配電專業(yè)技術(shù)論文(2)
配電專業(yè)技術(shù)論文篇二
配電自動化技術(shù)綜述
摘要：隨著社會經(jīng)濟與科學技術(shù)的高速發(fā)展和現(xiàn)代化的逐步推進，社會對電能質(zhì)量和供電可靠性提出越來越高的要求。文章針對當前配電網(wǎng)現(xiàn)狀，參考國外配電自動化系統(tǒng)的實施經(jīng)驗，總結(jié)了當前配電自動化技術(shù)的特點和難點，并對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、各具體環(huán)節(jié)的功能進行了詳細描述。
關(guān)鍵詞：配電自動化;配電網(wǎng);通信系統(tǒng);FTU終端
一、概述
電力系統(tǒng)由輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)構(gòu)成。配電網(wǎng)將由高壓輸電網(wǎng)得到的電能通過配電線路、配電變電站、變電所等分配到用電單位，在電力傳輸?shù)倪^程中起著極其重要的作用。輸電與配電簡稱輸配電，是電力系統(tǒng)中發(fā)電廠(生產(chǎn)者)與電力用戶(消費者)之間傳輸電能和分配電能的環(huán)節(jié)。輸電與配電互相銜接，主要功能各有不同。
配電是在消費電能地區(qū)之內(nèi)將電力分配至用戶的分配手段，并直接為用戶服務(wù)。我國規(guī)定配電電壓是110KV及以下，直至用戶接受的電壓，并劃分為高壓配電電壓(35-110kv)、中壓配電電壓(10KV)、低壓配電電壓(380/220V)。
(一)配電自動化的意義
評價配電自動化意義主要包括下面的三個指標。
1、安全性：有利于調(diào)度控制和負荷管理。
2、經(jīng)濟性：降損節(jié)能;減員增效。
3、可靠性：供電可靠率指標，有利于電力市場的形成和電價制度的實施。
總的說來，配電自動化技術(shù)可以擴大系統(tǒng)監(jiān)控范圍，保證有效管理;可以提高配電網(wǎng)運行管理水平;可減少事故和操作引起的停電時間，提高供電可靠性;能改善電能質(zhì)量，提高用戶服務(wù)水平、提高勞動生產(chǎn)率;合理推進電網(wǎng)建設(shè)，有效利用有限資金;樹立良好的供電企業(yè)形象，可以達到電網(wǎng)經(jīng)濟運行的目的。
(二)配電自動化的特點
1、普遍采用基于DSP處理技術(shù)進行快速采集與計算分析。DSP數(shù)字處理技術(shù)具有較快的數(shù)據(jù)處理能力，對于高速交流采樣，以及快速故障診斷處理與計算具有較好的適應性，因此在配電自動化終端的設(shè)計中被廣泛采用。目前在配電終端中廣泛使用的有TI公司的和AD公司DSP處理芯片。在設(shè)計上一般采用和主CPU進行雙向讀寫的方式進行交流采樣接口，DSP處理芯片進行快速計算，主CPU進行人機對話和通信的功能。
2、集中處理方式下的故障信息診斷技術(shù)。由于受通信條件的限制，目前配電自動化中主流的方式仍然是集中控制模式，該模式將配電終端的信息全部收集到一個配電子站中，在該機中對收集到的故障信息進行比較判斷，查出故障區(qū)段，進行故障隔離與恢復，實現(xiàn)全線路的隔離與恢復。
3、面保護的處理方式。面保護的處理方式在少數(shù)通信條件比較好的現(xiàn)場已經(jīng)開始采用，在該模式下配電終端除了采集本裝置的信息外，還通過通信收集本線路相鄰的其他設(shè)備的信息，作為判斷故障點的依據(jù)，實現(xiàn)故障的快速隔離。面保護要求通信網(wǎng)實現(xiàn)對等通信的機制，裝置根據(jù)自身的信號和其他開關(guān)的信息，自主進行故障處理功能，具有分布式處理故障、隔離時間較快的特點。
4、配電終端網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應用，基于以太網(wǎng)的配電自動化終端已逐步成為當前各個自動化廠家開發(fā)的主要方式，以太網(wǎng)技術(shù)不僅在光纖通信中得到應用，同時在配電終端的配電載波、GPRS以及CDMA通信也得到了應用。
5、廣泛采用工業(yè)級芯片提高強電磁環(huán)境的適應能力。由于配電終端工作在戶外惡劣環(huán)境下，在溫度范圍和濕熱試驗等方面的型式試驗都比常規(guī)的戶內(nèi)使用的終端設(shè)備有更高的要求。各主流廠家的配電終端廣泛采用工業(yè)級芯片和抗干擾設(shè)計來滿足終端的可靠性要求。
6、多種系統(tǒng)通信方式的廣泛支持。通信速率和通信可靠性必須滿足饋線自動化要求，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)應滿足在一點通信故障時，數(shù)據(jù)暢通且功能饋線自動化正常實現(xiàn)，并能夠解決配電自動化系統(tǒng)信息量大可能造成的信息瓶頸效應。選擇經(jīng)濟且可靠的配電網(wǎng)通信方式仍然是配電自動化能否大面積推廣，真正走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵因素，國內(nèi)現(xiàn)有的主要配電自動化終端裝置一般都可以支持多種通信方式。
(三)配電自動化的難點
當前配電自動化終端的國產(chǎn)化進程取得了很大的進步，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)，主要存在的問題有。
1、配電終端長期運行的可靠性離實用化要求還有一定的距離。
2、作為配電終端備用電源的蓄電池的壽命滿足不了長期運行的要求。
3、部分設(shè)備出廠前沒有通過嚴格的質(zhì)量測試，系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下運行存在質(zhì)量隱患。
4、配電自動化系統(tǒng)出廠試驗和現(xiàn)場試驗沒有指導性的試驗規(guī)范和驗收標準。
二、配電網(wǎng)的概念及特點
(一)配電網(wǎng)的概念
通常把電力系統(tǒng)中二次降壓變電所低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，稱為配電網(wǎng)(Distribution Network)，配電系統(tǒng)自動化是配電網(wǎng)系統(tǒng)提高電網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平最直接、有效的技術(shù)手段，在進行電網(wǎng)的建設(shè)和改造中，提高配電網(wǎng)絡(luò)的自動化程度，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，是電力適應市場經(jīng)濟的一大進步。
(二)配電網(wǎng)的特點
配電網(wǎng)自動化與輸電網(wǎng)自動化相比，對設(shè)備的技術(shù)要求高，系統(tǒng)規(guī)模大，建設(shè)費用高，實現(xiàn)難度大。這是由其自身的特點所決定的。
1、終端設(shè)備工作環(huán)境：對于輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的終端設(shè)備，一般安裝在變電站里，運行環(huán)境溫度在0―55℃范圍。但是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，有大量的終端設(shè)備是安裝在室外的，滿足設(shè)備運行性能指標要求的環(huán)境溫度在-25―65℃范圍，濕度要求為95%。此外，還要滿足防風雨、散熱、防雷電等技術(shù)要求。
2、可靠性：對于配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的終端設(shè)備進行遠方控制非常頻繁，因此對其可靠性要求很高。
3、組網(wǎng)：配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的測控對象為進線變電站、配電變電所、10kV開閉所、分段開關(guān)、并聯(lián)補償電容器、用戶電能表和重要負荷等，因此站點一般會有成百上千甚至上萬個之多。在這種條件下，不僅對系統(tǒng)的組織帶來較大的困難，而且在配電網(wǎng)自動化中心的計算機上處理的信息量也十分龐大。
4、配套：需要與配電網(wǎng)的改造配套進行，例如配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)化、配電線分段化等。沒有配電網(wǎng)的科學拓撲結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)自動化的系統(tǒng)、組織方式也難以確定。
三、配電自動化通信系統(tǒng)
(一)通信系統(tǒng)概要
配電網(wǎng)自動化技術(shù)是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的調(diào)度自動化系統(tǒng)相比，具有通信終端節(jié)點數(shù)量大、通信節(jié)點分散、通信距離短、節(jié)點通信數(shù)據(jù)量小等特點。許多配電自動化的通信裝置安裝在戶外，要適應苛刻的運行條件，具有很高的可靠性。當前，通信問題已經(jīng)成了制約配電自動化發(fā)展的瓶頸。
目前配電自動化系統(tǒng)中的通信介質(zhì)有以下幾種。
1、金屬線：有同軸電纜和雙絞線2種方式，其特點是簡單方便，但抗電磁干擾、雷電沖擊能力較。
2、無線電通信：它易于安裝，成本低，但不適于多高層建筑物的市中心及多山地區(qū)使用。
3、微波通訊：我國許多電業(yè)部門建設(shè)了一點多址小容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)，工作在1―5GHz。
4、載波通信：配電載波(DLC)借用配電線作為信號傳輸通道，具有投資小、覆蓋面廣的優(yōu)點。
5、光纖：具有傳輸速率高、抗干擾性能強、可靠性高的優(yōu)點，不足之處是投資相對要大一些。
通道是配電自動化系統(tǒng)主站與變電所自動化現(xiàn)場監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸通路。一般來講通道是指傳輸信號的介質(zhì);本節(jié)介紹的通道除了傳輸介質(zhì)外，還包括有關(guān)的通信設(shè)備，如接收與發(fā)送設(shè)備、信道編碼設(shè)備等。
(二)載波通信
載波通信：配電載波(DLC)借用配電線作為信號傳輸通道，具有投資小、覆蓋面廣的優(yōu)點。DLC用于配電網(wǎng)通信需要解決信號經(jīng)過變壓器時的衰減、線路開關(guān)打開后的信號通路、阻抗不匹配產(chǎn)生的反射影響以及線路故障時的通信保障等問題。從實際應用效果來看，配電載波還難以完全滿足配電網(wǎng)監(jiān)控對可靠性與實時性的要求。它主要用于自動讀表等實時性要求不高的場合。
(三)光纖通信
光纖：具有傳輸速率高、抗干擾性能強、可靠性高的優(yōu)點，不足之處是投資相對要大一些。
光纖通信系統(tǒng)由電端機、光端機、光纜和中繼器組成。電端機完成對信息源的處理，如多路復用和復接分接等;光端機的發(fā)送端內(nèi)含有光源，它完成將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，并輸入光纖傳輸至遠方;光端機的接收端內(nèi)含有光檢測器，它完成將來自光纖的光信號還原成為電信號，并輸入到電端機的接受端;中繼器完成將經(jīng)過長距離傳輸后被衰減和畸變了的光信號放大、整形和再生成一定強度后，繼續(xù)送向遠方。
四、FTU終端設(shè)備功能
基于FTU的饋線自動化系統(tǒng)是：通過在變電站出口斷路器和戶外饋線分段開關(guān)處安裝柱上FTU，以及在配電變壓器處安裝TTU，并建設(shè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)將它們和配電網(wǎng)控制中心的SCADA系統(tǒng)連接，再配合相關(guān)的處理軟件共同構(gòu)成高性能系統(tǒng)。
該系統(tǒng)在正常情況下，遠方實時監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實現(xiàn)線路開關(guān)的遠方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運行方式，從而達到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量和降低線損的目的;在故障時獲取故障信息，并自動判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復對非故障區(qū)域的供電，從而達到減小停電面積和縮短停電時間的目的。其主要功能包括。
1、遙信：遠程信號。采集并傳送各種保護和開關(guān)量信息。
2、遙測：遠程測量。采集并傳送運行參數(shù)，包括各種電氣量和負荷潮流等。
3、遙控：遠程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘。
4、遙調(diào)：遠程調(diào)節(jié)。接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率。
5、故障處理：饋線故障檢測、故障定位、故障隔離、無故障區(qū)段供電恢復。
6、負荷管理：饋線負荷重新優(yōu)化配置(網(wǎng)絡(luò)重構(gòu))、饋線過負荷時，系統(tǒng)切換操作。
7、對時功能。
8、統(tǒng)計及記錄：開關(guān)動作次數(shù)累計、供電可靠性統(tǒng)計、事故記錄報告、負荷記錄、事件順序記錄(SOE)、過流記錄等。
五、結(jié)論與展望
目前，以計算機為基礎(chǔ)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)在配電網(wǎng)調(diào)度自動化中普遍應用。同時，自動化進一步推向配電線和用戶，使配電自動化的功能和覆蓋范圍更為全面。
配電自動化是電力系統(tǒng)中一種先進的理念，有別于調(diào)度自動化，目前國內(nèi)外很多廠家和電力部門都朝這個方向去研究和探討。每個地方的實際情況和發(fā)展方向不同，配電自動化的模式也自然不同，因此我們應該追求配電自動化系統(tǒng)的可行性、實用性和先進性，逐步擴展和完善，從發(fā)展方向看，以后將與調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)合，成為一體化配電自動化系統(tǒng)。
(一)從多島化到集成的DMS
傳統(tǒng)的配電自動化，就是由一些單項、分散的多島自動化所組成，功能相互重疊、數(shù)據(jù)不能共享、通道不能借用、功能不能互補。借助計算機通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把單項自動化系統(tǒng)相互連接起來，例如將SCADA、LM和MIS(管理信息系統(tǒng))，通過少量接口轉(zhuǎn)換實現(xiàn)互聯(lián)而組成一個混合系統(tǒng)。解決問題的最佳途徑，即遵循“開放系統(tǒng)”最大限度地保護用戶原有硬軟件投資的原則，采用開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(OSA)，實現(xiàn)多應用系統(tǒng)產(chǎn)品廠家系統(tǒng)集成的道路。
(二)配電網(wǎng)優(yōu)化運行
電力市場的不斷完善迫使電力企業(yè)以效益為目標，把工作重心轉(zhuǎn)移到效率管理、降低成本和為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)上。這使得供電企業(yè)必須不斷地分析電網(wǎng)的運行性能、制定電網(wǎng)優(yōu)化運行的方案。
(三)定制電力技術(shù)的應用
定制電力(Custom Power)技術(shù)是Narain G. Hingorani任職于美國電力科學研究院(EPRI)時和柔性輸電(FACTS)技術(shù)一起提出的。該項技術(shù)可以解決電壓突升、突降和瞬時斷電等配電系統(tǒng)擾動所引起的種種問題，可補償電壓下降及短時斷電，對諧波進行有效的濾波，補償相電流的不平衡，改進功率因數(shù)P，其對提高供電質(zhì)量方面有著廣闊的前景，值得深入研究。
配電網(wǎng)自動化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，其可以縮短停電時間和提高供電可靠性，提高設(shè)備利用率和降低運行成本，提高運行管理水平和改善供電質(zhì)量。它是推行電力商業(yè)化運行的現(xiàn)代化工具，有著廣闊的前景，在將來必然會得到更大的發(fā)展。
(作者單位：華北電力大學電氣與電子工程學院)
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