配网自动化技术在城市配电网中的应用
时间：2023-04-09 18:05:03 来源：千叶帆 本文已影响人
李 睿
（国网江苏省电力有限公司 徐州供电分公司，江苏 徐州 221000）
庞大的人口基数和大量的工业生产注定了一个国家的用电量将会非常大，也正因为如此，国家政府才会更加重视电力的建设，同时还要保证大量的电力供应和流通，维护国内的电网安全，这就要求电力公司的员工们必须要面对各种各样的困难。城市配电网因其规模巨大、涉及面广、管理难度大、配电网故障率高以及维护保养困难等特点，使其管理工作成了制约其正常运行的一大障碍，亟待先进科学技术的引进，以摆脱现有局面。
1.1 城市配网自动化概述
城市配电自动化是指利用自动化技术和计算机技术，提高电力系统的运行效率和经济效益，从而达到对电网进行智能化监测的目的[1]。传统的布网方式无法适应目前的需要，而采用自动化的布网不仅能满足目前的需要，还能更好地配置电力，提高电力系统的使用效率、品质以及费用，同时也能降低电力系统的运行故障，增加经济效益，使城市配电网实现了自动化运营。该系统能有效降低手工作业造成的错误，提高了电力调度工作的效率和科学性。利用现代科技，将现代计算机技术、自动控制技术和通信技术相结合，实现对电网自动化运行的实时监控，这样便可以更加智能化地分析出可能会存在的故障，从而快速解决，以保证电力系统的正常运行，充分提高了供电质量及效率。
1.2 城市配网自动化种类
城市配电自动化的类型有很多，目前国内广泛采用的是电压-电流馈线自动化，它主要是通过自己的科技手段来判断电力系统在运行中出现的问题，然后进行故障检测与隔离，从而更好地监控电力系统的整体故障。电力系统在使用中出现故障时，通过通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）技术采集各类故障信息，从而判断出电力系统的故障所在。
我国电力系统采用的是先进的自动开关，当电压下降时，自动断开，电力系统的主站只要通过信息传送技术向出现故障的地方发送一个信号，就可以使断路器自动断开，从而把故障区和其他地区分离开来。当电力供应系统故障被解决后，电力供应系统中的变电所可以通过自动开关的通电和合闸等恢复被隔离的电力供应。这种由电压和电网自动化的优势组合而成的城市配电自动化，既可以精确地诊断出供电系统的故障，又可以科学地隔离开故障区域，避免因为各种原因导致的大规模停电，从而改善电力系统的供电质量[2]。由于采用了城市配电网络的自动化，因此可以降低对故障检修期间各类开关的使用次数，从而在一定程度上延长其寿命。
在配电网中，以配网自动化为中心，利用网架、装置等辅助设备来实现对电网进行监控与监测。在这一阶段采集、整理相关数据，并对数据进行优化和整合，使得电网的运行更具科学性。配网自动化应用的实现必须要有一套由计算机、电子、网络、通信等现代电子技术组成的系统，在一次设备和馈线自动化设备中，能够实时完成配网自动化的故障诊断。
配电自动化系统由4个主要模块组成，分别为配电主站、配电子站、配电终端以及通信信道。总而言之，配电自动化能够对配电网络进行实时监控，并对电力设备故障进行及时处理，从而保证配电网络的整体安全、可靠[3]。在提高电力系统总体效率和产品品质方面都有很大的实际意义，使电力系统的使用得到最大程度的满足。
随着新时代的到来以及科技的迅猛发展，配网自动化带来的社会效益和经济效益都有了很大提升，国家电网也步入了自动化的初级发展时期，今后将逐步实现变电站自动化、馈线自动定位与隔离、自动恢复送电、远方自动读表等多种功能。目前，我国多数企业已研制出了各种安全、稳定的真空开关、开闭所、馈线终端、变压器监控单元、重合器、小区变远程终端、配电网地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）等。从技术上讲，完全实现电力系统的自动控制不成问题。此外，我国电力企业应结合各自的特性进行合理的功能选型，寻求一种性价比更高、更符合当前技术发展的配电自动化体系。
3.1 季节性故障
由于户外架空配电线路在恶劣的气候环境下无法经受雷电、暴雨、大风等极端天气的长期影响，导致配电网络老化加速，故障发生[4]。主要故障包括绝缘子闪络、线路断开、避雷器损坏、变压器烧毁等，主要原因是老化绝缘子未及时更换，避雷器性能未达到国家规定的保护标准，配电箱的接地设备使用年限过长未进行检修，地线接头腐蚀，接地电阻满足设计，漏电容量不足，雷击产生的过电流不能及时、有效地传导至地面，导致局部短路等问题。
3.2 设备故障
配电网的故障主要是因为配电变压器、开关保护柜、架空线路的绝缘子、避雷器上的保险掉在地上、柱上的开关质量不符合设计要求，如果不能及时更换，则会造成大面积停电。由于配电网分支多，其工作状态比较复杂，经常造成上一次保护继电器短路，使配电网的故障范围扩大。
3.3 电压波动故障
电压波动是电力系统中普遍存在的一种现象。在配电网中，当负载超出临界点时，会引起电网的某些故障，其中一个原因就是电压波动。电压波动会影响到敏感负荷和超敏负荷的正常工作，从而影响到城市的供电。例如，城市的路灯会出现闪光，路灯的连续闪烁会给行人带来视觉上的疲劳，时间一长，路灯的寿命就会下降，甚至会导致停电，造成无法挽回的后果。
3.4 短时停电故障
根据欧洲的调查，由于电力质量问题导致的电力供应中断每年造成的经济损失高达150亿英镑。从这一点就可以看出，在城市的日常生活中，断电虽然不会造成太大的损失，但对工商业来说，却是直接和间接的经济损失。造成城市短期断电的原因有电网配电网中的馈线跳闸、小电流接地系统的配电网出现单相接地故障等。这些故障都会导致短时断电，在数秒或数个小时内发生，对电力用户和用电单位都会造成巨大的经济损失。
3.5 人工管理缺乏效率
因为城市配电网覆盖的范围很广，所以除了市中心的每一个区域，甚至是周围的郊区，都会被纳入城市的供电系统中。大量的电力线路被连接到电网公司，如果发生故障，就必须派出大量的技术人员进行维修，这就导致了人力资源的浪费[5]。另外，由于城市配电网的输电线路均处于室外，其基础结构极易因外力作用而发生故障，一旦大规模或集中发生，技术人员的人手不足很容易导致维修不及时，日常维护保养工作也将难以有效进行。
4.1 搭建大数据化的工作模式
大数据技术的运用将成为配电系统的重要组成部分。例如，在电网的监控中引入大数据技术，可以使各有关单位更加深入地了解大数据思考的意义。而且在运用大数据时，还需要将智能电网、环境安全、能源系统等多种方面都纳入到其中，如利用大量的数据进行因果关系的统计，以便作出合理的修正，同时利用这些技术提高因果关系的处理能力，保证数据的准确性。这些数据平台都是建立在大数据基础上的，能够有效利用这些数据提升数据收集的质量，从而实现成本的控制，形成大规模的电力数据收集系统。通过这种方式可以将数值模拟系统和广域监控系统整合在一起，从而为数据挖掘提供有效的技术支持，同时也可以为系统的关键问题和错误的传播方式提供支持，大大提升系统的预警能力。配电自动化系统结构如图1所示。
图1 配电自动化系统结构
4.2 建立起高素质的管理团队
我国城市配电网的规划设计工作十分繁杂，涉及许多方面。配网自动化是以现代信息技术为基础，其运行对技术的要求很高。因此，只有建立一支懂管理、懂技术、高素质的队伍，才能使电力网的规划工作得以顺利实施。首先，加强对职工的培训，定期对职工进行系统的培训，用考核的方式来检验他们的工作成绩；
其次，建立激励机制，对业绩突出的优秀人才进行表彰和物质奖励，以激励其工作热情；
最后，完善聘用机制，适当增加聘用门槛，使具有丰富管理经验和专业知识的人员成为首选。同时，通过与各大院校的长期合作，开设相应的专业课程，制订人才培养方案和目标，以促进电力行业的可持续发展。
4.3 建立一体化供电模式
在配电系统中，馈线开关和输出保护开关都和电网自动化有很大的关系，必须达成连接，才能建立一个封闭的电网。为了实现自动化应用，增加配电网络的重要性，设计者要重视馈线和保护开关的结合，增强电力系统的远程控制能力，为实现配电网络的自动化奠定坚实基础。重合器是电网的一个关键部件。电力系统由多个不同的网络连接起来，这些网络被分成了几个部分，每一个部分都要安装一个重合器，以确保当一个部件出现问题时，所有重合器都会互相反应，同时也可以切断电网中其他线路的供电，从而自动发现和处理网络中的故障，减少电网故障对电力服务的影响。馈线的设计很重要，其主要功能就是记录和采集相关的数据，然后对整个电力系统进行控制。馈线是配电网内部的数据源，因此馈线对配电操作来说很重要，设计者必须有效地将馈线与现场控制结合起来，从而实现馈线的自动处理。馈线的自动化可以让系统更好地采集和整理远程数据，馈线自动化系统如图2所示。
图2 馈线自动化系统
4.4 自动化供电数据收集处理
自动化技术的应用会给配电网络带来巨大的数据量，尤其是在城市化的快速发展下，城市的用电量亟剧增长，一些配电网的馈线数量甚至达到了上千条，智能化、自动化的应用会导致电力系统并网状态、有功、无功等方面的数据都会大幅度增长。该数据库集成了大量计算机硬件，同时还能实现对大量电力供应进行集成处理。但考虑到成本问题，目前的电力数据库都是由一台物理计算机来建立多个虚拟的逻辑虚拟机，完成大量的数据处理，从而降低了系统的响应速度。分布式数据存储体系是一种多层次的应用，集多种功能于一身，设计者可以将ESXi系统部署到机器上，然后将其与服务器进行配置，从而实现对客户端、机器设备、虚拟机的管理。同时，还需要考虑到数据库中的基础硬件配置以及相应的交换器类型，从而增强数据库的数据处理能力。
4.5 加强配网自动化通信系统建设
在城市配电网的自动化运行中，一些设计者常常忽视了电力系统的管理与建设。认为中央站是整个通信系统的核心，因此电力系统的建设要先提高电力供应技术，然后才能进行电力系统的建设，这样的管理思想是错误的。如果忽略了城市配电网的通信建设，则必然会影响到全网自动化技术的升级。配电自动化技术在配电网络中的运用可以及时掌握各地的电力供应情况，降低各地的电力供应事故。例如，某些区域电网发生故障后必须及时向监控中心报告并采取措施，避免造成不必要的经济损失。因此，要提高配网的自动化程度，就必须加强建设和管理。
城市配网自动化是保证配电网运行的重要保证，相关供电企业必须加强对配网自动化技术的应用，不仅要落实配电网规划中的城市配网自动化及定位，运用科学策略来实行配电网的自动化水平提升，更要经过电网对配网自动化技术展开实时监控。供电企业应该依据配电网发展的各类需求以及配电网设施、配电网的运作方法、通信技术等高新科技合理地规划配网自动化体系，并选取效率较高、功能强、功耗低的相关配电网设施，以便于有效实现城市的配网自动化应用，进而合理提升电力系统供电的稳定性与可靠性，促进供电企业的持续发展。
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