10 kV 智能供配电系统的设计与实施

2024-04-07晏明

通信电源技术 2024年2期

晏明

（河钢邯钢能嘉钢铁有限公司，河北邯郸 056000）

0 引言

为实现10 kV 供配电系统的智能化，需要综合考虑系统的设计和具体实施方案。在系统设计方面，电力工作人员需要分析负荷需求，并规划其负荷值，深入了解居民的用电需求和电力负荷特性，优化供电方案，选用最优供电电源、供电路径和供电方式。此外，需要配备合适的配电设备、开关设备、变电设备，符合供配电系统的供配要求，安装智能化保护系统和控制系统，对电力系统进行智能检测，保证10 kV 智能供配电系统能够安全、平稳地运行。

1 智能化电力供配系统概述和应用

1.1 智能电力供配系统概述

智能电力供配系统由现代社会先进信息技术和电力供配系统组成，能够通过智能化技术管理电力配电系统，合理开展能源传输和电力供应工作，保证配电的安全性、可靠性。数据中心供配电系统设计形态如图1 所示[1]。

图1 数据中心供配电系统设计形态

1.2 智能化技术在供配电系统中的应用

智能化技术包括控制技术、通信技术和传感器技术等。传感器应用在电力设备和输配电网中，通过实时监测功率、电压和电流数据，分析电力设备的状态和运行信息，并在发现数据异常时及时采取措施进行维护。

2 智能供配电系统的应用模式

为设计10 kV 智能化供配电系统，利用内部局域网对主机进行连接和监控，使用工业计算机进行通信处理，增加智能供配电系统的抗干扰能力。这对于简化网络结构，连接供配电系统有重要意义。

2.1 分析和规划负荷需求

电力管理人员需要了解电力负荷情况，深入分析负荷波动、负荷曲线和负荷容量，根据最终数据规划供电负荷，确定供电分布和供电容量。

2.2 运营和维护管理

在完成智能供电系统建设后，需要进行监测和验收，在管理人员验收合格后就可以正式进入运营。在投入运营前，需要供电部门建立一整套完善的电力系统运营制度。同时，通过智能供电系统实时监管供电设备并分析数据，做好智能设备的维护和保养[2]。

2.3 优化供电方案设计

供电系统设计人员对供电方案进行设计的过程中，需要综合分析用户的供电需求，选择合适的供电方式，如谐波控制技术、环网供电技术、多元供电技术等，不断保证供电系统的安全性。

3 10 kV 智能供配电系统设计要点

3.1 选择高性能电气设备

在电力系统运行中，电气设备选择是其中最重要的一个环节，电气设备能够实现电能的变换和传输，其性能会直接影响电力系统的运行。近年来，随着社会科学技术的进步与发展，电气设备的综合性能有了显著提升，电气设备生产市场上，所流通的电气设备大多绿色环保、节能高效。传统油绝缘设备在电气设备市场上已停止流通，取而代之的是SF6气体，这种气体绝缘性好，电负性高，受到人们的广泛关注。在工作人员选择电气设备类型时，需要按照以下要求进行选择。一是当负荷能量满足当前需求情况下，需要适当留一些余量；二是在确保经济条件允许的情况下，选择高新技术设备；三是根据建设智能供配电系统当地的环境选择和检验设备。现阶段，电气设备中将SF6作为气体绝缘介质，能够满足电力系统对于电气设备的需求，这种设备的建设成本也在不断地下降[3]。因此，现阶段要想保证10 kV 智能供配电系统能够稳定运行，就需要采用气体绝缘组合这种高性能电气设备。

3.2 优化电力供配智能化控制软件

计算机的软件程序直接影响着电力供配电系统的智能化，因此在对10 kV 智能供配电系统设计中，需要关注智能化设备能否满足系统建设，及时整改与电力施工环境不匹配的智能化软件，保证智能化供配电系统的先进性，并对智能化系统进行控制，以满足电力供配电系统的需要。

3.3 充分利用网络信息技术

10 kV 智能供配电系统在设计过程中，要聘请专业的网络技术人员将计算机技术与智能化设备连接在一起，保证计算机程序的稳定运行，发挥智能化技术的作用，从而实现网络信息资源共享和电力供配电系统的智能化应用[4]。

3.4 简化主接线方式

在供配电系统早期发展中，一些设备制造技术存在局限性，为确保供配电系统的稳定性和安全性，大部分变电站所应用的主接线都较为复杂。随着智能化的发展，各种电力设备性能都有了一定的提升，如通过数据传输信号进行供配电。因此，在10 kV 智能供配电系统的应用中，需要考虑简化主接线。

现阶段，我国低压供配电系统大多采用分段母线连接和单母线连接的方式。分段母线在使用过程中，通过引入断路器和隔离开关将单母线分成几个相对独立的线段，利用硬件成本来改善供电的稳定性和灵活性，适用于一些中小型配电站。母线连接最为简单，只需利用一组母线就能够为所有回路提供进出线服务。这种连接方式需要使用的电气设备数量较小，且成本投入低。因此，在实际供配电系统中，无重要负荷、进出线少的场所可以选择普通母线连接方案。配电网工作流程如图2 所示。

图2 配电站工作流程

3.5 开关设备选择

一般情况下，在建设10 kV 智能供配电系统的过程中，需要根据电负荷种类选取不同的接线方式，确保电负荷的数值不会超过规定标准。在开关设备发生问题时，为确保设备维护人员能够及时知晓并进行维修，需要加大设立智能化系统的投资力度，在电力供应数据出现异常时，能够及时将数据同步到设备维护部门[5]。在实际设计规划中，电力系统管理人员需要综合考虑系统环境和电负荷类别等情况，查看配电房所使用的是单电源线还是双电源进线。电力系统管理人员为确保开关设备的稳定，会采用SF6负荷的高压柜。这种类型开关柜额定电流的初始值为630 A，短路热稳定电流为20 kA。供配电系统如图3 所示。在开关设备中，若选择高压柜，则需要充分考虑短路稳定电流、额定电流和设备应用环境等，为设备维护人员对设备维修提供便利。

图3 供配电系统流程

4 智能化电力供配电系统的优势与挑战

4.1 智能化电力供配电系统的优势

4.1.1 提高供电的稳定性和安全性

智能化电力供配电系统能够利用智能化设备和智能化控制，及时发现电网系统的异常并分析异常原因，便于工作人员到现场后直接开展维护工作，提高系统解决效率，确保供电的稳定性和安全性。

4.1.2 实现智能化检测和控制

智能化电力供配电系统采用智能传感装置和先进监测技术，对电力设备和电网运行情况实施监控，获取大量电力数据，提高系统运行的效率。

4.1.3 提高能源利用率加强负载管理

智能化的供配电系统能够根据实时变化的负荷需求和电力能源情况，不断更新供电方案，实现电力能源的最优分配，实现电力负载均衡管理，满足社会对于节能减排的需求[6]。

4.1.4 提高故障检测和响应能力

供配电系统融入智能化，能够利用智能化技术中的故障检测和故障定位技术，及时定位出现故障的设备，并通过智能化系统实现远程修复，提高解决问题的效率。

4.2 智能化电力供配电系统的挑战

4.2.1 技术成熟度和可行性

在电力供配电系统中使用传感器技术、控制技术、通信技术等智能化技术时，面临的挑战是智能化技术的可行性和成熟度是否符合电力系统的要求，能否保障系统运行的安全性和稳定性。

4.2.2 数据安全和隐私

智能化供配电系统会涉及大量电力数据、客户信息、企业敏感信息。智能化电力供配电系统面临的挑战是保障大量数据信息的安全和企业信息隐私，若无法制定安全有效的隐私保护机制，则无法开展智能化电力供配电系统设计。

4.2.3 成本与投资

在10 kV 供配电系统中引入智能化技术需要投入大量的资金，成本较高。引入智能化设备后，需要培训技术人员和开发技术，都会加重投入成本。电力系统管理人员需要认真核对智能化投资所带来的回报，确保智能化配供电系统投资的可行性。

5 10 kV 智能供配电系统的实施趋势

5.1 向集成化和综合化转变

为保证10 kV 智能供配电系统的发展，未来电力系统需要向集成化和综合化方向发展，整合收集到的电力系统数据，提高智能化系统的经济性。利用专业的智能化系统工作人员整合内部数据、功能等内容，确保智能供配电系统能够满足用户的需求。

5.2 载波通信代替光纤技术

随着社会的发展，智能供配电系统大多采用光纤通信技术。与其他传输技术相比，光纤技术是目前数据传输较快、信号较稳定的一类。但从长远角度来看，光纤技术不适用于智能供配电系统，光纤造价过高，不能进行大面积使用。因此，需要研究人员开发新材料。经过长期探索，研究人员已研究出载波通信技术，这种通信技术传播效率更快，稳定性更高。