配电自动化对于配电网可靠性影响及对策的分析

2023-12-25黄聪

电工材料 2023年6期

黄聪

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京 211100）

0 引言

随着经济和社会的发展，供电可靠性在电力市场中的地位日益凸显，供电公司需要为客户提供优质的电能，配电自动化（DA）能提高用户供电品质。对配电自动化技术的分析，主要涉及了传感、控制、信息通信以及传统分配技术。在配电自动化建立的过程中，容易对电力系统可靠性指标产生影响，主要集中在电网各个环节，例如，在馈线故障处理技术方面，可以缩短故障定位、隔离和恢复所需的时间[1]。根据用户的故障统计资料，发现配电网设备及馈线部分的高故障率是造成配电系统不能正常运行的主要原因。建立配电自动化系统可以提高电力系统的可靠性，主要涵盖了平均停电次数指数（SAⅠFⅠ）、平均停电持续时间指数（SAⅠDⅠ）、用户平均电力供应利用率指数（ASAⅠ）等。配电自动化已成为人们普遍关心的问题，人们从各个角度对其进行了深入的探讨。配电自动化系统已被广泛地应用于国内的配电网络,随着通讯技术的不断发展，馈线自动控制系统被提出，其中包括馈线终端设备（FTUs）和通信网[2]。通过对冯驰等[3]研究分析，主要提出了馈线自动化系统，这种系统的基础是电力自动化平台，采用该系统能够满足配电网络可靠性的评价需求。李俊辉等[4]介绍了一种以馈线为基础的智能化馈线自动控制系统。王云会等[5]主要探讨了集中式和分散式在配电网故障诊断中的应用。尽管在现有的电力系统中，存在着许多能够改善配电网络供电可靠性的自动化施工方案，但是对于方案的建立，却没有任何具体的探讨。针对这种情况，本研究对比了几种典型的DA 方案在配电系统中的应用，对典型的配电自动化系统进行了详细的分析，通过对相关施工方案的研究，提出科学的建设方案，得出可靠的计算结果。

1 典型的DA模式

在本次研究中，采用“手拉手”的布线方法，通过对不同接入方法进行分析，研究该方法对电网可靠性的影响。图1为配电自动化方式1。

图1 配电自动化方式1

1.1 不适用DA程序

将不采用DA 程序的配电网络可靠性指数作为案例进行分析。对于该方案而言，一旦配电网线路产生故障，系统不能及时发现故障，因此要及时向用户报告故障；维护人员到达无供电地区，针对性检查和巡视配电线路跳闸开关，进而有效查找故障，随后借助开动动作隔离失效部分，进而满足配电网络相关地区电力供应恢复稳定供应需求。

1.2 基于故障指示的DA系统构建方法

根据故障指示器的远程传输能力，这种方式可划分为两类。配电自动化方式2 如图2 所示。如果出现了短路或接地故障，从变电站到断路处的架空线路上的故障指示灯就会出现倒置或闪烁，以表明故障的出现。而无故障区的错误指标并未发生改变。维护人员随后离开变电站，沿配电网络寻找有问题的地方。这种方法能迅速地找出故障部位，为维护人员节约大量的时间[6]。

图2 配电自动化方式2

1.3 馈线自动控制中的切换定时

馈线自动控制系统是通过对电压、电流等电气量的检测来判定配电线路的故障，并将其与开关的定时运行或电流存储器相结合，从而实现对馈线的自动控制。将自动切换和自动重合装置安装到馈线（方式3），配电自动化方式3 如图3 所示。在配电网出现故障时，首先要对配电网的故障电流、电压变化进行判断，再由切换与重合闸协同工作；在此基础上，对故障馈线进行自动定位与隔离，并利用网络重构技术实现配电系统的无故障供电。这样，维护人员就可以被直接派遣到有问题的地区，通过准确的定位进行维护工作。该过程不需与主站、变电所进行通讯，可在现场进行故障定位，并在现场进行隔离[7]。

图3 配电自动化方式3

1.4 集中式控制系统在DA主站上的应用

在主站控制方法中，结合是否可以实现故障隔离的需求，进而将其分为半自动和自动两种隔离方式：①半自动隔离：故障区段主要由主站点提示，在拟操作的切换名中，需要通过人工确认，在断开故障两端断路器时，需要采用手动遥控，同时还需锁止合闸回路；②自动隔离：通过主站将故障两端的FTU 进行闭锁和断路，当两边的断路和断路结束后，FTU 向主站报告。全自动隔离DA 主站的中央控制系统以主站为中心（第4 种方式），图4 为配电自动化方式4。控制中心依靠通讯，因此，利用监测与数据采集系统所提供的实时数据，能够对配电网络进行实时的采集与控制。在出现故障时，借助FTU 传输故障信息到主站。通过对开关状态、故障监测、网络拓扑等的分析，判断出故障区域，并下达遥控指令，对无故障区域进行故障隔离，并使电力恢复正常。这就是所谓的三个遥控系统。当采用遥控方式进行故障诊断时，该切换器只对故障隔离和非失能区恢复执行操作[8]。

图4 配电自动化方式4

1.5 基于智能配电网的局域控制

在配电网分段开关、联络开关为断路器的线路中采用了基于智能配电馈线的终端设备，配电网中的配电终端通过高速通讯网络与邻近的分布式配电终端进行数据交换。在配电网出现故障时，快速定位故障，隔离故障，并在断路器保护动作之前恢复电源[9]。整个处理不依靠DA 主站和变电所（模式5）。本技术方案以智能终端设备为中心，图5 为配电自动化方式5。

图5 配电自动化方式5

在这种方式下，部分故障的处理并不完全依靠主站，在SCADA 通讯中断的情况下，也不会影响到系统的故障处理与恢复。在环网或辐射馈线中，可以采用断路器（重合闸），并能在FTU 的协作下，实现故障自动隔离和自动恢复。此外，对开关（重合闸）功能进行分析，有助于有减小短路电流，对此，与保护相结合能够减少变电所的输出端动作次数，对缩短故障处理时间具有重要作用[10]。

2 电力系统可靠性评价的方法与指标

2.1 FMEA的失效仿真结果分析方法

在评价配电网络可靠性的过程中，采用的分析方法以FMEA 故障模式后果分析法为主，且这种方法比较常见。该方法对电力系统的各种故障进行了假定，并对各种故障的影响进行了分析，对各种故障状态进行了综合评价。但由于电力系统的实际运行，这种方法忽视了电力系统的潮流和电压限制，从而降低了计算工作量[11]。

2.2 可靠性指数的确定与计算

电力系统可靠性指标的定义和计算公式如下。

（1）系统平均停电频率指标SAⅠFⅠ

式中：δi和Ni为馈线i上的用户停电率和用户数量。

（2）系统平均停电持续时间SAⅠDⅠ

式中：Ui为馈线i的用户年停电时间。

（3）用户平均停电频率指标CAⅠFⅠ

式中：Mi为馈线i的停电用户数。

（4）用户平均供电可用率指标ASAⅠ

3 试验成果

以南京供电公司的一条配网为例，对其进行了研究。表1 为配电网络的基本资料。表2 为上述各种配电网的可靠度资料，包括：线路故障率、故障恢复时间、维护率；维修周期4个数据来自于该线的历史资料，而不同的DA 系统在建成后的故障报警和故障恢复时间取决于当地电力公司的经验[12]。在分析以上DA 建筑方式时，假定该输电线路以外的其他地区是完全可靠的。与上述分析结果相吻合，在使用DA 架构后，该系统的可靠性得到了很大的改善。明确显示了DA建筑对SAⅠFⅠ指数的影响，而采用了前3种方法[13]。但是，模式5对于降低系统失效断电面积具有重要作用。在前4 种方式中，如果发生局部配网故障，则会造成全线路停电，而在第5种方式下，不会对其他线路造成整体的干扰。图6 为平均用户的中断时长。DA方案在模式2、模式3、模式4 中均能提高此项指标，而在模式5 中，DA 模式能显著降低配电网络的断电次数；但是对应的断电时间并未相应地降低，故此施工方式CAⅠFⅠ指数更高[14]。