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我國配電網設備發(fā)展分析
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2010-3-5
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國家頒布設施的電力法的貫徹后, 電力作為一種商品進入市場, 接受用戶的監(jiān)督和選擇, 甚至于對電力供應中的停電影響追究電力經營者的責任。另一方面, 高精密的技術和裝備對電能質量要求, 配電網供電可靠性已是電力經營者必須考慮的主要問題。
隨著市場觀念的轉變和電力發(fā)展的需求, 配電網的自動化已經作為供電企業(yè)十分緊迫的任務。城市電網, 從八十年代就意識到配電網的潛在危險, 并竭力呼吁致力于城市電網的改造工程,并組織全國性的大會對配電網改造提出了具體實施計劃, 各種渠道湊集資金, 提出更改計劃利用高技術、好性能的設備從事電網的改造。例：1990年5月召開了全國城網工作會議, 提出了城市配電網在電力系統(tǒng)的重要位置, 要求采取性能優(yōu)良的電力裝備, 以提高供電能力、保證供電質量。根據(jù)電網供電的要求, 供電部門提出了配電系統(tǒng)對用戶供電的可靠性要求, 供電可靠性指標達到99.6%, 對機場、銀行及計算機網絡和服務監(jiān)控中心是電力質量要求高的場所, 沒有可靠的配電網是無法保障的。
配電網綜合實施的改造是實現(xiàn)配電網自動化的基本前期, 沒有好的電網和電網結構、好的設備是不可能實現(xiàn)配電網自動化, 由于早期的配電網已經基本形成, 只能在原有配電網的基礎上進行改造, 難度大, 要力爭達到高自動化的目的, 做好統(tǒng)籌規(guī)劃, 從裝備上符合現(xiàn)代城市的發(fā)展要求,因此, 城市配電網電力裝備的基本要求是技術上先進、運行安全可靠、操作維護簡單、經濟合理、節(jié)約能源及符合環(huán)境保護要求。
配電網的應用是經濟建設所決定的, 因此, 無論是大城市配電網還是小型城市、縣級城市甚至農村配網, 在配電網改造及配電網自動化應立足于以下幾方面：
1.1 立足于國情∶城市配電網的實際要求是結合配電網的實際問題, 以符合供電可靠性及用戶供電的要求，不搞形式、不追潮流、不盲目, 結合技術和經濟比較將有限的資金投入到較為實際有效的電網改造中去,解決較為突出的技術問題。
1.2 以保證供電可靠性為前提, 確保電力用戶用電的時效性, 滿足電力用戶的供電需求。無論電力能源緊缺, 還是電力富裕從用戶用電的實際要求為出發(fā)點, 做好用戶用電的服務工作避免其它事故所造成供電的影響, 體現(xiàn)用戶是電力經營部門的需要。
(1) 從用戶用電的實際要求出發(fā), 保證用電的需求。
(2) 提高網絡的輸送能力, 做好網絡結構的調整;
(3) 提高技術裝備的可靠性及運行部門的免維護要求;
(4) 完善設備的自動化程度及故障的判斷能力。
1.3 滿足和確保供電的質量, 符合高新技術用裝備和居民家用電器的要求, 避免高峰低谷, 電壓幅值, 頻率以及諧波對用戶都將產生不良的影響外, 采用調蜂、調壓來保證電能質量。
1.4 降低電網的損耗, 電能損耗是運行不可避免的, 但損耗決定于電網結構和輸送電負荷的條件來決定, 城市電網之一是增大導線截面, 降低線路的電阻率, 采用新的輸送電金具, 減少線路電能損失。采取無功就地補償, 提高功率因素合理調度和負荷分配, 優(yōu)化網絡潮流, 經濟運行。
1.5 提高網絡的供電能力, 減少用戶的停電機率, 網絡的互供能力主要反應在網絡接線、負荷的合理調整。
1.6 采用自動化裝備, 提高設備的故障判斷能力和自動隔離故障, 恢復非故障線路的供電條件, 選擇自動化程度較高的自動化設備。
1.7 解決配電網用設備的技術性能, 提高設備的自身可靠性運行能力, 尤其是配電網開關設備的操動機構及內部結構適應于戶外(戶內)運行條件, 做到不檢修周期長, 設備運行可靠。大大地減輕運行人員的勞動強度和維護費用。
1.8 便于系統(tǒng)的監(jiān)控, 方便配電網的經濟調度, 實時的網絡經濟分析, 歷史數(shù)據(jù)的記錄和查備, 事件記錄的查詢規(guī)劃。
當前我國配電網處于高速發(fā)展的時期, 國家從政策上給予很大支持, 具有相應的資金條件, 但我國配電網仍處于方案的探索時期, 特別是我國配電網的規(guī)模及覆蓋面, 市場之大是任何一個經濟發(fā)達或發(fā)展中國家無法比擬的, 而我國配電網的發(fā)展也是隨經濟發(fā)展同步進行, 為了探索我國配電網自動化方集, 先后對國外配電網的模式進行考察并在國內進行實際試點。但應該注意我國是一個大國, 我國的配電網與國外配電網有多方面的區(qū)別, 不可能完全照搬和應用, 在吸收國外先進技術和設備的基礎上, 開展中國配電網改造和自動化的研究是值得注意的問題。
(l) 電壓等級及運行方式的區(qū)別
我國35kV及以下配電網中性點為不接地系統(tǒng), 規(guī)程規(guī)定允許2小時的帶故障運行, 以延續(xù)幾十年, 電網結構及系統(tǒng)規(guī)模都有了很大變化, 城市電網繁華區(qū)以電纜型供電為主, 電容電流大, 單相接地故障, 電弧不易熄滅而引起過電壓, 采取消弧設施, 中性點加電抗器, 自動補償, 又出現(xiàn)投資及維護問題。
(2) 電網的結構的差異, 國外中性點接地, 大量采用了單相重合器, 單相故障不影響其它二相正常供電。在我國配電線路中, 仍然以三相供電為主。
(3) 設備的技術性能和可靠性是由產品的結構來確定的, 國內產品可靠性有相當大的差距, 要發(fā)揮優(yōu)勢, 立足于國產設備。對于關鍵技術和核心裝置可以引用并消化吸收, 但要注意優(yōu)勢互補, 優(yōu)點集中的方針, 這樣可大大節(jié)約資金, 又能達到相應的效果。
(4) 配電網自動化方案根據(jù)其特點進行實施, 不同的運行環(huán)境下, 對供電方式及可靠性會有較大的差異, 經濟條件所決定的方案也有所不同, 應從本電網的實際使用條件和狀況出發(fā), 符合當?shù)貤l件的配網。
2 當前我國配電網存在的問題
配電網的發(fā)展是隨城市建設規(guī)模及用電負荷迅速增長和供電可靠性要求而提出的, 由于城市規(guī)劃與電力的條塊分割, 形成了不相適應配電網結構, 使配電網規(guī)劃及發(fā)展不適應城市的需求, 突出反映在如下幾點：
2.1 配電網絡電源點落后于城市建設的發(fā)展, 由于城市規(guī)模和商業(yè)的建立, 電源點容量及電能輸出受到限制, 尤其是配電電線的傳輸通道。
2.2 改革開放以來, 城市建設速度迅速, 負荷增長率高, 但電力配套建設不及時, 輸電線半徑小, 線路長, 瓶頸效應比較突出, 出現(xiàn)卡脖子現(xiàn)象嚴重, 電能輸不出去, 往往因此而引起停電事故。
2.3 出線通道影響與城市規(guī)劃不相適應, 有的地方改用地下電纜, 施工及投資不允許, 采用架空導線環(huán)境, 條件受限, 有的采用絕緣導線, 網絡復雜較為普遍。
2.4 早期建設的線路導線細、年久失修, 高能耗設備多, 線損率高, 由于導線半徑小及無功缺額較大, 合線損損耗大, 個別地區(qū)配電網損耗達到30%, 一般地區(qū)在l5%～20%, 造成能源大量浪費和環(huán)境污染。
2.5 供電不可靠因素增大, 由于配電網投資不足, 設備老化和技術性能低劣, 供電事故頻繁, 往往是一點故障引發(fā)全線甚至大面積停電事故。城市繁華地段, 重要場所的用戶停電, 影響社會治安及經濟市場。.
2.6 電網結構復雜, 環(huán)網聯(lián)絡接點較多。
2.7 城市電網改造涉及面廣, 要求較高, 停電難度大。
因此, 城市配電網實現(xiàn)自動化是一項綜合性的工程, 最基本的條件是應具有較為完善的多路電源的配電網點, 具有較好的城市規(guī)劃及電源路徑的分布, 有較為可靠的一次、二次設備, 城市建設的規(guī)模和經濟的發(fā)展對配電網提出了較高的要求, 各級部門都給以了充分的重視, 方案確定要可行, 在資金上投入到位, 形了一種較好的外部環(huán)境。
3 配電網系統(tǒng)的接線方案
由于配電網的復雜性, 不是單一方案就可以實現(xiàn)配網自動化要求, 對于不同的供電模式, 應具有不同供電方案, 以力求達到較完美的條件。
3.1 環(huán)網電纜方案
以電纜作為配電主干線的配電網自動化方案, 主要在城市商業(yè)繁華、人口密集地方, 以環(huán)網開關柜為體, 負荷開關柜據(jù)所在地域和用戶的數(shù)量的要求設定出線回路數(shù)的多少, 一般為二進四出, 當進出線回路較多, 規(guī)模更大時可轉變?yōu)殚_閉所, 開閉所中設計量柜、聯(lián)絡柜等。
環(huán)網柜一般以負荷開關與熔斷器相配合, 當一路電源發(fā)生故障后, 會有另一路電源快速切換到母線, 恢復正常的供電。對開閉所監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方式, 在放設電纜時一并設置, 主要以光纖和市話線為主, 以減少干擾。環(huán)網柜的主要特點是運行環(huán)境較好、外界影響因素較少, 也是城市主干道的較好的方案。
3.2 市內架空配網方式
市內架空配網方式一般在城市道路規(guī)模環(huán)境較好，兩側路較為寬敞的條件下，以裸線架空導線和架空絕緣導線為主，一般情況下是雙回路架設，在輸電路線上根據(jù)用戶要求設配電變壓器或設雙電源，架空線路通常是雙電源環(huán)網供電方式。
這種配電方式結構簡單, 布置形式靈活, 設備都集中在戶外式安裝, 受環(huán)境條件的影響較深,正常條件下R0為開路運行, Bl、B2分別供電。當異常情況下向另一端自動供電, 架空線路方集可以再劃分為三種類型：分段器型、斷路器型、重合器型。
分段器型：主干線上采用具有重合功能的分段器進行串并聯(lián)配合, 分段器作為故障判別元件, 不作為故障執(zhí)行元件, 所有線略故障由變電所開關動作。斷路器型：主干線具有遙控功能的斷路器或負荷開關以各點的電流信號直接送中央控制室, 比較后再發(fā)出指令, 所有故障由變電所開關執(zhí)行。主要特點為通訊、計算機、系統(tǒng)一次投入運行, 投資較高, 在少量的設備可以, 當控制對象較多, 運行速度會受到影響。
采用柱上重合器或自動開關來實現(xiàn)。分支線采用分段器與主干線的配電開關相配合。用來隔離支線上的永久性故障。這種方案根據(jù)我國城市電網的實際情況, l0kV配電網的供電半徑一般在l0KM以內, 對中型城市的主干線在5-6km, 不同于國外配電線路長的條件, 因此中國城市的配電網采用三開關四段 (三臺重合器開關, 其中Rl、R2、為常閉運行, R0為常開運行), 將兩線路R0連接,形成相互備用電源, 以四段較為合理, 無論從線路的合理性以及負載的分配、線路查尋的時間及保護定值的配合, 在一次和二次設備配合上, 完成自動隔離故障功能。
3.3 輔射型配電網
輻射性配電網是在市郊和農村配電網絡以單電源供電, 控制設備由變電所主開關作保護, 配電線路可根據(jù)需要設多級重合器和分段器保護, 達到自動隔離和恢復供電的條件。在我國現(xiàn)有的經濟能力條件和配電網的實際情況下, 針對不同的配網方案, 在分支線上大量采用斷路器(重合器)作為配電網線路分支線自動開關, 尚不具備充足的資金條件, 尤其是引進設備價格高, 功能一般,對于城市郊區(qū)、農村配電網線路在主干線上以重合器、分段器更為合適。
3.4 配電網自動化的系統(tǒng)結構的數(shù)據(jù)庫功能是全面反應配電網的信息, 用戶的檔案資料、桿型的結構,電變壓器的型號記錄, 歷史檢修記錄、設備技術參數(shù)、備品備件、保護定值記錄、線路路徑及桿號記錄, 實時記錄有關參量和對設備進行監(jiān)控。是配網自動化的核心, 高級應用軟件、良好的人機界面,實時量的信息庫是配網自動化的基本要求。
3.5 無功自動補償功能, 能準確反映配電系統(tǒng)無功需求狀況, 對高低壓無功補償裝置能自動控制和合理調節(jié), 對經濟運行調度提供依據(jù)。配電網的無功補償, 除在變電所l0kV母線進行集中自動補償外, 還要在路上進行動態(tài)無功補償, 實現(xiàn)遙控和自動投切。
3.6 負荷控制不是簡單理解為對用戶的用電量進行控制。對負荷控制并了解負荷的動態(tài)平衡狀況, 調整負荷運行環(huán)境, 合理地投入無功補償, 使之能經濟運行。負荷控制是為了更好地指導用戶的合理、經濟，增強電力對負荷的技術管理。
3.7 遠方讀表是電力部門對用電管理的主要手段, 定時限地對電網負荷進行平衡優(yōu)化電網運行的方式，同時可大大地減輕抄表人員的勞動強度。
3.8 設備的基本條件
根據(jù)我國城市電網及配網工作特點, 對設備的要求是要做到安全可靠性高、技術參數(shù)高、效率高、壽命長、結構簡單、體積小、便于安裝、維護工作量小、污染小、噪音小、價格合理, 并針對城市特點, 要朝著無油化、絕緣化、組合化、機電一體化方向發(fā)展。
4 配電網設備基本條件
配電網自動化是近幾年來電力應用技術的新型技術, 主要涉及中低壓電網, 作用對象是電力經營用電企業(yè)。目前世界各國對此都表示十分關注，由于該技術尚沒有明確定論，但至少可以說明配電網自動化不僅僅簡單是配電線路及其所相應的設備，還有同通訊、計算機綜合應用、電力（負荷）監(jiān)控、節(jié)能、電網規(guī)約等，可歸納為如下幾個方面：
1.可靠安全的供電網絡，包括電源點應保證電力輸送線路的經濟運行，開關變壓器等設施的可靠性：
2.對故障的自動判斷和隔離，在人工或自動條件下恢復非故障線路的供電，對故障點進行自我隔離和診斷：
3.判斷系統(tǒng)的運行狀況進行實時監(jiān)控，采用分布式的SCADA（遠動），對配電網所需的信息進行處理，對各種信息的上發(fā)下傳，及時反應運行狀況和事故的處理分析能力。4.用電管理包括用戶對電能的管理要求，用戶對電能的管理意見及要求能夠反應到配電中心，由配電管理中心對此作出反應和處理。對電能進行調整，對用電負荷的控制和經濟調度。
對用電管理系統(tǒng)可對用戶直接或間接地進行控制，這種控制方式一般由人為進行設定，可由遠動操作也由現(xiàn)場就地操作，與通常的事故處理有不同的管理方式。
5 配電網自動化通訊
配電網自動化程度的重要標志是通訊是否符合自動化的要求，它擔負著設備及用戶與自動化的聯(lián)絡，起著紐帶作用。擔負著信息的處理、命令的發(fā)送和返回。所有數(shù)據(jù)的傳遞，沒有可靠有效的通訊，配電網無法與自動化相聯(lián)系。關于自動化通訊，通常概念有兩種：一是外圍通訊，主要是數(shù)據(jù)以及語言的通道。采用的方法為有線和無線二大類。有線分光纖通信、音頻電纜通訊、電力載波通訊；無線通訊分微波通訊、擴頻通訊以及無線電通訊。對于城市配電網應結合城區(qū)的特殊情況，以及實際應用效果來決定采取那一種通訊方式。另一種通訊通常是指計算機上的軟件通訊，由統(tǒng)一規(guī)約。各種計算機軟件以及數(shù)據(jù)庫、遠動裝置都是由計算機軟件進行數(shù)據(jù)交換，在實際計算機運行過程中的某一種規(guī)定的方式進行。通訊規(guī)約一般是由設備自身來設定的，同一生產單位的產品規(guī)約是一致的，當有不同的生產廠家時，通訊規(guī)約則發(fā)生不一致，數(shù)據(jù)傳遞很難實現(xiàn)。
光纖通信是城市配電網通訊的主要方式，特點是可靠性高，干擾小，不受環(huán)境條件的影響，可作為語言、數(shù)據(jù)和圖象的傳輸，是當前較好的通訊。音頻有線是城市規(guī)劃電網較為經濟和實用的方法，通訊的布設及各通訊端的連接無特殊要求，造價較低，容易實現(xiàn)，但容易受環(huán)境的影響，尤其是與高壓配電線路同桿架設，高壓的強電場和強磁場對通訊線的干擾影響。
電力載波是電力系統(tǒng)常用的通訊方法，在對于無斷點的線路，例如變電所與變電所之間，已經有成熟的經驗，使用效果好。但對于配電網線路，由于線路多臺配電變壓器以及線路，由于柱上開關的斷點，使載波通訊在配電線路中使用受到了較大的影響，如何將載波投斷線路的應用技術尚待進一步研究和試點。
微波通訊對于配電網多點通訊點是很難采用的，考慮到微波通訊的接受裝置以及工程投資，對于城市配電網的應用不完全滿足。而擴頻通訊廣泛地被應用到各行各業(yè)的通訊，對于電網變電所與調度中心，長距離的通訊能體現(xiàn)出擴頻技術的諸多優(yōu)點，抗干擾能力強，保真性高，誤碼率低，可實現(xiàn)碼分多址復用，功譜密度低，發(fā)射功率小。但對于高樓林立的城市規(guī)劃配電網，柱上開關及配電變壓器的位置很難確定最好的通訊環(huán)境時，其放射信號的接受回受到波傳輸?shù)挠绊懀ɡ@射功能差），往往出現(xiàn)在城市應用效果不佳的現(xiàn)象。
無線通訊主要是音頻，通常作為我國負荷控制的應用領域，在城市應用效果得到充分證實，主要問題是無線通訊裝置的使用效果。無線通訊裝置是產品質量影響了通訊效果。
計算機通訊主要是指計算機內部連接的通訊規(guī)約問題, 對于我國電力系統(tǒng), 采用了電力系統(tǒng)內部標準的通訊規(guī)約, 是國家和行業(yè)遠動、通訊標準來決定, 通常的規(guī)約為 CDT、POLLIG 等。
近幾年來, 通訊接口以485型式出線, 增強了通訊的傳輸能量。因此無論配電網采用何種通訊方式, 對遠動 (RTU) 與主站系統(tǒng)的通訊必須符合某一規(guī)定的要求。6 配電網自動化軟件應用及信息處理
配電網自動化系統(tǒng)應用軟件應建立在較為通用的、符合計算機時代要求的軟件平臺上, 具有相應的開放式支持環(huán)境, 有通用的按標準程序編寫的應用軟件和數(shù)據(jù)庫的接口, 具有友好的人機界面和屏幕操作, 具有應用化的多層次的地理信息系統(tǒng), 符合運行的實際狀況。
對于配電網系統(tǒng), 計算機的應用平臺必須在通用、開放式、多用戶支持下的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、用戶界面和通信接口上遵循公認的。
7 配電網自動化應注意的問題
配電網自動化的發(fā)展是電力發(fā)展到一定階段的必然產物, 隨著電力市場及用電水平的提高,配電網面臨著一場新的改革和發(fā)展, 配網自動化將進一步得到完善。但是配電網自動化在中國仍然是一種因發(fā)展而新出的事物, 必須采取科學的態(tài)度, 實事求是的原則, 加強我國配電網自動化的研究, 因地制宜地進行配電網的改造。
7.1 分析地區(qū)配電網的實際應用情況, 找出本地區(qū)配電網存在的技術方案間題, 本著實事求是立足國情和網情。
7.2 配電網自動化是一項綜合性工程, 涉及的專業(yè)多, 規(guī)劃性強的系統(tǒng), 應根據(jù)電網、城市配網的規(guī)化進行, 避免盲目。
7.3 配網自動化方案是自動化的核心, 在引進國外技術的同時結合國內配電網的實際情況進行分析，國外配電網與國內在很大程度上不盡相同, 應有所區(qū)別, 吸取精華, 適合國情、地情、網情。
7.4 配電設備的使用面廣、量大、運行環(huán)境較為嚴酷, 設備選擇應符合當前配電網形勢要求, 具有高度可靠性和優(yōu)越的技術性能。并以真空開關為主, 免維護周期長, 二次保護和控制設備具有可靠牲, 抗干擾能力及適合戶外高溫和低溫等較為嚴酷的運行環(huán)境, 應具有遠方通訊的接口。自動化程度高, 一次開關設備與二次保護裝置能良好地配合, 能自動實現(xiàn)配電網自動隔離故障,恢復正常供電的能力, 具有就地和遙控功能。
7.5 遠方通訊是自動化的關鍵技術, RTU 要符合配電網使用, 分布(散)式, 單點的特點：通訊方式應選擇合理, 通訊功能強, 誤碼率小, 速度快, 符合遠方實時監(jiān)控的功能。7.6 計算機應用軟件的開發(fā), 首先選擇具有開放、兼容的操作平臺, 對各種標準的數(shù)據(jù)庫應具有聯(lián)接功能，地理信息應實時地反應配電系統(tǒng)的潮流及負荷情況, 對事故記錄及信息反饋, 可實現(xiàn)負荷控制、遠方抄表、設備數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計及規(guī)劃、無功優(yōu)化的理論計算等。計算機軟件功能是配電系統(tǒng)自動化的核心，好的軟件可充分體現(xiàn)出技術和自動化的水平, 應充分比較。
7.7 配電網的工程設施應有計劃地分期、分批實施。應確定配電網絡的基本條件, 導線截面、輸送容量、線路走向及用戶的基本條件。先采用具有自動化功能的一次開關設備和二次保護監(jiān)控設備完成自動送電、故障自動分閘和隔離故障功能, 能做到隔離和區(qū)分故障點。在條件具備時, 再投入通訊和計算機網絡，避免走彎路，資金投入可以分批實施。
配電網是當前電網建設的熱點，無論是大型、中小型城市都是把電網改造建設及自動化的實施列入工作重點，投入大量的資金和人力，將對整個電網建設有重大影響，各地區(qū)在改造中應慎重對待，尤其是設備引進的技術問題較多。
相信配電網自動化的實施在各方面的共同努力下，不斷完善并上升為標準化、規(guī)范化管理，一定會取得較好的成效，得到更大的社會效益和經濟效益。 - ■ 與【我國配電網設備發(fā)展分析】相關新聞
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