刍议电力系统中配网自动化技术

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　　摘要：文章基于电力系统配网自动化要求，提出了配电网的合理规划要求，对开关(断路器)的相关方面进行了分析，针对电力系统配网自动化的基本需求，分析了不同故障处理模式的原理及优缺点，提出基于配电网全局拓扑信息的集中式馈线控制方法。
　　关键词：配电网规划；电力系统；配网自动化；分布智能模式；集中智能模式
　　1 配电网的合理规划
　　 配网自动化的基本原理是将环网结构开环运行的配电网线路通过分段开关把供电线路分割成各个供电区域。当某区域发生故障时，及时将分割该区域的开关跳开，隔离故障区域，随后将因线路发生故障而失电的非故障区域迅速恢复供电，从而避免了因线路出现故障而导致整条线路连续失电，减少了停电范围，提高了供电可靠性。因此，配电自动化对配电网规划提出了以下要求：
　　(1)供电线路要连接成环网，且至少具备双电源，对供电密集区甚至要考虑构成多电源供电系统。
　　(2)线路干线须进行分段。避免线路某处出现故障导致整条线路都连续失电，即通过分段开关的倒闸，将非故障区域负荷转移。分段原则是：根据具体情况，或按负荷相等，或按线长相等，或按用户数量均等原则。应考虑投资效益，一般线长在3km以内的宜分3段，线路更长时分段不超过5段。
　　(3)若分段开关使用负荷开关，不使用断路器，可节省部分一次设备的投资。线路发生故障后，分段开关的作用是隔离故障区域，而不是切除故障电流。当故障发生后，变电站内1OkV出口断路器分开，切除故障电流，此后，划分故障区域的分段开关才跳开隔离故障，此时故障电流已经切除。
　　(4)分段开关可使用断路器。目前我国开关生产厂家已经生产出分合负荷电流、过载电流及短路电流的1OkV户外真空断路器。这种设备与计算机的遥控技术和数据传输终端设备连接后能够实现遥控操作、数据信息通讯等功能。
　　2 开关设备的选型
　　 开关设备作为配网自动化的关键设备，为实现控制中心和各分段开关进行数据通信，要求控制开关、断路器不仅具备远方的遥控操作和数据信息通讯等基本功能，同时还要具备独立、完善的操作电源系统。为获取负荷电流、过载电流及短路电流量，达到遥信、遥测、遥脉等功能，要求开关内置CT和PT等电气设备，作为判断过负荷、各种故障电流的电气元件。目前，具备上述功能的断路器的代表型号为ZW8-12型户外真空断路器。
　　3 控制中心与各开关(断路器)之间的数据通信网络
　　 配网自动化对通信系统的可靠性和通信速率要求很高，也是配网自动化建设的主要瓶颈。目前我国部分地区完成的配网口自动化的通信方式大都采用载波通信、无线通信和光纤通信等几种形式。从相关供电局配网自动化建设和运行的经验来看，这几种形式中，无线通信和载波通信受到很多因素的制约，不是十分稳定，但投资较少，适合小区域的城镇配网自动化。对大、中等以上的城市来说，这两种通信方式不能满足要求。所以，要想实现大中城市的配网自动化，应该选用投资较大的光纤通信方式，这种通信方式支持接口(RS232／485)和以太网等多种通信模式，具有通信速率快、可靠性高等优点，是配网自动化通信方式的首选。操作电源的设计，一般选用交流220V作为操作电源，一般有逆变电源屏、电池屏、充电屏和交流配电屏组成电源系统。为了满足设计需要，在整个配电网络中设置多套电源系统，具体的数量，要根据电压降和电源线路的实际情况决定。
　　4 配网自动化实用化模式
　　 根据故障处理的具体形式，配网自动化可以分为分布智能
　　模式和集中智能模式两种。
　　4．1分布智能模式
　　 分布智能模式是指现场的开关(断路器)具备自动故障判断隔离及网络重构的能力，不需要通信与主站系统参与。主要有电压时间型(根据变电站保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域)和电流计数型(根据开断故障电流重合器动作次数确定故障区域)两种。其主要设备是FTU结合断路器或负荷开关构成的具有重合功能的分段开关。此类方法的显著优点是成本低，不需要主站参与。但受原
　　理的局限，不可避免地具有以下缺点：
　　(1)故障处理及供电恢复速度慢，对系统及用户冲击大
　　(2)需改变变电站速断保护定值及重合闸次数：
　　(3)同一线路上、下级重合器动作缺乏选择性。
　　 此外，网络重构后需改变重合器的整定参数，多电源多分支的复杂网络，其参数配合困难。并且故障点后面的分段开关的重合闭锁要依靠检测故障时的异常电压来作为闭锁条件，而故障情况不同，异常电压特征也变化较大，因此闭锁条件较复杂。综上所述，这种方法仅适合于网架结构比较简单，主要是双电源供电的“手拉手”线路，以及不具备通信手段或通信条件不完善、可靠性较低的场合。
　　4．2 集中智能模式
　　 该模式(又称远方控制模式)是指配电网发生故障后，现场的刑将开关状态及有关故障信息(失压或过流信息)经通信系统送至配电主站(或子站)系统，由系统根据配电网的实时拓扑结构按照一定的逻辑算法确定故障区段，并且确定可行或优选的故障恢复步骤，自动或人工干预发出相应开关设备的操作命令。其主要特点是能够综合考虑开关操作次数、馈线裕度、负荷恢复量、网络约束等因素，提出优选的恢复方案。由于主站的故障处理算法是在配电网的实时拓扑结构基础上完成的，因此，即使是多电源复杂的网络同样适用，并且时间上几乎相同。这种模式能适用于架空线路、电缆线路(包括环网柜方式、开闭所方式)。它具有以下特点：
　　(1)作为电网调度自动化的一个子系统，能满足电网调度自动化的总体设计要求，其配置、功能包括设备的布置都能满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的要求。
　　(2)能够将开关(断路器)的开关量和电流、电压等实时数据上传到调度主站或控制中心，并且能够对其进行遥控操作，具有很好的上行和下行通信功能。
　　(3)与继电保护的整定、重合闸、备自投等配合，系统本身具有自动判断故障点和自动切除故障点的功能，能够将故障范围缩小到最小程度。
　　(4)系统的正常运行方式和故障时的运行方式能够实现自动最优化，调度灵活，也可以根据调度员或者操作员的指令(检修状态下的运行方式)选择预定的运行方式。
　　(5)能与配变计量监测终端及电压无功补偿装置相兼容，实现配网的VQC电压无功自动控制功能。
　　5 结束语
　　 自动化的控制模式应根据不同的使用环境恰当选择，同时考虑系统的实用性和先进性。集中智能模式故障处理系统将馈线保护集成到配电网监控系统中，基于配电网全局的拓扑信息给出最优的故障负荷转移方案，能够适应配电网网架结构的变化和扩展，适应不同的配电设备，提供处理多电源供电网络故障的能力。而且，集中控制模式可以通过配电高级应用进行网络分析，在实时信息中出现信息畸变或信息不全时，进行状态估计和最优控制。因此，集中控制模式正逐渐成为实现馈线自动化的必选模式。同时，在系统中也可以加装电能质量监测和补偿装置，从而在全局上实现改善电能质量的控制。
　　
　　参考文献
　　[1]盛万兴．深化农村电网改造，适时建设县级城市配网自动化[A]．全国农电科技工作会议[C]．杭州，2001

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