农村配电网自动化系统应用模式的探讨

摘要：本文主要根据农村配电网的结构与特点，对农村配电网自动化系统的故障处理模式和典型应用模式进行详细的阐述，并提出了统一规划，分期实施，因地制宜，因网制宜，合理选配，促使农村配电网科学合理地向智能电网发展。

关键词：配电自动化；农村配电网；应用模式

0 前言

我国农村配电网分布广，负荷不集中，一般供电中心与负荷末端相距较远。因此，当某段中低压配电线路上发生故障时，所造成的停电不仅时间较长，而且面积较大，这直接导致农村配电网供电不稳定、供电质量较差。由于农村配电网络结构复杂，控制中心对故障点的检测比较困难，有时只有靠停电区域的用户将故障信息反馈到控制中心，才能沿线查找出故障点，继而将故障排除，以恢复正常供电。由此可见，我国农村配电网的供电可靠性以及供电质量都难以保证，影响了农村地区的农业发展。

1 农村配电网结构

我国农村配电网一般都为中低压配电网，主要包括35/10/0.4 kV、10/0.4 kV和20/0.4 kV配电系统。在20/0.4 kV配电网系统中，由于20kV电气设备使用较少，所以我国农村中低压配电网主要以35/10/0.4kV和10/0.4 kV配电系统为主。在农村配电网中，由于负荷不集中以及投资不足，常常导致配电网运行后其经济效益不高。根据我国广大农村负荷的实际情况，农村中低压配电系统应以树形网络结构和放射状网络结构为主，如图1和图2所示。

图1 树形配电网络

图2 放射状配电网络

在农村配电网的结构中，开关设备类型的选择和开关设备位置的整定是实现保护配合的基础，对整个电网结构运行效果影响较大。一般来说，分支线路的首端都装有开关设备，能够实现故障的迅速隔离与故障区域的准确确定，但对于中短长度的配电线路来讲，却很难保证距离相近，且互相之间存在配合保护关系的开关动作。因此，在农村配电网建设过程中，应根据分支线路长度、等级的纵深程度来选择反应灵敏、动作迅速、可靠性良好的重合器与电压―时间型分段器开关组合，并结合短路电流分级位置来选择适合的开关位置，保证开关与开关之间的距离能够满足电流保护值的级差，使之既能保护区域不重叠，又能形成开关设备之间的后备关系，避免出现保护死区、误动作等不合理现象。具体来说，应注意以下几点：

（1）通过10 kV线路安装重合控制器和分段器，实现配电线路的分级保护。

（2）重合控制器与分段器配合使用，线路末端多用分段器。

（3）10KV线路中的长干线或大分支尽可能装设开关控制器。

2 农村配电自动化系统故障处理模式

配电自动化系统故障处理方法通常有就地控制和远方控制两种模式。现结合我国农村配电自动化系统的实际情况，分别对两种处理模式进行分析。

2.1 就地控制模式

就地控制模式的具体处理方式为：当馈电线路上某点发生故障时，距离故障点最近的重合器因检测到故障电流而跳闸，进而该重合器之后的所有分段器也会因该重合器跳闸失压、失流而跳闸。经过某一整定时间后，重合器第一次重合闸，跳闸后的各分段器也得电而重合。此时，若故障是瞬时性的，则重合器重合闸成功，并恢复正常供电；若故障是永久性的，距离故障点最近的重合器重合闸失败，它因再次检测到故障电流而跳闸。再经过某一整定时间后，重合器再次重合。当供电至距离故障点最近的分段器时，该分段器就会闭锁分闸（若为电流―时间型分段器，因其检测到的电流脉冲次数达到最低值而跳闸闭锁；若为电压―时间型分段器，因其时限未完成而跳闸闭锁），从而将故障隔离，二次重合成功，恢复对非故障区段的正常供电。在将故障隔离的同时，闭锁分闸后的分段器将故障信息通过配电网通信系统上传至主控中心，使主控端能够迅速进行核查、检修，将故障排除，恢复故障区域的正常供电，或主控中心通过下达控制命令进行网络重构。

农村低压配电自动化系统因不需要复杂的通信系统，因此投资较少，架设馈线网络方便。但当线路发生故障时，该处理模式对系统的冲击大，因此适用于辐射状、树状以及开环运行的环状电网结构。鉴于以上原因，针对我国农村电网发展现状，选择在配电自动化系统中使用带简易通信系统的就地控制模式最为合适。如图3所示，当线段e处发生永久性故障时，重合器经过两次重合后，电压―时间型分段器F就会处于分闸闭锁的位置，将故障段e隔离，恢复非故障段的正常供电。隔离后的电网运行状态如图4所示。

图3 放射状配电网络状态图

图4 永久性故障隔离网络状态图

2.2 远方控制模式

远方控制模式是在计算机系统和通信系统基础上，通过开关和具有数据采集、通信功能的远方终端FTU及主站系统来实现的。当发生故障时，各FTU将各自的数据信息上传到主控中心，主控中心通过分析软件对数据进行分析后，判别出故障点，再使用通信系统向各FTU下达命令将故障隔离。远方控制模式需要建立具有强大通信量的通信系统和具有高速数据处理功能的主站系统，因此其投资大，适用于重要负荷供电区域以及环形和“手拉手”形电网结构。鉴于上述原因，远方控制模式并不适合我国农村电网的实际发展情况，在处理电网故障时很少用到。

3 农村配电网自动化系统的典型应用模式

3.1 重合器―时间电流型分段器方式

重合器―时间电流型分段器方式是指在主干线路上装设重合器，分支线路上装设分段器。主干线路利用重合器的重合闸功能和电流保护功能来隔离故障区域和恢复非故障区域的供电。分支线路利用分段器记忆故障电流的次数，隔离分支线路故障。

采用此方式时，变电站出线开关选用重合器，10kV主干线路开关选用时间电流型重合分段器，分支开关可选用跌落式分段器或三相共箱式分段器。其适用范围：辐射状架空线路，分段数量不大于3段，投资较少，无需通信。

3.2 重合器―电压时间型分段器方式

重合器―电压时间型分段器方式是指通过变电站出线重合器的重合闸功能和线路上具有失电快速分闸、得电延时合闸及脉动闭锁功能的电压时间型分段器配合实现隔离故障区域和恢复非故障区域供电的应用模式。

采用此方式时，变电站出线开关采用重合器，10kV主干线路采用电压时间型分段器。其适用范围：双电源“手拉手”架空线路，分段数量不大于6段，辐射状电网结构，投资较少，无须通信。

3．3 集中监控方式

集中监控方式是指建立一套配网自动化主站系统，主站系统的软件系统包括配网SCADA系统、FA馈线故障处理子系统、Web子系统、分布式GIS系统、无功优化系统等。所有数据集中采集到主站，由配网主站实现全部监控功能，故障隔离与非故障区域恢复供电由主站系统实现。

采用此方式时，变电站开关可采用重合器，线路开关可采用负荷开关；通信设备应稳定可靠，具备通信链路自愈功能；根据配网规模及投资预算，主站系统可以选择单网单前置结构，也可选择双网双前置结构；主站应配置UPS作为系统后备电源。

3.4 分散监控方式

分散监控方式是指建立一套配网自动化主站系统，与集中监控方式相比，主站系统增加了PAS系统，所有数据集中采集到主站。由配网主站和各远程配电子站共同实现监控功能，故障隔离与非故障区域恢复供电可以由配电子站系统实现，也可以由主站通过子站来实现。

采用此方式时，变电站开关可采用断路器，线路开关可采用负荷开关；通信设备应稳定可靠，具备通信链路自愈功能；根据配网规模及投资预算，主站系统可以选择单网单前置结构，也可选择双网双前置结构；主站应配置UPS作为后备电源，配电子站可以用一台采集前置机（也可以用1台采集前置机和1台应用服务器）来完成数据采集和管理功能。子站应配置UPS作为后备电源。

3.5 调／配一体化方式

调／配一体化方式是指主站系统采用同一平台和同一数据库，实现调度自动化和配网自动化的功能，并可灵活扩展集控站监控、电网分析软件（PAS）、配电变压器监视、电能量统计和自动抄表、调度管理（DMIS）、配网管理（DMS）、地理信息系统（GIS）等应用功能。

采用此方式时，变电站开关可采用断路器，线路开关可采用负荷开关；通信设备应稳定可靠，具备通信链路自愈功能；主站系统宜采用双网双前置结构，并配置UPS作为后备电源。

3.6 故障指示器方式

配电网线路故障指示器方式是指在开关或刀闸等分段设备处安装的故障指示器上加装遥信采集装置，以采集指示器是否翻转的遥信信号，并将该信号传送至主站；在主站端的微机上绘制线路示意图，并将故障信号直观地显示在图形中。

采用此方式时，变电站开关可采用断路器，线路可采用负荷开关或刀闸分段，线路分段及分支处安装带通信功能的故障指示器。其适用范围：辐射状电网结构、双电源“手拉手”环网；架空、电缆线路；投资少；具备建立通信系统的条件。

4 结束语

综上所述，农村配电网自动化系统的应用模式主要根据我国农村配电网的特点，并为对保证农村配电网供电可靠性、提高供电质量起到了积极作用，也为配电网自动化的发展搭建了一个高起点、高扩展性和高可靠性的系统框架结构，我们应统一规划，分期实施，因地制宜，因网制宜，合理选配，促使农村配电网科学合理地向智能电网发展。

参考文献

［1］刘献．佛山配网自动化规划［J］．中国科技信息，2008（1）：97－99．

［2］刘健，盛万兴．农网配电自动化的五种典型模式［J］．农网自动化，2006（2）：5－7．