城市配电系统自动化的规划

>毛传洲周英树

配电自动化规划

1引言
　　随着城市电力事业的发展，各行各业以及居民生活对供电可靠性、供电质量、服务质量等要求的不断提高，《电力法》的深入贯彻和社会法制意识的增强，电力企业市场化营运体制的推进以及供电企业自身经济效益和现代化管理的需要，特别是城市电网建设改造资金渠道的逐步解决，配电系统自动化已被提到各供电企业的议事日程。中国电力企业联合会供电企业家协会、城市供用电研究会（2000年改为中电联供电分会），为使各会员单位能更好地开展这项工作，1999年曾组织部份供电企业的总工程师和相关专业人员，就当前我国配电自动化工作开展情况、存在问题和如何规划建设适合我国国情的配电自动化工程等，进行了问卷调查和组织多次座谈研讨。本文的有关论述，主要反映了这次调查研讨中比较统一的一些意见。
2城市配电自动化开展情况及存在的问题
　　33家供电企业的问卷调查显示，已有87．9的地（市）级以上的供电企业开展了不同程度的配电系统自动化调查研究、可行性论证和工程试点。其中15家已建成试点工程，占45．5；另有14家（占42．4）企业正在进行调查研究和可行性论证，有些省还组织制定了相关技术原则。与此同时，国内已有中国电科院科锐公司、烟台东方电子公司、南京自动化研究院电网控制公司、河北华电自动化设备公司、河北三川公司等十多家科研开发企业和众多的制造厂家，开发研制了配电系统自动化的集成技术、应用软件和一二次设备，这不仅为试点企业的供电可靠率、供电质量、设备安全、劳动生产率、为用户服务、现代化管理水平的提高发挥了一定的作用，还培养锻炼了人才，带动了配电自动化科技开发企业、设备制造厂家的科技进步和产品质量的提高，使得大家对配电系统自动化的认识逐步深入和接近实际。这都为我国配电系统自动化的发展积累了经验、创造了条件。
　　由于我国配电系统自动化还刚刚起步，试点工程涉及线路条数仅占试点单位线路总数的3左右，缺乏应有的规范和标准，国外一些典型案例又很难与我国配网实际需要相一致，早期建设试点的单位又受到当时认识水平、计算机网络、通信技术及其价格的制约，因而很成功的案例不多。其主要问题有：
　　(1)功能单一，实用性差，造价昂贵。前几年引进国外的重合器、分断器或智能负荷开关建设的就地控制模式的馈线自动化，仅能进行故障处理，且不能检出中性点小电流接地电网的单相接地故障。鉴於我国绝大多数城市中，故障停电时间占对用户的停电时间的比例很小，仅有25左右，且大部分又为单相接地故障，故其提高供电可靠率的作用很小，引进的自动重合器、分断器或负荷开关价格昂贵，投入很大，收效甚微。
　(2)缺乏统筹规划，“孤岛”林立，资源不能共用，信息不能共亨。　　
(3)对适应国情的基本功能模式认识不一致，标准不统一，软硬件不兼容，城网结构和设备不适应。
3基本功能模式的比较和建议
3.1现有的基本功能模式
　　(1)就地控制的馈线自动化（FA）。有3种基本组网方式，一是重合器方式，也称电流时间配合方式；二是重合器（或有多次重合功能的变电站出线断路器）加分段器（或智能负荷开关）方式，也称电压时间配合方式；三是混合方式。其故障的检出、隔离和对非故障段自动恢复供电的方法，是靠由故障开始到故障处理过程中，电流、电压、时间和开关分合等一系列逻辑配合实现的。其功能是缩小故障停电范围和时间，提高供电可靠率。
　　(2)具有通信集中监控的配电自动化（DA或DAS）。这种模式是要在配电架空线路的分段、联络处安装负荷开关或在电缆线路的开闭所、配电室环入环出点上装设环网开关（或断路器），同时在这些负荷、环网开关现场装设监控终端（FTU、RTU），通过通信设备与配网监控中心（即配调中心）的计算机系统相连接，当线路发生故障时由现场监控终端采集故障信息并将其送到监控中心，由监控中心的计算机系统分析判断出故障段，然后发出一系列的分合闸指令来实现故障处理功能。同时利用这个通信系统和监控中心，实施对整个配电网各节点、设备和中压用户的SCADA四遥功能。
　　(3)实时的配电自动化（DA或DAS）与配电管理系统（DMS）相结合的配电系统自动化模式DA/DMS。利用集中控制模式中已经建立起来的通信网络，借助地理信息（GIS）技术和计算机网络技术将实时系统的DA与DMS以及其他多种系统进行集成，这些系统包括AM/FM－GIS、用户信息、负荷管理（控制）、远方抄表计量、用户投诉、配电变压器监测系统等等，其功能又将大大延伸，对整个配电、用电营业系统实施在线和离线的智能化监控与管理。
3.2基本功能模式的比较
　　(1)就地控制模式FA。该方式的优点是不要通信设备，组网简单。缺点是：①要靠多次分合才能寻找到故障点，对系统冲击较大，往往有多次“冷负荷”启动，仍然没有摆脱传统的试拉、试合寻找故障点的思路，因而只可用于简单环网。②在城市电网短路容量越来越大、供电半径越来越短、运行方式又多变的情况下，很难依靠仅有的安－秒特性曲线去实现上、下级间的有效配合，需要改变变电站出口断路器的速断保护定值并加入适当的时限甚至脱离运行，因而使变电站出口短路故障时不能速断而危及主变压器的安全，所以对重合器的断流能力和机械性能要求很高且价格昂贵。③重合器加负荷开关（分段器）方式时，虽然价格较低，但须多次动作才能找到故障点，甚至使联络对侧无故障线路多次跳合，在城市里这对社会影响较大。由于这些重合器、分段器或智能负荷开关价格昂贵，而且其控制器有局限性，因而使其向集中控制模式过渡，在经济上和技术上均是不合理的，不宜在城市电网中应用。
　(2)集中监控模式的DA或DAS。它是在通信、计算机技术的发展及其价格不断下降的条件下出现的，不仅故障处理迅速（不必多次分合），避免了就地控制模式的许多弊端，可实施复杂多联网络故障后的优化重构；可实现对配电网各种设备的SCADA四遥功能和用户监控功能，改变了对配电网运行情况心中无数和必须派人现场监测操作的状况，从而达到监控和提高设备安全、供电质量、供电可靠率、优化无功分布、合理调整负荷等多种目的，且利于向第3种模式过渡。
　　(3)DA或DAS与DMS相结合的模式DA／DMS。其在线功能就是DAS的全部功能，离线功能包括设备管理、工程管理、用户信息及投诉管理、远方（或自动）抄表及能量（线损）管理，以及电压合格率、供电可靠率自动统计等。在离线、实时数据共享的情况下，还可以开发一系列高级应用软件。从而实现提高供电质量、供电可靠率、供电企业经济效益、为用户服务水平、管理水平和劳动生产率等多种目的，使供用电双方都受益。
3.3实用性分析
　　由上述分析可知，第2种模式比第1种模式实用，第3种模式比第2种模式更实用。此外再作几项实用性分析。
3.3.1对提高供电可靠率的作用
　　我国城市市政建设、城市电网建设改造正处在高速发展时期，加上管理力度不够，在影响供电可靠率指标的年平均停电时间中，大部分还是预安排停电。根据国家电力公司可靠性中心公布的资料，全国地级以上城市1997、1998、1999年度综合平均供电可靠率RS3分别为99．802、99．824和99．868，相应的年平均对用户停电时间为17．32、15.369、11．542h，其中故障停电时间分别为4．820、4．126、2．846h（其余为预安排停电）。这些故障停电时间里还包括了由配电自动化范围之外的35kV及以上系统故障引起的对中压用户的停电和配电自动化还未很好解决的中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统单相接地故障引起的对用户的停电，姑且不计入配电自动化新增设备本身对供电可靠率的不利影响。按乐观的估算，实施这种自动化若能使故障停电时间减少一半，上述供电可靠率也只能提高到99．827、99．846、99．884，分别提高0．025、0．024、0．016个百分点。若预安排停电也能减少一半，则RS3可以提高到99．874、99．888和99．917，提高了0．072、0．064和0．049个百分点，约是前者的3倍。由此可见，近几年的重点应在改善网络结构、更新设备、开展配电带电作业、加强管理以减少预安排停电上。发达国家供电可靠率达到“5个9”（即99．999）时，其预安排停电一般不到全部停电的25。日本几家电力公司几乎为零。当然，随着市政建设和城市电网改造的逐步进行，综合管理的逐步加强，预安排停电的比例会逐年下降，当故障平均停电时间大于或等于预安排停电时，配电系统自动化提高供电可靠率的作用就会明显地显示出来。因此，如果目的只是为了提高供电可靠率，而不是为了实现配电自动化更多的监控和管理功能，那么大可不必急于投巨资搞配电自动化。
3.3.2配电地理图形系统（GIS）在图形和设备管理中的作用
　　城市配电网络有分布广、结线繁杂、交叉跨越多、同杆架设多、设备分散、变动频繁等特点，传统的图形（包括单线图、地理布置图、杆形图等）、资料的管理方式根本不能满足现场需要，基本上靠经验工作。借助于GIS强大的图形、设备管理功能，可方便地解决生产和管理中普遍存在的难题，使实时图形与现场实际相一致且唯一。不少供电局甚至认为，先建设GIS基础上的配电管理系统，比实时DA更具有使用价值。
3.3.3几个经济技术指标及在其他管理中的作用　
　作用有：①充分利用配电自动化的终端、通信网络和主站，实施配电线路、线路各线段、配电台片及中低压用户的抄表计量，不仅节约大量的人力，更可实现对任意线路或线段、任意配电台片的任何时段的电能平衡和实际线损统计，从而大大缩小了可能的窃电范围甚至直接发现窃电户。②可实施更大范围的电压质量监视和控制。在调查中发现，用户对电压质量的要求比1年中停电几小时更强烈。而我国目前电压质量监测统计中，用户侧的监测点只有很少的“代表户”，约占中压用户的1／30～1／20，低压用户的1／10000～1／20000，很难反映实际情况。借助配电自动化，便可开展更大范围的用户侧电压质量监测，自动生成电压合格率，从而指导电压质量调整。③可实施统计到户的供电可靠率。我国当前实行的供电可靠率指标统计还是中压供电可靠率，这与国际通用的统计范围差别很大。借助配电自动化便可实现到户（[1][2][3]下一页