配电网自动化

摘要：分析配网现状，用可靠性的方法去判断正确的投资在配网沿用率，以满足未来的使用负荷增长，消除配电系统中的投资过度和投资不足的风险，同时以适当的成本提供最可靠的服务。

关键词：配电网 自动化 瓶颈 发展 应用

0 引言

电能的需求在不断增加。但在一些地区，每天都有超过21%（还不包括偷电）的总发电量的电能损耗在输电（4-6%）和配电网（15-18%）阶段。该地区的电力赤字目前约为18%。显然，减少配电系统上的电能损耗能显著降低供电线损。对于这些地区而言，这个损耗可以降到6-8%，如果配电网部门运用了更新的技术方案（包括信息技术），将能更好地监测和控制配电过程。

1 电能是如何输送到我们这里的

发电厂产生的电能电压为10-25kV。为了便于长距离传输，它被加压到220kV或330kV，目前中国特高压已经达到1000kV电能的传输由高压输电网络实现。通常，我们将这些运行长度达数百公里，并为用电负荷提供电能的输电系统称为网格。网格是通过连接到与用电负荷联通的35kV（或有时220kV）子线路向网络中心（市）供电。这些线路最终通向110kV（或35kV）的末端变配电站，在那里，电压将降到10kV以供配电网络使用，并被后者降到更低。本文的重点就是以此电压等级进行研究配电网的自动化运用。

普通人所关注的，一般是供配电网的末端，也就是10kV配电线路以及35kV变电站及其下级配电网。这些从35kV变电站引出的10kV配电线路会通向附近的负荷电（比如行政区、工厂、村庄等）。在这些负荷点，配电电压将通过0.4kV配电线路供给人们使用，这个低压电压包括单相的220伏电压和三相的0.4kV电压，输电线路可以使用入地线或者是架空线。在市区，由于用电负荷密度高，10kV的输电线路一般到3km就终止，并转入下一级配电网络；而在乡村，10kV的配电线路通常都会绵延10余千米，0.4kV 的输电线路通常长约0.5-1km，因为太长的低压线路会加剧电能损耗，造成终端电压过低。

2 供电可靠性的瓶颈

缺乏基层变电站（35kV）和10kV与415伏供配电线路负荷与运行状况信息是导致配电网运行效率底下的根本原因。由于缺乏对电力运行的监控，系统过载等问题，导致了系统电压过低，并增加了变压器和输电线路故障的概率。实际上，变压器故障率高达20%，而在一些发达国家，这个数字低于2%。

由于配电网络中缺乏开关电器，我们在切除某些负荷时无法保证其他负荷不受影响。唯一的解决途径就是在35kV变电站（及每一条10kV配电线路）中使用断路器。然而，这些断路器按照程序的规定会在线路出现故障时完全隔离下级电路。作为一种负荷管理工具，这种切除方式不可取。这样做会影响到大量的用电单位。很显然，我们需要建设一个系统来更精细的管理负荷。

下级电路的任何一处故障，都会导致35kV变电站切除负荷。这样做的结果就是供电网的大范围断电。如果我们可以准确确定故障线路位置，就可以大量减少开关电器的作动范围，减少非故障区域的切除范围（作为负荷管理的一方面来讲）。

3 努力开发一体的综合配电自动化

①通信和网络技术，采用有线和无线媒体。②微控制器的远程终端装置（RTU）。③远程可操作性的10kV和415伏馈线开关。④应用专用集成电路（ASIC）的电气仪器仪表。⑤大型软件，远程监控，报警产生和远程控制。⑥配电网络模拟器（一个实物形式的配电网缩比模型）提供了一个先进的技术，零部件和软件全面测试的平台。

4 远程终端

基于顶级RTU设计的微控制器有32个模拟信号通道和16个数字型号通道。并使得RS232实现了全双工异步通信。系统采集到的数据将用以进行RMS和功率因数计算。该器件的核心设计目标是低成本以及在信号调理模块级和通信接口方面更高的灵活性和可扩展性。

5 远程可控开关器件

一种用于10kV中压电力线路运行的断路器和一种415伏级别的塑壳低压断路器的研发已经进入到试用阶段。10kV级别的LBS在80A的运行电流下运行了80毫秒。该断路器可以在通过16kA电流时在1秒钟内断开，以保护电路。通过一个三相异步电动机和齿轮构成的机构，我们可以实施对断路器的遥控操作。而415伏的塑壳断路器则拥有一个进线断路开关和两个出线断路开关。这种灵活的配置是为了适应不同电压级别的接线。对这些断路器的远程遥控操作是通过电磁制动机构实现的。

6 电力系统的可靠性评估

电力系统的基本功能是为用户提供尽可能经济和可靠的电能。自20世纪40年代起有一些简单的应用概率方法来进行发电储备容量计算，但是，电力系统可靠性评估真正受到关注是1965年后才开始，最显著的影响，是纽约市大停电那一年。可靠性数学运算在不断变化，以适应不断发展变化的业务和技术的电力系统的配置。目前，风能和太阳能等可再生能源方面的系统对发电，输电和配电系统的运行产生重大影响。

7 配电系统的可靠性评估

配电系统可靠性的概念与发电和输电系统不同在于，它有更多的用户负载点，而不是被系统定向导向，它和当地的配电系统集成，而不是考虑涉及发电和输电整个系统。发电和输电的可靠性也强调供应能力和负荷损失的比例，涉及所有工程分布的可靠性：设计，策划和运行。由于配电系统没有综合发电和输电系统时的复杂性，涉及数学的概率远比发电和输电可靠性评估所需的简单。

重要的是要注意，配电系统是大多电力系统及其客户之间的重要环节。在许多情况下，这些都是放射状的，他们容易被单一用户停电事件打断。一个放射状的配电线路通常使用主馈线和横向的分配线路供给用户电能需求。在过去，配电系统可靠性很少像发电和输电系统可靠性那样受到关注。这背后的根本原因是，发电和输电环节都是资本密集型的，中断这些部分将会给社会造成广泛的经济灾难。

据文献报道，超过80%的用户断电发生在配电系统。分配片段是供给来源和用户负载点之间联结最弱的环节。虽然相比发电和输电改进方案单一配电系统加固方案更便宜，但是一个电力公司通常花费大量资金在维护和很多配电改良计划上。

目前，在许多电力公司中，服务的连续性可以接受的水平是通过比较任意目标实际中断的频率和持续时间确定指标。例如，在服务连续性统计月度报告所产生的许多工具包含任意目标系统的可靠性指标性能比较。它长期以来被公认特别是在解除管制的市场环境中，经验和隐性标准规则不能以一致的方式经常做大量资本维护投资和经营决策。但是可以几乎不采用概率分布模型对公用事业进行系统功能扩展研究就可得到一些可靠性计划和有限的功能。不像大部分输电系统，须在规划和设计时受制于北美电力可靠性委员会的确定性标准，这种配电系统不受任何既定的规划标准，配电业只须提供历史分布系统的性能指标给监管机构。

参考文献：

[1]电力工业部西北电力设计院著.电力工程电气设备手册（上册）[J].北京：中国电力出版社，1998.

[2]陈珩编.电力系统稳态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]李光琦编.电力系统暂态分析（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007.

作者简介：王志芳（1978-），女，山西阳泉人，从事配网调度工作。2009年毕业于山西理工大学计算机及应用专业，助理工程师。