农网配电技术论文(2)
农网配电技术论文篇二
农网配电自动化技术发展探讨
摘要：配电自动化是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段。针对农网一次配电网网络的特点和农网配电自动化技术的现状, 提出了农村配电自动化典型建设模式,探讨农村智能配电自动化未来技术发展方向。
关键词：农网配电网;配电自动化;典型建设模式;故障处理模式;智能配电网
中图分类号： TM72 文献标识码： A 文章编号：
0引言
配电自动化是指利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理更为有效。
本文针对农网一次配电网网络的特点和农网配电自动化技术的现状, 提出了农村配电自动化典型建设模式和故障处理模式，并根据国家电网坚强智能电网赋予的新的内涵，探讨农村智能配电自动化未来技术发展方向。
1农网配电自动化典型建设模式
农网配电自动化系统建设模式的需要考虑以下几方面因素：农村网架结构、故障处理模式、通信基础设施、一次设备自动化水平等以及配电自动化项目实施的目标和功能需求。现阶段农网配电自动化建设主要采用以下两种模式。即调配一体化模式和调配分离模式。
1.1调配一体化模式
调配一体化模式是在一体化支撑平台上，灵活扩展和集成调度自动化、配网馈线自动化、集控站监控、电网分析软件、配变监测、电能量信息采集、调度管理、配网管理、地理信息系统等应用功能，实现配电自动化和调度自动化各应用功能、数据、信息共享。 如图1所示。
农网调配一体化综合自动化系统，高效整合农网调度自动化系统、变电站集控系统、城区配电自动化系统、农网自动化系统、电能量采集系统和配电地理信息系统，实现资源共享，减少设备冗余、保证了数据一致性，具有较高的性价比。此模式适用于新建的农村配电自动化系统，实现了配网调度和配网监控的一体化管理，极大提高了配网运行和管理效率。
1.2配调分离结构
调配分离模式即配电自动化与调度自动化功能相对分立。具体表现在配电自动化系统集成配网数据采集与监控系统、配网馈线自动化功能、配电管理功能，并通过高速网络与调度自动化系统进行信息交互。如图2所示调配分离结构模式。此模式适用于：已经建立了农网调度自动化系统，并且在功能上已经满足地方经济3～5年发展需要，却又不具备配电自动化系统功能的农网供电企业，两个独立系统之间通过网络实现数据共享。
配电自动化主站系统可以根据所选择的故障处理模式来灵活的选择，对于选择分布式就地控制型馈线自动化模式，可以考虑不用建设主站系统。
2农网配电自动化故障处理模式
目前农网配电自动化故障处理模式主要分为：电流集中控制模式、配网故障指示监测模式、分布式就地控制模式三大类型。对于电流控制模式，需要建设功能相对强大的配电自动化主站系统，故障隔离和恢复通过配电自动化远程控制来实现。
2.1电流集中控制型模式
电流集中控制方式是利用配电自动化系统的远程监控功能，实现对线路故障的隔离与网络重构。故障发生后，配电主站和子站根据FTU送上来的信息进行故障定位，自动或手动隔离故障点，恢复非故障区段的供电。电流集中方式处理故障必须要建立一个快速可靠的通信通道和上级配电子站或主站。
以一个如图3所示的简单架空环网线路为例，FTU 通过通信网向控制主站传送采集到的运行及故障数据并接受主站的远方遥控命令。
若线路F 点发生永久故障。在变电所内断路器F1重合到故障上跳开后，现场各FTU和RTU将故障电流检测结果送到控制主站，主站启动故障分析及处理软件。由于变电站出口断路器F1处的RTU及负荷开关11处FTU 检测到故障电流，而负荷开关12处FTU 则没有检测到故障电流，主站判断出故障在11与12之间的线路区段上，自动地或由调度人员手动遥控拉开11、12，隔离故障区段，然后合上F1，再合上环网联络开关，恢复健康线路区段的正常供电。采用自动方式，整个过程可在一到二分钟的时间内完成。
图3：简单架空线路馈线自动化说明
本模式需要上级主(子)站、通信系统、测控终端的相互配合完成;其优点：可以分层处理故障，故障处理准确快速可靠;可以实现优化重构方案;开关动作次数少;适用各种一次网架结构;可识别相间故障、瞬时/永久故障等多种故障类型;具有常规SCADA功能。缺点：要求配置馈线自动化监控终端;必需配置大容量蓄电池;投资较大。
2.2配网故障指示监测模式
配网故障指示监测模式通过安装带通信的故障指示器或者故障采集终端等装置，系统不具备控制功能，只监测一次开关的电流、电压及开关状态，并实时传递到信息主站。主站可以实时监测线路运行情况和故障信息，快速进行远程故障定位，需要安排人工到现场进行故障隔离和恢复供电。
基本故障处理模式如图4所示，QF1是变电站出线侧的断路器开关，S1-S6表示柱上开关。柱上开关下方为带通信的故障指示器或者故障采集终端等装置。
图4故障指示模式
当开关S5和S6之间的区域发生故障时，开关S1、S2、S5处的故障指示器监测到故障信息，并将信息上报主站，从而判断故障发生在S5与S6之间区域。调度人员通过主站提示安排检修人员现场进行故障处理。对于带通信的故障指示器，本模式需要建立可靠通信系统;需要建立配电主站，优点是成本低、简单可靠，对通信的依赖要求降低，缺点是需要人工进行故障处理，故障处理和恢复供电时间较长。
2.3
分布式就地控制模式
分布式就地控制方式不依赖通信通道，又称无远方信道方式。利用变电所出线断路器或重合器与线路上的自动分段器相互配合，实现配电线路故障的自动隔离和恢复供电功能。
就地控制模式主要有以下三种类型：电压时间型、重合器型、过流脉冲计数的自动分段器型。
电压时间型就地控制模式
采用电压-时间型开关作为馈线分段器，通过实时监测分段器两侧馈线是否失压、并通过时序配合和线路首端开关重合器动作，共同完成故障定位、故障隔离和恢复供电。电压型开关是一种具有两侧失压时自动分闸、电源侧来电时延时合闸功能的单稳态开关。
如图5所示，QF1是变电站出线侧的重合器开关， S1-S6表示电压型开关，整定合闸时延为X时限;故障检测时间为Y时限。当P点发生故障的情况下，动作流程如图6所示。
①在正常状态下，CB1、CB2和除PVS“L”以外的所有开关均关合;②当故障发生在P点，因短路引起断路器CB1跳闸，“S1”“S2”“S3”因失压而同时断开，这时“L”的控制器因感受到一侧掉电而开始计数;③断路器CB1经过延时后重合闸，开关顺序延时关合至“S1”;④当关至“S2”时，因再次关合短路点引起线路再次跳闸。这时“S2”和“S3”因感受到其区间故障而进行残压闭锁;⑤CB通过再次重合闸，顺序延时将正常区间恢复供电;⑥环网点开关“L”在计时过程中始终未感到一方的供电，因此，在经过一定的延时后，关合“L”，由CB2给位于故障区间后端的正常区段。
图5电压型馈线自动化故障点模拟
图6电压型馈线自动化动作流程
电压时间型就地控制模式的优点是：电压型开关采用交流操作电源，不需要蓄电池，开关操作可靠;缺点是：开关多次重合，停电次数增加，对系统有冲击;残压闭锁有死区，造成故障范围扩大;对于多电源的电力环路，难以实现就地网络重构;故障处理时间长，且分段越多时间越长。
重合器型就地控制模式
采用具有开断与关合短路电流能力的重合器，通过重合器的时序配合来实现就地的故障隔离与恢复。
如图7所示，QF1为变电站出线开关，S1-S6为重合器型分段开关，需要整定保护定值和重合器动作次数，整定S1-S6开关动作次数为(7-n)(n为开关序号)。
当馈线发生在S5和S6之间区域发生永久故障时，由于S5开关重合次数整定为7-5=2次，在重合2次后，S5分闸闭锁，从而隔离了故障区段，恢复健全区供电。
图7 就地控制模式
重合器型就地控制模式的优点是当馈线发生瞬间故障时，不需要变电站出线开关一次重合闸动作，避免引起全线路短时停电，而是由线路上离故障点最近的重合器一次重合闸动作，瞬间故障时缩小停电范围;缺点是：重合器本身带有保护，通过时限来保证重合器保护动作的选择性，因此馈线分段越多，保护之间的级差就越难配合;重合器投资较大。
过流脉冲计数型分段器就地控制模式
采用负荷开关和智能控制器组成自动分段器，馈线首端开关采用重合器。通过整定分段器记录故障电流次数进行动作，来实现就地故障隔离与恢复。
图7所示，QF1为变电站出线开关，采用重合器，整定故障电流最大次数与重合器动作次数相匹配;S1-S6为分段器，是带智能控制的负荷开关，其动作按照记录故障电流次数整定。
在馈线线路发生故障时，分段器动作按照记录故障电流次数来整定，故障电流最大次数与首端开关重合器的重合次数相匹配;
自动分段器的动作条件：(1)故障电流不小于整定值;(2)记录故障电流次数达到整定的次数;(3)馈线失压。当同时满足这3个条件时，自动分段器分闸闭锁，实现故障隔离。
首端开关一般最多3次重合闸，要求自动分段器最多分为3级。自动分段器的级数受首端开关重合闸次数的约束，因此，这种模式大多应用于辐射型的配电网络或重要支线。
3农网配电自动化的智能化发展方向
传统的配电网仅实现单向功能，将电力配送给终端用户。未来随着分布式电源接入，配电网将实现电网和用户之间的电力和信息的双向交互，高级配电自动化技术正成为国内外配电自动化的重要发展方向。高级配电自动化有别于传统的配电自动化。传统的配电自动化主要关注配电电路开关的自动控制功能，高级配电自动化是传统配电自动化功能的进一步提升和发展，它适应更大规模的配电网架结构和分布式能源的接入。高级配电自动化可实现所有可控设备和功能的完全自动控制，以实现电力和信息的双向互动，实现配电网运行更可靠、更经济。
高级配电自动化是对传统配电自动化的继承与发展，与传统配电自动化相比，其主要特点如下：支持分布式电源的大量接入并将其与配电网进行有机地集成;实现柔性交流配电设备的协调控制;满足有源配电网的监控需要，例如故障定位方法要适应分布式电源提供故障电流的情况;提供实时仿真分析与辅助决策工具，更有效地支持各种高级应用软件(如潮流计算、网络重构、电压无功优化等)的应用;支持分布式智能控制技术;系统具有良好的开放性与可扩展性，采用标准的信息交换模型与通信规约，支持监控设备与应用软件的“即插即用”;各种自动化系统之间实现“无缝”集成，信息高度共享，功能深度融合。
高级配电自动化包含高级配电运行自动化和高级配电管理自动化两方面的技术内容。高级配电运行自动化包括配电SCADA,变电所自动化，配网(馈线)自动化，支持配电地理信息系统、虚拟发电厂，见图8。
图8 高级配电自动化示意图
4结束语
本文阐述了现阶段农网配电自动化的典型建设模式和故障处理模式，并且针对分布式电源、柔性配电设备接入后的农村复杂配电网的自动化技术发展方向进行了探讨和展望。
随着国家新农村建设力度的不断加大，农村需要更加安全、可靠、高效、优质的供电，农网配电自动化应用的空间将越来越广泛，并且逐步向信息化、自动化和互动化方向发展。
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作者简介：
陈庭记(1975)，男，江苏泰州人，工程师，硕士，从事配电网设备运维检修工作。
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