農(nóng)網(wǎng)配電技術(shù)論文(2)
農(nóng)網(wǎng)配電技術(shù)論文
農(nóng)網(wǎng)配電技術(shù)論文篇二
農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展探討
摘要：配電自動(dòng)化是提高供電可靠性和供電質(zhì)量、擴(kuò)大供電能力、實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。針對(duì)農(nóng)網(wǎng)一次配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀, 提出了農(nóng)村配電自動(dòng)化典型建設(shè)模式,探討農(nóng)村智能配電自動(dòng)化未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)配電網(wǎng);配電自動(dòng)化;典型建設(shè)模式;故障處理模式;智能配電網(wǎng)
中圖分類號(hào)： TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
0引言
配電自動(dòng)化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門(mén)的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。
本文針對(duì)農(nóng)網(wǎng)一次配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀, 提出了農(nóng)村配電自動(dòng)化典型建設(shè)模式和故障處理模式，并根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)賦予的新的內(nèi)涵，探討農(nóng)村智能配電自動(dòng)化未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。
1農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化典型建設(shè)模式
農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)模式的需要考慮以下幾方面因素：農(nóng)村網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、故障處理模式、通信基礎(chǔ)設(shè)施、一次設(shè)備自動(dòng)化水平等以及配電自動(dòng)化項(xiàng)目實(shí)施的目標(biāo)和功能需求?，F(xiàn)階段農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化建設(shè)主要采用以下兩種模式。即調(diào)配一體化模式和調(diào)配分離模式。
1.1調(diào)配一體化模式
調(diào)配一體化模式是在一體化支撐平臺(tái)上，靈活擴(kuò)展和集成調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)饋線自動(dòng)化、集控站監(jiān)控、電網(wǎng)分析軟件、配變監(jiān)測(cè)、電能量信息采集、調(diào)度管理、配網(wǎng)管理、地理信息系統(tǒng)等應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化和調(diào)度自動(dòng)化各應(yīng)用功能、數(shù)據(jù)、信息共享。 如圖1所示。
農(nóng)網(wǎng)調(diào)配一體化綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，高效整合農(nóng)網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、變電站集控系統(tǒng)、城區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)和配電地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，減少設(shè)備冗余、保證了數(shù)據(jù)一致性，具有較高的性價(jià)比。此模式適用于新建的農(nóng)村配電自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)調(diào)度和配網(wǎng)監(jiān)控的一體化管理，極大提高了配網(wǎng)運(yùn)行和管理效率。
1.2配調(diào)分離結(jié)構(gòu)
調(diào)配分離模式即配電自動(dòng)化與調(diào)度自動(dòng)化功能相對(duì)分立。具體表現(xiàn)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)集成配網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)饋線自動(dòng)化功能、配電管理功能，并通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。如圖2所示調(diào)配分離結(jié)構(gòu)模式。此模式適用于：已經(jīng)建立了農(nóng)網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，并且在功能上已經(jīng)滿足地方經(jīng)濟(jì)3～5年發(fā)展需要，卻又不具備配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能的農(nóng)網(wǎng)供電企業(yè)，兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)可以根據(jù)所選擇的故障處理模式來(lái)靈活的選擇，對(duì)于選擇分布式就地控制型饋線自動(dòng)化模式，可以考慮不用建設(shè)主站系統(tǒng)。
2農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化故障處理模式
目前農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化故障處理模式主要分為：電流集中控制模式、配網(wǎng)故障指示監(jiān)測(cè)模式、分布式就地控制模式三大類型。對(duì)于電流控制模式，需要建設(shè)功能相對(duì)強(qiáng)大的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)，故障隔離和恢復(fù)通過(guò)配電自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.1電流集中控制型模式
電流集中控制方式是利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障的隔離與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。故障發(fā)生后，配電主站和子站根據(jù)FTU送上來(lái)的信息進(jìn)行故障定位，自動(dòng)或手動(dòng)隔離故障點(diǎn)，恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。電流集中方式處理故障必須要建立一個(gè)快速可靠的通信通道和上級(jí)配電子站或主站。
以一個(gè)如圖3所示的簡(jiǎn)單架空環(huán)網(wǎng)線路為例，F(xiàn)TU 通過(guò)通信網(wǎng)向控制主站傳送采集到的運(yùn)行及故障數(shù)據(jù)并接受主站的遠(yuǎn)方遙控命令。
若線路F 點(diǎn)發(fā)生永久故障。在變電所內(nèi)斷路器F1重合到故障上跳開(kāi)后，現(xiàn)場(chǎng)各FTU和RTU將故障電流檢測(cè)結(jié)果送到控制主站，主站啟動(dòng)故障分析及處理軟件。由于變電站出口斷路器F1處的RTU及負(fù)荷開(kāi)關(guān)11處FTU 檢測(cè)到故障電流，而負(fù)荷開(kāi)關(guān)12處FTU 則沒(méi)有檢測(cè)到故障電流，主站判斷出故障在11與12之間的線路區(qū)段上，自動(dòng)地或由調(diào)度人員手動(dòng)遙控拉開(kāi)11、12，隔離故障區(qū)段，然后合上F1，再合上環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)健康線路區(qū)段的正常供電。采用自動(dòng)方式，整個(gè)過(guò)程可在一到二分鐘的時(shí)間內(nèi)完成。
圖3：簡(jiǎn)單架空線路饋線自動(dòng)化說(shuō)明
本模式需要上級(jí)主(子)站、通信系統(tǒng)、測(cè)控終端的相互配合完成;其優(yōu)點(diǎn)：可以分層處理故障，故障處理準(zhǔn)確快速可靠;可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化重構(gòu)方案;開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)少;適用各種一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu);可識(shí)別相間故障、瞬時(shí)/永久故障等多種故障類型;具有常規(guī)SCADA功能。缺點(diǎn)：要求配置饋線自動(dòng)化監(jiān)控終端;必需配置大容量蓄電池;投資較大。
2.2配網(wǎng)故障指示監(jiān)測(cè)模式
配網(wǎng)故障指示監(jiān)測(cè)模式通過(guò)安裝帶通信的故障指示器或者故障采集終端等裝置，系統(tǒng)不具備控制功能，只監(jiān)測(cè)一次開(kāi)關(guān)的電流、電壓及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)傳遞到信息主站。主站可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行情況和故障信息，快速進(jìn)行遠(yuǎn)程故障定位，需要安排人工到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障隔離和恢復(fù)供電。
基本故障處理模式如圖4所示，QF1是變電站出線側(cè)的斷路器開(kāi)關(guān)，S1-S6表示柱上開(kāi)關(guān)。柱上開(kāi)關(guān)下方為帶通信的故障指示器或者故障采集終端等裝置。
圖4故障指示模式
當(dāng)開(kāi)關(guān)S5和S6之間的區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，開(kāi)關(guān)S1、S2、S5處的故障指示器監(jiān)測(cè)到故障信息，并將信息上報(bào)主站，從而判斷故障發(fā)生在S5與S6之間區(qū)域。調(diào)度人員通過(guò)主站提示安排檢修人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障處理。對(duì)于帶通信的故障指示器，本模式需要建立可靠通信系統(tǒng);需要建立配電主站，優(yōu)點(diǎn)是成本低、簡(jiǎn)單可靠，對(duì)通信的依賴要求降低，缺點(diǎn)是需要人工進(jìn)行故障處理，故障處理和恢復(fù)供電時(shí)間較長(zhǎng)。
2.3
分布式就地控制模式
分布式就地控制方式不依賴通信通道，又稱無(wú)遠(yuǎn)方信道方式。利用變電所出線斷路器或重合器與線路上的自動(dòng)分段器相互配合，實(shí)現(xiàn)配電線路故障的自動(dòng)隔離和恢復(fù)供電功能。
就地控制模式主要有以下三種類型：電壓時(shí)間型、重合器型、過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)的自動(dòng)分段器型。
電壓時(shí)間型就地控制模式
采用電壓-時(shí)間型開(kāi)關(guān)作為饋線分段器，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分段器兩側(cè)饋線是否失壓、并通過(guò)時(shí)序配合和線路首端開(kāi)關(guān)重合器動(dòng)作，共同完成故障定位、故障隔離和恢復(fù)供電。電壓型開(kāi)關(guān)是一種具有兩側(cè)失壓時(shí)自動(dòng)分閘、電源側(cè)來(lái)電時(shí)延時(shí)合閘功能的單穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)。
如圖5所示，QF1是變電站出線側(cè)的重合器開(kāi)關(guān)， S1-S6表示電壓型開(kāi)關(guān)，整定合閘時(shí)延為X時(shí)限;故障檢測(cè)時(shí)間為Y時(shí)限。當(dāng)P點(diǎn)發(fā)生故障的情況下，動(dòng)作流程如圖6所示。
?、僭谡顟B(tài)下，CB1、CB2和除PVS“L”以外的所有開(kāi)關(guān)均關(guān)合;②當(dāng)故障發(fā)生在P點(diǎn)，因短路引起斷路器CB1跳閘，“S1”“S2”“S3”因失壓而同時(shí)斷開(kāi)，這時(shí)“L”的控制器因感受到一側(cè)掉電而開(kāi)始計(jì)數(shù);③斷路器CB1經(jīng)過(guò)延時(shí)后重合閘，開(kāi)關(guān)順序延時(shí)關(guān)合至“S1”;④當(dāng)關(guān)至“S2”時(shí)，因再次關(guān)合短路點(diǎn)引起線路再次跳閘。這時(shí)“S2”和“S3”因感受到其區(qū)間故障而進(jìn)行殘壓閉鎖;⑤CB通過(guò)再次重合閘，順序延時(shí)將正常區(qū)間恢復(fù)供電;⑥環(huán)網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)“L”在計(jì)時(shí)過(guò)程中始終未感到一方的供電，因此，在經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，關(guān)合“L”，由CB2給位于故障區(qū)間后端的正常區(qū)段。
圖5電壓型饋線自動(dòng)化故障點(diǎn)模擬
圖6電壓型饋線自動(dòng)化動(dòng)作流程
電壓時(shí)間型就地控制模式的優(yōu)點(diǎn)是：電壓型開(kāi)關(guān)采用交流操作電源，不需要蓄電池，開(kāi)關(guān)操作可靠;缺點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)多次重合，停電次數(shù)增加，對(duì)系統(tǒng)有沖擊;殘壓閉鎖有死區(qū)，造成故障范圍擴(kuò)大;對(duì)于多電源的電力環(huán)路，難以實(shí)現(xiàn)就地網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);故障處理時(shí)間長(zhǎng)，且分段越多時(shí)間越長(zhǎng)。
重合器型就地控制模式
采用具有開(kāi)斷與關(guān)合短路電流能力的重合器，通過(guò)重合器的時(shí)序配合來(lái)實(shí)現(xiàn)就地的故障隔離與恢復(fù)。
如圖7所示，QF1為變電站出線開(kāi)關(guān)，S1-S6為重合器型分段開(kāi)關(guān)，需要整定保護(hù)定值和重合器動(dòng)作次數(shù)，整定S1-S6開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)為(7-n)(n為開(kāi)關(guān)序號(hào))。
當(dāng)饋線發(fā)生在S5和S6之間區(qū)域發(fā)生永久故障時(shí)，由于S5開(kāi)關(guān)重合次數(shù)整定為7-5=2次，在重合2次后，S5分閘閉鎖，從而隔離了故障區(qū)段，恢復(fù)健全區(qū)供電。
圖7 就地控制模式
重合器型就地控制模式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)饋線發(fā)生瞬間故障時(shí)，不需要變電站出線開(kāi)關(guān)一次重合閘動(dòng)作，避免引起全線路短時(shí)停電，而是由線路上離故障點(diǎn)最近的重合器一次重合閘動(dòng)作，瞬間故障時(shí)縮小停電范圍;缺點(diǎn)是：重合器本身帶有保護(hù)，通過(guò)時(shí)限來(lái)保證重合器保護(hù)動(dòng)作的選擇性，因此饋線分段越多，保護(hù)之間的級(jí)差就越難配合;重合器投資較大。
過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)型分段器就地控制模式
采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和智能控制器組成自動(dòng)分段器，饋線首端開(kāi)關(guān)采用重合器。通過(guò)整定分段器記錄故障電流次數(shù)進(jìn)行動(dòng)作，來(lái)實(shí)現(xiàn)就地故障隔離與恢復(fù)。
圖7所示，QF1為變電站出線開(kāi)關(guān)，采用重合器，整定故障電流最大次數(shù)與重合器動(dòng)作次數(shù)相匹配;S1-S6為分段器，是帶智能控制的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其動(dòng)作按照記錄故障電流次數(shù)整定。
在饋線線路發(fā)生故障時(shí)，分段器動(dòng)作按照記錄故障電流次數(shù)來(lái)整定，故障電流最大次數(shù)與首端開(kāi)關(guān)重合器的重合次數(shù)相匹配;
自動(dòng)分段器的動(dòng)作條件：(1)故障電流不小于整定值;(2)記錄故障電流次數(shù)達(dá)到整定的次數(shù);(3)饋線失壓。當(dāng)同時(shí)滿足這3個(gè)條件時(shí)，自動(dòng)分段器分閘閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障隔離。
首端開(kāi)關(guān)一般最多3次重合閘，要求自動(dòng)分段器最多分為3級(jí)。自動(dòng)分段器的級(jí)數(shù)受首端開(kāi)關(guān)重合閘次數(shù)的約束，因此，這種模式大多應(yīng)用于輻射型的配電網(wǎng)絡(luò)或重要支線。
3農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化的智能化發(fā)展方向
傳統(tǒng)的配電網(wǎng)僅實(shí)現(xiàn)單向功能，將電力配送給終端用戶。未來(lái)隨著分布式電源接入，配電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和用戶之間的電力和信息的雙向交互，高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)正成為國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化的重要發(fā)展方向。高級(jí)配電自動(dòng)化有別于傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化。傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化主要關(guān)注配電電路開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制功能，高級(jí)配電自動(dòng)化是傳統(tǒng)配電自動(dòng)化功能的進(jìn)一步提升和發(fā)展，它適應(yīng)更大規(guī)模的配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和分布式能源的接入。高級(jí)配電自動(dòng)化可實(shí)現(xiàn)所有可控設(shè)備和功能的完全自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)電力和信息的雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行更可靠、更經(jīng)濟(jì)。
高級(jí)配電自動(dòng)化是對(duì)傳統(tǒng)配電自動(dòng)化的繼承與發(fā)展，與傳統(tǒng)配電自動(dòng)化相比，其主要特點(diǎn)如下：支持分布式電源的大量接入并將其與配電網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)地集成;實(shí)現(xiàn)柔性交流配電設(shè)備的協(xié)調(diào)控制;滿足有源配電網(wǎng)的監(jiān)控需要，例如故障定位方法要適應(yīng)分布式電源提供故障電流的情況;提供實(shí)時(shí)仿真分析與輔助決策工具，更有效地支持各種高級(jí)應(yīng)用軟件(如潮流計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電壓無(wú)功優(yōu)化等)的應(yīng)用;支持分布式智能控制技術(shù);系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性與可擴(kuò)展性，采用標(biāo)準(zhǔn)的信息交換模型與通信規(guī)約，支持監(jiān)控設(shè)備與應(yīng)用軟件的“即插即用”;各種自動(dòng)化系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫”集成，信息高度共享，功能深度融合。
高級(jí)配電自動(dòng)化包含高級(jí)配電運(yùn)行自動(dòng)化和高級(jí)配電管理自動(dòng)化兩方面的技術(shù)內(nèi)容。高級(jí)配電運(yùn)行自動(dòng)化包括配電SCADA,變電所自動(dòng)化，配網(wǎng)(饋線)自動(dòng)化，支持配電地理信息系統(tǒng)、虛擬發(fā)電廠，見(jiàn)圖8。
圖8 高級(jí)配電自動(dòng)化示意圖
4結(jié)束語(yǔ)
本文闡述了現(xiàn)階段農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化的典型建設(shè)模式和故障處理模式，并且針對(duì)分布式電源、柔性配電設(shè)備接入后的農(nóng)村復(fù)雜配電網(wǎng)的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了探討和展望。
隨著國(guó)家新農(nóng)村建設(shè)力度的不斷加大，農(nóng)村需要更加安全、可靠、高效、優(yōu)質(zhì)的供電，農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化應(yīng)用的空間將越來(lái)越廣泛，并且逐步向信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化方向發(fā)展。
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作者簡(jiǎn)介：
陳庭記(1975)，男，江蘇泰州人，工程師，碩士，從事配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維檢修工作。
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