农村配电网智能化改造实践研究

2024-05-23郭宇正曹宇轩

通信电源技术 2024年7期

郭宇正，曹宇轩

（国网陕西省电力有限公司榆林市榆神工业区供电分公司，陕西榆林 719000）

0 引言

随着科技的进步，智能化电网的发展对节约能源、减少排放的积极作用日益凸显。目前，我国正大力发展低碳经济，而智能化电网是其中必不可少的一环。通过对电力系统进行全生命周期的监控和对能源进行合理分配，能够切实提高能源整体的使用效率，为用户提供更多的增值服务。农村电网区域是电力系统的重要组成部分，因此加速改造和更新农村电网技术，对于提高电网整体智能程度具有重要意义。我国农村电网分布较广，且分布复杂，因此需要采用低压分散供电方式进行供电，以确保电网运行的安全性与可靠性。基于此，文章提出一种新农村配电网智能化改造方案，以增强电网在乡村地区的应用效果，为农村电力系统的智慧化管理提供坚实的基础。

1 农村电网智能化建设现状和发展策略

1.1 农村电网智能化建设现状

目前，农村电网智能化建设存在较多问题。首先，电力系统的基础设施建设不完善，且覆盖范围有限，在一定程度上制约着电力系统的负荷承载能力。安装的配电变压器数目过多，导致负荷率过高，10 kV 供电线路之间缺乏有效的关联开关，多数电源采用单辐射供电模式，尚未形成联动供电模式。这种运行方式难以满足N-1 的使用需求，一旦线路出现重负载问题，负载迁移将变得非常困难。其次，电力负载波动大。我国乡村电力负载呈周期性变化，且峰谷电价差异较大，严重影响着我国电力系统的供电品质与可靠性，对我国乡村电网的运营与规划提出了新要求。再次，农村电力系统智能化水平低。由于我国农村电网信息化程度不高，且运营与管理体系不够完善，造成电网运营与维修工作的效率较低。最后，技术基础薄弱。区域作业人员技术理论基础薄弱，实际作业能力不强，不能满足电网建设需求。

1.2 农村电网智能化建设发展策略

随着新农村地区的快速发展和电网面积的不断扩大，人们对电力运行的稳定性和安全性提出了更高的要求。为实现新农村地区电网建设的可持续发展，提出3 个发展策略。第一，加强信息化建设。引入智能电网科技与装备，构建智能乡村电网的智能监测与管理平台，实时监控与分析电力网络设施，从而提升电力网络的运营效能。第二，加强对电力负载的管理。制定乡村电力系统的负载端管理方案，运用智能测量科技，监控并有效调控用户的电力负载，增强电力系统供电的可靠性。第三，加强科技支撑与人才培育，并提供政策扶持。对从事乡村电网相关工作的工作人员进行专业的技术培训，以提高乡村电网智能转型的技术水平，加强队伍建设。同时，乡镇政府需要在财政和税费等方面给予乡村电网发展相应的扶持，引导企业和当地居民主动参与农村配电网的智能改造工作。

2 农村配电网改造

2.1 优化配电网架结构

为缩小农村配电网的停电范围、增加线路的转供容量以及增强供电的可靠性，需要优化改造配电网架。首先，应在变电站之间建立一条采用双电源环形供电方式的10 kV 通信线。当其中一条电源出现故障或处于维修状态时，可以切换至其他电源，以确保整个村庄的持续电力供应。其次，对主变压器的线路进行负载切割，分成多条支路向居民提供电力，以改善电网结构，避免出现电网终端低压现象，提升电网供电质量。最后，在公用变电站之间设置一条低压连接线，使两个公共变电站能够相互转供电力。当其中一个公共变电站发生意外或处于维修状态时，可以通过该连接线自动或人工操纵另一个公共变电站进行电力供应，确保村庄内工厂和泵站等主要负载能够获得双重电源供应[1]。

2.2 架空线缆综合整治和公用配变增容

为解决架空线缆综合整治问题，当地政府需要进一步健全电线整治的基本数据，并与乡村环境卫生整治相结合，共同开展架空线缆综合治理与公用配变增容工作。第一，拆除妨碍行车的占道杆塔，并对其进行改造，以消除杆塔占用道路产生的安全风险；第二，对于架设杂乱、安全距离不足、私拉乱接等施工不规范的电力电缆，采取横平竖直的架设方法，有序完成电缆安装与排布工作，确保供电安全；第三，及时更换老旧的杆塔，避免发生安全事故；第四，对于带电部位暴露的装置或连接件，务必安装有绝缘护罩，以确保其安全；第五，运用小波神经网路预测模式，预估未来电力系统短期的电力负荷情况；第六，对公共配电变压器进行扩容，以满足村中主要负载电力转供和居民未来的用电需求[2]。

2.3 配电设备升级改造

目前，农村地区在进行配电网布线铺设时，普遍使用电缆分路盒，以完成配电线路的分线和转线。由于分岔盒未设置切换器，即没有多环或者双回路的供电容量，不能控制所有线路，不便于进行测量和控电。同时，线路杂乱，不符合规定，存在严重的安全隐患。因此，必须利用新技术、新材料及新设备，全面更新和改造乡村配电设备，为建设智能化配电网打下坚实的基础。首先，按照节能降耗的总方针，把公共变压器更换为高效、新型、智能的配电变压器。此次改造选择带有节能性的非晶合金变压器。其次，将主线路的支路改成开关盒，以达到测量并判断停和送电等功能，方便线路出现问题后进行检修。最后，将仪表盒替换成耐腐蚀的智能型仪表盒。改造后的智能表箱和智能表计如图1 所示。

图1 智能表箱和智能表计

乡村建筑与周围环境联系密切，农民在修建住房或拓宽公路时，缺乏专业供电人员或技术人员的引导，因此易损坏线路，存在较大的安全风险。在表箱外壳上，也会有一定的静电堆积，若不对表箱进行接地，一旦有人接近或触摸，就会有触电危险。为增强仪表箱的绝缘性能，保障人员的生命财产安全，应统一对仪表箱安装接地桩，以便及时转移泄漏的电力负载。

3 农村配电台区智能化方案

3.1 配电台区的系统结构组成

配电台区的系统架构如图2 所示，除视频摄像机设置在室外电线杆上外，其他智能装备都设置在装置层的各个支路切换内。智能装置主要包括智能电能表、智能数显表、智能断路器、温度采集装置以及视频摄像头等，完成对整个系统的信息量采集、测量、计量、控制、保护及监测等工作，并与智能箱变的远程传输装置相连接，使整个配电网络的通信平台能够正常联网。

图2 配电台区的系统结构

3.2 智能装置设计要点分析

3.2.1 智能电表

在新型表盒和开关盒中，安装具备费控功能的智能电表，并构建智能化的电能表台区后台系统。该装置中设有剩余电流动作保护器，以确保用电安全。利用RS-485 通信协议，实时收集现场最终用户的用电信息和电路分支的电能质量状况。通过现场的通信线路汇总这些信息，并将其上传至监测后台。如果用户的用电量余额小于设定的标准值，系统会立即发出提示信息，并在必要时进行远程跳闸断电，从而达到对用电信息的全覆盖、采集、费控目标。此外，需要安装具有多重保护功能的漏电保护装置，以提供过电压保护、过流保护、漏电保护等多种功能。同时，该装置具备漏电和缺相保护功能，具有自复位等特点。而剩余电流动作保护器将监控电流和切断主电路的功能巧妙地结合在一起，能够为线路提供多重保障。这不仅有助于降低设备重心和制造费用，还能进一步提升电网保护的等级[3]。

具体而言，每户都会配备一个用于收集电能数据信息的智能电表，且每个集表箱至多可装4 名住户的智能电表和1 套剩余电流动作保护仪器。这些集表箱将安装在乡村用户室外墙壁的适当位置。此外，需要在支路配电箱和集表箱上设置RS-485 信号中继器，以确保传输数据的完整性。支线则配有智能塑料外壳开关，每个支路配电箱负责对应分支线路的集表箱。一旦本支路出现故障，智能开关会迅速响应并及时断开线路，防止事故扩大，确保下级智能装置的安全运行。

3.2.2 通信联络管理智能化改造

通信联络管理智能化改造是优化配网运动终端的重要环节，主要包括传输数据和通信参数的设置、通信协议的验证等。基于配网运动终端下属的局部网络，对智能箱式变、支路配电箱、集装表箱以及单式客户智能电表进行全面管理，确保数据、指令整体传输的准确性和完整性。同时，技术人员利用无线通信模组与调度管理主站进行智能通信联络，不仅可以上传电能数据，还能接收各种工作命令，确保电厂的遥控调度功能能够顺利实现。此外，通信联络智能化管理模块具备与主机连接工作任务的功能，能通过智能通信监测完成本地显示、相关表格打印、操作切换等操作，提高管理效率。为方便管理和维护，通信联络管理智能化改造装备即通信管理机可安装在一台智能化的箱式可变电报柜上，利用RS-485 通信协议连接信息收集设备与通信管理机。

3.2.3 智能配变终端

配变智能终端以通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）移动通信网为基础，借助RS-485 总线等通信手段，实现对变电站、输送电路、公用配电等环节的全面控制和管理[4]。同时，该终端具备强大的供电监测功能，具体组成结构如图3 所示。

图3 终端组成结构

3.2.4 配电网后台监控系统

建立的集数据采集和监测为一体的系统平台要按照信息化规范和要求采集、存储数据，将采集到的数据提供给各应用系统[5]。建立该平台的基本目标是高效地收集和管理试点的智慧配电台区域、居民电量信息、实时数据，确保该数据模式能够发挥应有效能，实现资源共享，真正消除信息孤岛等问题。同时，可打破各种服务系统之间的信息屏障，增强各种类型信息之间的相关性，从而达到综合性系统归纳、整合描述的目的，既能深入理解决策分析和数据挖掘，又能为智能电网的更新改造奠定有利基础。