不到位，导致电容器损坏或电容器保护装置拒动。（4）电力系统中的电抗器与电容器是一对反相负荷，在正常运行时相互抵消不会产生过电流。但由于安装或维护不达标，导致在电网发生短路，进而使得电力系统出现严重的非计划停电事故。影响运行可靠性的主要因素：（1）电网结构不合理，电力线路过长，导致线路潮流分布不合理，输电能力下降；（2）输电线路中出现故障，且维护成本较高；（3）电网结构过于复杂，增加了电网的维护成本。

四、电力系统配网自动化技术的应用

（一）加速电力系统配网的建设与改进

电力系统配网自动化技术，是电网实现现代化、智能化发展的关键技术，也是当前电力系统发展过程中最为关注的技术，它可以使供电更加安全可靠、供电效率和供电质量大大提高，并能够通过有效的管理机制，减少和避免配电网运行中发生的故障和异常，提高系统运行的可靠性。电力系统配网自动化技术发展对于电力系统的发展有着重要的意义和作用。电力系统配网自动化技术能够对电力系统中出现的故障进行准确定位，并及时有效地处理故障；在对用户进行供电时，能够根据不同区域内用户对电力的需求量合理分配供电区域，减少供电企业所需投入成本；能够将配电网络中出现的故障及时报告给相关部门和工作人员，并及时解决。电力系统配网自动化技术应用之后能够提升配电网运行过程中的安全性和稳定性，并且可以减少因故障和异常情况发生后造成的停电现象[4]。

（二）建立电力系统有效的硬件支持系统

电力系统的硬件支持系统，包括各种发电厂和输电线路。在任何给定的时刻，所有这些设备都是独立运行的，所以要确保电力系统的正常运行，就必须把它们连接在一起。但是，这些设备之间的连接是不可能被完全预测的。为了保证电力系统运行，必须采取一系列设计措施来确保所有设备都是安全、可靠和有效运行的。任何一个电力系统都有其设计要求和环境限制，包括地理上和时间上的限制，同时，系统中又是还存在着一些薄弱环节，可能会导致诸如电压和电流不平衡、频率偏移、网络中断和其他一些问题。为了保护电力系统免受这些威胁，需要有一套有效的硬件支持系统。而这种硬件支持系统可以通过在不同地点使用不同类型的设备来实现。硬件支持系统包括电网主站、通信网络和配电自动化终端。电网主站是配网自动化信息管理的中枢，是一个独立于配网自动化设备之外的具有强大数据处理能力的平台。通信网络是实现配电自动化信息共享和交换的基础，是实现配网自动化技术所必须具备的硬件支持系统，主要包括光纤通讯网络、载波通讯网络和无线通讯网络三个部分。目前在国内大多数地区已实现光纤通讯网络和载波通讯网络。建立完善可靠的电力系统硬件支持系统，既可以满足电力系统功能要求，又可以有效降低设备成本，提高设备利用率，为配网自动化建设与运行管理提供更好更有效的服务。

（三）完善电力系统的自我诊断功能

电力系统是一个复杂的非线性网络，需要利用智能技术对其进行自我诊断，以不断优化运行状态，保持电能质量。目前，已有许多种智能诊断方法被提出，如基于故障录波数据的在线分析、基于历史数据的专家系统、基于人工智能的机器学习等。由于电力系统涉及大量数据信息，单纯依靠智能诊断技术进行故障检测已难以满足电力系统对实时性和准确性的要求。随着人工智能技术的发展，其在电力系统故障诊断中的应用将会得到进一步发展。基于智能技术的电力系统故障诊断方法，通过对系统运行数据进行分析处理，以发现故障和异常状态并进行原因分析，提出相应解决方案。近年来，国内外智能诊断技术不断取得新进展，为电力系统故障诊断提供了新方法和新思路。未来我国电力行业应积极开发相关智能诊断技术并加以应用，进一步提高电力系统故障诊断能力，以实现对电力系统安全稳定运行的有效保障[5]。

（四）及时维修和更换老化设备

电力系统配网自动化的设备一般是由多个不同类型的设备组成，并且这些不同类型的设备在运行过程中，都会有一定的损耗。如果长期使用，会存在一定的损坏。当损坏比较严重时，需要对其进行维修和更换。对于电力系统配网自动化设备的维修和更换来说，注意事项如下：一旦发生停电事故，要立即组织人力进行抢修。其次要在电力系统配网自动化设备中安装过流保护装置和自动重合闸装置，及时发现设备故障并采取相应措施，防止故障进一步扩大。再次要做好配网自动化设备的日常维护和保养工作，及时发现和处理各类事故隐患，确保配网自动化系统运行安全可靠；最后，应根据现场实际情况确定是否需要更换或维修。如果需要更换或维修，则应将其更换或维修后进行测试，以确保设备正常运行并满足安全运行要求。

（五）科学、合理规划电力配网自动化

配网自动化是一项复杂的系统工程，是一项多学科相互交叉、渗透的综合性工程。在进行配网自动化建设时，应从实际出发，科学合理地进行规划。首先要考虑系统可靠性和经济性。在可靠性方面，应从配电设备本身和运行条件出发，对配网设备进行综合评价；在经济性方面，应从工程投资、运行维护费用以及电能损耗等方面出发进行分析。电力系统配网自动化规划设计中应遵循以下原则：（1）符合国家、行业及地方相关技术标准和规范要求；（2）在满足客户需求和未来发展的基础上；（3）充分考虑经济发展水平、城市电网现状和负荷增长情况；（4）结合配网结构、电源分布及城市电网发展规划等因素进行设计。配网自动化规划设计中应充分考虑未来配网发展规划、设备技术升级、设备选型等因素，提高供电质量和效率。

总结

综上所述，电力系统配网自动化的建设是一个长期的过程，虽然目前我国的电力系统配网自动化已经有了一定程度的发展，但仍然存在一些问题。传统配网自动化系统技术与应用不成熟，电力系统配网自动化存在诸多问题。随着我国经济发展对电能需求的不断提高，以及科学技术和现代电子技术、通信技术、计算机技术和网络技术等先进技术的快速发展，为电力系统配网自动化提供了良好的环境和基础。通过电力系统配网自动化的建设与改进，可以进一步提高供电能力，提高供电质量和供电可靠性。