新型电力系统背景下配电台区智能化分析

2024-06-04广东中网电力有限公司赵颖娴

电力设备管理 2024年7期

广东中网电力有限公司赵颖娴

近年来，助力实现“双碳”目标，我国在能源方面正在向绿色低碳方向转型，电力作为我国能源的重要构成部分，建立新型电力系统是实现绿色低碳转型的关键环节[1]。随着我国新型电力系统的不断建设与发展，用户对供电要求越来越高，不仅具备较高的电能质量，同时也要确保用电的可靠性。配电台区是实现电力用户与电力系统联系的重要环节，提升配电台区的智能化水平对于保障用户的用电质量较为重要[2]。

1 配电台区智能化体系结构

如图1所示为新型电力系统背景下配电台区智能化体系结构图。由图1可知，系统整体上分为三个层级，分别为过程层、间隔层和站控层。站控层网络的作用是对本层设备与其他层设备进行网络连接，实现数据信息交互。站控层的重要作用是对一次设备以及间隔设备等进行控制，达到远程信息传输的效果。配电台区采集的所有数据信息都上传到站控层中进行动态更新。利用相关设备将数据信息传输至对应的数据中心。

图1 配电台区智能化体系结构图

站控层根据内置算法对数据进行分析，可以实现电力系统故障的自动化分析。间隔层网络可以对间隔层和站控层、过程层的设备进行网络连接，实现数据信息传输。间隔层可以利用设备对状态数据进行独立采集并分析，进而实现控制。

比如，可以对一次设备的运行状态数据进行采集并分析，掌握相关设备的实时工作状态，在此基础上实现设备控制。间隔层可以同时对多个具有不同优先等级的指令进行处理，优先处理等级较高的指令。

过程层设备主要涉及一次设备、二次设备等，利用配电台区智能化系统，可以对这些设备的运行状态，比如温度、湿度等进行实时监测，设备可以根据上层发送的控制指令完成对应的动作。

2 配电台区智能化建设主要技术

2.1 确保工作环境安全的多重保障措施

目前，我国一些配电站房的智能化甚至自动化水平都比较低，所以有必要强化配电站房工作环境的安全监控技术[3]。比如，在配电站房中增加设置门禁监控系统，避免非工作人员擅自闯入引起安全事故；可以在配电站房附近设置图像监控系统、SF6气体浓度监控系统等。具体要求如下。

一是监控屏柜。主要作用是对工作环境相关的状态参数，包括视频信号、水位信号、防盗信号、烟感信号、门禁信号等进行采集，在此基础上实现照明、水泵、空调、风机等的综合控制，所有数据信息利用光纤网络全部上传至监控后台以及总服务器。

二是门禁监控系统。硬件方面主要包括门禁控制器、电控锁以及IC 卡刷卡器。具有防盗功能、门禁控制功能，一旦出现非法入侵，系统会发出声光警报。配电台区内所有的配电站房全部使用智能锁具，利用智能数据管理系统对这些锁具进行统一管理、维护，所有开锁记录全部保存在服务器中。

三是管沟水位异常监控系统。配电站房附近通常会设置排水沟，避免下雨时雨水进入站房。为避免特殊情况下站房中进水，需要利用管沟水位异常监控系统，对相关水位进行实时监控。同时，需要利用水位传感器进行监测，结合实际情况设置水位安全阈值，一旦超过设置的安全阈值，系统发出警告。如果配电站房地势较低容易积水，需要配套使用水泵，特殊情况下利用水泵进行排水处理。

四是辅助照明联动单元。一旦配电站房的门被打开，站房内的照明灯具会自动开启，为工作人员提供照明。室内照明系统也可以实现远程的开启与关闭。

五是环境监控系统。配电站房环境会对设备的稳定可靠运行产生直接影响，因此需要对相关环境参数进行实时监控，主要监控站内的烟雾、温度、湿度、SF6气体浓度等。一旦超过了系统设定的安全阈值，系统会发出警告。系统还可对站房内设置的水泵、空调、风机等进行智能化控制，利用以上设备将环境参数控制在合理范围内。

六是视频图像监控系统。可以在配电站房附近安装360°全景球机，利用视频设备对站房内的关键设备及工作人员的状态进行实时监控，数据上传至服务器中进行存储。

2.2 运行状态全感知技术

工程实践表明，氧化以及接头松动等问题，是导致配电网常出现故障的根本原因。接头在长时间运行过程中受到振动，以及热胀冷缩等外部因素影响，不可避免地会出现老化以及接触电阻变大等问题。当负荷电流较大且接头电阻大时，接头部位会出现发热现象，严重时出现起火，进而对其他电力设施造成损坏，扩大安全事故影响范围。所以，需要对重要的接头位置进行温度监测。

目前，可以实现温度监测的技术主要包括红外测温技术、无线测温技术、光纤光栅技术等，其中无线测温技术不需要与被测对象接触，在实践中的应用比较广泛。除需要监测温度以外，其他关键用电参数包括主要位置配电的电流、电压等也需要进行监测。这就需要面向配电台区建立广泛的运行状态全感知网络系统，通过部署智能设备对上述关键参数进行实时感知。

2.3 用户信息采集营配一体化技术

对所有电力用户的电表进行更换，使用HPLC模块电能表，电能表与配电台区设置的智能配变终端之间通过宽带载波进行数据通信。利用智能配电终端可对配电台区全范围内的营配数据进行采集，采集的数据信息主要包括：户变拓扑识别信息、用户停电事件信息、末端运行实时数据信息等。所有采集的信息利用5G 网络，或者光纤网络上传到主站以及配电自动化主站中。基于这些数据信息达到营配深度融合的效果，降低末端设备资金投入以及设备后期运行维护费用。

3 运行模式自适应优化技术

3.1 配变与低压线路保护技术

在对低压线路进行保护时，考虑具体情况在低压线路中设置过负荷保护、速断保护以及剩余电流保护等。另外，我国现代中心城市的城镇化率高，对市容市貌的要求较高，为了满足市容市貌相关要求，在城区中使用的变压器大多为箱式变压器，也可根据实际情况利用配电室进行供电。对于配电中压进线侧开关柜需要增加设置弧光保护。在此保护的作用下，一旦出现故障问题可以在20ms 时间内切除对应故障，尽量压缩故障影响范围。

弧光保护是专门针对中低母线研制的一种快速保护技术，可以实现无延时保护，其优点体现在以下几点：一是降低了甚至完全避免电弧对工作人员造成的损害；二是减少了开关柜的损坏率，降低设备维护保养成本；三是压缩故障停电时间，加快故障处理速度。

实践经验表明，一旦开关柜内部出现接地放电问题，弧光是变化情况最快的特征物理量。所以，针对弧光设计保护动作可靠性高、速度快。弧光保护的动作时间在20ms 范围，但通常情况下可以控制在10ms 范围内。随着人们对生产安全要求的不断提高，利用弧光保护确保相关人员安全显得很有必要。

3.2 配电台区无功补偿技术

具体实践过程中，配电台区的低压无功补偿可进一步细分为以下两种类型：第一类为变压器低压侧的无功集中补偿技术。该项补偿技术的优势在于安装过程简单、后期维护很便捷。该项技术的补偿容量可以在几十到几百范围内调整，具体补偿容量需要充分考虑实际情况来确定。可以实现动态无功补偿，确保配电台区无功损耗的平衡性。

第二类为用户侧分散无功补偿技术。该项技术又称为随机补偿技术，在所有的配电网无功损耗中，中低压设备占据比例较大，所以关注中低压设备的无功损耗情况即可。所以在靠近电力用户侧利用分散式无功补偿技术可取得很好的效益。考虑到第1类无功补偿技术具有投资少、维护简单的特征，因此选取第1类无功补偿技术。

同时，结合实际情况选用晶闸管接头电容器组的补偿方式。该方式具备较多优势，比如冲击涌流小、精确控制、响应时间短等。可以应对大负荷投入使用时对电网造成的电压突变冲击，使整个配电台区的功率因素保持在最佳状态。

3.3 三相负荷不平衡优化技术

配电台区三相负荷在运行过程中难免会出现不平衡的现象，根本原因在于三相四线制系统中单相负荷接入三相中出现分布不均衡的问题。如果配电台区的负荷管理不科学，使得单相负荷接入三相时没有计划性，加上电力用户末端负荷存在随机性的特点，使得三相不平衡问题难以从根本上解决。

现阶段，低压三相负荷不平衡的优化调节技术可以分为以下三类，分别为换向开关型两相负荷自动调节设备、电容型三相负荷自动调节设备、电力电子型三相负荷自动调节设置。

其中，换向开关型两相负荷自动调节设备使用较多，该设备主要由多个换相开关，以及一个智能换相终端共同构成，后者的作用是对三相负荷大小进行监测，内置换相算法，实现对多个换相开关的控制。基于该设备可以对三相不平衡度进行分析计算，且系统内置有不平衡度阈值一旦超过该阈值系统会下达控制指令，开展换向操作，使配电台区负荷分配均衡。